航空工程材料课件 26-腐蚀的原理与种类

第六章飞机上金属材料的腐蚀与防护6-1金属材料腐蚀的原理及类别课前回顾任务实施1.复合材料有哪两种基本相，分别起到什么作用？有何性能特点？2.复合材料是如何命名的？有哪些分类方法？3.在飞机上应用的是哪几种典型的复合材料？分别用在哪些部位？知识目标1.了解腐蚀的危害和原因；2.熟悉腐蚀的机理；3.掌握腐蚀的种类。能力目标能根据腐蚀的特征识别出其种类。教学目标素质目标1.具有安全意识；2.强化规章意识。新课导入：飞机上金属材料的腐蚀日本航空公司的DC-8客机

1982年9月17日，一架日本航空公司的DC-8客机在上海机场着陆时，冲出跑道，造成几十人受伤，事后查明是紧急刹车用的高压气瓶内壁应力腐蚀开裂而爆破，损坏了液压系统及部分附件，致使正常刹车和应急刹车系统全部失效而酿成事故。台湾民航客机B-737空中失事1981年8月22日我国台湾民航客机B-737空中失事，八个月后查明是该机经常运输活鱼海鲜，机身下部高强度铝合金结构件多处发生严重的晶间腐蚀、剥蚀，出现裂纹和孔洞，在空中增压时产生急速破裂，引发爆破解体，导致机毁人亡。安全意识一、腐蚀的危害根据所学知识和日常生活经验，回答以下问题：（1）日常生活中哪些现象是由金属材料腐蚀引起的？（2）腐蚀会带来哪些危害？一、腐蚀的危害腐蚀控制的必要性金属腐蚀的危害性：经济损失、加速自然资源的损耗、资源浪费、环境污染、人员伤亡、阻碍新技术的发展。飞机上的结构件为什么会腐蚀？1.空气中的粉尘、冰晶等2.飞机的飞行高度、天气影响3.采用大量的新工艺新材料4.火山灰思考以下问题：（1）金属材料容易发生腐蚀的原因是什么？（2）有什么有效措施可以防止或者减缓腐蚀的发生？二、腐蚀的机理二、腐蚀的机理1、腐蚀的概念是指金属及其制品在生产和使用过程中，在周围环境的作用下，发生化学作用或电化学作用而引起的破坏，造成原有的化学、物理、机械等性质的改变。金属腐蚀其根本原因在于热力学的不稳定性，从实践意义上讲，腐蚀产生的直接原因是由于保护层损伤或不当造成的。金属的抗腐蚀能力取决于：金属本身的特性（化学稳定性），环境，表面保护层好坏。根据金属腐蚀过程，可以把腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。二、腐蚀的机理（1）化学腐蚀金属与环境介质直接发生化学作用而产生的破坏。反应过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，生成腐蚀产物。在腐蚀过程中没有电流产生。金属化学腐蚀主要是指金属的高温氧化。2、腐蚀机理二、腐蚀的机理（2）电化学腐蚀是金属上产生若干原电池（实际上是短路电池，称为腐蚀电池），金属成为阳极，被溶解而发生的腐蚀。在电化学腐蚀过程中，存在着由于电子流过金属而产生的电流。电化学腐蚀比高温氧化更为普遍。飞机机体金属结构件在潮湿的含有有害物质空气中产生的腐蚀，都属于电化学腐蚀。如发动机上的点腐蚀、晶间腐蚀、剥蚀、磨耗腐蚀等。电化学腐蚀发生的条件：a）两种电位不同的金属形成阳极、阴极；

b）存在电解质溶液；

c）在阳极和阴极之间形成电子通路。电化学腐蚀发生的反应

阳极：Fe-2e=Fe2+

阴极：2H++2e=H2↑金属较活泼，电位低

金属较稳定，电位高二、腐蚀的机理（2）

电化学腐蚀二、腐蚀的机理（2）

电化学腐蚀铝合金结构中使用钢螺栓，两者之间又没有进行有效的隔离，在电解液存在的情况下，电位比较低的活泼的金属铝合金将受到腐蚀。二、腐蚀的机理化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件现象本质相互联系二、腐蚀的机理化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟氧化性物质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液及氧化剂接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼的金属被氧化相互联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍二、腐蚀的机理注意（1）金属表面化学组成不均，夹杂有杂质。通常杂质为阴极，金属被腐蚀。（2）金属表面组织不均（常由热处理造成）。晶界为阳极，晶界被腐蚀。（3）金属表面生成氧化膜不均匀或氧化膜破裂。氧化膜为阴极，金属被腐蚀。（4）金属表面物理状态不均匀（内应力和变形不同）。变形大、内应力高的地方为阳极，易受到腐蚀。三、腐蚀的种类1、全面腐蚀（均匀腐蚀）全面腐蚀是指金属表面均发生腐蚀。金属构件变薄，最后破坏。全面腐蚀的速率常以失重或变薄法表示。在工程结构中，发生的腐蚀破坏事故，全面腐蚀占较小的比例。而且全面腐蚀虽然会导致金属的大量损伤，但不会造成突然破坏事故，与局部腐蚀相比危险性小些。在大气中，铁生锈或钢失泽以及金属的高温氧化均属于全面腐蚀。三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（不均匀腐蚀）

如果腐蚀只集中在金属表面特定部位进行，其余大部分几乎不发生腐蚀，这种腐蚀称为局部腐蚀。三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（不均匀腐蚀）电偶腐蚀牺牲腐蚀缝隙腐蚀点腐蚀晶间腐蚀应力腐蚀微生物腐蚀大气腐蚀三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（1）电偶腐蚀定义：两种或两种以上的具有不同电位的金属相接触时产生的腐蚀称为电偶腐蚀。三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（1）电偶腐蚀利用金属电化排序表，可以定性地比较金属腐蚀的倾向：电极电位低的金属比较易被腐蚀。电位较低电位较高镁锌包覆铝7075铝合金工业纯铝包覆铝2024铝合金镉7075-T6铝合金2024-T3铝合金软钢锡铜不锈钢银镍铬金三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（1）电偶腐蚀常见的电偶腐蚀有：铆接结构不同金属零件的组装碳材料与低电位的金属材料接触控制措施：

1）不应把属性相差过大的金属连接在一起；

2）用绝缘材料将两金属隔开；

3）使水分不在接触点积聚和存留；4）用防腐漆涂覆接触区及其周围。三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（2）牺牲腐蚀

为了保护基体金属，避免基体金属腐蚀，常通过滚压、电镀或喷涂等方法，在基体金属表面形成一层金属保护层。这层金属能起到隔离腐蚀介质的作用。如果这层金属保护薄膜的电位较低，在保护膜受到损伤时，遭到腐蚀的首先是金属保护薄膜。在铝合金（2024）上包覆纯铝（1230）层，则这层包铝层相对于2024铝合金就是阳极。在合金钢上镀锌或镀镉，镀层就是阳极。但是，如果镀铬，镀层是阴极，合金钢是阳极。三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（3）缝隙腐蚀金属与金属/非金属之间，由于存在特定的狭小缝隙，限制了与腐蚀有关物质（如溶解氧等）的扩散。从而形成以缝隙为阳极的（氧）浓差电池，使缝隙内金属发生强烈的局部腐蚀。这种腐蚀称为缝隙腐蚀。三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（3）缝隙腐蚀缝隙腐蚀产生于：—金属表面之间；—金属和非金属表面之间；—金属与附着的沉积物之间。控制措施：消除缝隙，有效方法是使用防腐剂，排除水分，并阻止水分再进入缝隙。28缝隙腐蚀的特殊形式——丝状腐蚀三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（3）缝隙腐蚀发生在保护层下的浅沟状腐蚀29缝隙腐蚀的特殊形式——丝状腐蚀三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（3）缝隙腐蚀金属表面由于涂层渗透水分和空气而引起的腐蚀，腐蚀产物呈细丝状纤维网的样子，这种腐蚀称为丝状腐蚀。控制措施：1）降低环境中的相对湿度；2）提高金属材料表面氧化膜的质量；3）合理选择涂料，采用透水率低的涂料，保证涂层的完整性。30三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（4）点腐蚀点蚀是在金属上产生针状、点状、小孔状的一种极为局部的腐蚀形态。31三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（4）点腐蚀点蚀的特点：较隐蔽；自催化；危害大。控制措施：1）选择耐蚀合金，如钛合金、铝合金；2）改善介质条件，降低氯离子含量和介质的温度，增加介质的流速；3）电化学保护，用阳极抑制点蚀；4）使用缓蚀剂。32三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（5）晶间腐蚀沿着晶粒边界或晶粒之间发生的选择性腐蚀称为晶间腐蚀（或晶界腐蚀）。33三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（5）晶间腐蚀晶间腐蚀的特点：主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在；金属机械强度大大降低；表面无异常，看不出破坏的迹象；经不起敲打。34三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（5）晶间腐蚀常见晶间腐蚀：黄铜硬铝合金不锈钢（特别是焊缝处）镍基合金35三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（5）晶间腐蚀Al-Cu系铝合金（如LY12，2024铝合金）在时效硬化处理时，在晶间会沉淀出CuAl2，在晶粒边界形成贫铜区，电位最低。所以，腐蚀沿着晶界贫铜区进行，产生晶界腐蚀。维修：只能更换零件。36三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（5）晶间腐蚀37三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（5）晶间腐蚀晶间腐蚀的特殊形式——剥蚀38三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（6）应力腐蚀与疲劳腐蚀两种腐蚀都属于金属在腐蚀介质和应力的同时作用下导致腐蚀开裂以至破坏的现象。发生应力腐蚀的条件：有恒定的拉应力；有腐蚀介质；材料是对腐蚀敏感的合金。39三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（6）应力腐蚀与疲劳腐蚀应力腐蚀的特点：合金比纯金属更容易发生应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳；产生应力腐蚀所需的力一般远比其拉伸强度低；应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳的发展具有隐蔽性和突然性。控制措施：1）正确选材；2）降低或消除应力；3）控制环境；4）涂覆保护涂层。40三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（7）微生物腐蚀环境促使霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。41三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（7）微生物腐蚀微生物腐蚀主要发生在结构油箱内，霉菌分泌物能破坏和穿透油箱铝合金结构保护层和密封胶，从而导致油箱渗漏，并破燃油管路、接头、活门座以及油滤等，还可能阻塞管路。42三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（7）微生物腐蚀控制措施：1）控制燃油中的水分；2）在燃油中加抑制微生物生长的添加剂；3）每天对燃油箱的污物、水沉淀池进行排放，避免污物和水在底部沉积，滋生微生物腐蚀。43三、腐蚀的种类2、局部腐蚀（8）大气腐蚀通常说的大气腐蚀是指常温下，潮湿空气中发生的腐蚀。影响因素有：①大气的湿度；②大气的温度和温差；③大气的成分。控制措施；①提高金属材料的耐蚀能力；

②降低大气的湿度；

③在金属构件表面采用保护性覆盖层；