材料腐蚀及防护

..第一章绪论重点1.金属的腐蚀:：金属腐蚀后失去其金属特性,往往变成更稳定的化合物。金属腐蚀是普遍存在的一种自然规律,是不可避免的自然现象。2.均匀腐蚀速度的评定重量法g/<m2•h>深度法mm/a容量法电流密度法目录P9腐蚀的定义P10-11腐蚀的过程及特点P13腐蚀的危害P18-20腐蚀的防护方法：隔离控制、热力学控制、动力学控制P29-30按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀P31-38按腐蚀形态分类：全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀P39按材料类型分类：金属材料、非金属材料P41腐蚀速度的评定P42-49均匀腐蚀的评定：重量法、深度法、容量法、电流密度表征法第二章金属腐蚀电化学理论基础重点1.电极系统：一个有电子导体相和离子导体相组成的,有电荷通过相界面在两个相之间转移的系统。2.电极反应：在电极系统中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应。3.阳极反应：从还原体的体系向氧化体的体系转化〔失电子阴极反应：从氧化体的体系向还原体的体系转化〔得电子4.绝对电极电位：金属电极板浸入其盐溶液中,电子导体相〔金属与离子导体相之间的内电位差称为电极系统的绝对电极电位,用Φ表示。相对电极电位：研究电极与参比电极组成的原电池电动势称为该电极的相对〔电极电位,用E表示。5.双电层结构：金属极板表面上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受负电荷吸引,较多地集中在金属极板附近,形成所谓双电层结构。6.原电池与腐蚀电池的区别：原电池将化学能转化为电能,对外界做实际有用功,都十点吃由化学能转换为热能,做的实际有用功为0,,即腐蚀电池只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。7.化学位,单位摩尔数的物质M加入到相P所引起的吉布斯自由能的变量电化学位：将单位摩尔的正离子Mn+移入相P时,引起的吉布斯自由能变化8.平衡绝对电极电位的计算9.相对电极电位和电动势10.标准电位E⦵：电极反应的各组分活度<或分压>都为1,温度为25oC时,压力为1atm时的平衡电位Ee等于E⦵,E⦵称为标准电位。11.Nernst方程求平衡电位12.电化学腐蚀的热力学判据：EM,e<EO,e,ΔG<0,腐蚀自发进行；EM,e>EO,e,ΔG>0,腐蚀不能自发进行；EM,e=EO,e,ΔG=0,腐蚀反应达到平衡；13.电动序：将各种金属的标准电位⦵的数值从小到大排列起来,就得到"电动序"或标准电位序。电动序可以用来粗略地判断金属的腐蚀倾向14.电位-pH图〔Ee-pH图：是描绘电极的平衡电位与溶液pH值间的曲线。重点：氧电极和氢电极的电位-pH图、Fe-H2O系的电位-pH图15.极化作用：由于通过电流而引起腐蚀电池两极间电位差减小,并因而引起电池工作电流降低的现象16.交换电流密度：当电极反应达到平衡时,反应速度为交换反应速度,阳极反应和阴极反应具有相同的电流密度,称为交换电流密度17.电极反应动力学方程18.外侧电流密度：19.Tafel方程式20.极限扩散电流密度21.扩散控制的动力学方程22.混合电位：由于两个耦合的电极电位不同,彼此互相极化,它们偏离各自的平衡电位,极化到了一个共同的电位E,称为混合电位。23.腐蚀电位和腐蚀电流：如果在共轭反应中,阳极反应是金属的溶解,结果导致金属的腐蚀,这时混合电位又叫腐蚀电位Ecorr。相应于腐蚀电位下的阳极溶解电流称为腐蚀电流Icorr或腐蚀电流密度icorr。腐蚀电流密度23.外测电流密度也称为极化电流密度极化电流密度24.腐蚀电流密度的影响因素1i0,a和i0,c,交换电流密度越大,腐蚀电流密度越大2塔菲尔斜率,βa,βc越大,icorr越小3平衡电位之差,Ee,a－Ee,c越大,icorr越大目录一、腐蚀电池P3-4电极系统和电极反应的定义P5-6电极反应的分类P8-9电极反应的书写P11-13绝对电极电位、相对电极电位、平衡电极电位P13-17双电层结构〔平板模型、扩散双电层模型P18-20原电池、电解池、腐蚀电池的定义及对比P22-23原电池与腐蚀电池的区别P24-26腐蚀电池的过程二、电化学腐蚀热力学P30-31化学位与电化学位P34-36电化学位的计算P38平衡绝对电极电位的计算P39-44相对电极电位以及电动势的计算P46-51Nernst方程求平衡电极电位P48标准电位E⦵的定义,标准电位和平衡电位的区别P54-56电化学腐蚀的热力学判据P57-60由电极电位判断腐蚀发生的可能性的计算P63电动序的定义及意义P65-67氧电极和氢电极的电位-pH图P69-75Fe-H2O系的电位-pH图P77电位—pH图的局限性三、电化学腐蚀动力学P81-83极化作用P84过电位的定义P85-86电极反应步骤和速度控制步骤〔电化学极化、浓差极化P88化学反应速率方程P93电化学反应速率方程P94-95交换电流密度P96电化学反应动力方程P97外测电流密度P97-98极化曲线和极化率P99-101Tafel方程式P103极限扩散电流密度P104-105扩散过程动力学方程P109-113混合电位理论P114-118腐蚀电流密度icorrP119-121腐蚀电流密度的影响因素P125极化电流密度四、析氢腐蚀与吸氧腐蚀P132析氢腐蚀的原理P137-140影响析氢腐蚀的因素P141减缓析氢腐蚀的途径P142吸氧腐蚀的原理P147-149影响吸氧腐蚀的因素P150析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较第三章金属常见腐蚀形态及机理重点1.按材料腐蚀形态分类全面腐蚀：均匀腐蚀、不均匀腐蚀局部腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀及丝状腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀2.电偶腐蚀定义：异种金属接触,在一定条件下〔电解质溶液或大气中,电位较负的腐蚀加速,电位较正的金属腐蚀减慢的现象称为电偶腐蚀,<亦称之为双金属腐蚀或接触腐蚀>。机理：两种金属构成宏电池,产生电偶电流,使电位较负的金属〔阳极产生阳极极化,溶解速度增加；电位较正的金属〔阴极产生阴极极化,溶解速度减小。阴阳极面积比增大,介质电导率减小,都使阳极腐蚀加重。影响因素：电化学因素、介质条件、表面面积3.点蚀定义：点蚀又称孔蚀,是一种腐蚀集中在金属表面的很小范围内,并深入到金属内部的小孔状腐蚀形态,蚀孔直径小、深度深,其余地方不腐蚀或腐蚀很轻微。机理：第一阶段蚀孔成核〔钝化膜破坏理论和吸附理论；第二阶段蚀孔生长〔基于闭塞电池的活化-钝化腐蚀电池的自催化理论影响因素：介质类型、介质浓度、介质温度、溶液pH、介质流速4.缝隙腐蚀定义：有电解质溶液存在,金属表面因存在异物或结构上的原因而形成缝隙,从而导致狭缝内的金属腐蚀加速的现象。机理：初期阶段缝内缺氧、缝外富氧,氧浓差电池；后期阶段闭塞电池自催化效应影响因素：几何因素、环境因素、材料因素5.晶间腐蚀定义：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。产生原因：多晶体的金属和合金本身的晶粒和晶界的结构和化学成分存在差异产生了形成腐蚀微电池的物质条件；在晶界和晶粒构成的腐蚀原电池中,晶界为阳极,晶粒为阴极。由于晶界的面积很小,构成"小阳极－大阴极"机理：<1>贫化理论－晶界碳化物析出<2>阳极相理论－晶界相析出并溶解<3>吸附理论－杂质原子在晶界吸附影响因素：热处理制度；合金成分；腐蚀介质6.选择性腐蚀定义：多元合金中较活泼组分的优先溶解,这个过程是由于合金组分的电化学差异而引起的机理：锌的选择性溶解；溶解-沉积影响因素：组织结构和成分、温度、腐蚀介质目录P2腐蚀形态的分类P3全面腐蚀及其危害P4局部腐蚀及其危害P5局部腐蚀的原因P6全面腐蚀与局部腐蚀的对比P8电偶腐蚀的定义P10-12电偶序P13电偶腐蚀的机理P14-16电偶腐蚀的影响因素P17-18电偶腐蚀的评价方法和防止措施P20-22点蚀的定义、特点和形貌P23-25点蚀发生的条件P26-42点蚀的机理P43-46点蚀的影响因素P47-50点蚀的评定方法P51点蚀的防止措施P53-55缝隙腐蚀的定义、形成以及特征P56-60缝隙腐蚀的影响因素P64缝隙腐蚀的评价方法P65-68丝状腐蚀的定义、特征、机理以及影响因素、防止措施P69-71垢下腐蚀的定义、特征、机理以及影响因素P72点蚀与缝隙腐蚀的比较P73防止缝隙腐蚀的措施P75晶间腐蚀的定义和特点P76晶间腐蚀产生的原因P77-82晶间腐蚀的机理P83-87晶间腐蚀的影响因素P88晶间腐蚀的评定方法P89特殊的晶间腐蚀P90防止晶间腐蚀的措施P92-94选择性腐蚀的定义P95选择性腐蚀的机理P96-97选择性腐蚀的影响因素P98选择性腐蚀的评定方法第四章应力作用下的腐蚀重点1.应力腐蚀开裂定义：受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质中,由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性断裂现象特征：1典型的滞后破坏2裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型3SCC开裂是一种低应力的脆性断裂4裂纹扩展速度比均匀腐蚀快约106倍2.门槛应力σSCC：将无裂纹试样加恒应力σ,放入腐蚀介质。当外加应力σ小于某一临界值σSCC时,试样在规定的时间内不发生应力腐蚀断裂。将σSCC称为门槛应力。σSCC是衡量应力腐蚀开裂敏感性的定量参量之一,σSCC越小,应力腐蚀越敏感。3.门槛应力场强度因子KISCC：当KI降低到某一定值后,材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂〔即材料有无限寿命,此时的KI就叫做应力腐蚀临界应力场强度因子,以KISCC表示4.腐蚀疲劳定义：腐蚀疲劳<CF>是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。破坏比单纯疲劳破坏或单纯腐蚀破坏严重。特征：1空气中存在疲劳极限,而腐蚀疲劳不存在疲劳极限2腐蚀疲劳〔CF与应力腐蚀断裂〔SCC比较3疲劳腐蚀强度与耐蚀性有关4CF裂纹多源于表面蚀坑或缺陷,往往成群出现5CF断口5.第一类氢脆：不可逆氢脆,加载前内部已有氢脆源,应力加快裂纹的形成与扩展第二类氢脆：根据应变速率与氢脆敏感性的关系分类,加载前内部不存在裂纹源,H与应力交互作用形成裂纹源。6.磨损腐蚀：金属表面与腐蚀介质之间的相对运动,引起金属的加速破坏。7.冲刷腐蚀：金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动引起的金属损伤。是流体冲刷与腐蚀协同作用的结果。8.空泡腐蚀：高速流体和腐蚀共同作用下,引起的气蚀过程9.摩擦副磨损腐蚀：摩擦副接触表面的机械磨损与周围环境介质化学或电化学腐蚀的共同作用,导致表层材料流失的现象。10.微动腐蚀：是指在有氧气或其它腐蚀介质存在的条件下,沿着受压载荷而紧密接触的界面上有轻微的振动或微小振幅的往返相对运动,导致在接触面上出现小坑、细槽或裂纹的现象。也称微震腐蚀。目录P4-5应力腐蚀开裂的定义和产生条件P13应力腐蚀开裂的特征P14-17应力腐蚀开裂的机理P18应力腐蚀开裂的影响因素P19-25应力腐蚀开裂的研究方法〔门槛应力σSCC、门槛应力场强度因子KISCCP26应力腐蚀开裂的防止措施P28腐蚀疲劳的定义P29-31腐蚀疲劳的特征P32-34腐蚀疲劳的机理P35-38腐蚀疲劳的影响因素P39-40腐蚀疲劳的评定方法P41腐蚀疲劳的防止措施P43-44氢的来源和存在形式P45氢的扩散和富集P47-49第一类氢脆P51-52第二类氢脆P53-57氢致开裂的机理P58降低氢致开裂的途径P59应力腐蚀和氢脆的关系P61磨损腐蚀的定义和影响因素P62冲刷腐蚀的定义和影响因素P63空泡腐蚀的定义和过程P64摩擦副磨损腐蚀的定义和机理P65-66微动腐蚀的定义、形态和理论P67-68磨损腐蚀的研究方法和防止措施第五章自然环境中的腐蚀重点1.大气腐蚀：由于金属材料与空气中的水和氧发生化学和电化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。2.土壤腐蚀：埋在土壤中的金属及构件的腐蚀。3.水环境中的腐蚀：一般包括淡水腐蚀、盐湖水腐蚀、海水腐蚀。4.太空环境腐蚀：太空环境是诱发航天材料腐蚀和航天器故障的主要原因之一。目录P3-4大气腐蚀的定义和分类P5-7大气腐蚀的机理P8大气腐蚀的影响因素P9大气腐蚀的研究方法P11-12土壤腐蚀的定义和分类P13-14土壤腐蚀的影响因素P15土壤腐蚀的研究方法P18-20水环境中的腐蚀机理P24-25太空环境中的腐蚀机理、影响因素、研究方法第六章典型工业环境中的腐蚀重点目录P29-32石油开采过程中的腐蚀环节、影响因素及防护P33-37石油加工过程中的腐蚀环节、影响因素及防护P40-41无机酸腐蚀P42有机酸腐蚀P43碱腐蚀P44盐腐蚀P46-49核电工业的腐蚀环境和腐蚀行为P51-53航空航天装备的腐蚀第七章金属的高温腐蚀重点1.金属高温腐蚀热力学判据pO2’为氧化物的分解压,pO2为气相中氧的分压2.金属氧化物的性质1氧化物的熔点：氧化物熔点低,不利于稳定；两种氧化物形成共晶时,熔点降低2氧化物的挥发性：易挥发,氧化物膜对基体无保护作用蒸气压越小,氧化物越稳定3氧化物与金属的体积比〔PBR:PBR>1,金属氧化膜是完整的,具有保护性;PBR过大,如大于2.5时,内应力过大,易使膜破裂,保护性差；PBR<1,金属氧化膜是疏松多孔的,保护性差4氧化物间的溶解性：合金氧化时,可形成完全互溶的氧化物固溶体,如Al2O3-Cr2O3,Fe2O3-Cr2O35氧化物间的固相反应：两种氧化物反应生成复合反应物,通常为致密的尖晶石结构,提高抗氧化性3.金属氧化的动力学规律：金属氧化的动力学曲线大致遵循直线、抛物线、立方、对数及反对数五种规律4.高温合金氧化的机理1合金的选择氧化2合金的内氧化和外氧化3掺杂对合金氧化的作用4活性元素效应5.高温合金氧化的影响因素1温度的循环：促进氧化物剥落2微量元素:镍基、钴基高温合金中,S、P、B、C有害；Fe既无害也无益；Zr、Si、Mg、Mn、Y、Th、RE,有益3表面质量：增加表面变形促进内部氧化；铸造合金的表面变形比变形合金的表面变形影响更显著4施加应力：高于临界应力时,氧化加快5高速气流环境：产生热腐蚀6.提高高温合金抗氧化的途径1改变合金的组织结构,采用特殊工艺制备2抗氧化保护涂层目录P2高温腐蚀的定义P4-5金属高温腐蚀热力学判据P7-8其他类型高温腐蚀热力学：高温硫化P11-12金属氧化物的基本结构P13金属氧化物的基本性质P14-15金属氧化物的缺陷P17-18金属高温氧化的过程P19-23金属氧化的动力学规律P24-25金属氧化的机理P27高温合金氧化的特征P28-44高温合金氧化的机理P45高温合金氧化的影响因素P46提高高温合金抗氧化的途径P47-51其他类型环境金属高温腐蚀第八章金属腐蚀的防护与控制方法重点1.正确选材与合理结构设计2.缓蚀剂保护：向腐蚀介质中添加某些少量的化学药品,能显著地阻止或减缓金属的腐蚀速度。这些少量的添加物质即所谓缓蚀剂3.缓蚀剂分类按照电化学理论分类阳极型缓蚀剂在钝化区起作用；阴极型缓蚀剂主要对金属的活性溶解起缓蚀作用；混合型缓蚀剂按照形成的保护膜分类氧化〔膜型缓蚀剂沉淀〔膜型缓蚀剂吸附型缓蚀剂4.电化学保护：电化学保护是指通过施加外电动势将被保护金属的电位移向免蚀区或钝化区,以减小或防止金属腐蚀的方法。这是一项经济而有效的防护措施。5.阴极保护：金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时,电位负移,金属阳极氧化反应过电位ηa减小,反应速度减小,这种金属腐蚀速度减小的现象,称为阴极保护效应。1外加电流阴极保护：所需保护电流是由直流电源<如蓄电池、直流发电机、整流器等>提供的；2牺牲阳极保护：所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的6.阳极保护：对具有活态—钝态转变而不能自钝化的腐蚀体系,通过外加阳极极化电流,使金属的电位正移到稳定钝化区内,金属的腐蚀速度就会大幅度降低,这种防护方法称为阳极保护。1金属的致钝：整体致钝法；逐步致钝法；低温致钝法；化学致钝法；涂料致钝法；脉冲致钝法2金属的维钝：固定槽压法；恒电位法7.金属镀层：阳极镀层、阴极镀层阳极镀层：在使用环境中,覆层材料的电位比基体金属的电位负,比如铁表面上用锌作覆层。在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中,覆层是阳极,能够对基体金属起到阴极保护作用。阳极性覆层常用作防护性覆层阴极镀层：在使用环境中,覆层材料的电位比基体金属的电位正,如铁表面上覆盖铬、镍。如果覆盖存在缺陷,将加速基体金属的腐蚀。因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙,才能起机械隔离作用。8.非金属涂层：四种化学转化膜〔铬酸盐膜、磷化膜、钢铁的化学氧化膜、铝及铝合金的阳极氧化膜目录P5-6正确选材与合理结构设计P8缓蚀剂保护定义和特点P9-17缓蚀剂的分类P18-19缓蚀剂的选用原则P21电化学保护的定义P22-25阴极保护的原理和保护参数P26-27阴极保护的两种方法P30两种阴极保护的比较P31-32阳极保护的原理和保护参数P33阳极保护的方法〔致钝、维钝P34-36阴极保护和阳极保护的对比P40-41金属镀层〔阳极性镀层、阴极镀层P42-49金属镀层技术P51-55非金属镀层的化学转化膜第九章典型无机非金属材料的腐蚀及防护重点1.玻璃腐蚀的机理：溶解、水解、选择性腐蚀、应力腐蚀2.玻璃腐蚀的影响因素：化学组成、材料孔隙与结构、腐蚀介质、热处理、表面状态、温度与压力3.玻璃腐蚀的防护开发铝磷酸基的耐氢氟酸腐蚀的玻璃开发耐碱的Na2O-ZrO2-SiO2基的玻璃表面涂层处理：用含Zr、Ti、Hf、La等盐类的改性处理纤维,用醋酸铍处理后形成表面沉积层。4.混凝土腐蚀的机理：溶出型腐蚀、分解型侵