,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第一章 绪论,材料腐蚀与防护基本概念,材料腐蚀与防护重要性,腐蚀速度的表示,学科的发展慨况,1第一章 绪论 材料腐蚀与防护基本概念,2,1.1,腐蚀的基本概念,历史悠久,古希腊,Herodus,和古罗马,Plinins,在,2000,年前已提出用锡防止铁生锈；我国商代（,3000,年前）发明锡青铜；出土铁器可见古人防蚀成就。,18,世纪工业发展,腐蚀与防护学科形成、发展。,普遍性,材料腐蚀司空见惯，无所不在，无时不有,十分普遍,.,材料的腐蚀与防护的重要性已成共识。,必然性,热力学观点，一切材料在环境作用下,将逐渐自发地腐蚀、变质、退化。金属,由元素状态转变成金属化合物,(,生锈,),，有机,/,无机材料,化学变化（老化,/,风化,),。,21.1 腐蚀的基本概念 普遍性 必然性,3,春秋战国,18,世纪,19,世纪,20,世纪,青铜剑、箭镞,含铬表面涂层,大漆,防腐涂料,金属的氧化、溶解、钝化,铁的钝化膜形成历程、金属溶解的电化学本质、,腐蚀微电池特征、金属在酸中溶解的动力学,独立学科，腐蚀历程的基本电化学规律，腐,蚀科学的基本理论：现代腐蚀科学,37,腐蚀科学的发展历史,3春秋战国青铜剑、箭镞 含铬表面涂层,4,38,1748,罗蒙诺索夫,1790,凯依尔,1830,德,.,拉,.,里夫,1833,法拉第,1840,1881,卡杨捷尔,1913,金属的氧化,（质量不灭定律,推翻了,“,热素,”,说）,铁在硝酸中的钝化,金属腐蚀微电池,电解定律,腐蚀量化计算,热镀锌保护钢板获得专利,金属在酸中的溶解动力学,镍、铬不锈钢开始获得实际应用,1920-,伊文思,瓦格纳,布拜,腐蚀极化图,混合电位理论,电位,-pH,图,尤里格、方坦纳、阿基莫夫、费鲁姆金,4381748 罗蒙诺索夫金属的氧化1920-伊文思腐,5,越王勾践宝剑,5越王勾践宝剑,6,曾侯乙编钟（战国）,6曾侯乙编钟（战国）,7,断,裂：强度、力学破坏、瞬间破坏,磨,损：表面、力学-摩擦损坏、缓慢,腐,蚀：表面、化学-力学损坏、不可再生,材料失效的基本形式,7断 裂：强度、力学破坏、瞬间破坏磨 损：表面、,8,矿石,（稳定）,金属,（不稳定）,冶炼,(,能量,),腐蚀（能量）,自发过程,能量差,腐蚀驱动力,8矿石金属冶炼腐蚀（能量）能量差,9,塑料发胀或开裂,木头干裂或腐烂,花岗岩风蚀,水泥剥离脱落,材料,+,化学,+,力学,腐蚀,腐蚀的定义,腐蚀(corrosion)源于拉丁文,“,corrdere,”,，意即,“,损坏,”,、,“,腐烂,”,20世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属,生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀,腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域,9塑料发胀或开裂花岗岩风蚀材料 +化学 +力学腐,10,10,广义的腐蚀,材料在服役损坏过程中，腐蚀与磨损、腐,蚀与断裂往往协同进行，甚至三种损坏同时发,生。广义的腐蚀包括了腐蚀与磨损、断裂等的,协同作用，是一个交叉学科的领域。,腐蚀的定义,1010 广义的腐蚀材料在服役损坏过程中，腐蚀与磨损、,11,材料损伤,宏观上：材料质量流失、强度退化,微观上：组织、结构或价态的改变,腐蚀的定义,腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理,作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化,学与机械因素或生物因素的共同作用。,环境介质：材料-环境交互作用,表面/界面现象,自发现象,11 材料损伤宏观上：材料质量流失、强度退化,12,三个基本要素,腐蚀的对象,腐蚀的性质,腐蚀的后果,耐蚀性,指材料抵抗环境介质腐蚀的能力,腐蚀性,指环境介质腐蚀材料的强弱程度,12三个基本要素腐蚀的对象腐蚀的性质腐蚀的后果耐蚀性 指,13,13,14,（2）普遍性,纯金属最低能级状态一般为其化合物（除,Au,、,Pt,）,普遍存在的空气和水是两类主要腐蚀环境,（,O,2,、,H,+,）,腐蚀的特点,14（2）普遍性纯金属最低能级状态一般为其化合物（除普遍存在,15,（3）隐蔽性,发展速度缓慢,不锈钢在海水中点蚀：,10,年孕育期,表现形式不易被发觉,生锈：容易观察,应力腐蚀断裂：表面光亮如新,内部满布裂纹,腐蚀的特点,15（3）隐蔽性 不锈钢在海水中点蚀：10年孕育期表,16,1.2,研究腐蚀与防护的重要意义,直接损失,材料、构件、设备的直接腐蚀破坏；防止腐蚀或延缓腐蚀的投入（高耐腐蚀材料、表面处理、涂覆、电化学保护、环境介质处理等），可估算。,据国际权威统计,-,金属年产量的,1/3,受腐蚀报废，其中,2/3,尚可回炉,即约,10,金属永久腐蚀损失。,全世界金属产量约为,10,亿吨，损失,1,亿吨,/,年,我国金属年产量达,1,亿吨，损失,0.1,亿吨,/,年,据权威报告,(,英国,Hoar,报告和美国,NBS,报告,),估计：每年因腐蚀造成的经济损失占国民经济总值,2-4%,161.2 研究腐蚀与防护的重要意义,17,材料腐蚀给国民经济带来巨大损失,腐蚀事故危及人身安全,腐蚀造成资源和能源的浪费,腐蚀引起环境污染,腐蚀造成的危害,17材料腐蚀给国民经济带来巨大损失腐蚀造成资源和能源的浪费腐,18,1,钢铁工业腐蚀掉大量的钢铁,每年腐蚀：大约1020的金属年产量,2003年钢产量,世界：9.625亿吨,中国：2.2亿吨,美国：0.914亿吨,世界每年腐蚀掉的钢,美国的钢产量；,中国一年被腐蚀掉的钢,=,一大型钢铁企业年产量,腐蚀造成的危害,181 钢铁工业腐蚀掉大量的钢铁每年腐蚀：大约1020,19,钢轨的锈蚀、磨损,机车底架：侧梁铆钉头被局部腐蚀穿透,机车气缸：气缸套壁空泡腐蚀：,9mm,5mm,，甚至穿透,带来极大的事故隐患,!,2300,万吨,x,1,%/,年,=,23,万吨,/,年,每年使用,120,万吨：,1/5,被腐蚀,18,腐蚀造成的危害,2,交通运输：,铁轨、机车部件的腐蚀和磨蚀；,飞机零部件的高温腐蚀和应力腐蚀；,船舶在海洋环境中的腐蚀；,19钢轨的锈蚀、磨损带来极大的事故隐患!腐蚀造成的危,20,海洋环境中：海水腐蚀介质、海洋大气腐蚀介质、,海水冲刷、,复杂波动载荷等；,船舶腐蚀：船体锈蚀、螺旋桨叶片电偶腐蚀、,水线腐蚀、应力腐蚀等。,腐蚀造成的危害,20 海洋环境中：海水腐蚀介质、海洋大气腐蚀介质、海水冲,21,21,22,22,23,23,24,25,腐蚀造成的危害,导电电路,绝缘层,硅衬底,元件结构,集成电路示意及照片,5,机械电子,2425腐蚀造成的危害导电电路元件结构集成电路示意及照片5,25,25,26,1.3,腐蚀的分类及腐蚀形式,材料腐蚀破坏,局,部,腐,蚀,均,匀,腐,蚀,点腐蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀,电偶腐蚀,选择性腐蚀,.,无机材料腐蚀,高分子材料腐蚀,氧化,/,水解,/,取代,溶胀,/,溶解,应力开裂,环境老化,渗透溶解,生物腐蚀,表面腐蚀,内部腐蚀,化学腐蚀,电化学,腐蚀,大气腐蚀,海水腐蚀,土壤腐蚀,化工腐蚀,生物腐蚀,高温腐蚀,应力腐蚀开裂,氢致开裂,腐蚀疲劳,磨损腐蚀,摩擦腐蚀,金属材料腐蚀,261.3 腐蚀的分类及腐蚀形式材料腐蚀破坏局均点腐蚀无,27,高温腐蚀,1.2%,22%,全面腐蚀,应力腐蚀断裂,19%,腐蚀疲劳,23%,11%,点蚀,8%,晶间腐蚀,6%,磨蚀,2%,8%,其他,各种腐蚀所占比例,氢腐蚀及氢脆,27高温腐蚀1.2%22%全面腐蚀应力腐蚀断裂11%点蚀,28,环境 大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、化工腐蚀,状态 干腐蚀、湿腐蚀,力学 应力腐蚀开裂、疲劳腐蚀、磨损腐蚀,本质 化学腐蚀、电化学腐蚀,温度 高温腐蚀、常温腐蚀,28环境 大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、化工腐蚀,29,电化学腐蚀,最普遍，金属与导电介质发生电化学作用而破坏。其特点：阴、阳反应相对独立，同时进行，阴、阳极区电荷传递，产生等量电流,满足法拉第定律。,化学腐蚀,金属与非电介质直接发生纯化学反应而破坏，有电荷转移但不产生电流。,Me,Me,n+,H,+,-H,2,e,e,导电介质,Al,AlCl,4,CCl,4,Al,CCl,4,AlCl,4,非导电介质,29 电化学腐蚀 最普遍，金属与导电介质发生电化学作用而,30,项 目,化学腐蚀,电化学腐蚀,介 质,干燥气体或非电解质溶液,电解质溶液,能量转换,化学能与机械能和热,化学能与电功,过程规律,化学反应动力学,电极过程动力学,电子传递,反应物直接碰撞和传递，测不,出电流,通过电子导体在阴、阳极上的得失，,测得出电流,反应区,在碰撞点上瞬时完成,在相对独立的阴、阳极区同时完成,产 物,在碰撞点直接形成,一次产物在电极上形成，二次产物在,一次产物相遇处形成,30项 目化学腐蚀电化学腐蚀介 质干燥气体或非电解质溶液,31,局部腐蚀,：只有一部分金,属遭受腐蚀。腐蚀集中，,阴、阳极区明显可分,均匀腐蚀,按形态分类,全面腐蚀,：金属表面几乎,全面遭受腐蚀。,阴、阳极,区交替发生，不可区分,不均匀腐蚀,31局部腐蚀：只有一部分金均匀腐蚀按形态分类 全面腐蚀：金属,32,局部腐蚀,（,1,）应力腐蚀破裂,:,内,/,外应力作用腐蚀开裂，沿晶,/,穿晶腐蚀,开裂,;,（,2,）小孔,(,点腐蚀,):,腐蚀集中在小点位置，深部发展，可穿孔,;,（,3,）晶间腐蚀,:,腐蚀发生在晶粒边界并沿晶界发展,;,（,4,）电偶腐蚀,:,不同电极电位金属接触，某金属优先快速腐蚀,;,（,5,）缝隙腐蚀,:,腐蚀选择地发生在缝隙内或结构隐蔽位置,;,（,6,）选择性腐蚀,:,合金中某些组分优先溶解，如黄铜脱锌。,（,7,）氢脆,:H,原子渗入金属内部，金属变脆，应力下发生脆裂。,32局部腐蚀,33,1.4,金属腐蚀速度的表示法,1,、失质法：当腐蚀产物易被清除时表示为,一、质量指标,(Quality Index),V,失质指标（,g/m,2,h,）,m,0,试样腐蚀前金属的质量（,g,）,m,1,试样发生腐蚀且清除腐蚀产物后金属的质量（,g,）,S,试样表面积（,m,2,）,t,腐蚀时间（,h,）,单位时间内单位表面腐蚀金属的质量表示腐蚀速度，称为金属腐蚀的质量指标,。,331.4 金属腐蚀速度的表示法 1、失质法：当腐蚀产,34,2,增质法：,V,+,增质指标,(g/m,2,h);,m,2,带有腐蚀产物时金属的质量（,g,）。,增质法的最大缺点是数据的间接性。所测得的数据包括腐蚀产物的质量，通过分析腐蚀产物，换算有多少金属材料本身被腐蚀。当腐蚀产物复杂时，换算也较困难。,342 增质法：,35,二、,深度指标,(Depth Index),金属的厚度因腐蚀而减少的量，以线量单位表示，并换算成单位时间时间的数值。,L,2,L,1,V,t,=mm/y,t,V,t,深度指标的腐蚀速率，毫米,/,年，,L,1,腐蚀前深度,L,2,腐蚀后深度，,t,腐蚀时间。,V,-,与,V,t,互换：,24365,V,1,=V,-,=8.76 V,-,/,(mm/y),100,2,材料密度,(g/cm,3,),35 二、深度指标(Depth Index),36,三、,电流指标,（,Electric Current Density Method),在金属的电化学腐蚀过程中，金属被腐蚀的同时释放出电子。,释放电子数量越多，输出的电量越多，说明金属被溶解得越多。,金属电极输出的电量与金属电极的溶解量之间的定量关系用,Faraday,定律表示。,36 三、电流指标（Electric Current De,37,根据,Faraday,定律，当电极通过的