1.2　被清洗的材料

在工业清洗的过程中，不但要求能有效地清除各种类型的污垢，还要求最大限度地减少对相关材料和设备的伤害。因此就需要对有关的材料及其性能进行必要的了解。

1.2.1　常见金属材料

（1）碳钢和普通铸铁　碳钢和普通铸铁是应用最广泛的金属材料，由铁和碳所组成。碳的质量分数大于2%时称为铸铁；碳的质量分数为0.02%～2%时称为钢。碳钢和普通铸铁的耐蚀性不良，在大气、土壤、海水和中性水溶液中，可发生氧去极化腐蚀。

碳钢和普通铸铁在潮湿大气中被腐蚀时，首先形成以三氧化二铁为主要成分的铁锈，当锈层达到一定的厚度时，影响了氧的扩散，但已生成的三氧化二铁仍可作为氧化剂，氧化生成以四氧化三铁为主要成分的铁锈。

碳钢遇到含有溶解氧的水时，和普通铸铁一样易于被腐蚀。当水中既含有溶解氧，又含有少量活性离子（如氯离子）时，钢铁会发生严重腐蚀，甚至局部穿孔。

碳钢和普通铸铁在常温的碱性溶液中耐腐蚀。氢氧化钠的浓度小于30%时，碳钢和普通铸铁的表面会因为生成不溶性的氢氧化亚铁和氢氧化铁而钝化，防止进一步的腐蚀。

碳钢和普通铸铁在非氧化性酸中易发生氢去极化腐蚀。当酸浓度越大时，腐蚀越快。而碳钢和普通铸铁在氧化性酸中（如浓硫酸、硝酸等），因表面发生钝化而具有耐腐蚀性。例如，在80%以上的氢氟酸中，碳钢与铸铁都耐腐蚀。

（2）耐蚀铸铁　在铸铁中加入某些合金元素，可得到对特定介质有较高耐蚀性的耐蚀合金铸铁，简称耐蚀铸铁。例如，高硅铸铁、高镍铸铁、高铬铸铁等。

高硅铸铁：含14%～18%硅的铸铁为高硅铸铁。因其表面有二氧化硅保护层，故常温下对盐酸、磷酸、浓硝酸、有机酸和热硫酸等都有良好的耐蚀性。

高镍铸铁：含14%～36%镍，以及铬、钼、铜的铸铁为高镍铸铁。其具有优良的耐碱性能，即使在高温的浓碱或熔融碱环境中也依然耐腐蚀。其在海洋性大气、海水及中性盐溶液中也非常耐腐蚀。海洋设备常用到高镍铸铁。

高铬铸铁：含15%～30%铬的铸铁为高铬铸铁。其具有优良的抗氧化性和耐磨性。在有摩擦与冲刷作用的氧化性介质中常需使用高铬铸铁，例如，生产弱腐蚀性泥浆时，使用的泵、搅拌桨和管道等。

（3）不锈钢　不锈钢是具有抵抗大气、酸、碱、盐的腐蚀作用的合金钢的总称。其中又把能耐酸及其他强腐蚀性介质的合金钢称为不锈耐酸钢。一般而言，不锈钢中铬或镍的含量较高，最低含铬量为12%～13%；而不锈耐酸钢的含铬量一般不低于17%。

（4）铜和铜合金　铜的标准电极电势较高，属于半贵金属，具有较高的热力学稳定性。当酸或碱溶液中不存在氧化剂，且酸根不具有氧化性时，铜的耐蚀性良好。当酸或碱溶液中含有氧化剂，或酸根具有氧化性时，铜才会容易被腐蚀。

在海水、淡水或中性的盐类水溶液中，铜的表面会因为生成氧化亚铜、氧化铜和氢氧化铜等，而形成难溶氧化膜，使铜处于钝态而耐腐蚀。若溶液中含有溶解氧，则有利于难溶氧化膜的生成，反而降低其腐蚀速度。但若溶液中含有氧化性盐，如三价铁离子或铬酸盐等，则会加速铜的腐蚀。

（5）铝和铝合金　纯铝是银白色轻金属，有金属光泽和良好的延展性以及导电性。铝在水溶液中的电极电势较低，表现为活泼金属。铝在空气或含氧的溶液中，容易被氧化，并在其表面覆盖一层致密的氧化膜，从而显示出很高的稳定性。所以铝在中性或近中性的水和大气中，是十分耐腐蚀的，属于自钝化金属，广泛应用于制造日用器皿。因其相对密度小，所制造的轻合金常用于制造飞机和其他运输机械。

铝对非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸等）不耐腐蚀，但对氧化性酸（如10%以下的硝酸等）以及许多有机酸（特别是无水乙酸）则耐腐蚀。铝对碱或碱性盐溶液同样不耐腐蚀，但对氨水和硅酸钠（水玻璃）则耐腐蚀。

1.2.2　常见有机非金属材料

有机非金属材料的耐蚀性良好，因此在许多场合，非金属材料能起到金属材料，包括贵金属材料起不到的作用。例如聚四氟乙烯可以安全地应用于高温、高腐蚀性的介质中，甚至耐王水的腐蚀。

（1）塑料　塑料是以合成树脂为主要原料，加入必要的添加剂，在一定的温度和压力条件下，塑制而成的具有一定塑性的材料。

塑料在水、酸、碱、盐、汽油等化学介质中，大多比较稳定，不起化学变化。但大多数塑料的耐热性差，一般只可在100℃以下使用，高于这些温度，塑料即软化、变形，甚至丧失使用性能。

塑料制品在使用中难以避免地会发生老化现象，即在大气中氧气、臭氧、光、热等以及各类机械力的作用下，塑料会发生变色、变形、脆化、粉化等性能的不可逆改变。一旦塑料老化，性质不再满足生产需要，则需要去除和替换。

①聚氯乙烯（PVC），是目前应用最广的塑料品种。含增塑剂质量分数小于5%的硬聚氯乙烯，吸水率很低，透气率很低，原则上-50～80℃内可保持其使用性能，但若长时间在50℃以上使用，应采取必要的保护措施。

聚氯乙烯分子内不含有活性基团，因此有较高的化学稳定性。硬聚氯乙烯在50℃以下，除了强氧化剂（如发烟硫酸）以外，能耐大多数酸、碱、盐的腐蚀。

②聚乙烯（PE），属于非极性高分子化合物，分子间作用力较小，因此其抗拉强度只有硬聚氯乙烯的20%～65%。但它的抗冲击性能和韧性比聚氯乙烯强，在无载荷且较短时间内，高密度聚乙烯可耐100℃；在高温和载荷作用下，长期使用可发生形变。PE耐寒性较好，最低使用温度为-70℃。

PE耐蚀性优良，对非氧化性酸（盐酸、氢氟酸等）、稀硫酸、稀硝酸、碱和盐溶液具有良好的耐腐蚀性。烃类溶剂在常温下能使PE溶胀，但PE可以耐受60℃以下的其他大多数溶剂。空气中的氧会使聚乙烯缓慢降解、褪色甚至变脆、开裂，热、紫外线、高能辐射会加速这种变化。

③聚丙烯（PP），是商品塑料中最轻的一种。其表面光滑，不易结垢，无毒，吸水性小，耐热性较好。PP在-10～175℃范围内，都有良好的结晶结构和一定的强度。在无外力的情况下，其许可使用的最高温度是120℃。但是其耐寒性较差，温度低于0℃，接近-10℃时，会变脆，抗冲击强度明显下降。PP热膨胀系数很大，是碳钢的5～10倍，是PE的两倍，在使用中应加以注意。同时，PP的导热性很低，是良好的绝热保温材料。

PP的耐化学品性能优良，在80℃以下，能耐许多酸、碱、盐溶液和有机溶剂。但PP不能在发烟硫酸、浓硝酸和氯磺酸等强氧化性酸介质中使用。常温下的氯代烃、芳香烃会引起聚丙烯的溶胀，当温度提高到80℃以上，甚至会溶解。

PP耐环境应力开裂的性能优于PE，在许多溶剂、清洗剂中不发生应力开裂。但在乙二醇、蓖麻油和某些非离子表面活性剂中却可能引起应力开裂，在清洗中应加以注意。

④氯化聚醚（CPE），是一种非极性结晶型的高分子材料，其耐温变性、抗蠕变性、抗冲击性、耐磨性和尺寸稳定性良好。其吸水率一般小于0.01%，使用温度范围为-30～120℃。

CPE抗潮湿，即使在潮湿的情况下，也能保持良好的力学性能。耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯，除了浓硫酸、浓硝酸等强氧化性酸外，耐各种酸、碱、盐和大多数有机溶剂的侵蚀。但是，CPE不耐氟、氯、溴的腐蚀，会溶解于高温的吡啶、四氢呋喃中。

⑤聚苯硫醚（PPS），是一种线型结晶高聚物，有优良的耐高温、耐腐蚀性能。其有较高的机械强度，在260℃以下，仍有良好的刚性和抗拉强度。其线胀系数小，体积稳定性优良，吸水率为0.008%，模塑收缩率为0.12%。使用温度范围为-148～250℃。

PPS有优良的耐腐蚀性能，除了硝酸、铬酸、氯磺酸等强化氧化性酸以外，对其他酸碱有优良的耐蚀性。因此，可制成耐热、抗腐蚀的涂层。PPS在300℃以下时，不溶于所有的有机溶剂；在较高温度下，能部分溶解于二苯醚、氯化萘、联苯、氯化联苯和某些脂肪族的酰胺类化合物中。

⑥聚四氟乙烯（PTFE），是非极性线型结晶态高聚物。在高温或低温下，其力学性能比一般塑料优越。聚四氟乙烯的热性能优良，耐高温和低温的性能优于其他塑料。其可在260～280℃下长期连续工作。一般推荐使用的温度为-200～260℃。

聚四氟乙烯有优良的化学稳定性。因为C—F键能很高，不易断裂，即使高达500℃的温度，也不会使它破坏。此外，氟原子的电负性大，包围在C—C主链上，对主链起屏蔽作用，使其他活泼原子几乎无法钻进去。聚四氟乙烯可以抗拒强腐蚀性和强氧化性介质的作用。它耐发烟硫酸、浓硝酸、浓盐酸、氢氟酸、沸腾氢氧化钠、过氧化氢、氯气甚至王水的腐蚀。耐醇、醛、酮等有机溶剂的侵蚀。其耐候性极好，能抗氧和紫外线的作用。因此，它具有“塑料王”之称。聚四氟乙烯不耐熔融状态的锂、钠、钾等碱金属，氟及其化合物，全氟烷烃以及全氟氯烷烃等的腐蚀。

（2）涂料　涂料是由成膜物质、颜料、溶剂和助剂组成的，涂覆在物件表面，起到保护作用、装饰作用、标识作用及一些特殊功能的连续固态薄膜。

成膜物质包括油料和树脂。油料的主要成分是甘油三脂肪酸酯，是最早使用的成膜物质。通过不饱和脂肪酸中双键的氧化和聚合反应，涂在物体表面的油料会逐渐干燥成膜。因此油料中含双键越多，结膜越快。树脂是可以溶解在一定溶剂中的高分子化合物，当溶剂挥发后，能在物体表面迅速成膜。它分为天然树脂、人造树脂和合成树脂。

在涂料中的一些添加成分，不但可使涂膜呈一定的颜色，还可以增强涂料的功能。例如重晶石粉等增强涂膜的力学性能以及附着力；炭黑、铝粉、云母、氯化铁等可以增强涂料的耐久性，抵抗阳光尤其是紫外线对涂料的破坏；铝粉、玻璃鳞片等可以提高涂料阻挡水、氧气、化学品等透过的能力。

（3）木材　木材是应用历史悠久的材料，至今仍在广泛应用。其优点是不生锈、无毒、无污染。木材的性能随树种而异。一般而言，针叶类木材的耐侵蚀性能比阔叶类的木材更好。

稀的非氧化性酸、水及中性水溶液、油类等对木材有轻微的腐蚀；浓酸、浓碱和氧化性物质会使木材遭受破坏。但木材对乙酸等有机酸有较好的耐蚀性能。同时，木材还容易受到微生物的侵蚀。木材一般适用于在常温和中温使用，并避免接触高温物体。

1.2.3　常见无机非金属材料

用于工程中的无机非金属材料是以硅酸盐为主要成分的材料，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、长石和石英等无机物质的混合物，经过成型、干燥、烧制所得制品的总称。其中，陶器的质地较松散，颗粒也较粗，无光泽，强度低，导热性差，不能耐受温度急变；瓷质则具有质地坚硬、细密、光滑、耐高温等特点。

工业上用的陶瓷，按其组成和烧成温度的不同，可分为耐酸陶瓷、耐酸耐温陶瓷和一般工业陶瓷。耐酸陶瓷有很高化学稳定性，除氢氟酸、含氟的其他介质、热浓磷酸和碱液外，能耐受几乎所有其他腐蚀性介质，包括浓热硫酸、硝酸、盐酸、王水、有机溶剂等。

（2）水泥　水泥是粉状的无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气或者水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。以水泥胶结碎石而制成的混凝土，硬化后不但强度较高，还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。按原料和生产方法的不同，水泥又可分为矿砂硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、高铝水泥、膨胀水泥、白水泥等。它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

（3）玻璃　玻璃是熔融体在冷却过程中，黏度逐渐增加，最终具有固体机械性质的非晶态物质。玻璃的化学成分比较复杂，但通常以硅酸盐为主。除了硅酸盐玻璃以外，还有以磷酸盐、硼酸盐、氟化物为主的玻璃，以及含有钛、锆、锑、钒等的氧化物的特种玻璃等。

应用在化学、石油、食品、医药等工业中的大多是硼硅酸盐玻璃、低碱无硼玻璃、石英玻璃和高硅氧玻璃。它们具有优良的耐化学品性能。除了氢氟酸、热磷酸、热浓碱液以外，几乎能耐受其他所有的化学介质。玻璃的表面光滑，不易挂料，对流体的阻力小，因此玻璃设备和管道能保持产品的高纯度，同时玻璃的透明性质有利于观察生产过程。

（4）搪瓷　搪瓷是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。它有一般硅酸盐材料的耐蚀性，可以防止金属生锈，且搪瓷制品安全无毒，易于洗涤洁净，可以广泛地用作日常生活中使用的饮食器具和洗涤用具。在特定的条件下，瓷釉涂搪在金属坯体上表现出硬度高、耐高温、耐磨以及绝缘作用等优良性能。

（5）天然石材　天然石材是指从天然岩体中开采出来的，并经加工成块状或板状材料的总称。工业上常用的有花岗岩、文石、石英岩等。其耐蚀性主要取决于二氧化硅的含量、矿物组成和岩石的相对密度等。

花岗岩，含有质量分数70%～75%的二氧化硅，13%～15%的氧化铝，以及7%～10%的碱金属和碱土金属的氧化物。花岗岩的结构致密，密度大，空隙少，硬度大，对质量分数小于98%的硫酸、小于65%的硝酸和小于35%的盐酸有良好的耐蚀性，耐碱性也较好，但是不耐氢氟酸和高温磷酸的腐蚀。由于花岗岩中各组分的线胀系数差别较大，热稳定性不高。

文石，主要成分是二氧化硅，耐酸性强，常温时能耐各种浓度的硝酸、硫酸、盐酸、磷酸、溴水等的腐蚀。热稳定性良好。

石英岩，是结晶二氧化硅被非结晶二氧化硅胶结而成的一种变质岩，其二氧化硅含量高达90%～99%，其他氧化物含量少，几乎无空隙。石英岩是优良的耐酸材料，也有一定的耐碱性，且线胀系数小，热稳定性高。但其硬度较高，不容易加工。