金屬腐蝕與防護 第一章 綜述

1、講課人：羅來馬講課人：羅來馬材料學院金屬材料系材料學院金屬材料系Tel-mail：QQ：915073493第一章第一章 綜綜 述述 第二章第二章 金屬的高溫氧化金屬的高溫氧化第三章第三章 電化學腐蝕熱力學電化學腐蝕熱力學第四章第四章 電化學腐蝕反應動力學電化學腐蝕反應動力學第五章第五章 析氫腐蝕與吸氧腐蝕析氫腐蝕與吸氧腐蝕第六章第六章 金屬的鈍化金屬的鈍化第七章第七章 局部腐蝕局部腐蝕 教學內容：教學內容：本課程系金屬材料工程專業(yè)的本課程系金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)課程。通過學習，專業(yè)課程。通過學習，使學生掌握金屬腐蝕使學生掌握金屬腐蝕的基本原理，了解環(huán)境對金屬成分、組織

2、及的基本原理，了解環(huán)境對金屬成分、組織及性能影響的基本規(guī)律，并對耐腐蝕合金理論性能影響的基本規(guī)律，并對耐腐蝕合金理論和金屬的耐蝕性有一基本了解，和金屬的耐蝕性有一基本了解，以培養(yǎng)學生以培養(yǎng)學生針對不同環(huán)境正確選擇、合理使用金屬材料針對不同環(huán)境正確選擇、合理使用金屬材料的能力，并在失效分析中有應力腐蝕概念。的能力，并在失效分析中有應力腐蝕概念。教學要求：教學要求： 1對重要的基本概念與基本原理了解其來源、含義與對重要的基本概念與基本原理了解其來源、含義與適用范圍。適用范圍。 2能初步運用所學理論及唯物辯證觀點，分析有關環(huán)能初步運用所學理論及唯物辯證觀點，分析有關環(huán)境對金屬組織、性能影響的簡單實際

3、問題。境對金屬組織、性能影響的簡單實際問題。3能熟悉基本金屬結構材料的一般耐蝕性。能熟悉基本金屬結構材料的一般耐蝕性。 4初步掌握腐蝕電化學測試方法。初步掌握腐蝕電化學測試方法。 平時成績（平時成績（40%40%）：）：出勤情況、作業(yè)、出題情況及課堂出勤情況、作業(yè)、出題情況及課堂表現(xiàn)，具體如下：表現(xiàn)，具體如下：1 1）考勤）考勤10%10%，點名三次：，點名三次：0 0次到者次到者0 0分；分；1 1次到者次到者3 3分；分；2 2次到次到者者5 5分；分；3 3次到者次到者1010分。分。2 2）自出考題，）自出考題，3 3人一組，占人一組，占10%10%：每小組出一道題，不出者每小組出一道

4、題，不出者-2-2分；題目與往年試題完全相同者分；題目與往年試題完全相同者-4-4；小組之間有完全；小組之間有完全雷同者雷同者-4-4分；題目被我期末考試卷采納者分；題目被我期末考試卷采納者1212分；出題者分；出題者5 5分；我覺得題目有新穎者分；我覺得題目有新穎者8 8分。分。3 3）課堂講課，占）課堂講課，占10%10%：按照班級給分，按照班級給分，3 3個班輪流講課，每個班輪流講課，每次講課時間約為次講課時間約為3030分鐘，由班級的分鐘，由班級的3 3位同學上臺。位同學上臺。4 4）實驗課，）實驗課，10%10%。 考試成績（考試成績（60%60%）：）：考試來源于上課內容。考試來源

5、于上課內容。 建議選用教材：建議選用教材：梁成浩主編梁成浩主編金屬腐蝕學金屬腐蝕學導論導論，機械工業(yè)出版社，北京，機械工業(yè)出版社，北京，1998，6 主要參考書：主要參考書：張承忠主編張承忠主編金屬的腐蝕與金屬的腐蝕與防護防護，冶金工業(yè)出版社，北京，冶金工業(yè)出版社，北京，1991，11。 田永奎編田永奎編金屬腐蝕與保護金屬腐蝕與保護，機械工業(yè)出，機械工業(yè)出版社，北京，版社，北京，1995，5。 朱日彰編朱日彰編金屬腐蝕學金屬腐蝕學，冶金工業(yè)出版社，冶金工業(yè)出版社，北京，北京，1993，10。 1.1 1.1 金屬腐蝕的基本概念金屬腐蝕的基本概念第一章 緒 論腐蝕定義的說法：腐蝕定義的說法：1

6、1、因材料與環(huán)境反應而引起的材料、因材料與環(huán)境反應而引起的材料 的破壞和變質。的破壞和變質。 2 2、除了單純機械破壞以外的材料的一切破、除了單純機械破壞以外的材料的一切破 壞，壞，如機械斷裂與應力腐蝕斷裂。如機械斷裂與應力腐蝕斷裂。 3 3、冶金的逆過程。、冶金的逆過程。 包括金屬包括金屬和非金屬和非金屬金屬腐蝕定義：金屬腐蝕定義：金屬與周圍環(huán)境（介質）之間發(fā)生化學或電化學作用而金屬與周圍環(huán)境（介質）之間發(fā)生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。引起的破壞或變質。 材料腐蝕問題涉及國民經(jīng)濟的各個領域材料腐蝕問題涉及國民經(jīng)濟的各個領域,腐蝕的危害和造成的經(jīng)濟損失幾腐蝕的危害和造成的經(jīng)濟損失幾乎遍

7、及所有行業(yè)。包括乎遍及所有行業(yè)。包括:能源、交通、機械、冶金、化工、輕工、紡織、能源、交通、機械、冶金、化工、輕工、紡織、城鄉(xiāng)建設、農業(yè)、電子、信息、海洋開發(fā)等，還有尖端科技和國防工業(yè)。城鄉(xiāng)建設、農業(yè)、電子、信息、海洋開發(fā)等，還有尖端科技和國防工業(yè)。凡是使用材料的地方，都存在不同形式和不同程度的腐蝕問題。一般來凡是使用材料的地方，都存在不同形式和不同程度的腐蝕問題。一般來說可以從以下四個方面來看：說可以從以下四個方面來看：1.2 1.2 研究金屬腐蝕的意義研究金屬腐蝕的意義一、腐蝕造成原材料的損耗與資源的浪費一、腐蝕造成原材料的損耗與資源的浪費 單以金屬材料為例，由于金屬產(chǎn)生嚴重的腐蝕，大量來

8、之不易的礦單以金屬材料為例，由于金屬產(chǎn)生嚴重的腐蝕，大量來之不易的礦產(chǎn)資源和金屬材料變成了廢料，每年，約產(chǎn)資源和金屬材料變成了廢料，每年，約30%的鋼鐵產(chǎn)品因腐蝕的鋼鐵產(chǎn)品因腐蝕而報廢，其中的三分之二可以回收，而三分之一變成鐵銹而損耗。而報廢，其中的三分之二可以回收，而三分之一變成鐵銹而損耗。加上人為的無節(jié)制的開采和使用，使地球上有限的礦產(chǎn)資源和金加上人為的無節(jié)制的開采和使用，使地球上有限的礦產(chǎn)資源和金屬材料日趨枯竭。屬材料日趨枯竭。 1.2 1.2 研究金屬腐蝕的意義研究金屬腐蝕的意義二、腐蝕直接影響能源生產(chǎn)與供應，造成重大的經(jīng)濟損失 據(jù)中國腐蝕調查報告中對能源工業(yè)的調查和統(tǒng)計，石油與天然氣

9、系統(tǒng)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為100億元，煤炭工業(yè)每年腐蝕損失約為55.6億元，電力系統(tǒng)每年的腐蝕損失約16.535億元，這三個能源部門總的腐蝕損失每年就接近200億元。1.2 1.2 研究金屬腐蝕的意義研究金屬腐蝕的意義三、腐蝕事故阻礙科學技術和生產(chǎn)的發(fā)展例如：1986年“挑戰(zhàn)者”號航天飛機由于一個零件腐蝕，導致發(fā)射73秒后在空中爆炸解體，該航天飛機制造費用是60-70億美元，機上7名航天員全部遇難，發(fā)射一次費用約5-6億美元；四川宜賓市南門大橋斷裂事故（該橋僅僅使用11年），是應力腐蝕引發(fā)的鋼纜斷裂造成的事故；2004年4月16日，重慶天元化工總廠發(fā)生氯氣泄漏事故并爆炸，造成9人死亡或失

10、蹤，另有三人受重傷，大量群眾被轉移。又如1985年日本一架波音747客機，由于腐蝕疲勞而墜毀，造成500多人死亡。4 4、腐蝕引起的環(huán)境污染問題日益引起人們的關注。腐蝕產(chǎn)生的各種、腐蝕引起的環(huán)境污染問題日益引起人們的關注。腐蝕產(chǎn)生的各種工業(yè)廢水、廢渣和廢氣以及各種有害物質泄露、排放到河流、海工業(yè)廢水、廢渣和廢氣以及各種有害物質泄露、排放到河流、海洋和大氣中，破壞了生態(tài)平衡和危及人們健康。洋和大氣中，破壞了生態(tài)平衡和危及人們健康。 1.2 1.2 研究金屬腐蝕的意義研究金屬腐蝕的意義由于金屬腐蝕的領域廣、機理比較復雜，其分類方法也是多樣的。常由于金屬腐蝕的領域廣、機理比較復雜，其分類方法也是多樣

11、的。常見的屬腐蝕的分類有下列幾種方法。見的屬腐蝕的分類有下列幾種方法。1.3 1.3 金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類、按、按腐蝕過程的歷程分類腐蝕過程的歷程分類：根據(jù)腐蝕過程的特點，可以將金屬腐：根據(jù)腐蝕過程的特點，可以將金屬腐蝕蝕 分為分為化學、電化學和物理腐蝕化學、電化學和物理腐蝕等三類。等三類。指金屬表面與非電解質發(fā)生純化學反應而引起的損壞。通常在一些干指金屬表面與非電解質發(fā)生純化學反應而引起的損壞。通常在一些干燥氣體及非電解質溶液中進行。其反應歷程的特點是金屬表面的原子燥氣體及非電解質溶液中進行。其反應歷程的特點是金屬表面的原子與非電解質中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應而形成腐蝕產(chǎn)物。在腐

12、與非電解質中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應而形成腐蝕產(chǎn)物。在腐蝕過程中不產(chǎn)生電流。蝕過程中不產(chǎn)生電流。 1 1、化學腐蝕（、化學腐蝕（Chemical CorrosionChemical Corrosion） 1.3 1.3 金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類 1 1、化學腐蝕、化學腐蝕 如噴氣發(fā)動機如噴氣發(fā)動機,火箭及原火箭及原子能工業(yè)設備在高溫下子能工業(yè)設備在高溫下同干燥氣體作用同干燥氣體作用,金屬在金屬在某些液體某些液體(如如CCl4，CHCl4等非水溶劑等非水溶劑)中的中的腐蝕。腐蝕。 指金屬表面與電解質溶液發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的破壞，反應過程指金屬表面與電解質溶液發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的破壞，

13、反應過程中有電流產(chǎn)生。電化學腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。金屬在大氣、中有電流產(chǎn)生。電化學腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。金屬在大氣、海水、土壤及酸、堿、鹽等介質中發(fā)生的腐蝕皆屬于此類。海水、土壤及酸、堿、鹽等介質中發(fā)生的腐蝕皆屬于此類。2 2、電化學腐蝕（、電化學腐蝕（Electrochemical CorrosionElectrochemical Corrosion）例如:當鋼鐵處在潮濕空氣中時,因表面吸附作用,使鋼鐵表面覆蓋一層水膜,它能溶解空氣中的SO2和CO2氣體,這些氣體溶于水后電離出H+ ,SO3 ,CO3 等離子.鐵與雜質就形成了原電池,鐵為陽極,雜質為陰極,發(fā)生下列反應:陽極Fe=

14、Fe2+2e-Fe2+2OH-=Fe(OH)2陰極2e-=H2總 Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2生成了Fe(OH)2在空氣中被氧氣所氧化成棕色鐵Fe2O3XH2O.2 2、電化學腐蝕（、電化學腐蝕（Electrochemical CorrosionElectrochemical Corrosion）答案真相永遠只有一個： 金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態(tài)金屬中可發(fā)生這類腐蝕。例如用來盛放熔融鋅的鋼容器，熔堿及液態(tài)金屬中可發(fā)生這類腐蝕。例如用來盛放熔融鋅的鋼容器，由于鐵被液態(tài)鋅所溶解，鋼容器逐

15、漸被腐蝕而變薄。由于鐵被液態(tài)鋅所溶解，鋼容器逐漸被腐蝕而變薄。 3 3、物理腐蝕（、物理腐蝕（Physical CorrosionPhysical Corrosion）二、按腐蝕的形式分類：根據(jù)腐蝕的形式，可將腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。腐蝕分布在整個金屬表面上，它可以是均勻的，也可以是不均腐蝕分布在整個金屬表面上，它可以是均勻的，也可以是不均勻的。例如，碳鋼在強酸強堿中發(fā)生腐蝕屬于均勻腐蝕。勻的。例如，碳鋼在強酸強堿中發(fā)生腐蝕屬于均勻腐蝕。局部腐蝕主要發(fā)生在金屬表面某一區(qū)域，而表面的其他部分則幾局部腐蝕主要發(fā)生在金屬表面某一區(qū)域，而表面的其他部分則幾乎未被破壞。主要包括：小孔腐蝕、縫隙

16、腐蝕、電偶腐蝕、晶間乎未被破壞。主要包括：小孔腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕破裂、氫脆、腐蝕疲勞、選擇性腐蝕。腐蝕、應力腐蝕破裂、氫脆、腐蝕疲勞、選擇性腐蝕。1 1全面腐蝕（全面腐蝕（General CorrosionGeneral Corrosion）2.2.局部腐蝕（局部腐蝕（Localized CorrosionLocalized Corrosion）圖1.1 金屬腐蝕破壞形式1-均勻腐蝕 2-不均勻腐蝕 3-選擇性腐蝕 4-斑狀腐蝕 5-潰瘍腐蝕6-小孔腐蝕 7-晶間腐蝕 8-穿晶腐蝕 9-表層下腐蝕（1 1） 小孔腐蝕小孔腐蝕(Pitting)(Pitting)這種破壞

17、主要集中在某些活性點上，并向金屬內部深處發(fā)展。通這種破壞主要集中在某些活性點上，并向金屬內部深處發(fā)展。通常其腐蝕深度大于其孔徑。嚴重時可使設備穿孔。不銹鋼和鋁合常其腐蝕深度大于其孔徑。嚴重時可使設備穿孔。不銹鋼和鋁合金在含有氯離子的溶液中常呈這種破壞形式。金在含有氯離子的溶液中常呈這種破壞形式。 （2 2）縫隙腐蝕）縫隙腐蝕(Crevice Corrosion)(Crevice Corrosion) 金屬在腐蝕性介質中其表面或因鉚接、焊接、螺紋連接，與非金金屬在腐蝕性介質中其表面或因鉚接、焊接、螺紋連接，與非金屬連接，或因表面有灰塵、砂粒、垢層、浮著沉積物等固體物質屬連接，或因表面有灰塵、砂粒

18、、垢層、浮著沉積物等固體物質時，由于接觸面間的縫隙內存在電解質溶液而產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。時，由于接觸面間的縫隙內存在電解質溶液而產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。縫隙腐蝕在各類電解質液中都會發(fā)生。鈍化金屬如不銹鋼、縫隙腐蝕在各類電解質液中都會發(fā)生。鈍化金屬如不銹鋼、 鋁合鋁合金、鈦等對縫隙腐蝕的敏感性最大。金、鈦等對縫隙腐蝕的敏感性最大。（3 3）電偶腐蝕）電偶腐蝕(Galvanic Corrosion) (Galvanic Corrosion) 凡具有不同電極電位的金屬相互接觸，并在一定的介質中所發(fā)生凡具有不同電極電位的金屬相互接觸，并在一定的介質中所發(fā)生的電化學腐蝕即屬電偶腐蝕。例如熱交換器中的不銹鋼管和碳鋼的

19、電化學腐蝕即屬電偶腐蝕。例如熱交換器中的不銹鋼管和碳鋼花板連接處。碳鋼在水中作為陽極而被加速腐蝕。花板連接處。碳鋼在水中作為陽極而被加速腐蝕。 （4 4）晶間腐蝕）晶間腐蝕(Intergranular(Intergranular Corrosion ) Corrosion ) 這種腐蝕首先在晶粒邊界上發(fā)生，并沿著晶界向縱深處發(fā)展。這這種腐蝕首先在晶粒邊界上發(fā)生，并沿著晶界向縱深處發(fā)展。這時，雖然從金屬外觀看不出有明顯的變化，但其力學性能卻以大時，雖然從金屬外觀看不出有明顯的變化，但其力學性能卻以大為降低了。通常晶間腐蝕出現(xiàn)于奧氏體、鐵素體不銹鋼和鋁合金為降低了。通常晶間腐蝕出現(xiàn)于奧氏體、鐵素體

20、不銹鋼和鋁合金的構件中。的構件中。（5 5）應力腐蝕）應力腐蝕(Stress Corrosion Cracking)(Stress Corrosion Cracking) 金屬在拉應力和腐蝕介質共同作金屬在拉應力和腐蝕介質共同作用下，使金屬材料發(fā)生腐蝕性破用下，使金屬材料發(fā)生腐蝕性破裂。根據(jù)腐蝕介質性質和應力狀裂。根據(jù)腐蝕介質性質和應力狀態(tài)的不同，在金相顯微鏡下，顯態(tài)的不同，在金相顯微鏡下，顯微裂紋呈穿晶、沿晶和或兩者混微裂紋呈穿晶、沿晶和或兩者混合形式。應力腐蝕破裂是局部腐合形式。應力腐蝕破裂是局部腐蝕中危害最大的，因為他們發(fā)生蝕中危害最大的，因為他們發(fā)生后用肉眼在金屬表面很不易察覺，后用肉

21、眼在金屬表面很不易察覺，一般也沒有預兆，具有突然破壞一般也沒有預兆，具有突然破壞的性質。的性質。 （6 6） 氫脆氫脆(Hydrogen Embrittlement(Hydrogen Embrittlement) ) 在某些介質中，因腐蝕或其他原因而產(chǎn)生的氫原子可滲入金屬內部，使在某些介質中，因腐蝕或其他原因而產(chǎn)生的氫原子可滲入金屬內部，使金屬變脆，并在應力的作用下發(fā)生脆裂。例如含硫化氫的油、氣輸送管金屬變脆，并在應力的作用下發(fā)生脆裂。例如含硫化氫的油、氣輸送管線及煉油廠設備常發(fā)生這種腐蝕。線及煉油廠設備常發(fā)生這種腐蝕。 （8 8）選擇性腐蝕（）選擇性腐蝕（Selective CorrosionSelec