,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,1,第一章 緒論,材料腐蝕與防護基本概念,材料腐蝕與防護重要性,腐蝕速度的表示,學科的發(fā)展慨況,1第一章 緒論 材料腐蝕與防護基本概念,2,1.1,腐蝕的基本概念,歷史悠久,古希臘,Herodus,和古羅馬,Plinins,在,2000,年前已提出用錫防止鐵生銹；我國商代（,3000,年前）發(fā)明錫青銅；出土鐵器可見古人防蝕成就。,18,世紀工業(yè)發(fā)展,腐蝕與防護學科形成、發(fā)展。,普遍性,材料腐蝕司空見慣，無所不在，無時不有,十分普遍,.,材料的腐蝕與防護的重要性已成共識。,必然性,熱力學觀點，一切材料在環(huán)境作用下,將逐漸自發(fā)地腐蝕、變質(zhì)、退化。金屬,由元素狀態(tài)轉(zhuǎn)變成金屬化合物,(,生銹,),，有機,/,無機材料,化學變化（老化,/,風化,),。,21.1 腐蝕的基本概念 普遍性 必然性,3,春秋戰(zhàn)國,18,世紀,19,世紀,20,世紀,青銅劍、箭鏃,含鉻表面涂層,大漆,防腐涂料,金屬的氧化、溶解、鈍化,鐵的鈍化膜形成歷程、金屬溶解的電化學本質(zhì)、,腐蝕微電池特征、金屬在酸中溶解的動力學,獨立學科，腐蝕歷程的基本電化學規(guī)律，腐,蝕科學的基本理論：現(xiàn)代腐蝕科學,37,腐蝕科學的發(fā)展歷史,3春秋戰(zhàn)國青銅劍、箭鏃 含鉻表面涂層,4,38,1748,羅蒙諾索夫,1790,凱依爾,1830,德,.,拉,.,里夫,1833,法拉第,1840,1881,卡楊捷爾,1913,金屬的氧化,（質(zhì)量不滅定律,推翻了,“,熱素,”,說）,鐵在硝酸中的鈍化,金屬腐蝕微電池,電解定律,腐蝕量化計算,熱鍍鋅保護鋼板獲得專利,金屬在酸中的溶解動力學,鎳、鉻不銹鋼開始獲得實際應用,1920-,伊文思,瓦格納,布拜,腐蝕極化圖,混合電位理論,電位,-pH,圖,尤里格、方坦納、阿基莫夫、費魯姆金,4381748 羅蒙諾索夫金屬的氧化1920-伊文思腐,5,越王勾踐寶劍,5越王勾踐寶劍,6,曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國）,6曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國）,7,斷,裂：強度、力學破壞、瞬間破壞,磨,損：表面、力學-摩擦損壞、緩慢,腐,蝕：表面、化學-力學損壞、不可再生,材料失效的基本形式,7斷 裂：強度、力學破壞、瞬間破壞磨 損：表面、,8,礦石,（穩(wěn)定）,金屬,（不穩(wěn)定）,冶煉,(,能量,),腐蝕（能量）,自發(fā)過程,能量差,腐蝕驅(qū)動力,8礦石金屬冶煉腐蝕（能量）能量差,9,塑料發(fā)脹或開裂,木頭干裂或腐爛,花崗巖風蝕,水泥剝離脫落,材料,+,化學,+,力學,腐蝕,腐蝕的定義,腐蝕(corrosion)源于拉丁文,“,corrdere,”,，意即,“,損壞,”,、,“,腐爛,”,20世紀60年代前，材料腐蝕的定義只局限于金屬,生銹：鐵及鐵基合金生成以水合氧化鐵為主的腐蝕,腐蝕的概念逐步涉及到整個材料領(lǐng)域,9塑料發(fā)脹或開裂花崗巖風蝕材料 +化學 +力學腐,10,10,廣義的腐蝕,材料在服役損壞過程中，腐蝕與磨損、腐,蝕與斷裂往往協(xié)同進行，甚至三種損壞同時發(fā),生。廣義的腐蝕包括了腐蝕與磨損、斷裂等的,協(xié)同作用，是一個交叉學科的領(lǐng)域。,腐蝕的定義,1010 廣義的腐蝕材料在服役損壞過程中，腐蝕與磨損、,11,材料損傷,宏觀上：材料質(zhì)量流失、強度退化,微觀上：組織、結(jié)構(gòu)或價態(tài)的改變,腐蝕的定義,腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學、電化學和物理,作用產(chǎn)生的損壞或變質(zhì)現(xiàn)象。腐蝕包括化學、電化,學與機械因素或生物因素的共同作用。,環(huán)境介質(zhì)：材料-環(huán)境交互作用,表面/界面現(xiàn)象,自發(fā)現(xiàn)象,11 材料損傷宏觀上：材料質(zhì)量流失、強度退化,12,三個基本要素,腐蝕的對象,腐蝕的性質(zhì),腐蝕的后果,耐蝕性,指材料抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力,腐蝕性,指環(huán)境介質(zhì)腐蝕材料的強弱程度,12三個基本要素腐蝕的對象腐蝕的性質(zhì)腐蝕的后果耐蝕性 指,13,13,14,（2）普遍性,純金屬最低能級狀態(tài)一般為其化合物（除,Au,、,Pt,）,普遍存在的空氣和水是兩類主要腐蝕環(huán)境,（,O,2,、,H,+,）,腐蝕的特點,14（2）普遍性純金屬最低能級狀態(tài)一般為其化合物（除普遍存在,15,（3）隱蔽性,發(fā)展速度緩慢,不銹鋼在海水中點蝕：,10,年孕育期,表現(xiàn)形式不易被發(fā)覺,生銹：容易觀察,應力腐蝕斷裂：表面光亮如新,內(nèi)部滿布裂紋,腐蝕的特點,15（3）隱蔽性 不銹鋼在海水中點蝕：10年孕育期表,16,1.2,研究腐蝕與防護的重要意義,直接損失,材料、構(gòu)件、設(shè)備的直接腐蝕破壞；防止腐蝕或延緩腐蝕的投入（高耐腐蝕材料、表面處理、涂覆、電化學保護、環(huán)境介質(zhì)處理等），可估算。,據(jù)國際權(quán)威統(tǒng)計,-,金屬年產(chǎn)量的,1/3,受腐蝕報廢，其中,2/3,尚可回爐,即約,10,金屬永久腐蝕損失。,全世界金屬產(chǎn)量約為,10,億噸，損失,1,億噸,/,年,我國金屬年產(chǎn)量達,1,億噸，損失,0.1,億噸,/,年,據(jù)權(quán)威報告,(,英國,Hoar,報告和美國,NBS,報告,),估計：每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失占國民經(jīng)濟總值,2-4%,161.2 研究腐蝕與防護的重要意義,17,材料腐蝕給國民經(jīng)濟帶來巨大損失,腐蝕事故危及人身安全,腐蝕造成資源和能源的浪費,腐蝕引起環(huán)境污染,腐蝕造成的危害,17材料腐蝕給國民經(jīng)濟帶來巨大損失腐蝕造成資源和能源的浪費腐,18,1,鋼鐵工業(yè)腐蝕掉大量的鋼鐵,每年腐蝕：大約1020的金屬年產(chǎn)量,2003年鋼產(chǎn)量,世界：9.625億噸,中國：2.2億噸,美國：0.914億噸,世界每年腐蝕掉的鋼,美國的鋼產(chǎn)量；,中國一年被腐蝕掉的鋼,=,一大型鋼鐵企業(yè)年產(chǎn)量,腐蝕造成的危害,181 鋼鐵工業(yè)腐蝕掉大量的鋼鐵每年腐蝕：大約1020,19,鋼軌的銹蝕、磨損,機車底架：側(cè)梁鉚釘頭被局部腐蝕穿透,機車氣缸：氣缸套壁空泡腐蝕：,9mm,5mm,，甚至穿透,帶來極大的事故隱患,!,2300,萬噸,x,1,%/,年,=,23,萬噸,/,年,每年使用,120,萬噸：,1/5,被腐蝕,18,腐蝕造成的危害,2,交通運輸：,鐵軌、機車部件的腐蝕和磨蝕；,飛機零部件的高溫腐蝕和應力腐蝕；,船舶在海洋環(huán)境中的腐蝕；,19鋼軌的銹蝕、磨損帶來極大的事故隱患!腐蝕造成的危,20,海洋環(huán)境中：海水腐蝕介質(zhì)、海洋大氣腐蝕介質(zhì)、,海水沖刷、,復雜波動載荷等；,船舶腐蝕：船體銹蝕、螺旋槳葉片電偶腐蝕、,水線腐蝕、應力腐蝕等。,腐蝕造成的危害,20 海洋環(huán)境中：海水腐蝕介質(zhì)、海洋大氣腐蝕介質(zhì)、海水沖,21,21,22,22,23,23,24,25,腐蝕造成的危害,導電電路,絕緣層,硅襯底,元件結(jié)構(gòu),集成電路示意及照片,5,機械電子,2425腐蝕造成的危害導電電路元件結(jié)構(gòu)集成電路示意及照片5,25,25,26,1.3,腐蝕的分類及腐蝕形式,材料腐蝕破壞,局,部,腐,蝕,均,勻,腐,蝕,點腐蝕,縫隙腐蝕,晶間腐蝕,電偶腐蝕,選擇性腐蝕,.,無機材料腐蝕,高分子材料腐蝕,氧化,/,水解,/,取代,溶脹,/,溶解,應力開裂,環(huán)境老化,滲透溶解,生物腐蝕,表面腐蝕,內(nèi)部腐蝕,化學腐蝕,電化學,腐蝕,大氣腐蝕,海水腐蝕,土壤腐蝕,化工腐蝕,生物腐蝕,高溫腐蝕,應力腐蝕開裂,氫致開裂,腐蝕疲勞,磨損腐蝕,摩擦腐蝕,金屬材料腐蝕,261.3 腐蝕的分類及腐蝕形式材料腐蝕破壞局均點腐蝕無,27,高溫腐蝕,1.2%,22%,全面腐蝕,應力腐蝕斷裂,19%,腐蝕疲勞,23%,11%,點蝕,8%,晶間腐蝕,6%,磨蝕,2%,8%,其他,各種腐蝕所占比例,氫腐蝕及氫脆,27高溫腐蝕1.2%22%全面腐蝕應力腐蝕斷裂11%點蝕,28,環(huán)境 大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、化工腐蝕,狀態(tài) 干腐蝕、濕腐蝕,力學 應力腐蝕開裂、疲勞腐蝕、磨損腐蝕,本質(zhì) 化學腐蝕、電化學腐蝕,溫度 高溫腐蝕、常溫腐蝕,28環(huán)境 大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、化工腐蝕,29,電化學腐蝕,最普遍，金屬與導電介質(zhì)發(fā)生電化學作用而破壞。其特點：陰、陽反應相對獨立，同時進行，陰、陽極區(qū)電荷傳遞，產(chǎn)生等量電流,滿足法拉第定律。,化學腐蝕,金屬與非電介質(zhì)直接發(fā)生純化學反應而破壞，有電荷轉(zhuǎn)移但不產(chǎn)生電流。,Me,Me,n+,H,+,-H,2,e,e,導電介質(zhì),Al,AlCl,4,CCl,4,Al,CCl,4,AlCl,4,非導電介質(zhì),29 電化學腐蝕 最普遍，金屬與導電介質(zhì)發(fā)生電化學作用而,30,項 目,化學腐蝕,電化學腐蝕,介 質(zhì),干燥氣體或非電解質(zhì)溶液,電解質(zhì)溶液,能量轉(zhuǎn)換,化學能與機械能和熱,化學能與電功,過程規(guī)律,化學反應動力學,電極過程動力學,電子傳遞,反應物直接碰撞和傳遞，測不,出電流,通過電子導體在陰、陽極上的得失，,測得出電流,反應區(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，二次產(chǎn)物在,一次產(chǎn)物相遇處形成,30項 目化學腐蝕電化學腐蝕介 質(zhì)干燥氣體或非電解質(zhì)溶液,31,局部腐蝕,：只有一部分金,屬遭受腐蝕。腐蝕集中，,陰、陽極區(qū)明顯可分,均勻腐蝕,按形態(tài)分類,全面腐蝕,：金屬表面幾乎,全面遭受腐蝕。,陰、陽極,區(qū)交替發(fā)生，不可區(qū)分,不均勻腐蝕,31局部腐蝕：只有一部分金均勻腐蝕按形態(tài)分類 全面腐蝕：金屬,32,局部腐蝕,（,1,）應力腐蝕破裂,:,內(nèi),/,外應力作用腐蝕開裂，沿晶,/,穿晶腐蝕,開裂,;,（,2,）小孔,(,點腐蝕,):,腐蝕集中在小點位置，深部發(fā)展，可穿孔,;,（,3,）晶間腐蝕,:,腐蝕發(fā)生在晶粒邊界并沿晶界發(fā)展,;,（,4,）電偶腐蝕,:,不同電極電位金屬接觸，某金屬優(yōu)先快速腐蝕,;,（,5,）縫隙腐蝕,:,腐蝕選擇地發(fā)生在縫隙內(nèi)或結(jié)構(gòu)隱蔽位置,;,（,6,）選擇性腐蝕,:,合金中某些組分優(yōu)先溶解，如黃銅脫鋅。,（,7,）氫脆,:H,原子滲入金屬內(nèi)部，金屬變脆，應力下發(fā)生脆裂。,32局部腐蝕,33,1.4,金屬腐蝕速度的表示法,1,、失質(zhì)法：當腐蝕產(chǎn)物易被清除時表示為,一、質(zhì)量指標,(Quality Index),V,失質(zhì)指標（,g/m,2,h,）,m,0,試樣腐蝕前金屬的質(zhì)量（,g,）,m,1,試樣發(fā)生腐蝕且清除腐蝕產(chǎn)物后金屬的質(zhì)量（,g,）,S,試樣表面積（,m,2,）,t,腐蝕時間（,h,）,單位時間內(nèi)單位表面腐蝕金屬的質(zhì)量表示腐蝕速度，稱為金屬腐蝕的質(zhì)量指標,。,331.4 金屬腐蝕速度的表示法 1、失質(zhì)法：當腐蝕產(chǎn),34,2,增質(zhì)法：,V,+,增質(zhì)指標,(g/m,2,h);,m,2,帶有腐蝕產(chǎn)物時金屬的質(zhì)量（,g,）。,增質(zhì)法的最大缺點是數(shù)據(jù)的間接性。所測得的數(shù)據(jù)包括腐蝕產(chǎn)物的質(zhì)量，通過分析腐蝕產(chǎn)物，換算有多少金屬材料本身被腐蝕。當腐蝕產(chǎn)物復雜時，換算也較困難。,342 增質(zhì)法：,35,二、,深度指標,(Depth Index),金屬的厚度因腐蝕而減少的量，以線量單位表示，并換算成單位時間時間的數(shù)值。,L,2,L,1,V,t,=mm/y,t,V,t,深度指標的腐蝕速率，毫米,/,年，,L,1,腐蝕前深度,L,2,腐蝕后深度，,t,腐蝕時間。,V,-,與,V,t,互換：,24365,V,1,=V,-,=8.76 V,-,/,(mm/y),100,2,材料密度,(g/cm,3,),35 二、深度指標(Depth Index),36,三、,電流指標,（,Electric Current Density Method),在金屬的電化學腐蝕過程中，金屬被腐蝕的同時釋放出電子。,釋放電子數(shù)量越多，輸出的電量越多，說明金屬被溶解得越多。,金屬電極輸出的電量與金屬電極的溶解量之間的定量關(guān)系用,Faraday,定律表示。,36 三、電流指標（Electric Current De,37,根據(jù),Faraday,定律，當電極通過的