1.2　被清洗的材料

在工業清洗的過程中，不但要求能有效地清除各種類型的污垢，還要求最大限度地減少對相關材料和設備的傷害。因此就需要對有關的材料及其性能進行必要的了解。

1.2.1　常見金屬材料

（1）碳鋼和普通鑄鐵　碳鋼和普通鑄鐵是應用最廣泛的金屬材料，由鐵和碳所組成。碳的質量分數大于2%時稱為鑄鐵；碳的質量分數為0.02%～2%時稱為鋼。碳鋼和普通鑄鐵的耐蝕性不良，在大氣、土壤、海水和中性水溶液中，可發生氧去極化腐蝕。

碳鋼和普通鑄鐵在潮濕大氣中被腐蝕時，首先形成以三氧化二鐵為主要成分的鐵銹，當銹層達到一定的厚度時，影響了氧的擴散，但已生成的三氧化二鐵仍可作為氧化劑，氧化生成以四氧化三鐵為主要成分的鐵銹。

碳鋼遇到含有溶解氧的水時，和普通鑄鐵一樣易于被腐蝕。當水中既含有溶解氧，又含有少量活性離子（如氯離子）時，鋼鐵會發生嚴重腐蝕，甚至局部穿孔。

碳鋼和普通鑄鐵在常溫的堿性溶液中耐腐蝕。氫氧化鈉的濃度小于30%時，碳鋼和普通鑄鐵的表面會因為生成不溶性的氫氧化亞鐵和氫氧化鐵而鈍化，防止進一步的腐蝕。

碳鋼和普通鑄鐵在非氧化性酸中易發生氫去極化腐蝕。當酸濃度越大時，腐蝕越快。而碳鋼和普通鑄鐵在氧化性酸中（如濃硫酸、硝酸等），因表面發生鈍化而具有耐腐蝕性。例如，在80%以上的氫氟酸中，碳鋼與鑄鐵都耐腐蝕。

（2）耐蝕鑄鐵　在鑄鐵中加入某些合金元素，可得到對特定介質有較高耐蝕性的耐蝕合金鑄鐵，簡稱耐蝕鑄鐵。例如，高硅鑄鐵、高鎳鑄鐵、高鉻鑄鐵等。

高硅鑄鐵：含14%～18%硅的鑄鐵為高硅鑄鐵。因其表面有二氧化硅保護層，故常溫下對鹽酸、磷酸、濃硝酸、有機酸和熱硫酸等都有良好的耐蝕性。

高鎳鑄鐵：含14%～36%鎳，以及鉻、鉬、銅的鑄鐵為高鎳鑄鐵。其具有優良的耐堿性能，即使在高溫的濃堿或熔融堿環境中也依然耐腐蝕。其在海洋性大氣、海水及中性鹽溶液中也非常耐腐蝕。海洋設備常用到高鎳鑄鐵。

高鉻鑄鐵：含15%～30%鉻的鑄鐵為高鉻鑄鐵。其具有優良的抗氧化性和耐磨性。在有摩擦與沖刷作用的氧化性介質中常需使用高鉻鑄鐵，例如，生產弱腐蝕性泥漿時，使用的泵、攪拌槳和管道等。

（3）不銹鋼　不銹鋼是具有抵抗大氣、酸、堿、鹽的腐蝕作用的合金鋼的總稱。其中又把能耐酸及其他強腐蝕性介質的合金鋼稱為不銹耐酸鋼。一般而言，不銹鋼中鉻或鎳的含量較高，最低含鉻量為12%～13%；而不銹耐酸鋼的含鉻量一般不低于17%。

（4）銅和銅合金　銅的標準電極電勢較高，屬于半貴金屬，具有較高的熱力學穩定性。當酸或堿溶液中不存在氧化劑，且酸根不具有氧化性時，銅的耐蝕性良好。當酸或堿溶液中含有氧化劑，或酸根具有氧化性時，銅才會容易被腐蝕。

在海水、淡水或中性的鹽類水溶液中，銅的表面會因為生成氧化亞銅、氧化銅和氫氧化銅等，而形成難溶氧化膜，使銅處于鈍態而耐腐蝕。若溶液中含有溶解氧，則有利于難溶氧化膜的生成，反而降低其腐蝕速度。但若溶液中含有氧化性鹽，如三價鐵離子或鉻酸鹽等，則會加速銅的腐蝕。

（5）鋁和鋁合金　純鋁是銀白色輕金屬，有金屬光澤和良好的延展性以及導電性。鋁在水溶液中的電極電勢較低，表現為活潑金屬。鋁在空氣或含氧的溶液中，容易被氧化，并在其表面覆蓋一層致密的氧化膜，從而顯示出很高的穩定性。所以鋁在中性或近中性的水和大氣中，是十分耐腐蝕的，屬于自鈍化金屬，廣泛應用于制造日用器皿。因其相對密度小，所制造的輕合金常用于制造飛機和其他運輸機械。

鋁對非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸等）不耐腐蝕，但對氧化性酸（如10%以下的硝酸等）以及許多有機酸（特別是無水乙酸）則耐腐蝕。鋁對堿或堿性鹽溶液同樣不耐腐蝕，但對氨水和硅酸鈉（水玻璃）則耐腐蝕。

1.2.2　常見有機非金屬材料

有機非金屬材料的耐蝕性良好，因此在許多場合，非金屬材料能起到金屬材料，包括貴金屬材料起不到的作用。例如聚四氟乙烯可以安全地應用于高溫、高腐蝕性的介質中，甚至耐王水的腐蝕。

（1）塑料　塑料是以合成樹脂為主要原料，加入必要的添加劑，在一定的溫度和壓力條件下，塑制而成的具有一定塑性的材料。

塑料在水、酸、堿、鹽、汽油等化學介質中，大多比較穩定，不起化學變化。但大多數塑料的耐熱性差，一般只可在100℃以下使用，高于這些溫度，塑料即軟化、變形，甚至喪失使用性能。

塑料制品在使用中難以避免地會發生老化現象，即在大氣中氧氣、臭氧、光、熱等以及各類機械力的作用下，塑料會發生變色、變形、脆化、粉化等性能的不可逆改變。一旦塑料老化，性質不再滿足生產需要，則需要去除和替換。

①聚氯乙烯（PVC），是目前應用最廣的塑料品種。含增塑劑質量分數小于5%的硬聚氯乙烯，吸水率很低，透氣率很低，原則上-50～80℃內可保持其使用性能，但若長時間在50℃以上使用，應采取必要的保護措施。

聚氯乙烯分子內不含有活性基團，因此有較高的化學穩定性。硬聚氯乙烯在50℃以下，除了強氧化劑（如發煙硫酸）以外，能耐大多數酸、堿、鹽的腐蝕。

②聚乙烯（PE），屬于非極性高分子化合物，分子間作用力較小，因此其抗拉強度只有硬聚氯乙烯的20%～65%。但它的抗沖擊性能和韌性比聚氯乙烯強，在無載荷且較短時間內，高密度聚乙烯可耐100℃；在高溫和載荷作用下，長期使用可發生形變。PE耐寒性較好，最低使用溫度為-70℃。

PE耐蝕性優良，對非氧化性酸（鹽酸、氫氟酸等）、稀硫酸、稀硝酸、堿和鹽溶液具有良好的耐腐蝕性。烴類溶劑在常溫下能使PE溶脹，但PE可以耐受60℃以下的其他大多數溶劑?？諝庵械难鯐咕垡蚁┚徛到?、褪色甚至變脆、開裂，熱、紫外線、高能輻射會加速這種變化。

③聚丙烯（PP），是商品塑料中最輕的一種。其表面光滑，不易結垢，無毒，吸水性小，耐熱性較好。PP在-10～175℃范圍內，都有良好的結晶結構和一定的強度。在無外力的情況下，其許可使用的最高溫度是120℃。但是其耐寒性較差，溫度低于0℃，接近-10℃時，會變脆，抗沖擊強度明顯下降。PP熱膨脹系數很大，是碳鋼的5～10倍，是PE的兩倍，在使用中應加以注意。同時，PP的導熱性很低，是良好的絕熱保溫材料。

PP的耐化學品性能優良，在80℃以下，能耐許多酸、堿、鹽溶液和有機溶劑。但PP不能在發煙硫酸、濃硝酸和氯磺酸等強氧化性酸介質中使用。常溫下的氯代烴、芳香烴會引起聚丙烯的溶脹，當溫度提高到80℃以上，甚至會溶解。

PP耐環境應力開裂的性能優于PE，在許多溶劑、清洗劑中不發生應力開裂。但在乙二醇、蓖麻油和某些非離子表面活性劑中卻可能引起應力開裂，在清洗中應加以注意。

④氯化聚醚（CPE），是一種非極性結晶型的高分子材料，其耐溫變性、抗蠕變性、抗沖擊性、耐磨性和尺寸穩定性良好。其吸水率一般小于0.01%，使用溫度范圍為-30～120℃。

CPE抗潮濕，即使在潮濕的情況下，也能保持良好的力學性能。耐腐蝕性僅次于聚四氟乙烯，除了濃硫酸、濃硝酸等強氧化性酸外，耐各種酸、堿、鹽和大多數有機溶劑的侵蝕。但是，CPE不耐氟、氯、溴的腐蝕，會溶解于高溫的吡啶、四氫呋喃中。

⑤聚苯硫醚（PPS），是一種線型結晶高聚物，有優良的耐高溫、耐腐蝕性能。其有較高的機械強度，在260℃以下，仍有良好的剛性和抗拉強度。其線脹系數小，體積穩定性優良，吸水率為0.008%，模塑收縮率為0.12%。使用溫度范圍為-148～250℃。

PPS有優良的耐腐蝕性能，除了硝酸、鉻酸、氯磺酸等強化氧化性酸以外，對其他酸堿有優良的耐蝕性。因此，可制成耐熱、抗腐蝕的涂層。PPS在300℃以下時，不溶于所有的有機溶劑；在較高溫度下，能部分溶解于二苯醚、氯化萘、聯苯、氯化聯苯和某些脂肪族的酰胺類化合物中。

⑥聚四氟乙烯（PTFE），是非極性線型結晶態高聚物。在高溫或低溫下，其力學性能比一般塑料優越。聚四氟乙烯的熱性能優良，耐高溫和低溫的性能優于其他塑料。其可在260～280℃下長期連續工作。一般推薦使用的溫度為-200～260℃。

聚四氟乙烯有優良的化學穩定性。因為C—F鍵能很高，不易斷裂，即使高達500℃的溫度，也不會使它破壞。此外，氟原子的電負性大，包圍在C—C主鏈上，對主鏈起屏蔽作用，使其他活潑原子幾乎無法鉆進去。聚四氟乙烯可以抗拒強腐蝕性和強氧化性介質的作用。它耐發煙硫酸、濃硝酸、濃鹽酸、氫氟酸、沸騰氫氧化鈉、過氧化氫、氯氣甚至王水的腐蝕。耐醇、醛、酮等有機溶劑的侵蝕。其耐候性極好，能抗氧和紫外線的作用。因此，它具有“塑料王”之稱。聚四氟乙烯不耐熔融狀態的鋰、鈉、鉀等堿金屬，氟及其化合物，全氟烷烴以及全氟氯烷烴等的腐蝕。

（2）涂料　涂料是由成膜物質、顏料、溶劑和助劑組成的，涂覆在物件表面，起到保護作用、裝飾作用、標識作用及一些特殊功能的連續固態薄膜。

成膜物質包括油料和樹脂。油料的主要成分是甘油三脂肪酸酯，是最早使用的成膜物質。通過不飽和脂肪酸中雙鍵的氧化和聚合反應，涂在物體表面的油料會逐漸干燥成膜。因此油料中含雙鍵越多，結膜越快。樹脂是可以溶解在一定溶劑中的高分子化合物，當溶劑揮發后，能在物體表面迅速成膜。它分為天然樹脂、人造樹脂和合成樹脂。

在涂料中的一些添加成分，不但可使涂膜呈一定的顏色，還可以增強涂料的功能。例如重晶石粉等增強涂膜的力學性能以及附著力；炭黑、鋁粉、云母、氯化鐵等可以增強涂料的耐久性，抵抗陽光尤其是紫外線對涂料的破壞；鋁粉、玻璃鱗片等可以提高涂料阻擋水、氧氣、化學品等透過的能力。

（3）木材　木材是應用歷史悠久的材料，至今仍在廣泛應用。其優點是不生銹、無毒、無污染。木材的性能隨樹種而異。一般而言，針葉類木材的耐侵蝕性能比闊葉類的木材更好。

稀的非氧化性酸、水及中性水溶液、油類等對木材有輕微的腐蝕；濃酸、濃堿和氧化性物質會使木材遭受破壞。但木材對乙酸等有機酸有較好的耐蝕性能。同時，木材還容易受到微生物的侵蝕。木材一般適用于在常溫和中溫使用，并避免接觸高溫物體。

1.2.3　常見無機非金屬材料

用于工程中的無機非金屬材料是以硅酸鹽為主要成分的材料，包括陶瓷、水泥、玻璃、搪瓷，以及天然石材等。

（1）陶瓷　陶瓷是黏土、長石和石英等無機物質的混合物，經過成型、干燥、燒制所得制品的總稱。其中，陶器的質地較松散，顆粒也較粗，無光澤，強度低，導熱性差，不能耐受溫度急變；瓷質則具有質地堅硬、細密、光滑、耐高溫等特點。

工業上用的陶瓷，按其組成和燒成溫度的不同，可分為耐酸陶瓷、耐酸耐溫陶瓷和一般工業陶瓷。耐酸陶瓷有很高化學穩定性，除氫氟酸、含氟的其他介質、熱濃磷酸和堿液外，能耐受幾乎所有其他腐蝕性介質，包括濃熱硫酸、硝酸、鹽酸、王水、有機溶劑等。

（2）水泥　水泥是粉狀的無機膠凝材料，加水攪拌后成漿體，能在空氣或者水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結在一起。以水泥膠結碎石而制成的混凝土，硬化后不但強度較高，還能抵抗淡水或含鹽水的侵蝕。按原料和生產方法的不同，水泥又可分為礦砂硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、高鋁水泥、膨脹水泥、白水泥等。它作為一種重要的膠凝材料，廣泛應用于土木建筑、水利、國防等工程。

（3）玻璃　玻璃是熔融體在冷卻過程中，黏度逐漸增加，最終具有固體機械性質的非晶態物質。玻璃的化學成分比較復雜，但通常以硅酸鹽為主。除了硅酸鹽玻璃以外，還有以磷酸鹽、硼酸鹽、氟化物為主的玻璃，以及含有鈦、鋯、銻、釩等的氧化物的特種玻璃等。

應用在化學、石油、食品、醫藥等工業中的大多是硼硅酸鹽玻璃、低堿無硼玻璃、石英玻璃和高硅氧玻璃。它們具有優良的耐化學品性能。除了氫氟酸、熱磷酸、熱濃堿液以外，幾乎能耐受其他所有的化學介質。玻璃的表面光滑，不易掛料，對流體的阻力小，因此玻璃設備和管道能保持產品的高純度，同時玻璃的透明性質有利于觀察生產過程。

（4）搪瓷　搪瓷是將無機玻璃質材料通過熔融凝于基體金屬上并與金屬牢固結合在一起的一種復合材料。它有一般硅酸鹽材料的耐蝕性，可以防止金屬生銹，且搪瓷制品安全無毒，易于洗滌潔凈，可以廣泛地用作日常生活中使用的飲食器具和洗滌用具。在特定的條件下，瓷釉涂搪在金屬坯體上表現出硬度高、耐高溫、耐磨以及絕緣作用等優良性能。

（5）天然石材　天然石材是指從天然巖體中開采出來的，并經加工成塊狀或板狀材料的總稱。工業上常用的有花崗巖、文石、石英巖等。其耐蝕性主要取決于二氧化硅的含量、礦物組成和巖石的相對密度等。

花崗巖，含有質量分數70%～75%的二氧化硅，13%～15%的氧化鋁，以及7%～10%的堿金屬和堿土金屬的氧化物?；◢弾r的結構致密，密度大，空隙少，硬度大，對質量分數小于98%的硫酸、小于65%的硝酸和小于35%的鹽酸有良好的耐蝕性，耐堿性也較好，但是不耐氫氟酸和高溫磷酸的腐蝕。由于花崗巖中各組分的線脹系數差別較大，熱穩定性不高。

文石，主要成分是二氧化硅，耐酸性強，常溫時能耐各種濃度的硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、溴水等的腐蝕。熱穩定性良好。

石英巖，是結晶二氧化硅被非結晶二氧化硅膠結而成的一種變質巖，其二氧化硅含量高達90%～99%，其他氧化物含量少，幾乎無空隙。石英巖是優良的耐酸材料，也有一定的耐堿性，且線脹系數小，熱穩定性高。但其硬度較高，不容易加工。