第一章绪论-模板与应用课件

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金属腐蚀理论及防护教学大纲要求[教学重点]腐蚀的定义；化学腐蚀和电化学腐蚀的定义腐蚀的分类金属腐蚀速度的表示方法腐蚀等级的评价[教学难点]腐蚀的定义及理解化学腐蚀和电化学腐蚀的定义与区别腐蚀速度之间的换算及计算[教学学时分配]4学时

腐蚀的分类按腐蚀反应机理按材料腐蚀形态化学腐蚀电化学腐蚀全面腐蚀局部腐蚀氢鼓泡冲刷腐蚀磨损腐蚀腐蚀疲劳均匀腐蚀不均匀腐蚀电偶腐蚀点腐蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀空泡腐蚀应力腐蚀开裂1.10腐蚀的分类1.10腐蚀的分类化学腐蚀电化学腐蚀按腐蚀反应机理电化学作用电化学+机械作用应力腐蚀开裂腐蚀疲劳磨损腐蚀（冲击、振动）氢致腐蚀空泡腐蚀电化学+生物作用化学腐蚀(增加碰撞内容，更透彻一些）

定义：金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏称为化学腐蚀。其反应历程的特点为：在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。特点：在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而腐蚀时没有电流产生。举例：铝在四氯化碳、三氯甲烷或乙醇中，镁和钛在甲醇中，金属钠在氯化氢气体中都属于化学腐蚀。但上述介质往往因含有少量的水分而使金属的化学腐蚀转为电化学腐蚀。化学腐蚀只有在无水的有机溶剂或干燥的气体中金属的腐蚀才属于化学腐蚀。此时，发生的是氧化剂粒子与金属表面直接“碰撞”并“就地”生成腐蚀产物的反应过程。以铁和水的反应为例，在常温下，铁与干燥的水蒸汽之间的化学腐蚀要比铁在水溶液中的电化学腐蚀困难得多。金属与合金在干气中的化学腐蚀，一般只有在高温下才能以显著的速度进行。（见王凤平，p11)化学腐蚀化学腐蚀金属与环境介质进行氧化还原反应所导致的腐蚀。金属原子与介质分子直接相互作用，金属丢失电子(被氧化)同时介质分子获得电子(被还原)，金属直接将电子转移给氧化物质。在化学腐蚀过程中，不存在独立的阳极区和阴极区组成的微电池。化学腐蚀通常发生在非电解质溶液(如四氯化碳、乙醇等)和干操气体介质中。从热力学分析可知，水溶液金属腐蚀可以同时存在化学腐蚀和电化学腐蚀，有时发生由化学腐蚀机制逐渐转变为电化学腐蚀机制。一般情况下，总有一种腐蚀机制为主。化学腐蚀常见的化学腐蚀有以下4种类型。①气体化学腐蚀:现多称为氧化。绝大多数金属在室温甚至极低温度下与活性气体反应形成极薄氧化膜(大约在10)，它的成长速度极其缓慢，其生长机制与高温氧化的厚膜完全不同。在室温和低温下，无足够的热激化能以驱动物质扩散，薄膜生长是膜中空间电荷区产生的电场所致。在膜外表面与金属之间的电场强度可达107，它足以使金属阳离子通过膜运动，同时，电子由量子力学隧道效应通过膜转移给在膜外界吸附的氧原子，使之形成02一。理论推导表明，膜厚在20内的生长动力学服从对数定律，在200内服从倒对数定律。例如：纯铁在常温下一个大气压的干燥空气中，膜的生长为1分钟膜厚1，1小时2，100小时3，1年4，100年5。

化学腐蚀②高纯水中的化学腐蚀:在7的高纯水中，由于水为极性分子，导电率极小，故腐蚀电池作用极微，化学腐蚀占主导地位。金属直接与水中氧反应形成氧化物并释放出氢，氧化物进一步水解形成氢氧化物。如碱金属(钾、钠等)在室温下即与纯水发生上述反应。镁需在沸腾水中形成氧化物并放氢。20℃时，纯铁在高纯水中的腐蚀率很小;80℃时腐蚀率最大;更高温度时，腐蚀率减小，因为此时水中溶解氧含量减少。化学腐蚀③中性盐中的化学腐蚀:当盐类水溶液的7时，盐中金属组分的离子化倾向为，浸渍于溶液中固体金属的离子化倾向为。当>时，固体金属以离子状态溶解于盐溶液中，溶液中金属离子以金属状态析出，即发生置换反应造成的腐蚀;当<时，则不能由离子的置换反应产生化学腐蚀。类似纯水一样，只有溶液中溶解氧的作用才形成可溶性腐蚀产物。④非电解质中的腐蚀:如:铝在四氯化碳、三氯甲烷和乙醉中的腐蚀，镁和钛在甲醇中的腐蚀，往往与非电解质中的杂质有关。(李铁藩)

电化学腐蚀金属的电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏。任何一种按照电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阴极反应和一个阳极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。例如，碳钢在酸性腐蚀时，在阳极区被氧化2+，所放出的电子自阳极（）流至钢中的阴极（3C）上被吸收而还原成氢气，即：阳极反应：→2++2e阴极反应：2+2e→H2↑总反应：+2→2++H2↑电化学腐蚀过程电化学腐蚀电化学腐蚀与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于它的腐蚀历程可以分为两个相对独立并且可同时进行的过程。由于在被腐蚀的金属表面上一般具有隔离的阳极区和阴极区，腐蚀反应过程中的传递可通过金属从阳极区流向阴极区，其结果是产生了腐蚀电流。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀形式。金属在电解质溶液、大气、土壤和海水中的腐蚀都是电化学腐蚀。电化学腐蚀的基本概念电化学腐蚀的本质是形成了腐蚀电池，所以电化学腐蚀是腐蚀电池电极反应的结果。电化学腐蚀反应具有一般电化学反应的特征：（1）金属、电解质之间存在带电的界面层，与界面层结构有关的因素均影响腐蚀过程。（2）金属失电子与氧化剂得电子一般不在同一地点发生,金属内部与电解质局部有电流通过。（3）反应产物可以在表面近处或远离表面处生成。化学腐蚀与电化学腐蚀的区别生活联系烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中含），第二天便出现红棕色锈斑（主要成分为2O3•2O）。请问这种腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什么?解析：属于电化学腐蚀。因为铁锅是由生铁做成的，铁锅生锈是因为形成原电池。铁作负极，失去电子变成亚铁离子，从而被腐蚀。腐蚀的分类自然环境中的腐蚀：大气腐蚀土壤腐蚀淡水和海水腐蚀微生物腐蚀生物环境中的腐蚀工业环境中的腐蚀：酸、碱、盐溶液中的腐蚀工业水中的腐蚀熔盐中的腐蚀石油天然气的腐蚀液态金属的腐蚀宇航环境核工业环境按材料所在环境金属腐蚀分类按材料腐蚀形态全面腐蚀均匀腐蚀不均匀腐蚀

局部腐蚀点蚀（孔蚀）缝隙腐蚀及丝状腐蚀电偶腐蚀（接触腐蚀）晶间腐蚀选择性腐蚀电偶腐蚀例子1.美国海洋生物学家小组进行贻贝研究，笼子用钢丝绳悬挂在灯船下面，笼子放入海洋中选定的位置，经过了几个星期，科学家们回来时发现只有绳子悬在那里，笼子已经掉在海底了。原来固定笼子的方法是将钢丝绳穿过一个孔洞，再将末端折弯过来，做成一个圈，再绑扎起来。不幸的是，他们选用的绑扎材料是铝丝。

电偶腐蚀例2.有一游艇用蒙乃尔合金(7030)制造船壳，铆钉用碳钢制造。很短时间内由于钢铆钉严重腐蚀，游艇不能航行。例3：用于盐酸生产的石墨冷却器，管束是石墨的，而壳体不能用石墨制造，一般是钢的，这就容易产生电偶腐蚀。局部腐蚀之电偶腐蚀点腐蚀炼油设备中许多塔、容器的内壁，长期接触含、42-的中性或接近中性的介质，使碳钢表面普遍产生腐蚀坑点。点腐蚀图304不锈钢在含溶液中的现场腐蚀形貌局部腐蚀之点腐蚀缝隙腐蚀现象螺母下的缝隙腐蚀实验室模拟缝隙腐蚀现象管线涂层破裂处可能会发生局部腐蚀之缝隙腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀的定义：晶间腐蚀是沿着或紧挨着金属晶粒边界或邻近区域向内部扩展的腐蚀，而晶粒本身腐蚀却很轻微的一种局部腐蚀形态。

奥氏体不锈钢晶间腐蚀0189操作压力：0.5，操作温度：500℃，规格：Φ159×5，材质：0189，使用8年2个月，一直运行无异常，测厚无减薄，硬度无异常。晶间腐蚀局部腐蚀之晶间腐蚀应力腐蚀开裂现象含硫输气管线沿着焊缝处发生的开裂局部腐蚀之应力腐蚀应力腐蚀开裂现象应力腐蚀断裂的定义应力腐蚀断裂的定义：金属在拉应力和特定的化学介质的共同作用下，由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的低应力脆性断裂现象。奥氏体不锈钢氯化物奥氏体不锈钢：性能优良，应用广泛耐应力腐蚀性能差氯化物、纯水、热碱、湿硫化氢

奥氏体不锈钢应力腐蚀冲刷腐蚀冲蚀是流体的冲刷与腐蚀协同作用的结果静止或低速的腐蚀介质中，腐蚀不严重腐蚀流体高速运动破坏（减薄或去除）金属表面的保护膜或腐蚀产物膜加速金属腐蚀过程冲刷腐蚀的定义局部腐蚀之冲刷腐蚀局部腐蚀之膜下腐蚀局部腐蚀之微生物腐蚀各种腐蚀所占比例1.11腐蚀速度的表示方法金属遭受腐蚀以后，其重量、厚度、机械性能以及组织结构等都会发生变化。这些物理和力学性能的变化可以用来表示金属腐蚀程度。发生均匀腐蚀时，通常可以采用重量指标、深度指标和电流指标，并用平均腐蚀速率来表示。1金属腐蚀速度的重量指标（2·h)这种指标是把金属因腐蚀而发生的重量变化，换算成相当于单位面积上单位时间内金属的重量变化值。重量变化值就是腐蚀前后的重量差，可能增加也可能减少，如果腐蚀产物容易去除，则减少；反之，如果腐蚀产物完全牢固地附着在金属材料表面，则重量增加。

＝(W01)/(S·t)（2）＝(W10)/(S·t)其中，W0样品腐蚀前质量，g； W1样品腐蚀后清除腐蚀产物后质量，g； S样品金属表面积，m2； t腐蚀时间，h。腐蚀裕量例15：某化肥厂变换工段通往水洗塔的煤气管线直径为420的碳钢管，压力为2.8。介质为氢、氮、、2、少量水和微量H2S。管道设计壁厚14，在建造时该厂将壁厚减小为8。在使用过程中对管道腐蚀情况没有任何监测。7年后突然在管道的三通焊缝处发生破裂，经检查破裂处管道壁厚仅存3，已失去强度因而破裂。（3-1）腐蚀裕量8的壁厚是根据2.8的压力决定的，因为对这样大的压力,8壁厚是安全的。但这里没有考虑腐蚀裕量，因此，是错误的。对于在腐蚀环境中使用的设备、管道，壁厚应按照强度计算的壁厚加上腐蚀裕量：只有这样才能保证在设计寿命内设备（管道）能满足强度要求，不会因为腐蚀造成壁厚减薄失去强度而发生严重破坏事故。1.11腐蚀速度的表示方法2金属腐蚀速度的深度指标该指标就是把金属的厚度因腐蚀而减少的量，相当于单位时间的厚度减小值。在衡量不同密度的金属腐蚀程度时，这种方法极为方便。×24×365/[(1002)×ρ]×10=×8.76/ρ()腐蚀的重量指标和深度指标对于均匀的电化学腐蚀和化学腐蚀都可采用。除了上述单位，在文献上还可以看到(毫克/分米天)(英寸/年)和(密耳/年)。级别腐蚀速度/mm.a-1耐蚀性等级1<0.02极好20.02~0.1较好30.1~0.5好40.5~1.0中等51.0~5.0差6>5.0不适用美国：六级金属耐蚀性等级：按深度指标评价级别腐蚀速度/mm.a-1耐蚀性等级1<0.001完全耐蚀20.001~0.005很耐蚀30.005~0.01较很耐蚀40.01~0.05耐蚀50.05~0.1较耐蚀60.1~0.5尚耐蚀70.5~1.0较尚耐蚀81.0~5.0稍耐蚀95.0~10.0较稍耐蚀10>10.0不耐蚀苏联：十级日本：三级级别腐蚀速度1耐蚀性等级1>0.1严格耐蚀20.1~1.0不严格耐蚀3>1.0耐蚀性差十级标准分得太细，三级标准比较简单，但在一些严格的场合又往往过于粗略，如对于一些精密零件，虽然腐蚀速率小于1.0，这样的材料也不见得“可用”，故应视具体情况而应用。级别腐蚀速度/mm.a-1耐蚀性等级1＜0.05优良20.05~0.5良好30.5~

1.5可用，腐蚀较轻4>1.5不适用，腐蚀严重金属耐蚀性等级：按深度指标评价

中国：四级1.11腐蚀速度的表示方法3金属腐蚀速度的电流指标此指标是以金属电化学腐蚀过程的阳极电流密度（2）的大小来衡量金属的电化学腐蚀速度的程度，可以由法拉第（）定律把电流指标和重量指标关联起来。1833~1834年，英国物理学家和化学家法拉第就提出了，通过电化学体系的电量和参加电化学反应的物质的数量之间存在着如下两条规律。（1）在电极上，析出或者溶解的物质的质量与通过电化学体系的电量成正比，即：ΔεεΔ析出或者溶解的物质的量，gε—比例常数（电化当量），库仑【]Q—t时间内流过的电量，库仑I—电流强度，At—通电时间，s从中也可以看出，某物质的电化当量在数值上等于通过1库仑电量时在电极上析出或溶解该物质的质量。1.11腐蚀速度的表示方法（2）在通过相同的电量条件下，在电极上析出或溶解的不同物质的量与其化学当量成正比。则，ε=1×F—法拉第常数（196500库仑=26.8A·h）A—原子量n—化合价由此式可以看出，析出或溶解1克当量（化学当量）的任何物质所需要的电量都是1F,而与物质的本性无关。1克当量：物质的原子量与它在电极反应时得失电子数之比，并以克为单位。1克当量的=58.70/2=29.35克，镀镍时通入1法拉第的电量，析出或溶解的为29.35g.在电极上通过相同的电量时，电极反应所形成的各种产物的质量是不一样的。例如，2+在阴极上还原反应为2++2e→反应电子数2，若在电极上通过1电子的电量（96500C),则所形成的产物的质量是:½×58.70=29.35假如反应电子数是1,则通过1电子的电量（96500C),则所形成的产物的质量是:1/1×107.87=107.87g.1.11腐蚀速度的表示方法1.11腐蚀速度的表示方法将（1）和（2）结合起来可得：Δ(F·n)×则×(n×F)×104=A××1042·h/[n×26.8]或×(A×26.8)×1042·h腐蚀电流密度,安培/平方厘米（2）1.11腐蚀速度的表示方法例如，腐蚀过程的阳极反应为→2++2e已知：A=55.84,2,设102，阳极过程的电流强度为=10-3安培，则==10-4安培/平方厘米所以，=55.84×10-4/(2×26.8)×104=1.042·h已知：铁的密度为7.803，所以1.04×8.76/7.80=1.171.11腐蚀速度的表示方法1.11腐蚀速度的表示方法4金属腐蚀的力学性能指标对于许多特殊的局部腐蚀形式，如晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀破裂和氢脆等，常采用腐蚀前后的强度损失率来表示其腐蚀程度＝(M0-M)/M0—力学力学强度的损失率;M0—腐蚀前材料的力学性能；M—腐蚀后材料的力学性能；常用的力学性能指标有：强度指标（屈服强度、强度极限）、塑性指标（延伸率、断面收缩率）、刚性指标（弹性模量）等。由于局部腐蚀一般都伴随材料使脆性增大，所以用得多的是塑性指标，用延伸率变化评定耐腐蚀的标准见下表。耐腐蚀评定标准延伸率的减小率耐腐蚀评定标准延伸率的减小率。延伸率变化评定耐腐蚀的标准耐腐蚀评定标准延伸率的减小率耐腐蚀＜5较耐腐蚀5~10稍耐腐蚀10~20不耐腐蚀＞201.11腐蚀速度的表示方法法拉第

1791-1867迈克尔·法拉第是给19世纪的科学打上深刻印记的大科学家.1791年9月22日出生在英国的萨利。知识链接名人简介法拉第迈克尔·法拉第是给19世纪的科学打上深刻印记的大科学家.法拉第1791年9月22日出生在英国的萨利，父亲詹姆斯·法拉第是一位手工工人，母亲照顾家务。由于家境贫寒，法拉第童年时生活很清苦，他父亲也因过度劳累，身体极为衰弱。法拉第法拉第从未没有进过学校，他识字是自学的,从11岁当报童，一直当到16岁。他觉得卖报这个差事对他很合适，因为在闲暇时可以看各种报纸，学习知识，看完的报还可以卖掉。卖报5年，他走遍了英国几个城市的大街小巷。这种工作，虽地位低下，但也能锻炼人。几年的卖报生涯，使法拉第阅历很广，有胆有识，十分机警。法拉第英国著名电化学家戴维和其他知名专家经常在英国皇家学院讲演会上作学术报告，听讲的人很自由，人都可以去。法拉第在工作之余经常去听这些学术报告。戴维的报告深深吸引了法拉第，戴维的熟练的实验演示，使他十分敬佩。他将自己对电的一些想法写信告诉了戴维，他在信中提出：“电解作用，很可能存在着某种严格的数量关系。”戴维发现了法拉第的才能，决定录用他为自己的助手。法拉第法拉第通过对这一现象的深入研究，发现了电磁感应定律，这一定律是现代电磁学的基础，但由于他的数学基础比较差，没有能对这一现象概括出严格的定量关系。1829年戴维去世以后，法拉第专心研究电化学的问题，经研究发现：当电流通过电解质溶液时，两极上会同时出现化学变化。法拉第通过对这一现象的定量研究，发现了电解定律？电解定律的发现，把电和化学统一起来了，这使法拉第成了世界知名的化学家。1867年8月28日，法拉第在伦敦病逝。1.12课后思考题1.重点掌握金属腐蚀的定义。2.重点掌握金属材料破坏的三种形式。3.重点掌握金属腐蚀的三个特点。4.理解金属腐蚀的自发性、隐蔽性和普遍性；5.重点掌握电化学腐蚀、化学腐蚀的定义、特征及事例。6.在两相界面上进行的氧化还原反应是否都是电化学反应？为什么？7.了解金属腐蚀是如何分类的？1.12课后思考题8.重点掌握金属均匀腐蚀速度有哪些表示方法?9.