金属腐蚀与防护 第一章 综述

1、讲课人：罗来马讲课人：罗来马材料学院金属材料系材料学院金属材料系Tel-mail：QQ：915073493第一章第一章 综综 述述 第二章第二章 金属的高温氧化金属的高温氧化第三章第三章 电化学腐蚀热力学电化学腐蚀热力学第四章第四章 电化学腐蚀反应动力学电化学腐蚀反应动力学第五章第五章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀与吸氧腐蚀第六章第六章 金属的钝化金属的钝化第七章第七章 局部腐蚀局部腐蚀 教学内容：教学内容：本课程系金属材料工程专业的本课程系金属材料工程专业的专业课程。通过学习，专业课程。通过学习，使学生掌握金属腐蚀使学生掌握金属腐蚀的基本原理，了解环境对金属成分、组织

2、及的基本原理，了解环境对金属成分、组织及性能影响的基本规律，并对耐腐蚀合金理论性能影响的基本规律，并对耐腐蚀合金理论和金属的耐蚀性有一基本了解，和金属的耐蚀性有一基本了解，以培养学生以培养学生针对不同环境正确选择、合理使用金属材料针对不同环境正确选择、合理使用金属材料的能力，并在失效分析中有应力腐蚀概念。的能力，并在失效分析中有应力腐蚀概念。教学要求：教学要求： 1对重要的基本概念与基本原理了解其来源、含义与对重要的基本概念与基本原理了解其来源、含义与适用范围。适用范围。 2能初步运用所学理论及唯物辩证观点，分析有关环能初步运用所学理论及唯物辩证观点，分析有关环境对金属组织、性能影响的简单实际

3、问题。境对金属组织、性能影响的简单实际问题。3能熟悉基本金属结构材料的一般耐蚀性。能熟悉基本金属结构材料的一般耐蚀性。 4初步掌握腐蚀电化学测试方法。初步掌握腐蚀电化学测试方法。 平时成绩（平时成绩（40%40%）：）：出勤情况、作业、出题情况及课堂出勤情况、作业、出题情况及课堂表现，具体如下：表现，具体如下：1 1）考勤）考勤10%10%，点名三次：，点名三次：0 0次到者次到者0 0分；分；1 1次到者次到者3 3分；分；2 2次到次到者者5 5分；分；3 3次到者次到者1010分。分。2 2）自出考题，）自出考题，3 3人一组，占人一组，占10%10%：每小组出一道题，不出者每小组出一道

4、题，不出者-2-2分；题目与往年试题完全相同者分；题目与往年试题完全相同者-4-4；小组之间有完全；小组之间有完全雷同者雷同者-4-4分；题目被我期末考试卷采纳者分；题目被我期末考试卷采纳者1212分；出题者分；出题者5 5分；我觉得题目有新颖者分；我觉得题目有新颖者8 8分。分。3 3）课堂讲课，占）课堂讲课，占10%10%：按照班级给分，按照班级给分，3 3个班轮流讲课，每个班轮流讲课，每次讲课时间约为次讲课时间约为3030分钟，由班级的分钟，由班级的3 3位同学上台。位同学上台。4 4）实验课，）实验课，10%10%。 考试成绩（考试成绩（60%60%）：）：考试来源于上课内容。考试来源

5、于上课内容。 建议选用教材：建议选用教材：梁成浩主编梁成浩主编金属腐蚀学金属腐蚀学导论导论，机械工业出版社，北京，机械工业出版社，北京，1998，6 主要参考书：主要参考书：张承忠主编张承忠主编金属的腐蚀与金属的腐蚀与防护防护，冶金工业出版社，北京，冶金工业出版社，北京，1991，11。 田永奎编田永奎编金属腐蚀与保护金属腐蚀与保护，机械工业出，机械工业出版社，北京，版社，北京，1995，5。 朱日彰编朱日彰编金属腐蚀学金属腐蚀学，冶金工业出版社，冶金工业出版社，北京，北京，1993，10。 1.1 1.1 金属腐蚀的基本概念金属腐蚀的基本概念第一章 绪 论腐蚀定义的说法：腐蚀定义的说法：1

6、1、因材料与环境反应而引起的材料、因材料与环境反应而引起的材料 的破坏和变质。的破坏和变质。 2 2、除了单纯机械破坏以外的材料的一切破、除了单纯机械破坏以外的材料的一切破 坏，坏，如机械断裂与应力腐蚀断裂。如机械断裂与应力腐蚀断裂。 3 3、冶金的逆过程。、冶金的逆过程。 包括金属包括金属和非金属和非金属金属腐蚀定义：金属腐蚀定义：金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。引起的破坏或变质。 材料腐蚀问题涉及国民经济的各个领域材料腐蚀问题涉及国民经济的各个领域,腐蚀的危害和造成的经济损失几腐蚀的危害和造成的经济损失几乎遍

7、及所有行业。包括乎遍及所有行业。包括:能源、交通、机械、冶金、化工、轻工、纺织、能源、交通、机械、冶金、化工、轻工、纺织、城乡建设、农业、电子、信息、海洋开发等，还有尖端科技和国防工业。城乡建设、农业、电子、信息、海洋开发等，还有尖端科技和国防工业。凡是使用材料的地方，都存在不同形式和不同程度的腐蚀问题。一般来凡是使用材料的地方，都存在不同形式和不同程度的腐蚀问题。一般来说可以从以下四个方面来看：说可以从以下四个方面来看：1.2 1.2 研究金属腐蚀的意义研究金属腐蚀的意义一、腐蚀造成原材料的损耗与资源的浪费一、腐蚀造成原材料的损耗与资源的浪费 单以金属材料为例，由于金属产生严重的腐蚀，大量来

8、之不易的矿单以金属材料为例，由于金属产生严重的腐蚀，大量来之不易的矿产资源和金属材料变成了废料，每年，约产资源和金属材料变成了废料，每年，约30%的钢铁产品因腐蚀的钢铁产品因腐蚀而报废，其中的三分之二可以回收，而三分之一变成铁锈而损耗。而报废，其中的三分之二可以回收，而三分之一变成铁锈而损耗。加上人为的无节制的开采和使用，使地球上有限的矿产资源和金加上人为的无节制的开采和使用，使地球上有限的矿产资源和金属材料日趋枯竭。属材料日趋枯竭。 1.2 1.2 研究金属腐蚀的意义研究金属腐蚀的意义二、腐蚀直接影响能源生产与供应，造成重大的经济损失 据中国腐蚀调查报告中对能源工业的调查和统计，石油与天然气

9、系统每年因腐蚀造成的经济损失约为100亿元，煤炭工业每年腐蚀损失约为55.6亿元，电力系统每年的腐蚀损失约16.535亿元，这三个能源部门总的腐蚀损失每年就接近200亿元。1.2 1.2 研究金属腐蚀的意义研究金属腐蚀的意义三、腐蚀事故阻碍科学技术和生产的发展例如：1986年“挑战者”号航天飞机由于一个零件腐蚀，导致发射73秒后在空中爆炸解体，该航天飞机制造费用是60-70亿美元，机上7名航天员全部遇难，发射一次费用约5-6亿美元；四川宜宾市南门大桥断裂事故（该桥仅仅使用11年），是应力腐蚀引发的钢缆断裂造成的事故；2004年4月16日，重庆天元化工总厂发生氯气泄漏事故并爆炸，造成9人死亡或失

10、踪，另有三人受重伤，大量群众被转移。又如1985年日本一架波音747客机，由于腐蚀疲劳而坠毁，造成500多人死亡。4 4、腐蚀引起的环境污染问题日益引起人们的关注。腐蚀产生的各种、腐蚀引起的环境污染问题日益引起人们的关注。腐蚀产生的各种工业废水、废渣和废气以及各种有害物质泄露、排放到河流、海工业废水、废渣和废气以及各种有害物质泄露、排放到河流、海洋和大气中，破坏了生态平衡和危及人们健康。洋和大气中，破坏了生态平衡和危及人们健康。 1.2 1.2 研究金属腐蚀的意义研究金属腐蚀的意义由于金属腐蚀的领域广、机理比较复杂，其分类方法也是多样的。常由于金属腐蚀的领域广、机理比较复杂，其分类方法也是多样

11、的。常见的属腐蚀的分类有下列几种方法。见的属腐蚀的分类有下列几种方法。1.3 1.3 金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类、按、按腐蚀过程的历程分类腐蚀过程的历程分类：根据腐蚀过程的特点，可以将金属腐：根据腐蚀过程的特点，可以将金属腐蚀蚀 分为分为化学、电化学和物理腐蚀化学、电化学和物理腐蚀等三类。等三类。指金属表面与非电解质发生纯化学反应而引起的损坏。通常在一些干指金属表面与非电解质发生纯化学反应而引起的损坏。通常在一些干燥气体及非电解质溶液中进行。其反应历程的特点是金属表面的原子燥气体及非电解质溶液中进行。其反应历程的特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应而形成腐蚀产物。在腐

12、与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中不产生电流。蚀过程中不产生电流。 1 1、化学腐蚀（、化学腐蚀（Chemical CorrosionChemical Corrosion） 1.3 1.3 金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类 1 1、化学腐蚀、化学腐蚀 如喷气发动机如喷气发动机,火箭及原火箭及原子能工业设备在高温下子能工业设备在高温下同干燥气体作用同干燥气体作用,金属在金属在某些液体某些液体(如如CCl4，CHCl4等非水溶剂等非水溶剂)中的中的腐蚀。腐蚀。 指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而产生的破坏，反应过程指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而产生的破坏，

13、反应过程中有电流产生。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。金属在大气、中有电流产生。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。金属在大气、海水、土壤及酸、碱、盐等介质中发生的腐蚀皆属于此类。海水、土壤及酸、碱、盐等介质中发生的腐蚀皆属于此类。2 2、电化学腐蚀（、电化学腐蚀（Electrochemical CorrosionElectrochemical Corrosion）例如:当钢铁处在潮湿空气中时,因表面吸附作用,使钢铁表面覆盖一层水膜,它能溶解空气中的SO2和CO2气体,这些气体溶于水后电离出H+ ,SO3 ,CO3 等离子.铁与杂质就形成了原电池,铁为阳极,杂质为阴极,发生下列反应:阳极Fe=

14、Fe2+2e-Fe2+2OH-=Fe(OH)2阴极2e-=H2总 Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2生成了Fe(OH)2在空气中被氧气所氧化成棕色铁Fe2O3XH2O.2 2、电化学腐蚀（、电化学腐蚀（Electrochemical CorrosionElectrochemical Corrosion）答案真相永远只有一个： 金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。许多金属在高温熔盐、金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。许多金属在高温熔盐、熔碱及液态金属中可发生这类腐蚀。例如用来盛放熔融锌的钢容器，熔碱及液态金属中可发生这类腐蚀。例如用来盛放熔融锌的钢容器，由于铁被液态锌所溶解，钢容器逐

15、渐被腐蚀而变薄。由于铁被液态锌所溶解，钢容器逐渐被腐蚀而变薄。 3 3、物理腐蚀（、物理腐蚀（Physical CorrosionPhysical Corrosion）二、按腐蚀的形式分类：根据腐蚀的形式，可将腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。腐蚀分布在整个金属表面上，它可以是均匀的，也可以是不均腐蚀分布在整个金属表面上，它可以是均匀的，也可以是不均匀的。例如，碳钢在强酸强碱中发生腐蚀属于均匀腐蚀。匀的。例如，碳钢在强酸强碱中发生腐蚀属于均匀腐蚀。局部腐蚀主要发生在金属表面某一区域，而表面的其他部分则几局部腐蚀主要发生在金属表面某一区域，而表面的其他部分则几乎未被破坏。主要包括：小孔腐蚀、缝隙

16、腐蚀、电偶腐蚀、晶间乎未被破坏。主要包括：小孔腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀破裂、氢脆、腐蚀疲劳、选择性腐蚀。腐蚀、应力腐蚀破裂、氢脆、腐蚀疲劳、选择性腐蚀。1 1全面腐蚀（全面腐蚀（General CorrosionGeneral Corrosion）2.2.局部腐蚀（局部腐蚀（Localized CorrosionLocalized Corrosion）图1.1 金属腐蚀破坏形式1-均匀腐蚀 2-不均匀腐蚀 3-选择性腐蚀 4-斑状腐蚀 5-溃疡腐蚀6-小孔腐蚀 7-晶间腐蚀 8-穿晶腐蚀 9-表层下腐蚀（1 1） 小孔腐蚀小孔腐蚀(Pitting)(Pitting)这种破坏

17、主要集中在某些活性点上，并向金属内部深处发展。通这种破坏主要集中在某些活性点上，并向金属内部深处发展。通常其腐蚀深度大于其孔径。严重时可使设备穿孔。不锈钢和铝合常其腐蚀深度大于其孔径。严重时可使设备穿孔。不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常呈这种破坏形式。金在含有氯离子的溶液中常呈这种破坏形式。 （2 2）缝隙腐蚀）缝隙腐蚀(Crevice Corrosion)(Crevice Corrosion) 金属在腐蚀性介质中其表面或因铆接、焊接、螺纹连接，与非金金属在腐蚀性介质中其表面或因铆接、焊接、螺纹连接，与非金属连接，或因表面有灰尘、砂粒、垢层、浮着沉积物等固体物质属连接，或因表面有灰尘、砂粒

18、、垢层、浮着沉积物等固体物质时，由于接触面间的缝隙内存在电解质溶液而产生腐蚀的现象。时，由于接触面间的缝隙内存在电解质溶液而产生腐蚀的现象。缝隙腐蚀在各类电解质液中都会发生。钝化金属如不锈钢、缝隙腐蚀在各类电解质液中都会发生。钝化金属如不锈钢、 铝合铝合金、钛等对缝隙腐蚀的敏感性最大。金、钛等对缝隙腐蚀的敏感性最大。（3 3）电偶腐蚀）电偶腐蚀(Galvanic Corrosion) (Galvanic Corrosion) 凡具有不同电极电位的金属相互接触，并在一定的介质中所发生凡具有不同电极电位的金属相互接触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀。例如热交换器中的不锈钢管和碳钢的

19、电化学腐蚀即属电偶腐蚀。例如热交换器中的不锈钢管和碳钢花板连接处。碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀。花板连接处。碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀。 （4 4）晶间腐蚀）晶间腐蚀(Intergranular(Intergranular Corrosion ) Corrosion ) 这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这时，虽然从金属外观看不出有明显的变化，但其力学性能却以大时，虽然从金属外观看不出有明显的变化，但其力学性能却以大为降低了。通常晶间腐蚀出现于奥氏体、铁素体不锈钢和铝合金为降低了。通常晶间腐蚀出现于奥氏体、铁素体

20、不锈钢和铝合金的构件中。的构件中。（5 5）应力腐蚀）应力腐蚀(Stress Corrosion Cracking)(Stress Corrosion Cracking) 金属在拉应力和腐蚀介质共同作金属在拉应力和腐蚀介质共同作用下，使金属材料发生腐蚀性破用下，使金属材料发生腐蚀性破裂。根据腐蚀介质性质和应力状裂。根据腐蚀介质性质和应力状态的不同，在金相显微镜下，显态的不同，在金相显微镜下，显微裂纹呈穿晶、沿晶和或两者混微裂纹呈穿晶、沿晶和或两者混合形式。应力腐蚀破裂是局部腐合形式。应力腐蚀破裂是局部腐蚀中危害最大的，因为他们发生蚀中危害最大的，因为他们发生后用肉眼在金属表面很不易察觉，后用肉

21、眼在金属表面很不易察觉，一般也没有预兆，具有突然破坏一般也没有预兆，具有突然破坏的性质。的性质。 （6 6） 氢脆氢脆(Hydrogen Embrittlement(Hydrogen Embrittlement) ) 在某些介质中，因腐蚀或其他原因而产生的氢原子可渗入金属内部，使在某些介质中，因腐蚀或其他原因而产生的氢原子可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力的作用下发生脆裂。例如含硫化氢的油、气输送管金属变脆，并在应力的作用下发生脆裂。例如含硫化氢的油、气输送管线及炼油厂设备常发生这种腐蚀。线及炼油厂设备常发生这种腐蚀。 （8 8）选择性腐蚀（）选择性腐蚀（Selective CorrosionSelec