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    实验室仪器的维护和保养

    来宝网2007年11月1日 14:38 点击:4075

    实验过程控制在预定的条件之下,确保实验的优质、高效和安全,这是仪器设备防护的目的与任务。但仪器设备也会和人一样,在缺乏抵御“细菌”?#36136;?#30340;情况下发生“疾病”。这里的“细菌”是指水分、霉菌、工业大气、工作介?#23460;?#21450;光和热等?#36136;?#24615;物质。检测仪器遭受?#36136;?#21518;则不能正确反映实验过程中各种参数的真实情况,甚至使实验无法进行,或缩短仪器使用寿命,或可能导致实验事?#23454;?#21457;生。

        搞好仪器防护工作,将利于实验的正常进行,有利于新实验方法的采用,有利于实验水平的提高:可?#21592;?#20813;实验事?#23454;?#21457;生可以扩大仪器的使用范围,可以?#26144;?#20202;器设备的使用寿命,这就相当于仪器生产产量的增加和质量的提高。

    (二)仪器设备的?#36136;?/B>

         仪器设备不外乎?#23665;?#23646;与非金属两种材料所构成。研究仪器?#36136;?#36807;程,实际上是研究金属与非金属材料的?#36136;?#36807;程,所不同的是仪器有特殊的结构形式和使用场合,所以,又存在着仪器?#36136;?#30340;某些特殊问题。

        抗折仪和天平刀口的磨损,这是受力情况下的机械损坏;塑料密封圈浸泡在溶剂中变形胀大,这是溶剂对塑料的物理溶胀;金属零部件被介质腐蚀、橡胶衬里层经长期使用变脆开裂,这是介质对材料的化学腐蚀;长了霉的绝缘材料介电性能下降,这是霉菌对绝缘材料的微生物侵袭。这些金属与非金属材料在机械、物理、化学及微生物作用下所引起的性能破坏的现象通称为材料的?#36136;礎?/P>

        金属的腐蚀,可分为化学腐蚀与电化学腐蚀。化学腐蚀是气体或液体介质与金属表面发生化学作用,生成化合物,从而使金属表面遭受破坏的过程。金属材料在高温下遭受氧气、水蒸汽、二氧化碳等腐蚀性介质腐蚀的过程称为高温氧化过程。而具有抵抗高温氧化气氛腐蚀作用的能力称为抗氧化性。电化学腐蚀是指在腐蚀过程中,伴随有电流产生。一般使用的金属材料,均是由多种元素组成的合金。?#35789;?#32431;金属材料,也会含有一定量的杂质,所以,从微观看,材料内部各?#37995;?#23567;区域的成分和组织结构总不会完全一致,故其电极电位值也就不同,当这样的金属材料与腐蚀性介质接触?#20445;?#20415;构成了无数微小的原电池,使金属材料遭受腐蚀。

        非金属材料的组成和结构状态不同于金属材料,故非金属材料的?#36136;?#20134;不同于金属材料的?#36136;礎?#39640;分子化合物材料的?#36136;?#34920;现为受热软化或烧焦碳化;在溶剂作用下发生溶胀或溶解;在热、光、电、氧及?#36136;?#24615;介?#23454;?#20316;用下变色、发?#22330;?#30828;脆、龟裂和机?#30331;?#24230;下降等。

        陶瓷、玻璃、搪瓷等硅酸盐材料当遇到氢氟酸、热碳酸、浓碱、熔融碱等?#36136;?#24615;介质?#20445;?#20063;会腐蚀变薄或者变为疏松多孔。例如将由Na2O和SiO2组成的玻璃侵入盐酸?#20154;?#24615;介质中,Na2O会与酸发生作用而被沥滤出来,剩下的SiO2则呈多孔组织,使玻璃的机?#30331;?#24230;显著降低。当玻璃与水相互作用?#20445;?#27700;能溶解玻璃中的碱金属氧化物,使水呈碱性溶液。此碱性溶液又会与玻璃中的SiO2发生作用,使玻璃遭受腐蚀,当然,这一腐蚀过程很缓慢而不引人注意。

        影响仪器?#36136;?#30340;因素很多,温度的变化也可能发生?#36136;?#20316;用。热胀冷缩、低温变脆、高温软化、熔化或者烧焦等是常见现象。富有弱性的橡胶在低温下变得很硬;柔软的塑料在低温下变得很脆;?#34892;?#37329;属如?#32960;?#30899;素结构钢(体心立方点阵)在低于-40℃温度下呈现明显的脆性倾向,而铜、铝和奥氏体不锈钢(面心立方点阵)在此低温下则不?#34432;?#24615;。当温度升高?#20445;?#26448;料的机?#30331;?#24230;下降,铸铁和中碳钢在350℃以上,合金钢在超过400℃时会发生蠕变。?#34892;?#22609;料在常温下长期负荷也会发生里蠕变,有色金属也会在常温下发生蠕变。随着温度升高,导电材料阻值有所增加,绝缘材料的绝缘性能下降,甚至引起开裂、熔融、烧焦或热击穿。另外,金属材料和介质发生腐蚀作用,会形成腐蚀产物,例如形成致密的保护膜,阻止金属的进一步腐蚀。

        水是一种良好的溶剂,能溶解工业大气中的氧、?#34180;?#27695;、二氧化硫等腐蚀性气体,变成具有腐蚀性的溶液。仪器、仪表表面吸附的水分,连接成连续的水膜或凝聚成露滴,并溶解着工业大气中的腐蚀性气体,中性的水就变成了有腐蚀性的溶液,?#36136;?#30528;仪器。

        例如,一个铜制电磁阀上拧着一个铁螺丝,与湿空气接触时蒙上一层水膜,产生氢离子和氢氧根离子:

        

        就这样,铁螺丝?#27426;显?#21040;腐蚀。

        绝缘材料如玻璃、细瓷,表面致密,水分只能附着在表面,不会吸入材料内部。但棉纱、丝绸等绝缘材料,组织疏松多孔,有很强的吸湿能力,并且水分会向内扩散。吸附在绝缘材料表面上的水分又会溶解腐蚀性气体,形成导电介质,降低电绝缘性能,发生漏电以致击穿现象,影响仪器的正常运行。

        霉菌的生长条件,不外水分、营养物质和温?#28909;?#20010;基本条件。霉菌所需要的营养元素有碳、氢、氧、氮、镁、磷、硫、钾、钙、铁等。在3~45℃温?#30830;?#22260;内皆可生长繁?#22330;?#38271;了霉的材料,霉菌往往以它为营养物质生长繁?#24120;?#30772;坏了材料本身。霉菌分泌出来的物?#23460;?#26377;腐蚀作用,腐蚀被寄生的材料。例如霉菌利用油漆层成膜物作为食物,破坏成膜物质,使涂层失去防护性能。霉菌也促使绝缘材料的电绝缘性能下降,造成漏电等现象。

        仪器设备遭受大气的腐蚀是最常见的事。所谓大气腐蚀,实质上是大气中水、氧、氮、二氧化碳、二氧化硫、氯化钠、工业大气中?#34180;?#27695;、氯化氢以及微生物、尘埃等对仪器联合作用的结果。这些腐蚀性物质在热、光、风等气候条件配合下,更加剧了腐蚀作用。玻璃、陶瓷等硅酸盐材料耐大气腐蚀性能比较好。塑料、橡胶等高分子化合物材料容易在氧、热、光的联合作用下发生老化现象。干燥大气对金属的腐蚀过程是纯化学反应,湿度较大的大气对金属的腐蚀过程是电化学反应。潮湿大气对金属的腐蚀速度自然要比干燥大气高得多。

        许多测试仪器设备的零部件是直接接触工作介?#23454;模?#20174;而会受到工作介?#23454;?#33104;蚀作用。工作介?#23454;?#31181;类很多,有酸、碱、盐、溶剂?#20219;?#26426;物或有机物质。存在状态有气态的、液态的和颗粒状的。不同化学性?#23454;?#20171;质会对仪器零部件产生不同的腐蚀作用。.PH值是表征电解质溶液中氢离?#20248;?#24230;的指标,它反映了溶液腐蚀性介?#23454;?#37325;要化学性质,如PH=7的介质是中性的,PH>7的介质是碱性的,PH<7的介质是酸性的。PH值越大则碱性越大,PH值越小则酸性越大。中性盐类溶液,对非金属材料的腐蚀作用不大,对金属材料则有不同程度的腐蚀作用。当盐类溶液浓度增大?#20445;?#30001;于增大了溶液的导电性,会加速金属的腐蚀过程,但当进一步增加盐的浓度?#20445;?#28342;液就会发生缺氧现象,减缓了腐蚀速度,随着盐溶液浓度的变化,腐蚀速度具有一个最大值。

        在PH<7的酸性溶液中,酸的性质对腐蚀有很大影响。在非氧化性酸中,由于酸的氧化作用,?#36164;?#35768;多高分子化合物材料遭受破坏,但对金属材料,表面能被氧化形成致密保护膜的则腐蚀速?#20154;?#30528;酸浓度的增加而减低,若不能形成保护膜则腐蚀速?#20154;?#37240;浓度增加而增高。盐酸是非氧化性酸,在溶液中

        HCl几乎全部电离成H+和Cl离子。因此,许多金属材料在HCl中不能形成保护摸,?#36164;?#20854;腐蚀,且随浓度而加速腐蚀。稀硫酸是非氧化性酸,对一些金属材料有着腐蚀作用,且随浓度而加剧。当硫酸浓度增加到75%左右?#20445;?#30827;酸就由非氧化?#21592;?#25104;强氧化性,能使金属表面生成保护膜,阻止进一步腐蚀。硝酸是强氧化性酸,?#24050;?#21270;性随浓度增加而增强。由于硝酸的氧化作用和硝化作用(以硝基-NO2取代有机物中的氢原子),使许多高分子化合物材料经受不起硝酸的腐蚀。

        在PH>7的碱性溶液中,许多高分子化合物材料是耐腐蚀的。但对非氧化性或氧化性酸耐腐蚀的硅酸盐材料却对碱的耐蚀性能较差。金属材料在碱中的腐蚀速度基本上与生成腐蚀产物的特性有关。若腐蚀产物会在碱溶液中溶解,则腐蚀速?#20154;?#28342;液浓度增高而降低。

        除工作介?#23454;腜H值和浓度对材料的腐蚀性能有影响之外,还与介质中氧的含量、水的含量、?#21448;实?#23384;在以及相态等有关。

        铜在氨或铵的化合物溶液中会发生?#29616;?#33104;蚀,这是因为在氨或铵的化合物溶液中具有足够的氧?#20445;?#21487;以形成铜铵复盐,强?#19994;?#38477;低靠近铜表面的铜离?#20248;?#24230;、加速腐蚀的进行。但当溶液缺氧?#20445;?#23601;会使铜的腐蚀过程大大减缓。工作介质是水的含量对腐蚀的影响,最明显的例子是氯气的腐蚀,干燥的氯气腐蚀作用不强,潮湿氯气的腐蚀作用很强,?#35789;?#26159;微量水分。工作介质中?#21448;实?#23384;在,对材料的腐蚀影响很大。纯净的醋酸是一种弱酸,腐蚀作用很差,一般的铬镍不锈?#36136;?#23436;全能抵御的。但在醋酸工业生产中常混入铜、铁、钼等离子,醛酯等有机物质,这些杂质,加速了腐蚀过程。在工作介质气相和液相发生相变的部位腐蚀比较?#29616;亍?#24635;之,介?#23454;?#27987;度、氧、水和杂质含量及其所处的温度、压力,流速等状态都是影响腐蚀过程的因素。

    (三)仪器设备的防护

        1. 仪器设备防护的一般原则

        (1) 仪器设备的防护性能应有针对性。如是否与腐蚀性介质接触;有无机?#30340;?#25439;现象;承受什么负荷;安装在什么环境中?#27426;?#20202;器的外观有何要求,等等。

        (2) 绝对不被?#36136;?#30340;材料和防护层是不存在的。所以,必须考虑用在仪器上的那些材料和防护层,当经受?#36136;词保?#20801;许被?#36136;?#30340;程度怎么样。对于检测仪器来说,如圆柱体压缩法可塑仪上的?#33267;?#38152;蚀后将影响弹性限度,从而影响可塑性指标测定的准确度。

        (3) 要解决仪器的防护问题,可以从选用防护材料、采取防护层工艺措施和改进仪器结构?#28909;?#26041;面着手。

        (4) 应尽可能地改善仪表安装位置。如能安装在室内,则不安装在室外;能安装在阴凉干燥处,则不安装在?#23637;?#26333;晒、潮湿阴暗处,等等。

        (5) 为了保护仪器的精度,应尽量不采用隔离器或其它隔离装置的方式防护仪器。

        (6) 节约是社会主义经济的基本原则之一。解决仪器的防护问题,同样要求?#21364;?#21040;良好的防护性能,又能做到经济合理、就地取材、因陋就简的节约原则。

        2各类防护材料及防护层的性能比较与选择

        (1) 各类防护材料及防护层的性能比较

         当金属材料得不到防止腐蚀的天然“屏障”?#20445;?#20415;得求助于人为的防护层。用作防护层的材料无非还是金属与非金属。采用金属材料作防护层就是让具有极高化学稳定性的金属或能够产生防护“屏障”的金属材料来遮盖表面。如?#24179;穡?#23601;是用化学稳定性极高的金来遮盖容易腐蚀的金属表面;渗铝就是为了能使金属表面生成耐高温氧化的“屏障”——三氧化二铝。采用非金属材料作防护层就是利用非金属材料高度的化学稳定性和电绝缘性,把介质与基体金属隔绝开来。如金属表面?#31185;帷?#21943;塑料、搪瓷衬里、金属表面氧化以?#23433;?#29992;表面合金化工艺,生成非金属防护层(如铬碳化合物层)。

        用防护层防护仪器零部件,通常比采用整块的耐蚀结构材料价格便宜,来源容易,工艺方便,并?#20063;?#24433;响原来的结构设计,?#34892;?#38450;护层如表面合金化层、镀层、氧化或钝化层还不影响零部件的尺寸精度。

        防护层的防护能力,不仅决定于所选用的防护层材料本身,而?#19968;?#19982;施工技术有很大关系。若施工不佳,就会造成气孔、剥皮、起泡等缺陷,起不到防护作用。在采用电极电位较高的金属作防护层?#20445;?#33509;施工不?#20445;?#20351;基体金属仍然暴露在外,将会导致电化学腐蚀,加速基体材料破坏。另外,防护层一般较薄,常经不起冲击、碰?#30149;?#21051;划、磨擦等,这些都是防护层不足之处。

        (2) 各类防护材料及防护层的合理配置

        两种或两种以上的金属材料相接触?#20445;?#33509;同时接触腐蚀性介质,会产生电化学腐蚀,使其中电极电位?#32454;海?#21363;化学性能较活泼的金属材料受到腐蚀。同一种材料的表面覆盖的保护层存在缺陷时也会产生电化学腐蚀。

        防护材料和防护层在湿热环境或其它更为恶劣的条件下的合理配置可参考下表。

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        钢、铜和铜合金镀铬

        钢、铜和铜合金镀镍

        铜和铜合金

        不锈钢

        钢镀镉钝化

        钢镀锌钝化

        ?#33267;?#21270;后涂清漆

        ?#33267;?#21270;后?#21487;?#28422;

        铅合金经氧化磷化或染色

        钢、铜和铜合金镀铬

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        钢、铜和铜合金镀镍

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        铜和铜合金

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        不锈钢

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        钢镀镉钝化

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        钢镀锌钝化

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        ?#33267;?#21270;后涂清漆

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