腐蝕與防護第一章概論

腐蝕與防護第一章概論第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二通過本課程的學習，要掌握腐蝕的基本原理和基本知識，培養(yǎng)科學的思維方法和分析問題、解決問題的能力，為從事工業(yè)設計、生產實踐和科學研究打下堅實而寬厚的基礎。源頭上設計中要考慮腐蝕的問題，謹防出現失敗的設計；生產中要及時發(fā)現腐蝕的部位、程度以及預防的措施等，謹防造成嚴重事故；科學研究中重視腐蝕規(guī)律的研究與總結，謹防事故的發(fā)生。這門課是初步了解腐蝕的基本概念以及掌握一些防腐手段，以便于大家在以后的學習、工作、生活中對于一些腐蝕現象能給予事先考慮、判斷和合理的處置。主要目的第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二教學中各環(huán)節(jié)互相滲透、互相促進典型的腐蝕現象分析腐蝕問題采取措施減緩腐蝕從源頭上避免腐蝕教學方法第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二金屬腐蝕理論及腐蝕控制.龔敏，余祖孝，陳琳.北京：化學工業(yè)出版社,2009.1材料腐蝕與防護概論.何業(yè)東,齊慧濱.北京：機械工業(yè)出版社,2005.2金屬腐蝕試驗與監(jiān)測，張遠聲編著，四川理工學院腐蝕電化學原理第二版.曹楚南.北京：化學工業(yè)出版社,2004.4腐蝕破壞事故100例.張遠聲.北京：化學工業(yè)出版社,2000.1參考書目第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二國內主要專業(yè)雜志中國腐蝕與防護學報腐蝕與防護腐蝕科學與防護技術四川化工與腐蝕控制全面腐蝕控制表面技術材料保護第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二◆Corrosion◆MaterialPerformance

NationalAssociationofCorrosionEngineers

NACE（美國腐蝕工程師協會）◆CorrosionScience◆BritishCorrosionJournal國外主要專業(yè)雜志第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二老房木板上的生銹的鐵釘、鐵護欄的生銹、錫罐頭蓋的生銹、鋼筋的銹蝕、輪船設備的銹蝕、腐蝕的自來水管道流出黃色的水、輸油輸氣管道、開水管道、大雁塔廣場上銅雕塑上的銅綠、秦始皇的銅車馬、兵馬俑、銀首飾的變色、塑料的硬脆、橡膠輪胎的老化、古籍紙質的發(fā)黃變脆、絲綢的化絲、朽木、涂料的褪色、脫落、牙齒的壞爛、石頭的風化等等。腐蝕事例（感性認識）第一章緒論第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二在外形、色澤以及機械性能等方面都發(fā)生一定的變化第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二一、腐蝕的危害造成巨大的經濟損失造成金屬資源和能源的浪費造成設備的破壞事故

阻礙新技術的發(fā)展返回第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二經濟損失包括直接損失和間接損失◆直接損失：防護技術費用、腐蝕破壞后的維修、更換費用、勞務費用?！糸g接損失：腐蝕破壞造成停工、停產；物料流失；產品污染，質量下降，設備效率降低，能耗增加；鋼材浪費等。第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二

據統(tǒng)計，全世界現存的鋼鐵及金屬設備大約每年腐蝕率為10%，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元。世界各發(fā)達國家每年因金屬腐蝕而造成的經濟損失約占其國民生產總值3.5％～4.0％，超過每年各項大災（火災、風災及地震等）損失的總和。有人甚至估計每年全世界腐蝕報廢和損耗的金屬約為1億噸！所以研究金屬腐蝕和防護具有重要意義.背景第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二二、腐蝕2.1定義：金屬材料和周圍環(huán)境發(fā)生化學或電化學作用而破壞。三個基本要素腐蝕的對象腐蝕的性質腐蝕的后果出于物理原因造成的破壞不稱為腐蝕，而稱為磨損或磨耗等等。但實際情況下腐蝕和物理損傷是伴隨發(fā)生的，物理損傷更是加速了腐蝕的進度。第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二◆耐蝕性

指材料抵抗環(huán)境介質腐蝕的能力◆腐蝕性

指環(huán)境介質腐蝕材料的強弱程度◆腐蝕過程的本質

腐蝕金屬金屬化合物

冶煉

△G﹤0

自發(fā)過程不可逆過程第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二嚴格講，所有環(huán)境都有一定的腐蝕性，所以周圍介質就稱之為腐蝕環(huán)境。腐蝕環(huán)境對于腐蝕影響很大，如在無氧的鹽酸中，鐵會發(fā)生腐蝕而銅不發(fā)生腐蝕；在含氧的鹽酸中，鐵和銅都會發(fā)生腐蝕，但是鐵的腐蝕速度大于銅的腐蝕速度。苛刻的腐蝕環(huán)境：高溫、高壓、交流電場、低溫、粉塵、酸、堿、鹽等。2.2腐蝕環(huán)境腐蝕程度和速度與腐蝕環(huán)境、作用時間、材質、結構、化學組成、形狀、表面狀況、受力情況等密切相關。

第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二腐蝕現象非常普遍，但卻非常復雜。由此而誕生的腐蝕科學是一門高度交叉性的綜合學科，涉及化學、電化學、物理學、材料學、表面科學、工程力學、冶金學、生物學等多個學科，它也將隨著這些學科的發(fā)展而不斷發(fā)展前進。近年來，腐蝕科學的基礎理論研究和應用研究都取得了長足的發(fā)展，創(chuàng)造出了巨大的經濟效益和社會效益。2.3腐蝕科學第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二2.4腐蝕的特性

普遍性和廣泛性：腐蝕無處不在。天上地下、陸上水下；金屬、非金屬。航天器的生物腐蝕、大氣腐蝕；輪船、航空母艦的海水腐蝕。

持續(xù)性：腐蝕無時不在。腐蝕的發(fā)生是一個持續(xù)、累積過程。有可能在無任何征兆條件下突然發(fā)生破壞。不是不爆，時候未到！腐蝕在我們身邊每時每刻悄悄地發(fā)生著，它吞噬著人們的勞動成果，改變了歷史的原貌?！肚那倪M行的破壞——金屬腐蝕》曹楚南院士的科普著作。非線性：腐蝕的速度并非總是線性過程，會隨外界條件的變化而變化。自發(fā)性：腐蝕的發(fā)生完全是一個自發(fā)過程，就像水向低處流一樣。我們控制腐蝕就像要阻止水向低處流。從化學的角度來說就是從不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉化的過程。金屬的腐蝕是金屬提純的逆向過程。第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二危害性和嚴重性：很大。危害性：腐蝕會影響設備的使用壽命，嚴重的會危及設備安全及人身安全，因而不可等閑視之。腐蝕造成的直接損失，如人員的傷亡、設備的破壞、裝置的損毀等造成直接的經濟損失，大家是有目共睹的。但更為重要的是，腐蝕所造成的相關間接損失也非常驚人。如一個電廠由于腐蝕而導致突然停電，將導致大批的工廠的巨大損失。橋梁、壓力容器、鍋爐、貯有劇毒、放射性物質的金屬容器、貯存核廢料的金屬容器等。腐蝕→停車停產→該廠經濟損失→連鎖反應→其他相關廠經濟損失→國內的經濟損失→國際的經濟損失→總的經濟損失。兒歌:銹了一枚鐵釘，壞了一只蹄鐵；壞了一只蹄鐵，折了一匹戰(zhàn)馬；折了一匹戰(zhàn)馬，損了一員大將；損了一員大將，輸了一場戰(zhàn)役；輸了一場戰(zhàn)役，亡了一個帝國。

鐵釘→帝國Frombadtoworse！據統(tǒng)計，全世界每年因腐蝕而報廢的鋼材約占鋼材年產量的1/4，每年腐蝕的金屬超過1億噸。在這類損失中，約有15％只需應用目前已有的防腐蝕技術就可以避免。

第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二

1967年12月，美國俄亥俄大橋由于應力腐蝕和腐蝕疲勞突然掉入河中，致使46人喪生。

1982年9月一架日航DC-8噴氣客機在我國上海降落時，由于飛機剎車系統(tǒng)的高壓氣瓶發(fā)生應力腐蝕爆炸，致使剎車失靈，飛機沖出跑道，致使數十人受傷。

1980年3月北海油田的亞歷山大·基蘭德號采油平臺發(fā)生腐蝕疲勞破壞，致使123人喪生。2004年8月9號，日本美濱核電站3號反應堆渦輪機房配水管發(fā)生腐蝕穿孔，引起高溫高壓水蒸氣泄漏，導致4死7傷的生產事故。

嚴重性：智者用經驗防止事故愚者用事故總結經驗第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二復雜性：腐蝕過程是一個非常復雜的物理、化學過程，涉及化學、電化學、物理學、材料學、表面科學、工程力學、冶金學、生物學等多個學科?，F在盡管取得了長足的進步，但還有相當一部分仍舊不明了，還只能靠經驗、事后總結。腐蝕的可利用性：集成電路板工業(yè)、玻璃雕刻、干電池放電等。（任何事物都有兩面性）第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二三、腐蝕與防護的發(fā)展概況

歷史：春秋戰(zhàn)國時期的劍、戟等武器；秦始皇銅車馬、青銅器、出土的箭鏃毫無腐蝕，研究發(fā)現表面用鉻酸鹽和重鉻酸鹽處理過，而基體不含鉻的氧化物。沒有鐵器！學科發(fā)展：

a)1840年法拉第發(fā)現了電化學腐蝕下來的金屬的量與通過的電流之間的定量關系，提出了鐵形成鈍化膜的歷程及金屬溶解過程的電化學本質學說。

b)20世紀初，逐漸形成了獨立的金屬腐蝕學科。特別是英國的科學家、現代腐蝕科學的奠基人埃文斯及其同事對腐蝕學科創(chuàng)建、發(fā)展做出了卓越的貢獻。c)之后，世界各國的腐蝕科學家都對腐蝕學科的發(fā)展、完善做出了卓有成效的貢獻。第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二③世界范圍的發(fā)展趨勢隨著科學技術的發(fā)展和人們對腐蝕問題的日益重視，腐蝕科學作為一門邊緣學科已經逐步建立和發(fā)展起來。如已經建立了腐蝕的教學、研究機構、腐蝕專著、刊物、文摘、手冊、國際腐蝕與防護交流會議、腐蝕工程師協會，腐蝕的理論研究和應用研究發(fā)展迅速，新的耐腐蝕材料（合金、非金屬）的研究方面也非?；钴S，近代新的技術手段引入到腐蝕科學的研究中來，如放射性示蹤原子、俄歇電子能譜AES、X射線-光電子能譜XPS、橢圓偏振光測試技術、低頻電化學噪音和振幅頻譜等等。腐蝕科學是一門高度交叉性的綜合學科，涉及化學、物理學、材料學、表面科學、工程力學、冶金學、生物學等多個學科，它也將隨著這些學科的發(fā)展而不斷發(fā)展前進。腐蝕科學的基礎理論研究和應用研究都取得了長足的發(fā)展，創(chuàng)造出了巨大的經濟效益和社會效益。并形成了許多邊緣腐蝕學科的分支，如腐蝕電化學、腐蝕工程力學、腐蝕金屬學、腐蝕材料學、生物腐蝕學和防護系統(tǒng)工程等。目前腐蝕與防護學科正向更加廣泛的科學技術領域中延伸。

第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二④我國腐蝕學科的發(fā)展：建國初期，國家科委在機械學科內成立了腐蝕與防護分組，在制定國家科技發(fā)展規(guī)劃時，腐蝕科學也被列入發(fā)展規(guī)劃之中。1960年初，國家科委單獨成立了國家腐蝕科學學科組，下設機電、化工、海水、土壤、建筑和綜合六個分組，召開了多次全國性的腐蝕與防護學術會議。1960年5月，專業(yè)組舉辦全國第一次腐蝕與防護研究工作會議，制定了“1960年腐蝕和防護研究工作計劃”以及“1960-1962三年規(guī)劃綱要”。

1979年12月成立了中國腐蝕與防護學會，20世紀80年代后成立了國家腐蝕與防護重點1999～2002年間，柯偉院士負責的中國工程院咨詢項目“中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕問題調查與對策”調查研究表明，我國因腐蝕造成的直接損失達2000億元，包括間接損失，總費用達5000億元，約占國民經濟總產值的5%。我國已經成立了國家材料環(huán)境腐蝕試驗站專家組，批準建立了28個國家材料環(huán)境腐蝕野外臺站和一個國家綜合研究中心，設立國家層面上的腐蝕領導小組，并已將腐蝕與防護問題列入國家中長期經濟、國防和科技發(fā)展規(guī)劃。2005年9月，第16屆世界腐蝕大會首次在北京進行，我國在腐蝕與防護技術領域的進步已得到世界同行的普遍認可。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二舉兩個例子：說明了早期學科組在設立腐蝕試驗站這件事上的高瞻遠矚。寶山鋼鐵公司在20世紀80年代初在上海寶山縣選址建廠設計方所用的土壤腐蝕數據，就是我們1964年布置的土壤腐蝕試驗埋藏點的試樣提供的。這些數據為寶鋼節(jié)約了大量的資金。三峽水利工程建設時，用的是早期在三斗坪埋藏點的試樣提供的數據?！?/p>

第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二世界著名腐蝕學術與研究機構：世界腐蝕理事會： 歐洲腐蝕聯合會： 中國腐蝕與防護協會： 中國化工防腐蝕協會： 中國科學院金屬研究所：中國科學院海洋研究所：鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所：中船重工725所（腐蝕與防護國防科技重點實驗室）： 第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二四.腐蝕與材料

腐蝕與材料密切相關。材料是一切工程技術的物質基礎。而材料在使用過程中，將遭受不同形式的直接或間接的損壞。材料的損壞形式是多種多樣的，但最重要、最常見的損壞形式是斷裂、磨損和腐蝕。而腐蝕是材料特別是金屬材料的一種主要的破壞形式。斷裂是由于構件所受應力超過其彈性極限、塑性極限而導致的破壞。例如，軸的斷裂、鋼絲繩的破斷等均屬此類。但是，斷裂的金屬構件可以作為爐料重新進行熔煉，材料可以獲得再生。磨損是構件與其他部件相互作用，由于機械摩擦而引起的損壞。例如，活塞環(huán)的磨損、機車的車輪與鋼軌間的磨損。在很多情況下，磨損了的零件是可以修復的。例如，采用堆焊和刷鍍可以修復己磨損的軸。材料的腐蝕是一個漸變的損壞過程。例如，鋼鐵的銹蝕就是最常見的腐蝕現象。腐蝕使金屬轉變?yōu)榛衔?，是不可恢復，不易再生的。材料在服役損壞過程中，腐蝕與磨損、腐蝕與斷裂往往協同進行，甚至三種損壞同時發(fā)生。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二只有在搞清楚材料腐蝕的原因的基礎上，才能研制適宜的耐蝕材料、涂層及采取合理的保護措施，以達到防止或控制腐蝕的目的。材料的特性：機械強度、加工成型性、耐蝕性、可塑性（冷拔鋼絲、銅絲、錫箔紙）、導熱性、導電性等。

每種材料都有不同的力學、化學和物理性能，都有其各自的優(yōu)缺點。如果不考慮經濟因素和可獲取性問題，光考慮腐蝕因素的話，可選用最好的材料如金、鉑等；但實際選材時要考慮材料的機械強度、耐蝕性、價格、加工成型性、與其他材料的配合性等。因此，正確的選材只能針對一定的使用目的而言。嚴格的來說，任何材料在一定的環(huán)境下都會產生腐蝕破壞。也就是說，沒有一種材料在任何環(huán)境下都是耐蝕的。

材料從大的方面分為金屬和非金屬?；瘜W和冶金學是研究金屬腐蝕的兩大基礎。非金屬材料，常見的有塑料、陶瓷、橡膠、玻璃、木材等，它們一般具有良好的耐蝕性、電絕緣性、材質較輕、加工成型性好等特點，因而在石油化工防腐蝕領域也有十分廣泛的應用。它們也存在腐蝕問題。第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二化學腐蝕與電化學腐蝕的比較相同點不同點金屬失去電子，發(fā)生氧化反應?；瘜W腐蝕電化學腐蝕金屬發(fā)生化學反應，直接得失電子金屬發(fā)生電化學反應，利用原電池原理得失電子反應中無電流的產生反應中伴隨有電流的產生金屬被氧化活潑金屬被氧化第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二五.腐蝕的分類

腐蝕按材料從大的方面分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕。由于金屬材料具有較高的機械強度、可塑性、良好的導熱性、導電性以及加工成型性等優(yōu)點，所以在工程材料中得到廣泛應用。本門課程主要講述金屬材料的腐蝕。下面就來看看金屬腐蝕的分類：按機理分

①化學腐蝕特征：發(fā)生化學反應，無腐蝕電流。如金屬和周圍介質如：酸、堿、鹽、O2、SO2、CO2、水蒸氣等直接接觸而引起的腐蝕、金屬在高溫下形成的氧化皮等。

②電化學腐蝕特征：發(fā)生電化學反應，有腐蝕電流。如干電池對外供電。實際腐蝕過程絕大多數為電化學腐蝕。金屬腐蝕的分類：第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二按破壞形式分：①全面腐蝕（均勻腐蝕）：腐蝕在金屬表面全面展開。如純金屬在強電解液里的腐蝕。一般，全面腐蝕，開始時腐蝕速率較大。一般，全面腐蝕的危害性較局部腐蝕小，而且可以事先預測。如衛(wèi)星接收天線鍋、暴露在大氣中的金屬管線等。②局部腐蝕：腐蝕只集中在金屬表面的局部區(qū)域，其它部分腐蝕很輕微或幾乎沒有。局部腐蝕的類型很多，如電偶腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕、選擇性腐蝕、應力腐蝕、磨蝕、晶間腐蝕、氫損傷等。局部腐蝕的危害較大，應引起足夠的重視。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二按腐蝕環(huán)境分：①大氣腐蝕：金屬在大氣及任何潮濕性氣體中發(fā)生的腐蝕。最為普遍。②電解質溶液腐蝕：酸、堿、鹽。污水處理系統(tǒng)中的腐蝕。③海水腐蝕：本質還是電解質溶液腐蝕，但是一大類特定類型。海洋工程、海上石油鉆采平臺、設備、艦船、潛艇、航空母艦、海水換熱器等都會遭到海水腐蝕。④非電解質溶液溶液腐蝕：金屬在不導電的溶液中的腐蝕，如金屬在有機液體如酒精、石油中的腐蝕；鋁在CCl4、CHCl3、C2H5OH中的腐蝕；Mg、Ti在CH3OH中的腐蝕。⑤土壤腐蝕：供水、供氣、供油、供熱管網、設備的地埋部分。⑥生物腐蝕：硫酸鹽還原菌SRB、腐生菌等對油氣管道的生物腐蝕。⑦其它環(huán)境下的腐蝕：如高溫（＞100℃）、高壓、熔融電解質溶液等。高溫氣體腐蝕、發(fā)動機、火箭高溫廢氣腐蝕。第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二六.金屬腐蝕程度的表示方法腐蝕過程是一個非常復雜的物理化學過程，很難用一個統(tǒng)一的量化標準來衡量、評定材料的耐腐蝕性能。但為便于比較，對金屬材料常根據其腐蝕破壞的形式即全面腐蝕和局部腐蝕來分別對其耐蝕性進行評定。1.全面腐蝕（均勻腐蝕）評價依據：腐蝕率。腐蝕率：①腐蝕的質量指標：以腐蝕前后金屬質量的變化表示的平均腐蝕率；單位：g/(m2?h)失質腐蝕率K-：適用于腐蝕產物在金屬上的附著力小，易清除的場合。增質腐蝕率K+：適用于腐蝕產物在金屬上的附著力大，難清除的場合。如果確切知道腐蝕產物的組成和分子式，失質腐蝕率K-和增質腐蝕率K+可以進行換算。對均勻腐蝕，失質腐蝕率K-和增質腐蝕率K+均可采用。

第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二均勻腐蝕速度的表示方法失重腐蝕速度V-

單位：g∕m2.hV-與Vp之間的換算年腐蝕深度Vp

單位：mm/y返回第35頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二腐蝕的深度指標：以腐蝕深度表示的平均腐蝕率；單位：mm/a腐蝕深度影響構件的整體或局部的減薄程度，直接影響到構件的機械安全性能、使用壽命。為便于工程選材，常將金屬材料的耐蝕性按腐蝕深度指標劃分成若干等級。直到目前為止