金屬腐蝕與防護(hù) 第一章 綜述

1、講課人：羅來(lái)馬講課人：羅來(lái)馬材料學(xué)院金屬材料系材料學(xué)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(xué)腐蝕熱力學(xué)電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)第四章第四章 電化學(xué)腐蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)電化學(xué)腐蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)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(xué)習(xí)，專業(yè)課程。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握金屬腐蝕使學(xué)生掌握金屬腐蝕的基本原理，了解環(huán)境對(duì)金屬成分、組織

2、及的基本原理，了解環(huán)境對(duì)金屬成分、組織及性能影響的基本規(guī)律，并對(duì)耐腐蝕合金理論性能影響的基本規(guī)律，并對(duì)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(xué)生以培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)不同環(huán)境正確選擇、合理使用金屬材料針對(duì)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(yīng)力腐蝕概念。的能力，并在失效分析中有應(yīng)力腐蝕概念。教學(xué)要求：教學(xué)要求： 1對(duì)重要的基本概念與基本原理了解其來(lái)源、含義與對(duì)重要的基本概念與基本原理了解其來(lái)源、含義與適用范圍。適用范圍。 2能初步運(yùn)用所學(xué)理論及唯物辯證觀點(diǎn)，分析有關(guān)環(huán)能初步運(yùn)用所學(xué)理論及唯物辯證觀點(diǎn)，分析有關(guān)環(huán)境對(duì)金屬組織、性能影響的簡(jiǎn)單實(shí)際

3、問題。境對(duì)金屬組織、性能影響的簡(jiǎn)單實(shí)際問題。3能熟悉基本金屬結(jié)構(gòu)材料的一般耐蝕性。能熟悉基本金屬結(jié)構(gòu)材料的一般耐蝕性。 4初步掌握腐蝕電化學(xué)測(cè)試方法。初步掌握腐蝕電化學(xué)測(cè)試方法。 平時(shí)成績(jī)（平時(shí)成績(jī)（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(diǎn)名三次：，點(diǎn)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(jí)給分，按照班級(jí)給分，3 3個(gè)班輪流講課，每個(gè)班輪流講課，每次講課時(shí)間約為次講課時(shí)間約為3030分鐘，由班級(jí)的分鐘，由班級(jí)的3 3位同學(xué)上臺(tái)。位同學(xué)上臺(tái)。4 4）實(shí)驗(yàn)課，）實(shí)驗(yàn)課，10%10%。 考試成績(jī)（考試成績(jī)（60%60%）：）：考試來(lái)源于上課內(nèi)容?？荚噥?lái)源

5、于上課內(nèi)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(xué)金屬腐蝕學(xué)導(dǎo)論導(dǎo)論，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，機(jī)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(hù)防護(hù)，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(hù)金屬腐蝕與保護(hù)，機(jī)械工業(yè)出，機(jī)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(xué)金屬腐蝕學(xué)，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(yīng)而引起的材料、因材料與環(huán)境反應(yīng)而引起的材料 的破壞和變質(zhì)。的破壞和變質(zhì)。 2 2、除了單純機(jī)械破壞以外的材料的一切破、除了單純機(jī)械破壞以外的材料的一切破 壞，壞，如機(jī)械斷裂與應(yīng)力腐蝕斷裂。如機(jī)械斷裂與應(yīng)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(zhì)）之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而金屬與周圍環(huán)境（介質(zhì)）之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞或變質(zhì)。引起的破壞或變質(zhì)。 材料腐蝕問題涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域材料腐蝕問題涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,腐蝕的危害和造成的經(jīng)濟(jì)損失幾腐蝕的危害和造成的經(jīng)濟(jì)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(jī)械、冶金、化工、輕工、紡織、能源、交通、機(jī)械、冶金、化工、輕工、紡織、城鄉(xiāng)建設(shè)、農(nóng)業(yè)、電子、信息、海洋開發(fā)等，還有尖端科技和國(guó)防工業(yè)。城鄉(xiāng)建設(shè)、農(nóng)業(yè)、電子、信息、海洋開發(fā)等，還有尖端科技和國(guó)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(lái)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(lái)說可以從以下四個(gè)方面來(lái)看：說可以從以下四個(gè)方面來(lái)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(fèi)一、腐蝕造成原材料的損耗與資源的浪費(fèi) 單以金屬材料為例，由于金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，大量來(lái)

8、之不易的礦單以金屬材料為例，由于金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，大量來(lái)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(bào)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(bào)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(wú)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(wú)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(yīng)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失 據(jù)中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告中對(duì)能源工業(yè)的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，石油與天然氣

9、系統(tǒng)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)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(gè)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(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展例如：1986年“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)由于一個(gè)零件腐蝕，導(dǎo)致發(fā)射73秒后在空中爆炸解體，該航天飛機(jī)制造費(fèi)用是60-70億美元，機(jī)上7名航天員全部遇難，發(fā)射一次費(fèi)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(yīng)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(zhuǎn)移。又如1985年日本一架波音747客機(jī)，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(guān)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(guān)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(zhì)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(zhì)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(lǐng)域廣、機(jī)理比較復(fù)雜，其分類方法也是多樣的。常由于金屬腐蝕的領(lǐng)域廣、機(jī)理比較復(fù)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(diǎn)，可以將金屬腐：根據(jù)腐蝕過程的特點(diǎn)，可以將金屬腐蝕蝕 分為分為化學(xué)、電化學(xué)和物理腐蝕化學(xué)、電化學(xué)和物理腐蝕等三類。等三類。指金屬表面與非電解質(zhì)發(fā)生純化學(xué)反應(yīng)而引起的損壞。通常在一些干指金屬表面與非電解質(zhì)發(fā)生純化學(xué)反應(yīng)而引起的損壞。通常在一些干燥氣體及非電解質(zhì)溶液中進(jìn)行。其反應(yīng)歷程的特點(diǎn)是金屬表面的原子燥氣體及非電解質(zhì)溶液中進(jìn)行。其反應(yīng)歷程的特點(diǎn)是金屬表面的原子與非電解質(zhì)中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而形成腐蝕產(chǎn)物。在腐

12、與非電解質(zhì)中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)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(xué)腐蝕（、化學(xué)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(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕 如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),火箭及原火箭及原子能工業(yè)設(shè)備在高溫下子能工業(yè)設(shè)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(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞，反應(yīng)過程指金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞，

13、反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生。電化學(xué)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(xué)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(zhì)中發(fā)生的腐蝕皆屬于此類。海水、土壤及酸、堿、鹽等介質(zhì)中發(fā)生的腐蝕皆屬于此類。2 2、電化學(xué)腐蝕（、電化學(xué)腐蝕（Electrochemical CorrosionElectrochemical Corrosion）例如:當(dāng)鋼鐵處在潮濕空氣中時(shí),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(zhì)就形成了原電池,鐵為陽(yáng)極,雜質(zhì)為陰極,發(fā)生下列反應(yīng):陽(yáng)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(xué)腐蝕（、電化學(xué)腐蝕（Electrochemical CorrosionElectrochemical Corrosion）答案真相永遠(yuǎn)只有一個(gè)： 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(lái)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(lái)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(gè)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(gè)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(qiáng)酸強(qiáng)堿中發(fā)生腐蝕屬于均勻腐蝕。勻的。例如，碳鋼在強(qiáng)酸強(qiáng)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(yīng)力腐蝕破裂、氫脆、腐蝕疲勞、選擇性腐蝕。腐蝕、應(yīng)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(diǎn)上，并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展。通這種破壞主要集中在某些活性點(diǎn)上，并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展。通常其腐蝕深度大于其孔徑。嚴(yán)重時(shí)可使設(shè)備穿孔。不銹鋼和鋁合常其腐蝕深度大于其孔徑。嚴(yán)重時(shí)可使設(shè)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)時(shí)，由于接觸面間的縫隙內(nèi)存在電解質(zhì)溶液而產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。時(shí)，由于接觸面間的縫隙內(nèi)存在電解質(zhì)溶液而產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象?？p隙腐蝕在各類電解質(zhì)液中都會(huì)發(fā)生。鈍化金屬如不銹鋼、縫隙腐蝕在各類電解質(zhì)液中都會(huì)發(fā)生。鈍化金屬如不銹鋼、 鋁合鋁合金、鈦等對(duì)縫隙腐蝕的敏感性最大。金、鈦等對(duì)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(zhì)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(zhì)中所發(fā)生的電化學(xué)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(xué)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(yáng)極而被加速腐蝕?；ò暹B接處。碳鋼在水中作為陽(yáng)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(shí)，雖然從金屬外觀看不出有明顯的變化，但其力學(xué)性能卻以大時(shí)，雖然從金屬外觀看不出有明顯的變化，但其力學(xué)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(gòu)件中。的構(gòu)件中。（5 5）應(yīng)力腐蝕）應(yīng)力腐蝕(Stress Corrosion Cracking)(Stress Corrosion Cracking) 金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)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(zhì)性質(zhì)和應(yīng)力狀裂。根據(jù)腐蝕介質(zhì)性質(zhì)和應(yīng)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(yīng)力腐蝕破裂是局部腐合形式。應(yīng)力腐蝕破裂是局部腐蝕中危害最大的，因?yàn)樗麄儼l(fā)生蝕中危害最大的，因?yàn)樗麄儼l(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(yù)兆，具有突然破壞一般也沒有預(yù)兆，具有突然破壞的性質(zhì)。的性質(zhì)。 （6 6） 氫脆氫脆(Hydrogen Embrittlement(Hydrogen Embrittlement) ) 在某些介質(zhì)中，因腐蝕或其他原因而產(chǎn)生的氫原子可滲入金屬內(nèi)部，使在某些介質(zhì)中，因腐蝕或其他原因而產(chǎn)生的氫原子可滲入金屬內(nèi)部，使金屬變脆，并在應(yīng)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(yīng)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(shè)備常發(fā)生這種腐蝕。線及煉油廠設(shè)備常發(fā)生這種腐蝕。 （8 8）選擇性腐蝕（）選擇性腐蝕（Selective CorrosionSelec