第七章 金属材料的腐蚀行为P
金属的腐蚀实验
金属的腐蚀实验金属的腐蚀实验是一种常见的科学实验，旨在研究金属在特定条件下受到腐蚀的情况，以便分析金属材料的性能及其在特定环境中的适用性。
本文将介绍金属腐蚀实验的背景、实验方法、结果分析和实验应用，以及对腐蚀防护的探讨。
一、背景腐蚀是指金属在特定环境中与外界介质的相互作用下产生的化学或电化学反应。
腐蚀会导致金属材料的破坏和性能下降，影响工业设备的正常运行和寿命。
了解金属腐蚀现象对于材料科学和工程实践至关重要。
二、实验方法1. 实验材料本次实验选择了钢铁、铝、铜和镀锌板作为研究对象。
这些金属在现实应用中被广泛使用，对其腐蚀性能的研究具有实际意义。
2. 实验装置采用恒温水槽，确保实验条件的一致性。
在水槽内设置腐蚀试样的支架，以保持试样的稳定和相对位置的一致。
3. 实验步骤(1) 准备试样：将金属试样进行充分抛光和清洗，确保试样表面干净光滑。
(2) 安装试样：将试样固定在试样支架上，并将其放入恒温水槽中。
(3) 添加介质：向恒温水槽中加入腐蚀介质，如盐水或酸溶液，保证介质的浓度和温度的一致性。
(4) 实验观测：在规定的时间段内，记录试样的质量变化和表面形态变化。
三、结果分析通过一定时间的实验观测，得出如下结果：1. 不同金属材料的腐蚀程度不同。
在相同的实验条件下，铝和铜的腐蚀程度明显低于钢和镀锌板。
2. 相同金属材料在不同腐蚀介质中也会有差异。
在盐水中，腐蚀程度较大，而在酸溶液中，腐蚀程度较小。
3. 腐蚀程度随时间的推移而加剧。
初始阶段腐蚀缓慢，随着时间的推移，腐蚀速度逐渐增加。
四、实验应用金属腐蚀实验的结果可以为材料科学、工程设计和工业制造提供参考：1. 材料科学：通过研究金属腐蚀现象，科学家可以深入了解金属材料的特性和行为，为新材料的研发提供依据。
2. 工程设计：在设计工程结构时，需要考虑金属材料的腐蚀问题。
金属腐蚀实验可以帮助工程师选择适合特定环境的材料，并优化设计方案。
3. 工业制造：在工业生产中，金属材料常受到潮湿、酸碱等环境的影响。
金属材料的电化学腐蚀行为与防护
金属材料的电化学腐蚀行为与防护引言：金属材料是广泛应用于工业和日常生活中的重要材料之一。
然而，金属材料在使用过程中往往会受到电化学腐蚀的影响，而腐蚀会导致金属材料性能下降、损坏甚至失效。
因此，了解金属材料的电化学腐蚀行为及其防护对于延长材料寿命、提高使用性能具有重要意义。
一、电化学腐蚀行为1. 腐蚀机理金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电化学腐蚀中，金属表面发生氧化和还原反应，形成电荷传递过程，导致金属离子溶解和产生腐蚀产物。
2. 影响因素电化学腐蚀行为受多种因素影响，包括金属材料的组成、结构、表面状态、溶液环境等。
其中，溶液环境的酸碱度、温度、溶解氧含量等因素对金属腐蚀具有重要影响。
3. 腐蚀类型金属腐蚀可分为多种类型，包括常见的均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀等。
均匀腐蚀是指金属表面均匀溶解，而局部腐蚀则是指局部区域发生腐蚀。
应力腐蚀是指金属在受到应力作用下发生腐蚀。
二、电化学腐蚀防护方法1. 材料选择选择耐腐蚀性能好的金属材料是防护的首要措施。
不同金属的耐腐蚀性能不同，可以通过选择具有更好耐腐蚀性能的金属或合金来减轻腐蚀问题。
2. 表面处理通过表面处理来改变金属表面的状态，形成保护层来防止腐蚀的产生。
常见的表面处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化等。
3. 缓蚀剂缓蚀剂是一种能够与金属表面形成保护膜的物质，可以减缓金属腐蚀速率的发展。
常见的缓蚀剂包括钝化剂、缓蚀剂添加剂等。
4. 阴极保护阴极保护是通过将金属材料变为阴极，从而减少其腐蚀速度。
常见的阴极保护方法有外加电流阴极保护和阳极保护。
5. 涂层保护将金属表面涂覆一层抗腐蚀的涂层，形成保护层来防止金属腐蚀。
常见的涂层材料包括有机涂层、无机涂层等。
三、电化学腐蚀行为与防护应用举例1. 钢铁的电化学腐蚀行为与防护钢铁作为常见的金属材料，其电化学腐蚀问题尤为突出。
可以通过合金化、阴极保护等方式来减缓钢铁腐蚀速率。
2. 铜及其合金的电化学腐蚀行为与防护铜及其合金在湿润环境中易受电化学腐蚀。
金属的腐蚀与防腐PPT课件(上课用)
99.真正的发现之旅不只是为了寻找 全新的 景色， 也为了 拥有全 新的眼 光。― ―[马塞 尔·普 劳斯特]
113.人生的目的有二：先是获得你 想要的 ；然后 是享受 你所获 得的。 只有最 明智的 人类做 到第二 点总与 幽默的 人相伴 ，健康 总与阔 达的人 相伴。 20、对所学知识内容的兴趣可能成 为学习 动机。 ——赞 科夫 21、游手好闲地学习，并不比学习游手 好闲好 。—— 约翰·贝 勒斯
95.没有比时间更容易浪费的,同时没 有比时 间更珍 贵的了 ，因为 没有时 间我们 几乎无 法做任 何事。 ――[威廉·班]
96.人生真正的欢欣，就是在于你自 认正在 为一个 伟大目 标运用 自己； 而不是 源于独 自发光.自私渺 小的忧 烦躯壳 ，只知 抱怨世 界无法 带给你 快乐。 ――[萧伯纳]
Fe2O3 ·nH2O （铁锈）
联 系
通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。
相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得 多。
2、金属腐蚀的防止与利用
讨论与交流 金属腐蚀的防止方法
隔离法、电镀法
隔离法 钢铁发蓝处理、阳极氧化处理、
离子注入、表面渗镀
电镀法
电镀是应用电解原理在某些金属表面 镀上一薄层其他金属或合金的过程。
100.这个世界总是充满美好的事物 ，然而 能看到 这些美 好事物 的人， 事实上 是少之 又少。 ――[罗 丹]
金属腐蚀PPT整理版
简单整理 （最后一章没有）、、上课最后一章也考 但是没听 老师最后也没划重点。
最重要、最常见、基本的损坏形式：腐蚀、磨损和断裂； 腐蚀现象的特点：自发性、普遍性、隐蔽性常见的局部腐蚀包括：点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳、氢脆等。
金属的化合价金属的原子量速率用质量损失表示的腐蚀阳极电流密度-n -A )/(-v )/(108.262-24h m g cm A I Anv I S I I a a a⋅-⨯⨯⨯==--1、正确选材和合理设计：2、采用电化学保护3、改变腐蚀环境：4、材料与腐蚀环境隔绝处理：▪ 金属的腐蚀实质是金属和介质发生氧化还原反应。
⏹ 点A 处于免蚀区，不会发生腐蚀。
⏹ 点B 处于腐蚀区，且在氢线以下，即处于Fe 2+和H 2的稳定区。
在该条件下，铁将发生析氢腐蚀。
其电极反应为：⏹ 点C 处于腐蚀区，且在氢线以上，即处于Fe 2+和H 2O 的稳定区。
在该条件下，铁将发生吸氧腐蚀。
其电极反应为：)/(51.11.722.176.876.8))/((22.1108.262104.65)/(1010010244242a mm v v h m g nF AI v cm A S I I L a a =⨯==⋅=⨯⨯⨯=====------ρ↑→++→++22H 2e 2H 2eFe Fe 阴极反应：阳极反应：2eFe Fe 2+→+阳极反应：作业1：根据25℃时Fe-H 2O 体系的电位-PH 图（Fe 2+的活度为10-6mol/L ），当溶液的PH 值为7时，Fe 在此溶液中分别处在4个不同电位-0.85V 、-0.55V ，-0.3V 、+0.4V 时，铁处于何种状态？并写出可能进行的电极反应。
答：（1）当Fe 的电位为-0.85V 时，Fe 处于免蚀区，不会发生腐蚀。
（2）当Fe 的电位为-0.55V 时，Fe 处于a 线以下的腐蚀区，即处于Fe 2+和H 2的稳定区。
《金属腐蚀》课件
防腐蚀技术的创新与突破
新型防腐涂料：开发具有更高耐腐蚀性和更长使用寿命的 涂料
纳米技术：利用纳米材料提高防腐蚀性能
智能防腐技术：通过传感器和智能系统实时监测和保护金 属表面
绿色环保防腐技术：采用环保材料和工艺，减少对环境的 影响
复合材料：开发具有更高强度和耐腐蚀性的复合材料
生物防腐技术：利用生物技术提高金属表面的抗腐蚀能力
影响金属制品的安全性和 可靠性
造成环境污染和资源浪费
03
金属腐蚀的原理
电化学腐蚀
原理：金属与 电解质溶液发 生电化学反应， 导致金属被腐
蚀
过程：金属失 去电子，变成 离子进入溶液，
形成电流
影响因素：电 解质浓度、温 度、湿度、氧
气等
防护措施：使 用防腐涂料、 电镀、阴极保
护等
化学腐蚀
原理：金属与环境 中的化学物质发生 化学反应，导致金 属表面被破坏
合涂层等。
应用：广泛应 用于建筑、汽 车、船舶、航 空航天等领域。
注意事项：选 择合适的涂层 材料和工艺， 确保涂层的附 着力和耐腐蚀
性。
电化学保护
方法：阳极保护、阴极保护、 牺牲阳极保护等
原理：利用电化学反应，使 金属表面形成一层保护膜， 防止腐蚀
应用：广泛应用于船舶、桥 梁、石油化工等领域
优点：保护效果好，使用寿 命长，环保无污染
蚀
微生物腐蚀
微生物腐蚀原理： 微生物在金属表 面形成生物膜， 分泌酸性物质， 导致金属腐蚀
微生物种类：包 括细菌、真菌、 藻类等
影响因素：温度 、湿度、氧气、 营养物质等
防护措施：使用 防腐涂料、添加 杀菌剂、控制环 境条件等
04
金属腐蚀的影响因素
金属材料的腐蚀行为与机理研究
金属材料的腐蚀行为与机理研究腐蚀是金属材料在特定环境中的一种自然破坏现象，它对金属材料的性能和使用寿命产生重大影响。
因此，对金属材料的腐蚀行为和机理进行深入研究，对于改进金属材料的抗腐蚀性能，保护金属结构的安全具有重要意义。
一、腐蚀行为的分类根据腐蚀介质的性质，金属材料的腐蚀行为可分为电化学腐蚀和化学腐蚀两种。
1. 电化学腐蚀电化学腐蚀是指在电解质溶液中，金属材料发生的与电流和相应的电位变化有关的腐蚀现象。
在电化学腐蚀过程中，金属元素离子在金属表面发生氧化和还原反应，形成金属离子和电子。
2. 化学腐蚀化学腐蚀是指在非电解质溶液或气体中，金属表面与腐蚀介质发生化学反应而破坏的腐蚀现象。
化学腐蚀过程具有较高的能量，腐蚀速率较快。
二、腐蚀机理的研究腐蚀机理是指在特定环境条件下，金属材料在腐蚀介质作用下发生腐蚀的过程和原理。
理解腐蚀机理对于制定有效的腐蚀防护策略至关重要。
1. 电化学腐蚀机理在电化学腐蚀过程中，金属表面处于电化学平衡状态，存在氧化和还原反应。
通过建立电极电位和溶液中溶解离子浓度之间的关系，可以描述金属材料的电化学腐蚀行为。
金属材料通常具有一个开路电位，当其与电位稳定时，金属表面形成保护膜保护金属。
2. 化学腐蚀机理化学腐蚀机理研究包括化学反应、物理吸附和表面扩散等过程。
在化学腐蚀过程中，腐蚀介质与金属表面发生化学反应，形成氧化膜或溶解产物，导致金属表面腐蚀。
具体的腐蚀机理与金属材料的成分和结构密切相关。
三、腐蚀行为的影响因素腐蚀行为受多种因素影响，主要包括腐蚀介质、温度、湿度、氧化、金属结构和材料成分等。
1. 腐蚀介质腐蚀介质是导致金属材料腐蚀的重要因素，不同介质具有不同的腐蚀性。
如酸性介质中金属材料易发生腐蚀，而碱性介质对金属材料具有一定的保护作用。
2. 温度和湿度高温和高湿度环境会加速金属材料的腐蚀速率。
在高温下，腐蚀反应速率增加，同时高湿度会导致金属表面形成更多的腐蚀介质。
3. 氧化金属材料表面形成的氧化膜对防止腐蚀有重要作用。
钢铁的腐蚀PPT课件
6．钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是（ ）
①Fe由+2价转化为+3价，②O2被还原，③产生H2，④Fe(OH)3失水形成
Fe2O3·H2O，⑤杂质碳被氧化除去
A．①②
B．③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
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吸附的水膜呈强酸性
铁 Fe-2e- =Fe2+ 碳 2H++2e- =H2↑
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1、改变金属内部结构
金属防护方法 （不锈钢、青铜器）
2、表面覆盖保护层 涂矿物油脂，油漆或搪瓷塑料 镀抗蚀金属—电镀、热镀、喷镀法。 化学方法形成致密氧化膜—发蓝
3、电化学保护法 轮船船身上的锌块、地下钢铁管道接镁块)
Fe－2e－＝Fe2＋ 2H++2e－=H2↑
总式：Fe＋2H+=Fe2++H2↑
空气氧化 Fe2+
溶液pH↑ Fe3+
OHFe(OH)3
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Fe2O3 ·xH2O 铁锈
吸氧腐蚀 发生条件：钢铁表面水膜溶有O2 ，极弱酸性或中性或碱性，O2 得电子成为OH-
2Fe－4e－＝2Fe2＋ O2+2H2O+4e- =4OH-
铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O 铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3
钢铁的腐蚀: 金属或合金与周围物质接触，发生化学反应而被腐蚀损耗的过程
特征： 外形、色泽以及机械性能变差 本质： 金属失去电子 金属阳离子
易腐蚀的条件: 1、活泼金属易被腐蚀，合金中活泼金属易腐蚀 2、潮湿的空气中、腐蚀性气体或电解质溶液，中被腐蚀
金属材料基础知识培训课件——第七章 金属材料的腐蚀
保护膜，腐蚀速度显著降低。 ▪ 7.5.2.3 水的温度 ▪ 温度越高，扩散越快，金属腐蚀越快
▪ 7.6 腐蚀预防措施
▪ 电化学腐蚀是金属腐蚀的最普遍的形式，尽可能 减少原电池；
▪ 在钢表面形成一层稳定，完整且与钢基体结合牢 固的钝化膜；
▪ 在形成原电池的情况下，尽可能减少两极间电位 差。
第八章 合金元素在钢中的作用
▪ 2）点蚀
▪ 发生在金属表面局部区域，点蚀形成后迅速向深处发展， 最后穿透金属。出现后就及时磨光或涂漆，避免进一步深 入。不锈钢，铝及其合金，钛及其合金在氯离子介质中易 发生。
▪ 3）晶间腐蚀
▪ 在金属材料晶界部位的腐蚀。腐蚀沿晶间进行，使晶粒之 间的结合力大大削弱，机械强度急剧降低。不锈钢，铝镁 合金。
▪ 7.1.4 腐蚀共同特性 ▪ 7.1.4.1 从热力学角度看，腐蚀是金属由非稳态
自发向稳态的一个转变过程。 ▪ 7.1.4.2 是化学，电化学过程。 ▪ 7.1.4.3 总是发生在表面，从表面开始。
▪ 7.3 金属材料的电化学腐蚀
▪ 金属材料与电解质溶液发生电化学作用而造成的破坏现象。
▪ 7.3.1 金属的电极电位及腐蚀电池
▪ (2)形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素)，根据其与碳 结合力的强弱，可把碳化物形成元素分成三类。
▪ 1）弱碳化物形成元素：锰
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2、硫的腐蚀 （1）硫的低温腐蚀（烟气腐蚀） 定义：锅炉受热面及其固定件由于烟气中 含硫而产生的腐蚀称为硫的低温腐蚀。 部件：锅炉尾部烟道省煤器和空气预热器 反应式： SO2 + H 2 O → H 2 SO3 SO3 + H 2O → H 2 SO4
（2）硫的高温腐蚀 •高压锅炉水冷壁管的硫腐蚀 由于尚未燃尽的火焰直接冲刷到水冷壁 管，燃料的继续燃烧，消耗了大量氧气，在 该处形成还原性或半还原性气氛，从而使水 冷壁管的外表面产生了硫腐蚀。 •锅炉过热器管的高温硫腐蚀 发生在液态排渣炉的高温过热器管壁上。它 是由于液态的灰（复合硫酸盐），粘结在过 热器管壁上引起的腐蚀现象。
4、金属材料的高温抗氧化性指标 •金属重量变化的指标
• •腐蚀深度指标
•体积指标
腐蚀深度指标R在工程上得到较多的应用
钢材的抗氧化性级别 级别 1 2 3 4 5 腐蚀深度指标R（mm/a） 抗氧化性分类 完全抗氧化性 抗氧化性 次抗氧化性 弱抗氧化性 不抗氧化性
> 0.1 > 0.1～1.0 > 1.0～3.0 > 3.0～10.0 > 10.0
2、金属的钝化 定义：金属表面由活性溶解状态转变为非 常耐蚀状态的突然变化过程称为钝化。金 属表面钝化后所处的状态称为钝态。 举例：Cr13型不锈钢
含碳量增加对Cr13型不锈钢耐蚀性的影响： •铬碳化物增多，基体中铬含量减少； •随钢中含碳量的增加，所形成的原电池数 目相应增多。 工业上提高钢的耐腐蚀性的方法： •提高钢的电极电位； •使钢的组织为单相固溶体
3、防止高温氧化的措施 影响氧化的因素： •温度，时间； • •气体介质的成分、压力； •气流速度； •钢的化学成分； •形成的氧化膜成分及其物理性能
铁表面氧化膜结构： •570℃以下时， •570℃以上时， + + +
570℃以下
570℃以上
为防止氧化对合金元素的要求： •能在钢的表面生成一层稳定的合金氧化膜； •合金元素的离子应比基体金属铁的离子小； •合金氧化膜应与基体金属接合紧密。 具体措施： •在钢与合金中加入铬、铝和硅； •加入稀土元素； •在金属表面施加涂层。
7、腐蚀疲劳 定义：在交变应力下，金属在腐蚀介质如 蒸汽和烟气等中发生的疲劳破坏现象。
1—真空中；2—空气中；3—预先在腐蚀介质浸泡后， 然后在空气中进行试验；4—腐蚀介质中
2、金属的氧化速度 （1）直线规律
（2）抛物线规律 2
（3）对数与反对数规律
氧化膜的特性 一般氧化膜：强度和塑性都较低，在较小 的附加应力和变形下，就可能被破坏。 保护性氧化膜： •具有足够的强度和塑性； •覆盖的完整性、致密性； •与基体金属的膨胀系数相近； •与基体的结合能力强； •有足够的稳定性，并具有高的熔点
火力发电厂常见的腐蚀类型 1、蒸汽腐蚀（或氢腐蚀） 锅炉过热器等受热面管子，当温度超过 400℃时，将产生下列反应：
（蒸汽腐蚀）
氢呈原子状态，在金属中沿晶界渗透扩散， 与渗碳体在高温下与氢反应生成甲烷气体：
（或氢腐蚀）
蒸汽腐蚀对性能的影响： •钢的表面形成了脱碳层，严重地降低了钢 的机械性能； •在晶界部位产生裂纹。 工程上防止蒸汽腐蚀的方法： •设法消除蒸发受热面蒸汽的停滞现象； •在钢中加入能形成稳定碳化物的合金元素， 如铬、钼、钨、钛、铌等； •尽可能降低钢中含碳量。
第七章 金属材料的腐蚀行为
常见的金属腐蚀类型 定义：金属腐蚀是指金属与其周围介质发 生化学或电化学作用而产生的破坏现象。 按腐蚀机理分类： •化学腐蚀：金属与非电解质介质直接发生 化学反应而引起的破坏现象。 •电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化 学作用而引起的破坏现象。
按腐蚀破坏的形式分类： •均匀腐蚀：腐蚀作用以基本相同的速度 在整个金属表面同时进行。 •局部腐蚀：指腐蚀作用只发生在金属的 局部地区。 按腐蚀环境分类： •大气腐蚀 •高温气体腐蚀 •海水腐蚀 •化学介质腐蚀
金属材料的高温氧化 1、高温氧化过程 介质跟纯净的钢表面接触→介质分子吸附 在钢的表面→ 分解成原子→ 介质原子可 能在金属晶格内扩散、吸附或溶解→ 当金 属和介质的亲和力大时，就会发生介质原 子与金属原子的化合作用→ 在金属表面上 生成氧化物→ 形核和长大→ 氧化膜
20G钢在不同温度下的氧化曲线
金属材料的电化学腐蚀 1、金属电化学腐蚀原理 原电池或微电池原理： 阳极反应（锌棒）
Zn e I H2 Zn
2+
Cu
阴极反应（铜棒）稀稀稀 Nhomakorabea铜—锌原电池模型
腐蚀电池的类型： 宏观腐蚀电池 •异种金属偶接电池； • •温差电池； •浓差电池。
微观腐蚀电池 •化学成分的不均一性； •组织结构的不均一性； •物理状态的不均一性 •表面膜的不完整性
4、应力腐蚀 定义：材料在静拉伸应力和腐蚀介质共同 作用下发生的破坏现象。 （1）应力：必须有拉伸应力部分
（2）腐蚀介质：产生应力腐蚀的材料和介 质不是任意的，只有当两者匹配时才会发生。 （3）温度：各种金属材料对不同的腐蚀介 质均存在着一个破裂临界温度。 （4）材料：极纯金属不产生应力腐蚀破裂， 只有在合金中或在含有杂质的金属中才会发 生。 （5）破坏：显著特征是裂纹同拉应力方向 垂直，断口呈脆性破坏，裂纹端部大多圆钝， 主裂纹内含有黑色腐蚀产物。
3、钒的腐蚀
钒腐蚀是燃油锅炉上的一种腐蚀现象。 腐蚀过程：油燃烧后产生的钒氧化物（ ）存 在于油灰中，当它与高温金属（高于 590℃时） 接触时，就会破坏金属表面的氧化膜，使腐蚀过 程加速发展。 结果：它使原先在金属表面生成的一层致密的氧 化膜（ ）变成多孔态的氧化膜。 防止措施：加入添加剂，使之在油灰中形成高熔 点的复合物。
金属材料的耐腐蚀性能分为6类10级
金属材料的耐腐蚀性能的分类与级别 类号 I 分类名称 耐腐蚀性 极强 级别 1 2 3 III 耐腐蚀性 强 4 5 腐蚀率(mm/a) ≤0.001 0.001~0.005 V 0.005~0.01 0.01~0.05 VI 0.05~0.10 耐腐蚀性 极弱 类号 IV 分类名称 耐腐蚀性 较强 级别 6 7 II 耐腐蚀性 很强 耐腐蚀性 弱 8 9 10 腐蚀率(mm/a) 0.10~0.50 0.50~1.0 1.0~5.0 5.0~10.0 >10
应力腐蚀机理： 滑移—阳极溶解—断裂机理
5、垢下腐蚀 原因：在锅炉受热面管子中，内壁一些部位 由于汽水流通受阻而造成沉淀。 反应式：
位置：生在锅炉水冷壁向火侧器壁上，破 坏形状犹如贝壳。
6、苛性脆化 腐蚀条件： •接缝有间隙，锅炉铆接、胀口不严密有 轻微细缝时，间隙中的炉水将不断浓缩， 使苛性钠NaOH溶液浓度变大。 •在铆缝和胀口处接触表面上有应力，可 以是工作应力、工艺应力以温差引起的热 应力。