材料腐蝕知識點

1、金屬材料最重要、最常見的破壞形式是斷裂、磨損和腐蝕。斷裂(crack)是指金屬構(gòu)件受力超過其彈性極限、塑性極限而發(fā)生的破壞?？蓮牟煌嵌确譃榇嘈詳嗔?、塑性斷裂、沿晶斷裂、穿晶斷裂、機械斷裂等等。斷裂的結(jié)果，使構(gòu)件失效，但金屬材料本身還可重新熔煉再用。磨損(wear)是指金屬表面與其相接觸的物體或與其周圍環(huán)境發(fā)生相對運動，因摩擦而產(chǎn)生的損耗或破壞。它是個漸變過程。有時磨損了的零件還可修復(fù)。例如，用電刷鍍可修復(fù)輕微磨損的軸。腐蝕(corrosion)是指金屬在其周圍環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)現(xiàn)象。從不同角度，曾對腐蝕下過不同的定義，如：“材料因與環(huán)境反應(yīng)而引起的損壞或變質(zhì)”；“除了單純機械破壞之

2、外的一切破壞”；“冶金的逆過程”；“材料與環(huán)境的有害反應(yīng)”。2.金屬腐蝕(Corrosionofmetals)：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)。就是說，金屬腐蝕發(fā)生在金屬與介質(zhì)間的界面上。由于金屬與介質(zhì)間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?離子)狀態(tài)。可見，金屬及其環(huán)境所構(gòu)成的腐蝕體系以及該體系中發(fā)生的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)就是金屬腐蝕學(xué)的主要研究對象。一、腐蝕分類方法由于腐蝕領(lǐng)域廣而且多種多樣，因此有不同的分類方法。最常見的是從下列不同角度分類：腐蝕環(huán)境:按腐蝕環(huán)境分類最合適，可分為潮濕環(huán)境、干燥氣體、熔融鹽，各種腐蝕試驗研究方法主要取決于腐蝕環(huán)境；腐蝕機

3、理：潮濕環(huán)境下屬電化學(xué)機理，干燥氣體中為化學(xué)機理。腐蝕形態(tài)類型：點蝕、應(yīng)力腐蝕、斷裂金屬材料：在手冊中是常見的和實用的，但從分類學(xué)觀點來看，效果不好。應(yīng)用范圍或工業(yè)部門：實為按環(huán)境分類的特殊應(yīng)用防護方法：是從防腐蝕出發(fā)，根據(jù)采取措施的性質(zhì)和限制進行分類，如：改變金屬材料本身。如改變材料的成分或組織結(jié)構(gòu)，研制耐蝕合金。改變腐蝕介質(zhì)。如加入緩蝕劑，改變介質(zhì)的pH值等。改變金屬/介質(zhì)體系的電極電位。如陰極保護和陽極保護等。借助表面涂層把金屬與腐蝕介質(zhì)分開。二、按腐蝕環(huán)境分類根據(jù)腐蝕環(huán)境，腐蝕可分為下列幾類。干腐蝕(drycorrosion)失澤:金屬在露點以上的常溫干燥氣體中腐蝕(氧化)，生成很薄的

4、表面腐蝕產(chǎn)物，使金屬失去光澤，為化學(xué)腐蝕機理。高溫氧化:金屬在高溫氣體中腐蝕(氧化)，有時生成很厚的氧化皮。在熱應(yīng)力或機械應(yīng)力作用下可引起氧化皮剝落。屬于高溫腐蝕。濕腐蝕(humidcorrosion)濕腐蝕主要是指潮濕環(huán)境和含水介質(zhì)中的腐蝕。絕大部分常溫腐蝕屬于這一種。為電化學(xué)腐蝕機理。濕腐蝕又可分為以下兩類。自然環(huán)境下的腐蝕：大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、微生物腐蝕。工業(yè)介質(zhì)中的腐蝕：酸、堿、鹽溶液中的腐蝕；工業(yè)水中的腐蝕；高溫高壓水中的腐蝕無水有機液體和氣體中的腐蝕(化學(xué)腐蝕機理)(1)鹵代烴中的腐蝕，如Al在CCI4和CHCI3中的腐蝕。醇中的腐蝕，如Al在乙醇中，Mg和Ti在甲醇中的

5、腐蝕。這類腐蝕介質(zhì)都是非電解質(zhì)，不管是液體或氣體，腐蝕反應(yīng)都是相同的。在這些反應(yīng)中，水實際上起緩蝕劑的作用。但在油這類有機液體中的腐蝕，絕大多數(shù)情況是由于痕量水的存在，而水中常含有鹽和酸，因而這種腐蝕實為電化學(xué)機理。熔鹽和熔渣中的腐蝕（電化學(xué)腐蝕）熔融金屬中的腐蝕（物理腐蝕機理）三、按腐蝕機理分類化學(xué)腐蝕（chemicalcorrosion）化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其反應(yīng)歷程的特點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)，形成腐蝕產(chǎn)物。腐蝕過程中電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進行的，因而沒有電流產(chǎn)生。純化學(xué)腐蝕的情況并不多。主要為金屬在

6、無水的有機液體和氣體中腐蝕以及在干燥氣體中的腐蝕。金屬的高溫氧化，高溫氣體中金屬的氧化最初雖是通過化學(xué)反應(yīng)，但隨后膜的生長過程則屬于電化學(xué)機理。這是因為此時金屬表面的介質(zhì)已由氣相改變?yōu)榧饶茈娮訉?dǎo)電，又能離子導(dǎo)電的半導(dǎo)體氧化膜。金屬可在陽極（金屬膜界面）離解后，通過膜把電子傳遞給膜表面上的氧，使其還原變成氧離子（O2-），而氧離子和金屬離子在膜中又可進行離子導(dǎo)電，即氧離子向陽極（金屬膜界面）遷移和金屬離子向陰極（膜氣相界面）遷移，或在膜中某處進行第二次化合。所有這些均已劃入電化學(xué)腐蝕機理的范疇，故現(xiàn)在已不再把金屬的高溫氧化視為單純的化學(xué)腐蝕了。電化學(xué)腐蝕（electrochemicalcorro

7、sion）電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)（電解質(zhì)）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。任何以電化學(xué)機理進行的腐蝕反應(yīng)至少包含有一個陽極反應(yīng)和一個陰極反應(yīng)，并以流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流形成回路。陽極反應(yīng)是氧化過程，即金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中并放出電子，陰極反應(yīng)為還原過程，即介質(zhì)中的氧化劑組分吸收來自陽極的電子的過程。例如，碳鋼在酸中腐蝕時，在陽極區(qū)鐵被氧化為Fe2+離子，所放出的電子由陽極（Fe）流至鋼中的陰極（Fe3C）上，被H+離子吸收而還原成氫氣，即陽極反應(yīng)：Fe-Fe2+2e陰極反應(yīng)：2H+2e-H2總反應(yīng)：Fe+2H+-Fe2+H2可見，與化學(xué)腐蝕不同，電化學(xué)腐蝕的特點在

8、于，它的腐蝕歷程可分為兩個相對獨立并可同時進行的過程。由于在被腐蝕的金屬表面上存在著在空間或時間上分開的陽極區(qū)和陰極區(qū)，腐蝕反應(yīng)過程中電子的傳遞可通過金屬從陽極區(qū)流向陰極區(qū)，其結(jié)果必有電流產(chǎn)生。這種因電化學(xué)腐蝕而產(chǎn)生的電流與反應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，可通過法拉第定律定量地聯(lián)系起來。由上述電化學(xué)機理可知，金屬的電化學(xué)腐蝕實質(zhì)上是短路的電偶電池作用的結(jié)果。這種原電池稱為腐蝕電池。電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。金屬在大氣、海水、土壤和各種電解質(zhì)溶液中的腐蝕都屬此類。電化學(xué)作用既可單獨引起金屬腐蝕，又可和機械作用、生物作用共同導(dǎo)致金屬腐蝕。當(dāng)金屬同時受拉伸應(yīng)力和電化學(xué)作用時，可引起應(yīng)力腐蝕斷裂。金屬在交變應(yīng)

9、力和電化學(xué)共同作用下可產(chǎn)生腐蝕疲勞。若金屬同時受到機械磨損和化學(xué)作用，則可引起磨損腐蝕。微生物的新陳代謝可為電化學(xué)腐蝕創(chuàng)造條件，參與或促進金屬的電化學(xué)腐蝕，稱為微生物腐蝕（microbialcorrosion），或稱為細(xì)菌腐蝕。項目化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕介質(zhì)干燥氣體或非電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液過程推動力化學(xué)位不同的反應(yīng)相相互接觸電位不同的導(dǎo)體物質(zhì)組成電池能量轉(zhuǎn)換化學(xué)能與機械能和熱化學(xué)能與電功過程規(guī)律化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)電極過程動力學(xué)電子傳遞反應(yīng)物直接碰撞和傳遞，測不出電流通過電子導(dǎo)體在陰、陽極上的得失，測出電流反應(yīng)區(qū)在碰撞點上瞬時完成在相對獨立的陰、陽極區(qū)同時完成產(chǎn)物在碰撞點直接形成一次產(chǎn)物在電極上形成，二

10、次產(chǎn)物在一次產(chǎn)物相遇處形成溫度主要在咼溫條件下室溫和高溫條件下3.物理腐蝕(physicalcorrosion)物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞。熔融金屬中的腐蝕就是固態(tài)金屬與熔融液態(tài)金屬(如鉛、鋅、鈉、汞等)相接觸引起的金屬溶解或開裂。這種腐蝕不是由于化學(xué)反應(yīng)，而是由于物理溶解作用，形成合金，或液態(tài)金屬滲入晶界造成的。例如熱浸鋅用的鐵鍋，由于液態(tài)鋅的溶解作用，很快腐蝕壞了。四、按腐蝕形態(tài)分類全面腐蝕或均勻腐蝕(generalcorrosion/uniformcorrosion)局部腐蝕(localizedcorrosion)：包括電偶腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝蝕、選

11、擇性腐蝕、絲狀腐蝕。應(yīng)力作用下的腐蝕(stresscorrosion)：包括應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆和氫致開裂、腐蝕疲勞、磨損腐蝕、空泡腐蝕、微振腐蝕。五、金屬腐蝕程度的大小，根據(jù)腐蝕破壞形式的不同，有各種不同的評定方法。對于全面腐蝕來說，通常用平均腐蝕速度來衡量。腐蝕速度可用失重法(或增重法)、深度法和電流密度來表示。1、失重法和增重法(weightloss/weightIncrease)金屬腐蝕程度的大小可用腐蝕前后試樣質(zhì)量的變化來評定。由于生活和貿(mào)易中，人們習(xí)慣上把質(zhì)量稱為重量，因此根據(jù)質(zhì)量變化評定腐蝕速度的方法習(xí)慣上仍稱為“失重法”或“增重法”。失重法就是根據(jù)腐蝕后試樣質(zhì)量的減小量，用下式計

12、算腐蝕速度：以一Mk=式中：U失為腐蝕速度(g/m2h)；為試樣腐蝕前的質(zhì)量(g)；mT為試樣清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量(g)；S為試樣表面積(m2)；t為腐蝕時間(h)。這種方法適用于均勻腐蝕，而腐蝕產(chǎn)物完全脫落或很容易從試樣表面清除掉的情況。當(dāng)腐蝕后試樣質(zhì)量增加且腐蝕產(chǎn)物完全牢固地附著在試樣表面時，可用增重法，用下列公式汁算腐蝕速度：式中：u增為腐蝕速度(g/m2h)；m2為帶有腐蝕產(chǎn)物的試樣的質(zhì)量(g)om一mV=20St圖1-1JWt*夠童示童圖3)均全面wwoi2)點au孔o；(c)a聞肩iiu(/*!；3&L力vr諛崎9h(A1Ae2、深度法(depthmethod)工程上，腐蝕深度或構(gòu)

13、件腐蝕變薄的程度直接影響該部件的壽命，更具有實際意義在比較不同密度的金屬的耐蝕性時，更適合用這種方法。腐蝕深度與失重速度之間的關(guān)系:VdepthV8.76x_lossPVdepth是以腐蝕深度表示的腐蝕速度,單位為mm/a；Vloss為失重腐蝕速度,單位為g/m2h；P為金屬的密度，單位為g/cm3；為單位換算系數(shù)。根據(jù)金屬年腐蝕深度不同,可將其耐蝕性按十級標(biāo)準(zhǔn)(表1-2)和三級標(biāo)準(zhǔn)(表1-3)分類。耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度/(mm/a)I完全耐蝕1II很耐蝕23III耐蝕45IV尚耐蝕67耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度/(mm/a)耐蝕13、以電流密度(currentdensi表y示腐蝕速度電化學(xué)腐蝕中，陽極溶解導(dǎo)致金屬腐蝕。根據(jù)法拉第定律，每通過1法拉第，即96500C的電量，陽極溶解的金屬的量為1/nmoI。若電流強度為/,通電時間為t,則通過的電量為比。陽極所溶解的金屬量m應(yīng)為：AltAm=于式中：A為金屬的原子量；為價數(shù)，即金屬陽極反應(yīng)方程式中的電子數(shù)；F為法拉第常數(shù),即F=96500C/mol電子。對于均勻腐蝕來說，整個金屬表面積S可看成陽極面積，故腐蝕電流密度icorr為/S。因此可由上式求出腐蝕速度u失與腐蝕電流密度ic