第一章 材料腐蚀与防护

1、目录w第第1章章 绪论绪论 w1.1 金属腐蚀的基本概念w1.2 研究金属腐蚀的重要性 w1.3 防腐蚀方法简介w掌握腐蚀的定义，了解防腐蚀的方法。w第第2章章 金属腐蚀原理金属腐蚀原理w2.1 腐蚀程度的评定方法w2.2 金属材料的腐蚀原理w重点掌握金属腐蚀的原理。了解腐蚀的评价。w第第3章章 全面腐蚀和局部腐蚀全面腐蚀和局部腐蚀w3.1 全面腐蚀w3.2 点腐蚀w3.3 缝隙腐蚀w3.4 晶间腐蚀w3.5 选择腐蚀w3.6 应力腐蚀w3.7 腐蚀疲劳w3.8 磨损腐蚀w重点掌握各种腐蚀的机理和特点。了解腐蚀的影响因素。w第第4章章 金属在各种环境下腐蚀金属在各种环境下腐蚀 w4.1 金属在

2、干燥气体中的腐蚀w4.2 金属在大气中的腐蚀w4.3 金属在海水中的腐蚀w4.4 金属在土壤中的腐蚀w4.5 金属在工业环境中的腐蚀w重点掌握金属在各种环境中腐蚀的机理和特点。了解各种腐蚀的影响因素。w第第5章章 金属的防护金属的防护w5.1 金属的缓蚀w5.2 电化学保护w5.3 表面保护涂层w5.4 其它防腐方法简介w重点掌握各种防护的和应用。w第第6章章 防腐蚀设计防腐蚀设计 w6.1 选材w6.2 防腐蚀结构设计w6.3 防腐蚀措施的选择w6.4 防腐蚀强度设计w6.5 防腐蚀工艺设计w重点掌握在不同的环境介质中如何选择材料，了解在各种情况下如何选择防腐蚀方法。第一章绪论第一章绪论 引

3、言引言 材料腐蚀的定义材料腐蚀的定义 材料腐蚀与防护研究的意义材料腐蚀与防护研究的意义 材料腐蚀科学的发展材料腐蚀科学的发展 材料腐蚀的分类材料腐蚀的分类 材料防护的基本途径材料防护的基本途径w人类的文明进步都是与应用和发展与日新月异的材料分不开的。历史学家甚至用材料的名称标记不同的时代，如石器时代、青铜器时代、铁器时代等，当今世界，哪一项技术发展不是以材料发展作为前提和保证呢？w但材料有一大公敌腐蚀！w腐蚀在我们身边每时每刻悄悄地发生着，它吞噬着人们的劳动成果，改变了历史的原貌。a金属腐蚀的危害非常大，它不仅仅对金属材料本身受到破坏，更重要的是使制品的等级下降、精度、灵敏度等受损，影响其使用

4、价值甚至报废。一般来说，金属制品的制造加工的成本远比金属材料本身的成本大得多，例如飞机、舰船、锅炉等等，造价比材料高很多。1.1 1.1 金属腐蚀的基本概念金属腐蚀的基本概念 腐蚀源于拉丁文“corrdere”，意即“损坏”、“腐烂” 20世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属 生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀 腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域 塑料发胀或开裂 木头干裂或腐烂 花岗岩风蚀 水泥剥离脱落 材料损坏的基本形式断裂：裂纹生长、力学破坏、瞬间破坏磨损：表面、力学-摩擦损坏、缓慢腐蚀：表面、力学-化学损坏、渐变过程广义的腐蚀 材料在服役损坏过程中，腐蚀与磨损、腐蚀与断裂往

5、往协同进行，甚至三种损坏同时发生。 广义的腐蚀包括了腐蚀与磨损、断裂等的协同作用，是一个交叉学科的领域。 材料腐蚀学科的发展新机遇：先进的研究手段 新材料和新的制备、加工技术新挑战：服役环境更加苛刻腐蚀机理的需要深入研究新材料的腐蚀与防护材料腐蚀学科的地位发达国家：科研实力强、科研人员多、科研投入大美国腐蚀工程师协会（NACE）、几十亿美元/年我国：研究机构多（各知名高校、中科院研究所）石油天然气开发、石油化工、化学工业、船舶制造、航空航天、核能工业8材料腐蚀的定义材料腐蚀的定义 腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作

6、用。 材料损伤 宏观上，材料质量流失、强度退化 微观上，材料相、价态或组织的改变 环境介质：材料-环境交互作用 表面/界面现象（氧化态） 自发现象（体系自由能降低的过程） 返回 腐蚀的特点腐蚀的特点 自发性 铁腐蚀变成以水和氧化铁为主的腐蚀产物，这些腐蚀产物在结构或形态上和自然界天然存在的铁矿石类似，或者说处于同一能量等级 自发性只代表反应倾向，不等于实际反应速度 普遍性 元素周期表中约有三、四十种金属元素，除了金和铂金可能以纯金属单体形式天然存在之外，其它金属都以它们的化合物（氧化物、硫化物）形式存在 隐蔽性 应力腐蚀断裂管道：表面光亮如新，几乎不存在均匀腐蚀迹象，金相显微镜下，可观察到管道

7、内部布满细微裂纹 22按按 全面腐蚀全面腐蚀材材 均匀腐蚀均匀腐蚀料料 不均匀腐蚀不均匀腐蚀腐腐蚀蚀形形态态 局部腐蚀局部腐蚀 点蚀（孔蚀）点蚀（孔蚀） 缝隙腐蚀及丝状腐蚀缝隙腐蚀及丝状腐蚀 电偶腐蚀（接触腐蚀）电偶腐蚀（接触腐蚀） 晶间腐蚀晶间腐蚀 选择性腐蚀选择性腐蚀电化学腐蚀与化学腐蚀的区别电化学腐蚀与化学腐蚀的区别（1）化学腐蚀金属表面与介质如气体或非电解质溶液等因发生化学作用而引起的腐蚀，称作化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时没有电流产生。如将锌块放入稀硫酸中Zn+H2SO4=ZnSO4+H2返回（2）电化学腐蚀金属表面在介质如潮湿空气、电解质溶液等中，因形成微电池而发生电化学作用而引起的

8、腐蚀称作电化学腐蚀。 1.2 研究金属腐蚀的重要性 腐蚀的危害腐蚀的危害 在化学工业、石油化工、造纸等工业中，金属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒的物质泄漏，污染环境，危害人民的健康。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民的健康息息相关。 每年由于腐蚀可使大约1020的金属损失掉了。2003年世界的钢产量达到9.625亿吨，中国的钢产量高达2.2亿吨，美国的钢产量为0.914亿吨。按下限计算，世界每年腐蚀掉的钢大于美国的钢产量；中国一年就有2200万吨钢被腐蚀掉了，相当于腐蚀掉一个大型钢铁企业的年产量。 具体危害：具体危害：1 兵器：长期贮存，使用环境恶劣2 交通运

9、输：对铁轨、机车的腐蚀，对飞机零部件的腐蚀；（超高强度铝合金-应力腐蚀）船舶的海水腐蚀；3 能源电力： 火电有锅炉和管道的腐蚀，水电有水轮机组的腐蚀；核电站蒸汽发生器的腐蚀；（高镍合金-晶间腐蚀）煤矿安全；（井下湿度大、磨损腐蚀）石油，油气开采和运输造成设备和管道的腐蚀。4 机械电子产品；机床、电器5 化工设备：管道、锅炉、储存、阀门、冷凝；6 建筑物；钢筋混凝土的盐害7 民生：自来水管的锈蚀；8 环境污染 塔里木油田某井油管CO2腐蚀形貌图腐蚀事故举例 1966年某天然气井的套管发生硫化物应力腐蚀开裂，造成井喷和特大爆炸，人员伤亡，日产百万立方米的高产气井报废。 1971年某天然气管线发生腐

10、蚀断裂，产生爆炸，直接经济损失达7000万元。 1997年某化工厂18个乙烯原料储罐由于硫化物腐蚀引起大火，停产半年，直接损失达2亿多元，间接损失巨大。 1985年日本的一架波音747客机，由于应力腐蚀断裂而坠毁，死亡500余人。 材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1.84.2 返回腐蚀防护的意义腐蚀防护的意义通过普及腐蚀与防护知识，推广应用先进的防腐蚀技术，腐蚀造成的经济损失可减少3040。腐蚀控制不仅是科学技术问题，而且还与经济管理密切相关。 材料腐蚀科学技术的发展w 青铜剑、箭镞含铬表面涂层w 金属的氧化、溶解、钝化铁的钝化膜形成 w 历程、w 金属溶解的电化学本质、腐蚀微电池特征

11、、金属在酸中溶解的动力学，腐蚀历程的基本电化学规律，腐蚀科学的基本理论：现代腐蚀科学w 独立学科金属腐蚀科学技术的发展过程 我国腐蚀与防护的发展与贡献 建国初期，国家科委机械科学学科组腐蚀与防护分组 1961年，国家科委腐蚀科学学科组 1979年，中国腐蚀与防护学会1.3 腐蚀防护的基本途径腐蚀防护的基本途径提高材料本身的抗蚀性：提高材料本身的抗蚀性： 材料的热力学稳定性 控制腐蚀动力学改变环境：改变环境： 介质温度与流速，介质中O2 、SO2含量，改变溶液pH值，改变应力状态，加入缓蚀剂等电化学保护：电化学保护： 阴极极化降低氧化反应速度（牺牲阳极、外加电流） 阳极钝化防腐（外加电流，使之进入钝化区）采用涂镀层和表面改性：采用涂镀层和表面改性： 表面扩散渗入、离子注入，提高热力学稳定性、化学转化膜、金属涂镀层、非金属涂层、改变材料表面结构将材料