材料腐蝕與防護(00002)

1、材料腐蝕與防護第一章緒論重點1 .金屬的腐蝕：金屬腐蝕后失去其金屬特性， 往往變成更穩(wěn)定的化合物。金屬腐蝕是普遍存在vd = 8.76 法 g g/(m2?h)法2 .均勻腐蝕速度的評定重量、一ad aw、深匕=7 =菽度mm/ a絲st nfnpf容v容4量法 _ / corr = z電流密度法目錄p9腐蝕的定義p10-11腐蝕的過程及特點p13腐蝕的危害隔離控制、熱力學控化學腐蝕、電化學腐p18-20 腐蝕的防護方法：制、動力學控制p29-30按腐蝕機理分類：蝕、物理腐蝕p31-38應力腐蝕按腐蝕形態(tài)分類：全面腐蝕、局部腐蝕、p39按材料類型分類：金屬材料、非金屬材料p41p42-49腐蝕

2、速度的評定均勻腐蝕的評定：重量法、深度法、容量法、電流密度表征法第二章金屬腐蝕電化學理論基礎重點l電極系統(tǒng)：一個有電子導體相和離子導體相組成的，有電荷通過相界面在兩個相之間轉(zhuǎn)移的 系統(tǒng)。2 .電極反應：在電極系統(tǒng)中伴隨著兩個非同類 導體之間的電荷轉(zhuǎn)移而在兩相界面上發(fā)生的化 學反應。3 .陽極反應：從還原體的體系向氧化體的體系 轉(zhuǎn)化（失電子）陰極反應：從氧化體的體系向還原體的體系轉(zhuǎn) 化（得電子）4 .絕對電極電位：金屬電極板浸入其鹽溶液中， 電子導體相（金屬）與離子導體相之間的內(nèi)電位 差稱為電極系統(tǒng)的絕對電極電位，用表示。相對電極電位：研究電極與參比電極組成的原 電池電動勢稱為該電極的相對（電極

3、）電位，用 e表示。5 .雙電層結(jié)構(gòu)：金屬極板表面上帶有過剩負電 荷；溶液中等量正電荷的金屬離子受負電荷吸 引，較多地集中在金屬極板附近，形成所謂雙電 層結(jié)構(gòu)。6 .原電池與腐蝕電池的區(qū)別：原電池將化學能 轉(zhuǎn)化為電能，對外界做實際有用功，都十點吃由 化學能轉(zhuǎn)換為熱能，做的實際有用功為0,即 腐蝕電池只能導致金屬材料破壞而不能對外界 做有用功的短路原電池。7 .化學位，單位摩爾數(shù)的物質(zhì) m加入到相p所 引起的吉布斯自由能的變量電化學位：將單位摩爾的正離子mn+移入相p時，引起的吉布斯自由能變化8 .平衡絕對電極電位的計算9 .相對電極電需鼻器相嘉髓髀位和電動勢10 .標準電位e?:電極反應的各組

4、分活度（或分壓）都為1,溫%金1n0度為25oc時，壓力為1 atm n j時的平衡電位ee等于e? , e?稱為標準電位。11 . nernst方程求平衡電位e（h2/h+）.e = -0.059 pm= l229 - 0,059ph12 .電化學腐蝕的熱力學判據(jù)：em , eeo, e, ageo, e, ag0,腐蝕不能自發(fā)進行；em , e=eo, e, ag=0,腐蝕反應達到平衡；13 .電動序：將各種金屬的標準電位？的數(shù)值從小到大排列起來，就得到“電動序”或標準電位序。電動序可以用來粗略地判斷金屬的腐蝕 傾向14 .電位-ph圖（ee-ph圖）：是描繪電極的平 衡電位與溶液ph值間

5、的曲線。重點：氧電極和 氫電極的電位-ph圖、fe-h2o系的電位-ph圖 15.極化作用：由于通過電流而引起腐蝕電池兩 極間電位差減小，并因而引起電池工作電流降低 的現(xiàn)象16.交換電流密度：當電= i = i極反應達到平 衡時，反應速度為交換反應速度，陽極反應和陰 極反應具有相同的電流密度，稱為交換電流密度 17.電極反應動力學方程18.外側(cè)電尸j流密度:h 二口blgt ji = ar + pbii19 . tafel方程式il = nfd-l i20 .極限擴散電流密度21 .擴散控制的動力學方程hlhl = il/月匕1-exp!- -hdl22 .混合電位：由于兩個耦合的電極電位不同

6、， 彼此互相極化，它們偏離各自的平衡電位，極化 到了一個共同的電位e,稱為混合電位。23 .腐蝕電位和腐蝕電流：如果在共軌反應中， 陽極反應是金屬的溶解，結(jié)果導致金屬的腐蝕， 這時混合電位又叫腐蝕電位 ecorr。相應于腐 蝕電位下的陽極溶解電流稱為腐蝕電流 icorr或腐蝕電流密度icorroy - %pt流密腐蝕電 度24 .外測電流密度也稱為極化電流密度”.一 ecorre-極化電流密度25 .腐蝕電流密度的影響因素1) i0,a和i0g交換電流密度越大，腐蝕電流密 度越大2）塔菲爾斜率，a a, 3 c越大，icorr越小 3）平衡電位之差，ee,a ee,c越大，icorr越大目錄一

7、、腐蝕電池p3-4電極系統(tǒng)和電極反應的定義p5-6電極反應的分類p8-9電極反應的書寫p11-13絕對電極電位、相對電極電位、平衡電 極電位p13-17雙電層結(jié)構(gòu)（平板模型、擴散雙電層模 型）p18-20原電池、電解池、腐蝕電池的定義及對 比p22-23原電池與腐蝕電池的區(qū)別p24-26腐蝕電池的過程二、電化學腐蝕熱力學p30-31化學位與電化學位p34-36 電化學位的計算p38平衡絕對電極電位的計算p39-44相對電極電位以及電動勢的計算p46-51 nernst方程求平衡電極電位p48標準電位e?的定義，標準電位和平衡電位的區(qū)別p54-56電化學腐蝕的熱力學判據(jù)p57-60由電極電位判斷

8、腐蝕發(fā)生的可能性的計算p63 電動序的定義及意義p65-67氧電極和氫電極的電位-ph圖p69-75fe-h2o系的電位-ph圖p77電位一ph圖的局限性三、電化學腐蝕動力學p81-83極化作用p84過電位的定義p85-86電極反應步驟和速度控制步驟（電化學極化、濃差極化）p88化學反應速率方程p93電化學反應速率方程p94-95交換電流密度p96電化學反應動力方程p97外測電流密度p97-98極化曲線和極化率p99-101tafel 方程式p103極限擴散電流密度p104-105擴散過程動力學方程p109-113混合電位理論p114-118 腐蝕電流密度icorrp119-121腐蝕電流密度

9、的影響因素p125極化電流密度四、析氫腐蝕與吸氧腐蝕p132析氫腐蝕的原理p137-140影響析氫腐蝕的因素p141減緩析氫腐蝕的途徑p142吸氧腐蝕的原理p147-149影響吸氧腐蝕的因素p150析氫腐蝕與吸氧腐蝕的比較第三章金屬常見腐蝕形態(tài)及機理重點1 .按材料腐蝕形態(tài)分類全面腐蝕：均勻腐蝕、不均勻腐蝕局部腐蝕：點蝕、縫隙腐蝕及絲狀腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕2 .電偶腐蝕定義：異種金屬接觸，在一定條件下（電解質(zhì)溶 液或大氣中），電位較負的腐蝕加速，電 位較正的金屬腐蝕減慢的現(xiàn)象稱為電偶 腐蝕，（亦稱之為雙金屬腐蝕或接觸腐蝕）（ 機理：兩種金屬構(gòu)成宏電池，產(chǎn)生電偶電流，使 電位較負

10、的金屬（陽極）產(chǎn)生陽極極化， 溶解速度增加；電位較正的金屬（陰極） 產(chǎn)生陰極極化，溶解速度減小。陰陽極面 積比增大，介質(zhì)電導率減小，都使陽極腐 蝕加重。影響因素：電化學因素、介質(zhì)條件、表面面積3 .點蝕定義：點蝕又稱孔蝕，是一種腐蝕集中在金屬表 面的很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的小 孔狀腐蝕形態(tài)，蝕孔直徑小、深度深，其 余地方不腐蝕或腐蝕很輕微。機理：第一階段蝕孔成核（鈍化膜破壞理論和吸 附理論）；第二階段蝕孔生長（基于閉塞 電池的活化-鈍化腐蝕電池的自催化理 論）影響因素：介質(zhì)類型、介質(zhì)濃度、介質(zhì)溫度、溶 液ph、介質(zhì)流速4 .縫隙腐蝕定義：有電解質(zhì)溶液存在，金屬表面因存在異物或結(jié)構(gòu)上的原因

11、而形成縫隙，從而導致狹 縫內(nèi)的金屬腐蝕加速的現(xiàn)象。機理：初期階段縫內(nèi)缺氧、縫外富氧，氧濃差電 池；后期階段閉塞電池自催化效應影響因素：幾何因素、環(huán)境因素、材料因素5 .晶間腐蝕定義：金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的 晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間 喪失結(jié)合力的一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：多晶體的金屬和合金本身的晶粒和晶 界的結(jié)構(gòu)和化學成分存在差異產(chǎn)生了形成 腐蝕微電池的物質(zhì)條件；在晶界和晶粒構(gòu)成的腐蝕原電池中，晶界為陽極，晶粒為陰 極。由于晶界的面積很小，構(gòu)成“小陽極一 大陰極”機理：（1）貧化理論晶界碳化物析出（2）陽極 相理論一晶界相析出并溶解（3）吸附理論 雜質(zhì)原子在晶

12、界吸附影響因素：熱處理制度；合金成分；腐蝕介質(zhì)6 .選擇性腐蝕定義：多元合金中較活潑組分的優(yōu)先溶解，這個 過程是由于合金組分的電化學差異而引起的 機理：鋅的選擇性溶解；溶解-沉積影響因素：組織結(jié)構(gòu)和成分、溫度、腐蝕介質(zhì)目錄p2腐蝕形態(tài)的分類p3全面腐蝕及其危害p4局部腐蝕及其危害p5局部腐蝕的原因p6全面腐蝕與局部腐蝕的對比p8電偶腐蝕的定義p10-12 電偶序p13電偶腐蝕的機理p14-16電偶腐蝕的影響因素p17-18電偶腐蝕的評價方法和防止措施p20-22 點蝕的定義、特點和形貌p23-25 點蝕發(fā)生的條件p26-42點蝕的機理p43-46 點蝕的影響因素p47-50點蝕的評定方法p51

13、點蝕的防止措施p53-55縫隙腐蝕的定義、形成以及特征p56-60 縫隙腐蝕的影響因素p64縫隙腐蝕的評價方法p65-68絲狀腐蝕的定義、特征、機理以及影響因素、防止措施p69-71垢下腐蝕的定義、特征、機理以及影響因素p72點蝕與縫隙腐蝕的比較p73防止縫隙腐蝕的措施p75晶間腐蝕的定義和特點p76晶間腐蝕產(chǎn)生的原因p77-82 晶間腐蝕的機理p83-87 晶間腐蝕的影響因素p88晶間腐蝕的評定方法p89特殊的晶間腐蝕p90防止晶間腐蝕的措施p92-94 選擇性腐蝕的定義p95選擇性腐蝕的機理p96-97 選擇性腐蝕的影響因素p98選擇性腐蝕的評定方法第四章 應力作用下的腐蝕重點1 .應力腐

14、蝕開裂定義：受一定拉伸應力作用的金屬材料在某些特 定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應力的協(xié)同作 用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象特征：1）典型的滯后破壞2）裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型3） scc開裂是一種低應力的脆性斷裂4）裂紋擴展速度比均勻腐蝕快約 106倍2 .門檻應力o- see:將無裂紋試樣加恒應力0-, 放入腐蝕介質(zhì)。當外加應力b小于某一臨界值b see時，試樣在規(guī)定的時間內(nèi)不發(fā)生應力腐蝕斷 裂。將b scc稱為門檻應力。s scc是衡量應力腐 蝕開裂敏感性的定量參量之一，0- scc越小，應力腐蝕越敏感。3 .門檻應力場強度因子 kiscc：當ki降低到某 一定值后，材料就不會由于應力腐蝕而發(fā)

15、生斷裂（即材料有無限壽命），此時的ki就叫做應力腐 蝕臨界應力場強度因子，以 kiscc表示 4.腐蝕疲勞定義：腐蝕疲勞（cf）是指材料或構(gòu)件在交變應力 與腐蝕環(huán)境的共同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂。 破壞比單純疲勞破壞或單純腐蝕破壞嚴重。特征：1）空氣中存在疲勞極限，而腐蝕疲勞不 存在疲勞極限2）腐蝕疲勞（cf）與應力腐蝕斷裂（scc） 比較3）疲勞腐蝕強度與耐蝕性有關(guān)4） cf裂紋多源于表面蝕坑或缺陷，往 往成群出現(xiàn)5） cf 斷口5 .第一類氫脆：不可逆氫脆，加載前內(nèi)部已有氫脆源，應力加快裂紋的形成與擴展第二類氫脆：根據(jù)應變速率與氫脆敏感性的關(guān) 系分類，加載前內(nèi)部不存在裂紋源，h與應力交互作用形

16、成裂紋源。6 .磨損腐蝕：金屬表面與腐蝕介質(zhì)之間的相對 運動，引起金屬的加速破壞。7 .沖刷腐蝕：金屬表面與腐蝕流體之間由于高 速相對運動引起的金屬損傷。是流體沖刷與腐蝕 協(xié)同作用的結(jié)果。8 .空泡腐蝕：高速流體和腐蝕共同作用下，引 起的氣蝕過程9 .摩擦副磨損腐蝕：摩擦副接觸表面的機械磨 損與周圍環(huán)境介質(zhì)化學或電化學腐蝕的共同作 用，導致表層材料流失的現(xiàn)象。10 .微動腐蝕：是指在有氧氣或其它腐蝕介質(zhì)存 在的條件下，沿著受壓載荷而緊密接觸的界面上 有輕微的振動或微小振幅的往返相對運動，導致 在接觸面上出現(xiàn)小坑、細槽或裂紋的現(xiàn)象。也稱 微震腐蝕。目錄p4-5應力腐蝕開裂的定義和產(chǎn)生條件p13應

17、力腐蝕開裂的特征p14-17應力腐蝕開裂的機理p18應力腐蝕開裂的影響因素p19-25應力腐蝕開裂的研究方法（門檻應力（tscc、門檻應力場強度因子 kiscc）p26應力腐蝕開裂的防止措施p28腐蝕疲勞的定義p29-31腐蝕疲勞的特征p32-34腐蝕疲勞的機理p35-38腐蝕疲勞的影響因素p39-40腐蝕疲勞的評定方法p41腐蝕疲勞的防止措施p43-44氫的來源和存在形式p45氫的擴散和富集p47-49第一類氫脆p51-52第二類氫脆p53-57氫致開裂的機理p58降低氫致開裂的途徑p59應力腐蝕和氫脆的關(guān)系p61磨損腐蝕的定義和影響因素p62沖刷腐蝕的定義和影響因素p63空泡腐蝕的定義和過

18、程p64摩擦副磨損腐蝕的定義和機理p65-66微動腐蝕的定義、形態(tài)和理論p67-68磨損腐蝕的研究方法和防止措施第五章 自然環(huán)境中的腐蝕重點1 .大氣腐蝕：由于金屬材料與空氣中的水和氧 發(fā)生化學和電化學作用而引起的腐蝕稱為大氣 腐蝕。2 . 土壤腐蝕：埋在土壤中的金屬及構(gòu)件的腐蝕3 .水環(huán)境中的腐蝕：一般包括淡水腐蝕、鹽湖 水腐蝕、海水腐蝕。4 .太空環(huán)境腐蝕：太空環(huán)境是誘發(fā)航天材料腐 蝕和航天器故障的主要原因之一。目錄p3-4大氣腐蝕的定義和分類p5-7大氣腐蝕的機理p8大氣腐蝕的影響因素p9大氣腐蝕的研究方法p11-12 土壤腐蝕的定義和分類p13-14 土壤腐蝕的影響因素p15土壤腐蝕的

19、研究方法p18-20 水環(huán)境中的腐蝕機理p24-25 太空環(huán)境中的腐蝕機理、影響因素、研究方法第六章典型工業(yè)環(huán)境中的腐蝕重點目錄p29-32石油開采過程中的腐蝕環(huán)節(jié)、影響因素及防護p33-37 石油加工過程中的腐蝕環(huán)節(jié)、影響因 素及防護p40-41無機酸腐蝕p42有機酸腐蝕p43堿腐蝕p44鹽腐蝕p46-49 核電工業(yè)的腐蝕環(huán)境和腐蝕行為p51-53 航空航天裝備的腐蝕第七章金屬的高溫腐蝕重點1.金屬高溫腐蝕熱力學判據(jù) po2-反應向氧化方向進行po2 = p5反應達到平衡po2 po2.反應向moz分解方向進行ag0.反應非自發(fā)進行po2為氧化物的分解壓，po2為氣相中氧的分 壓2.金屬氧化

20、物的性質(zhì)1）氧化物的熔點：氧化物熔點低，不利于穩(wěn) 定；兩種氧化物形成共晶時，熔點降低2）氧化物的揮發(fā)性：易揮發(fā)，氧化物膜對基 體無保護作用蒸氣壓越小，氧化物越穩(wěn)定3）氧化物與金屬的體積比（pbr）:pbr1 ,金屬氧化膜是完整的，具有保護 性；pbr過大，如大于2.5時，內(nèi)應力過大， 易使膜破裂，保護性差；pbr1 ,金屬氧化膜是疏松多孔的，保護隹差4）氧化物間的溶解性：合金氧化時，可形成 完全互溶的氧化物固溶體，如al 2o3-cr2o3,fe2o3-cr2o35）氧化物間的固相反應：兩種氧化物反應生 成復合反應物，通常為致密的尖晶石結(jié)構(gòu)，提 高抗氧化性3 .金屬氧化的動力學規(guī)律：金屬氧化的

21、動力學 曲線大致遵循直線、拋物線、立方、對數(shù)及反對 數(shù)五種規(guī)律4 .高溫合金氧化的機理1）合金的選擇氧化2）合金的內(nèi)氧化和外氧化3）摻雜對合金氧化的作用4）活性元素效應5 .高溫合金氧化的影響因素1）溫度的循環(huán)：促進氧化物剝落2）微量元素：銀基、鉆基高溫合金中，s、p、 b、c有害；fe既無害也無益；zr、si、mg、 mn、y、th、re,有益3）表面質(zhì)量：增加表面變形促進內(nèi)部氧化； 鑄造合金的表面變形比變形合金的表面變形 影響更顯著4）施加應力：高于臨界應力時，氧化加快5）高速氣流環(huán)境：產(chǎn)生熱腐蝕6 .提高高溫合金抗氧化的途徑1）改變合金的組織結(jié)構(gòu)，采用特殊工藝制備2）抗氧化保護涂層目錄p

22、2高溫腐蝕的定義p4-5金屬高溫腐蝕熱力學判據(jù)p7-8其他類型高溫腐蝕熱力學：高溫硫化p11-12金屬氧化物的基本結(jié)構(gòu)p13金屬氧化物的基本性質(zhì)p14-15 金屬氧化物的缺陷p17-18 金屬高溫氧化的過程p19-23 金屬氧化的動力學規(guī)律p24-25 金屬氧化的機理p27高溫合金氧化的特征p28-44高溫合金氧化的機理p45高溫合金氧化的影響因素p46提高高溫合金抗氧化的途徑p47-51其他類型環(huán)境金屬高溫腐蝕第八章金屬腐蝕的防護與控制方法重點1 .正確選材與合理結(jié)構(gòu)設計2 .緩蝕劑保護：向腐蝕介質(zhì)中添加某些少量的 化學藥品，能顯著地阻止或減緩金屬的腐蝕速 度。這些少量的添加物質(zhì)即所謂緩蝕劑

23、3 .緩蝕劑分類?按照電化學理論分類?陽極型緩蝕劑在鈍化區(qū)起作用；?陰極型緩蝕劑主要對金屬的活性溶解起緩蝕 作用；?混合型緩蝕劑?按照形成的保護膜分類?氧化（膜）型緩蝕劑?沉淀（膜）型緩蝕劑?吸附型緩蝕劑4 .電化學保護：電化學保護是指通過施加外電 動勢將被保護金屬的電位移向免蝕區(qū)或鈍化區(qū)， 以減小或防止金屬腐蝕的方法。這是一項經(jīng)濟而 有效的防護措施。5 .陰極保護：金屬一電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應過電 位“a減小，反應速度減小，這種金屬腐蝕速度 減小的現(xiàn)象，稱為陰極保護效應。1）外加電流陰極保護：所需保護電流是由 直流電源（如蓄電池、直流發(fā)電機、整流器 等）

24、提供的；2）犧牲陽極保護：所需保護電流是由犧牲 陽極的溶解所提供的6 .陽極保護：對具有活態(tài)一鈍態(tài)轉(zhuǎn)變而不能自 鈍化的腐蝕體系，通過外加陽極極化電流，使金 屬的電位正移到穩(wěn)定鈍化區(qū)內(nèi)，金屬的腐蝕速度 就會大幅度降低，這種防護方法稱為陽極保護。1）金屬的致鈍：整體致鈍法；逐步致鈍法； 低溫致鈍法；化學致鈍法；涂料致鈍法；脈 沖致鈍法2）金屬的維鈍：固定槽壓法；恒電位法7 .金屬鍍層：陽極鍍層、陰極鍍層?陽極鍍層：在使用環(huán)境中，覆層材料的電位 比基體金屬的電位負，比如鐵表面上用鋅作 覆層。在覆層缺陷處形成的腐蝕電池中，覆 層是陽極，能夠?qū)w金屬起到陰極保護作 用。陽極性覆層常用作防護性覆層?陰極

25、鍍層：在使用環(huán)境中，覆層材料的電位 比基體金屬的電位正，如鐵表面上覆蓋銘、 銀。如果覆蓋存在缺陷，將加速基體金屬的 腐蝕。因此陰極性覆層必須足夠完整、無孔 隙，才能起機械隔離作用。8 .非金屬涂層：四種化學轉(zhuǎn)化膜（銘酸鹽膜、 磷化膜、鋼鐵的化學氧化膜、鋁及鋁合金的陽極 氧化膜）目錄p5-6正確選材與合理結(jié)構(gòu)設計p8緩蝕劑保護定義和特點p9-17緩蝕劑的分類p18-19緩蝕劑的選用原則p21電化學保護的定義p22-25陰極保護的原理和保護參數(shù)p26-27陰極保護的兩種方法p30兩種陰極保護的比較p31-32陽極保護的原理和保護參數(shù)p33陽極保護的方法（致鈍、維鈍）p34-36陰極保護和陽極保護的對比p40-41金屬鍍層（陽極性鍍層、陰極鍍層）p42-49 金屬鍍層技術(shù)p51-55 非金屬鍍層的化學轉(zhuǎn)化膜第九章典型無機非金屬材料的腐蝕及防護重點1 .玻璃腐蝕的機理：溶解、水解、選擇性腐蝕、應力腐蝕2 .玻璃腐蝕的影響因素：化學組成、材料孔隙 與結(jié)構(gòu)、腐蝕介質(zhì)、熱處理、表面狀態(tài)、溫度與 壓力3 .玻璃腐蝕的防護?開發(fā)鋁磷酸基的耐氫氟酸腐蝕的玻璃?開發(fā)耐堿的na2o-zro2-sio2基的玻璃?表面涂層處理：用含 zr、ti、hf、la等鹽 類的改性處理纖維，用醋酸鉞處理后形成表 面沉積層。4 .混凝土腐蝕的機理：溶出型腐蝕、分解型侵 蝕、膨脹型腐蝕、堿