材料保護(hù)-第1章 緒論

材料保護(hù)

MaterialsProtection

付朝陽(yáng)化學(xué)與化工學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所材料化學(xué)與服役失效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)緩蝕劑專業(yè)委員會(huì)

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E-mail:cyfu@主要參考書目李曉剛主編.材料腐蝕與防護(hù).長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2009吳繼勛主編.金屬防腐蝕技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社,2002董允,張廷森,林曉娉編著.現(xiàn)代表面工程技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院編著.耐蝕金屬材料及防蝕技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1990本課程的考核方式： 課堂小練習(xí)+結(jié)業(yè)習(xí)題Chapter1緒論1.1引言金屬材料是現(xiàn)代最重要的工程材料。

可以毫不夸張地說，人類社會(huì)的發(fā)展是與金屬材料的制取工藝的進(jìn)步與加工工藝的改進(jìn)有著極密切的關(guān)系。良好的機(jī)械性能：強(qiáng)度高，塑性好，耐腐蝕，耐磨損。良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及某些特殊的物理性能。良好的工藝性能：鑄造、焊接、鍛造、機(jī)加工。人類的文明和進(jìn)步與材料的發(fā)展休戚相關(guān)人類發(fā)展的腳步石器時(shí)代陶器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代現(xiàn)代金屬材料半導(dǎo)體材料功能、納米材料

眾所周知，金屬材料制品在使用時(shí)會(huì)受到不同形式的直接或間接的損壞。最重要、最常見的損壞形式是：斷裂：受力超過彈性極限、塑性極限而最終的破壞。磨損：機(jī)械摩擦而引起的逐漸損壞。腐蝕：在環(huán)境介質(zhì)作用下，逐漸產(chǎn)生的損壞或變質(zhì)現(xiàn)象。金屬材料支撐的地球文明腐蝕：多元的交叉學(xué)科環(huán)境材料力學(xué)腐蝕材料制備、表面改性環(huán)境分析、環(huán)境處理與控制機(jī)械力學(xué)流體力學(xué)電磁效應(yīng)金屬腐蝕的領(lǐng)域和損失腐蝕幾乎涉及所有的環(huán)境（太空、海洋、地上/地下；自然環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、生物環(huán)境等）腐蝕損失

占國(guó)民生產(chǎn)總值(GDP)的比例

美國(guó)約4%；歐洲2.0～3.5%；日本約1.5%；

中國(guó)4～5%（2003～2005年全國(guó)調(diào)查：每年損失近5000億）腐蝕控制

利用已有的知識(shí)、采用已有的防護(hù)技術(shù)可將腐蝕損失減少1/3腐蝕控制是技術(shù)問題，更是管理問題，也是教育問題國(guó)家腐蝕防護(hù)領(lǐng)導(dǎo)組：國(guó)家發(fā)改委、科技部、國(guó)防科工委、國(guó)家自然

科學(xué)基金委、國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局電解系統(tǒng)鹽水裝置和管道的腐蝕40℃85℃碳鋼碳鋼A3鋼鋼襯膠管不銹鋼-銅管（1）美國(guó)：1995年3000億美元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值4.21%；（2）英國(guó)：1969年13.65億英鎊，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值3.5%;（3）日本：1997年39376.9億日元；（4）前蘇聯(lián)：1985年400億盧布；（5）前聯(lián)邦德國(guó)：1982年450億馬克；（6）瑞典：1986年350億瑞典法郎；（7）印度：1985年400億盧比；（8）澳大利亞：1982年20億美元；（9）中國(guó)：2000年600億美元，占國(guó)民生產(chǎn)總值6%

2008年中國(guó)的腐蝕損失超過9000億元人民幣腐蝕損失經(jīng)濟(jì)損失1.2.2間接損失——資源和能源的損失金屬儲(chǔ)量/百萬噸年消耗增加率/%可用年數(shù)樂觀計(jì)算年數(shù)每公斤材料能耗/kW.hFe1×1061.310931916-30Al11705.13591約80Cu3083.4249530-40Zn1232.51810115-20Ti1472.751152約200

全世界每90s就有1t鋼腐蝕成鐵銹，而煉制1t鋼所需的能源則可供一個(gè)家庭用3個(gè)月！1.2.3安全事故

1979年我國(guó)某市液化石油氣貯罐腐蝕爆炸起火，傷亡幾十人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)630余萬元。1985年8月日本的一架波音747客機(jī)，由于應(yīng)力腐蝕斷裂而墜毀，死亡500余人。1986年4月26日切爾諾貝利核電站泄漏事故：損失2000億美元；12.5萬人死亡操作失誤？連接頭設(shè)計(jì)不當(dāng)，引發(fā)摩擦磨蝕造成泄漏？2003年2月1日哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)事故：

損失130億美元；7名航天員遇難高溫防護(hù)層防熱瓦損壞，引發(fā)提前失效1986年1月28日“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)爆炸：

損失55億美元；7名航天員遇難燃料箱O型密封橡膠圈低溫脆化（老化）1988年7月6日英北海油田帕爾珀阿爾法石油鉆塔事故：

損失34億美元；167名工人遇難液化氣安全閥失效（腐蝕或磨蝕？）2008年2月23日美B-2轟炸機(jī)墜毀：

損失14億美元；外部傳感器受潮失效（電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性）材料保護(hù)——腐蝕控制的方法和技術(shù)阻斷金屬與環(huán)境的接觸：涂層、鍍層、覆蓋層、

金屬轉(zhuǎn)化膜、緩蝕劑提高金屬“回歸”的能壘：緩蝕劑、鍍層、金屬轉(zhuǎn)化膜降低金屬相對(duì)于環(huán)境的勢(shì)能：電化學(xué)保護(hù)腐蝕系統(tǒng)設(shè)計(jì)和腐蝕監(jiān)檢測(cè)腐蝕科學(xué)與腐蝕工程面臨的挑戰(zhàn)復(fù)雜性、滯后性、相關(guān)學(xué)科發(fā)展的制約（現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)→工學(xué)、科學(xué)）材料在極限條件下的服役失效（環(huán)境行為）宏觀的極限條件：深地、深海、太空、極強(qiáng)腐蝕性工業(yè)環(huán)境微觀的極限條件：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）材料保護(hù)重要性

金屬材料的腐蝕防護(hù)有很長(zhǎng)的歷史：秦始皇的寶劍、中國(guó)大漆（1515年）、1882年防銹漆、

1885年紅丹底漆、1830-1850年英國(guó)煤焦油、瀝青焦油、

1919年美國(guó)供水管內(nèi)部涂瀝青、1875年陰極保護(hù)等等

防護(hù)的科學(xué)性防護(hù)可減少經(jīng)濟(jì)損失30-40%。

管理與教育腐蝕教育材料控制構(gòu)造控制金屬材料腐蝕環(huán)境界面控制

裝置腐蝕環(huán)境安全保護(hù)環(huán)境控制材料管理利用度控制裝置管理成本控制中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)及其專業(yè)委員會(huì)腐蝕電化學(xué)及測(cè)試技術(shù)專業(yè)委員會(huì)（浙江大學(xué)）緩蝕劑專業(yè)委員會(huì)（華中科技大學(xué)）氫脆及應(yīng)力腐蝕專業(yè)委員會(huì)（北京科技大學(xué)）耐蝕金屬材料專業(yè)委員會(huì)（北京鋼鐵總院）防腐蝕施工與技術(shù)專業(yè)委員會(huì)（北京科技大學(xué)）涂料涂裝及表面保護(hù)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)（武漢材保所）水環(huán)境專業(yè)委員會(huì)（青島七二五所）化工過程專業(yè)委員會(huì)（化工機(jī)械研究院）航空航天專業(yè)委員會(huì)（北京航空材料研究院）建筑工程專業(yè)委員會(huì)（冶金建筑總院）高溫專業(yè)委員會(huì)（中科院金屬所）能源工程專業(yè)委員會(huì)（清華大學(xué)）土壤專業(yè)委員會(huì)（大慶油田設(shè)計(jì)院）熱浸鍍專業(yè)委員會(huì)（鋼鐵研究總院）非金屬材料專業(yè)委員會(huì)（北京化工大學(xué)）我校該學(xué)科的發(fā)展和歷史沿革50年代：以葉康民教授為代表的課題組開始了陰極保護(hù)的研究70年代：研究室全面開始了腐蝕與緩蝕劑研究和應(yīng)用1983年：中國(guó)石油工業(yè)部科技司與我校在該研究室的基礎(chǔ)上共同建立了

“油田腐蝕與防護(hù)研究室”1995年：湖北省重點(diǎn)學(xué)科方向（材料學(xué)/腐蝕與防護(hù)）2001年：材料與環(huán)境化學(xué)研究所2006年：材料化學(xué)與服役失效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2007年：國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科方向（材料科學(xué)與工程/材料服役失效與防護(hù)）相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)科地位教育部材料物理與化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)（郭興蓬）中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)緩蝕劑專業(yè)委員會(huì)主任委員中國(guó)石油學(xué)會(huì)腐蝕與防護(hù)專業(yè)委員委副主任會(huì)員中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)非金屬材料專業(yè)委員會(huì)副主任委員中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)土壤腐蝕專業(yè)委員會(huì)委員（邱于兵）中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)水處理與環(huán)境專業(yè)委員會(huì)委員（劉宏芳）中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)腐蝕電化學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員（董澤華）海洋腐蝕與防護(hù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員CNPC材料力學(xué)與環(huán)境行為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員國(guó)際腐蝕大會(huì)、亞太腐蝕大會(huì)分會(huì)主席《中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)》、《材料保護(hù)》編委化學(xué)學(xué)報(bào)、化工學(xué)報(bào)、物理化學(xué)學(xué)報(bào)、ElectrochimcaActa,J.AppliedElectrochemistry,AppliedSurfaceScience,JournalofMaterialsScience…審稿人有關(guān)腐蝕/表面防護(hù)領(lǐng)域——我國(guó)的主要研究機(jī)構(gòu)介紹中科院金屬所 柯偉院士、盧柯院士（金屬材料）、韓恩厚研究員、王福會(huì)研究員（金屬腐蝕與防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)、腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)）浙江大學(xué)

曹楚南院士（腐蝕電化學(xué)）、張鑒清教授北京科技大學(xué) 肖紀(jì)美院士（應(yīng)力腐蝕）、喬利杰教授、李曉剛教授、路民旭教授

孫冬柏教授裝甲兵工程學(xué)院 徐濱士院士（裝備再制造）中科院蘭州化物所

薛群基院士（表面潤(rùn)滑）廈門大學(xué)

田昭武院士（電化學(xué)）、林昌健教授武漢大學(xué)

查全性院士（電