材料的腐蚀与防护--.ppt

材料的腐蚀和保护，0介绍金属和合金的高温氧化金属的电化学腐蚀金属在各种环境下腐蚀材料的防腐高分子材料的腐蚀无机非金属材料的腐蚀，0。简介，0.1材料腐蚀的基本概念0.2研究材料腐蚀的重要性0.3材料腐蚀控制，0.1材料腐蚀的基本概念，金属与其所在环境介质之间的化学，电化学或物理作用引起金属变质和破坏的金属腐蚀。非金属材料越来越用作工程材料，非金属材料的破坏现象也越来越受到关注。腐蚀被定义为环境作用引起的材料的破坏和变质。腐蚀现象很常见，从热力学的角度来看，除了极少数贵金属(Au、Pt等)外，一般材料的侵蚀是自发的过程。材料很少因简单的机械因素(例如拉力、压力、冲击、疲劳、断裂、磨损等)或其他物理因素(例如热能、光能等)而受损，大多数金属和非金属材料的破坏与周围环境的腐蚀因素有关。材料的腐蚀问题已成为当今材料科学和工程领域不可忽视的课题。0.2研究材料腐蚀的重要性，材料腐蚀问题在国民经济的各个领域，日常生活、运输、机械、化学、冶金、尖端科学、国防、使用材料的地方，都存在腐蚀问题。腐蚀给社会造成巨大经济损失的经济损失约为国民经济生产总值的2%至4%，美国1982年：1260亿美元；英国1969年：13亿6500万英镑，3.5%；日本在1976年达到：92亿美元，占1.8%。中国1995年为3336500亿元，占4%；目前全球330700亿美元。腐蚀事故危及人身安全，1965年3月，美国一级燃气管道因应力腐蚀破裂起火，造成17人死亡。1970年，日本大坂地铁的管线被腐蚀破坏，煤气爆炸造成75名乘客当场死亡。1985.8.12，日本一架波音747飞机因构件应力腐蚀骨折坠落，造成500多人死亡，惨剧直接造成1亿美元以上的经济损失。1979年，中国一城市液化石油气储罐发生腐蚀爆炸火灾，数十人丧生。直接经济损失为630万元。腐蚀消耗宝贵的资源和能源，据统计，每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的10% 40%，其中三分之二是可再生的，三分之一是腐蚀后不能回收的。我国年产量为l亿t，由于腐蚀，每年接近1千万t。腐蚀是对自然资源的巨大浪费，同时也浪费了大量人力和能源。用有限的资源和能源研究解决腐蚀问题是当务之急。腐蚀引起的环境污染相当严重。腐蚀增加了工业废水、废物布局和处理的困难，由于大气、土壤、河流和直接进入海洋的有害物质的增加，造成了自然环境的污染，破坏了生态平衡，损害了国民的健康，阻碍了国民经济的可持续发展。研究和解决腐蚀问题，促进科技进步，不锈钢的发明和应用，硝酸和氨产业的发展。有人分析说，美国阿波罗登月飞船在储存N2O4的高压容器中存在应力腐蚀裂纹，添加0.6%的质量后才能解决。美国著名腐蚀学家方安娜认为，如果找不到这个解决方案，登月计划将推迟几年。材料的腐蚀研究具有现实的经济意义。0.3材料的腐蚀控制，实证地充分利用现有的防腐技术，进行广泛的防腐教育，实行严格的科学管理，证明了腐蚀造成的经济损失30%-40%是可以避免的；超过一半的腐蚀损失仍然没有有效的防腐方法可以避免。防腐工作的潜在经济价值需要加强对腐蚀基本理论及工程应用的研究。，腐蚀控制方法，1)根据使用环境正确选择金属或非金属材料；2)进行产品的合理结构设计和工艺设计，减少产品在加工、组装、储存等方面的腐蚀。3)在封闭或循环系统中使用双腐蚀型，并采取各种措施改善除气、除气和除盐等腐蚀环境。4)采用电化学保护方法，包括阴极保护和阳极保护技术；(5)应用金属涂层和非金属涂层等保护涂层，1金属和合金的高温氧化与周围气体相比，金属热不稳定。根据气体成分和反应条件，反应会产生氧化物、硫化物、碳化物、氮化物等，或这些反应产物的混合物。室温或低温干燥的空气中反应速度很低，这种不稳定性对很多金属影响很小。随着温度的上升，反应速度急剧增加。在高温下，金属引起环境介质的气象或凝聚相物质和化学反应而破坏的过程，也称为高温氧化或高温腐蚀。金属高温主要包括以下方面：化学工业、高温工艺、氨和石化；金属生产和加工过程中，热处理中的碳氮化、盐浴处理、碳增加、氮化损伤和熔盐腐蚀；包括燃烧过程，柴油机，燃气轮机，焚烧炉等，高温氧化。反应堆运行过程中煤的气化和液化引起的高温硫化腐蚀。在航空航天领域，由于发动机叶片的高温氧化和高温硫化腐蚀，飞船返回大气的过程中会发生高温氧化和高温硫化腐蚀。高温腐蚀的危险，高温腐蚀使金属腐蚀生锈；造成很多金属的损失。破坏了金属表面的很多优秀性能。减少金属截面载荷的能力；降低高温机械疲劳和热疲劳特性。研究金属高温腐蚀的含义，了解各种金属及其合金在各种环境介质中的腐蚀行为；掌握腐蚀产物对金属特性破坏的规律。为了有效合理地应用于各类特定高温环境，已成功设计了腐蚀性泰金。适当选择保护工艺和涂层材料，提高金属材料的高温耐蚀性。减少金属损失，延长金属产品寿命，提高生产企业的经济效益。1.1金属高温氧化的热力学基础，广义：金属氧化应包括硫化、卤化、氮化、碳化、液态金属腐蚀、混合气体氧化、水蒸气加速氧化、热腐蚀等高温氧化。狭义：金属的高温氧化只是指金属(合金)和环境的氧气在高温下形成氧化物的过程。研究金属的高温氧化时，首先要讨论金属与氧的相互作用是否自发进行，或者氧化反应可能发生的条件是什么，这些问题可以用热力学的基本定律来判断。1.1.1金属的高温氧化可能性，金属氧化时的化学反应为Me(s) O2(g)MeO2(s)(1-1) VantHoff等温线方程式3360g=-rt lnk RTL NQ(rt lnk RTL NQ)P O2-给定温度下的氧分压。可以从格式(1-4)看出：对于p O2 PO2， gt 0，反应在MeO2方向上进行；如果P O2 0，在MeO2分解方向上反应；如果PO2=PO2， gt=0，金属氧化达到平衡。在指定温度下解压缩金属氧化或解决平衡常数，可以确认金属氧化物的稳定性。金属的高温氧化可能性，Me(s) O2(g)MeO2(s)的：G0T=-rt lnk=-rtln(1/PO2)=4.575 TL GPP，1.1.2金属氧化物的高温稳定性，金属的高温氧化研究中金属氧化物的标准生成自由能G0T与温度的关系，判断氧化的可能性G0T值可以在物理化学手册中找到。1944年，埃林厄姆绘制了任何氧化物的G0T-t平衡图(见图1-1)，该图显示了在任何温度下金属氧化反应的G0T值，Ellingham度，1.1.2.2金属氧化物的蒸汽压，物质在一定温度下的恒定蒸汽压在给定的条件下，系统追求固体、液体、气象平衡；固体氧化物的蒸汽压在该温度下低于相平衡蒸汽压，固体氧化物蒸发。蒸发反应中蒸汽压力与标准自由能的关系与上述氧化、还原反应相同。 G0=-rt1np蒸汽(1-8)标准自由能的符号决定了物质沸腾时蒸汽压为1105Pa(1atm)， G0=0等反应系统状态的方向，此温度以上的气体稳定。蒸气压和温度关系可以用克莱佩龙方程表示。d