腐蚀与防护1
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第1章-腐蚀与防护-绪论
损失可能减少的部分 （%） — — 15 — — 23
美国
英国 德国 瑞典 意大利 前苏联 日本 印度 中国
25
20 30
—
— — 40 —
1.2 腐蚀的危害与腐蚀控制的重要性
1.2.1 腐蚀的危害 1.2.1.3 间接经济损失
间接损失难以估计，一般包括如下几个方面： ① 停工，例如炼油厂更换一根腐蚀了的钢管可能只需数百美 元，但当由此造成的停工一小时，产值可能损失10000美元。 再如电站锅炉管因腐蚀而爆炸，造成电厂停电，由此导致其 供电范围内的工厂全部停电，其损失会是十分惊人的。 ② 降低产品效率，如腐蚀产物影响管路畅通，降低设备和管 道的换热效率及输送容量等。 ③ 产品的污染，如罐头或饮料因容器器壁腐蚀造成污染而报 废。
直接损失 825亿美元 1680亿美元 2000亿美元 3000亿美元 2757亿美元 100亿英镑 450亿德国马克 350亿瑞士克郎 480000亿里拉 67亿美元 92亿美元 52580亿日元 400亿印度卢比 2288亿人民币
占国民生产总值， % 4.9 — 4.2 4.2 3.5 3.5 3.0 — 6.0 2 1.8 1.02 — 2.4
腐蚀的危害
2～5%GDP！
• 腐蚀危害遍及日常生活和几乎所有的行业，包括冶 金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、 信息、农业、食品、医药、海洋开发、基础设施等。 • 能源和材料的损失 • 设备的失效，物料污染 • 工艺流程的中断 • 泄漏（跑、冒、滴、漏）、爆炸、伤亡 • 环境污染 • 高新技术产业发展的限制性因素
NH
3
H2
Cl2
N2
HCl,HF
SO2 CO2 CO N 2 O NO2 其它
高中化学第4章第三节金属的腐蚀与防护新人教版选择性必修1
重难突破•能力素养全提升
探究角度金属的防护 例题(2024·福建福州六校联考)下列铁制品防护的装置或方法中,不正确的 是( )
A.外加电流
B.牺牲阳极
C.表面镀铜
D.表面刷油漆
答案 A 解析 外加电源的阴极保护法,被保护金属钢制管桩应与电源负极相连,A错 误。
[对点训练] 下列关于电化学腐蚀、防护与利用的说法中,正确的是( B )
在空气中,Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3失去部分水生
成
Fe2O3·xH2O
,它是铁锈的主要成分。
(3)实验探究(实验4-3)
Hale Waihona Puke 实验操作实验现象实验解释
导管中 液面上升
装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电 池,铁钉发生 吸氧 腐蚀
①试管中产生气泡 的速率 快
Zn与CuSO4反应生成Cu,Zn、Cu和稀 盐酸构成 原电池 ,形成
书写钢铁腐蚀的电极反应及总反应;能根据电化 流法)。
学原理选择并设计金属防护的措施,发展证据推 两种原理:钢铁发生析氢
理与模型认知核心素养。
腐蚀和吸氧腐蚀的原理。
知识点一 金属的腐蚀
基础落实•必备知识全过关
1.金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀
常常是自发进行的
金属的腐蚀是金属或合金与周围的 气体 或 液体 发生_氧__化__还__原__
12345
4.(2024·福建福州八县市联考)北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自西 汉的“长信宫灯”。下列说法正确的是( D ) A.青铜的熔点大于纯铜 B.铜锈的主要成分是Cu(OH)2 C.鎏金层破损后,金作负极可以 继续保护破损处的铜,此法称为 牺牲阳极法 D.铝合金表面氧化物薄膜可保护内部金属不被腐蚀
腐蚀与防护概论 第一章 高温腐蚀
物（MeO）的方向进行； • Po2氧分 < P分解，即△G > 0，则反应就朝着氧化
物分解的方向进行。
10
11
一些金属氧化物在1000℃时的△G0值
元素 Ni Co Fe Cr Si Ti Al
氧化物 NiO CoO FeO Cr2O3 SiO2 TiO Al2O3
lgP分解压 -10.3 -11.9 -14.7 -21.8 -28.0 -32.7 -34.7
氧化膜是否完整，决定因素是氧化物的体积 大于氧化掉的金属的体积，即V氧化物>V金属 。 这是形成完整氧化膜的必要条件，此即Pilingbedworth原理。
19
根据Piling-bedworth原理，可得到氧化膜完整 的判据，简称PBR比值。
若金属摩尔质量为m，密度为ρ，金属氧化物 摩尔质量为M，一个氧化物分子中有Z个金属 原子，其密度为D，那么：
37
第四节 合金的氧化
一、合金氧化的特点 合金至少含有两个组元，存在两个以上可能氧化
的成分，因而氧化的行为和机理更加复杂，其特 殊性表现如下： 1、合金组元的选择性氧化 2、相的选择性氧化 3、内氧化 4、合金氧化膜的组成和结构可能有多种形式， 各种氧化物之间可能相互作用形成复合氧化物。
42
43
44
哈菲（Hauffe）通过实验总结出一个原子价规 律，它描述了合金元素对氧化膜晶格缺陷、电 子和离子导电性以及氧化速率的影响。
45
4、加入稀土元素，增加氧化膜与基体金 属表面的粘着力
例如，在Fe-Cr-Al电热合金中加入稀土元素Y、 La、Ce后，显著提高了合金的使用寿命。原因 可能是稀土原子半径较大，可堵塞氧化物中的空 穴并抑制金属的扩散。此外，稀土氧化物在反应 界面上的形成，加强了氧化膜与合金之间的粘着 力，起到了钉扎作用。
物分解的方向进行。
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一些金属氧化物在1000℃时的△G0值
元素 Ni Co Fe Cr Si Ti Al
氧化物 NiO CoO FeO Cr2O3 SiO2 TiO Al2O3
lgP分解压 -10.3 -11.9 -14.7 -21.8 -28.0 -32.7 -34.7
氧化膜是否完整，决定因素是氧化物的体积 大于氧化掉的金属的体积，即V氧化物>V金属 。 这是形成完整氧化膜的必要条件，此即Pilingbedworth原理。
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根据Piling-bedworth原理，可得到氧化膜完整 的判据，简称PBR比值。
若金属摩尔质量为m，密度为ρ，金属氧化物 摩尔质量为M，一个氧化物分子中有Z个金属 原子，其密度为D，那么：
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第四节 合金的氧化
一、合金氧化的特点 合金至少含有两个组元，存在两个以上可能氧化
的成分，因而氧化的行为和机理更加复杂，其特 殊性表现如下： 1、合金组元的选择性氧化 2、相的选择性氧化 3、内氧化 4、合金氧化膜的组成和结构可能有多种形式， 各种氧化物之间可能相互作用形成复合氧化物。
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哈菲（Hauffe）通过实验总结出一个原子价规 律，它描述了合金元素对氧化膜晶格缺陷、电 子和离子导电性以及氧化速率的影响。
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4、加入稀土元素，增加氧化膜与基体金 属表面的粘着力
例如，在Fe-Cr-Al电热合金中加入稀土元素Y、 La、Ce后，显著提高了合金的使用寿命。原因 可能是稀土原子半径较大，可堵塞氧化物中的空 穴并抑制金属的扩散。此外，稀土氧化物在反应 界面上的形成，加强了氧化膜与合金之间的粘着 力，起到了钉扎作用。
金属材料的海洋腐蚀与防护(第1章)海洋环境与金属材料腐蚀
（5）溶在海水中的氧气量
第二节 海洋腐蚀环境
第二节 海洋腐蚀环境
五、海水泥土区 • 是指海水全浸区以下部分，主要由海底沉
积物构成。 • 近年来由于海底石油开发，海底管线铺设，
人们开始重视海泥区金属的腐蚀与防护研究。
第二节 海洋腐蚀环境
• 海底泥土区含盐度高，电阻率低，海底泥 浆是一种良好的电解质，对金属的腐蚀性 比陆地土壤高。
发生在加里曼丹岛的西北部海域。在夏季风时 期，正好与冬季风相反。
第三节 中国沿海环境特征
四、雾 • 渤海：主要出现在春夏季，秋冬季基本无雾。 • 黄海：近海多雾区之一。 • 东海：海雾日数比黄海少，且分布于西部和
西北部。 • 南海：影响南海的雾主要是平流雾和锋面雾，
二者可以混合出现。
第三节 中国沿海环境特征
第二节 海洋腐蚀环境
• 海洋大气环境的腐蚀性，随温度的升高而 加强。热带的腐蚀性最强，温带次之，南 北极最弱。
第二节 海洋腐蚀环境
• 该区虽然是腐蚀速度最低的区，但整个使 用期间的维修费用是最贵的。用于结构这 个部分的防腐只能用涂层的方法。
第二节 海洋腐蚀环境
• 海洋大气区的腐蚀受到多种因素的影响。 1、水分的影响
第二节 海洋腐蚀环境
• 海水含盐量一般在3%左右，是天然的强电 解质。大多数常用的金属结构材料受海水 或海洋大气的腐蚀，并且材料的耐腐蚀性 能随暴露条件的不同而发生很大的变化。
• 通常将海洋腐蚀环境分为五个区带： 海洋 大气区、海洋飞溅区、海水潮差区、海水 全浸区以及海底泥土区。
第二节 海洋腐蚀环境
五、寒潮 • 蒙古高原和西伯利亚东部是我国冬半年冷
空气形成的源地，由于受寒潮的影响，渤 海和黄海北部每年冬季都结冰。除固定结 冰区以外，还有大量的浮冰。
第二节 海洋腐蚀环境
第二节 海洋腐蚀环境
五、海水泥土区 • 是指海水全浸区以下部分，主要由海底沉
积物构成。 • 近年来由于海底石油开发，海底管线铺设，
人们开始重视海泥区金属的腐蚀与防护研究。
第二节 海洋腐蚀环境
• 海底泥土区含盐度高，电阻率低，海底泥 浆是一种良好的电解质，对金属的腐蚀性 比陆地土壤高。
发生在加里曼丹岛的西北部海域。在夏季风时 期，正好与冬季风相反。
第三节 中国沿海环境特征
四、雾 • 渤海：主要出现在春夏季，秋冬季基本无雾。 • 黄海：近海多雾区之一。 • 东海：海雾日数比黄海少，且分布于西部和
西北部。 • 南海：影响南海的雾主要是平流雾和锋面雾，
二者可以混合出现。
第三节 中国沿海环境特征
第二节 海洋腐蚀环境
• 海洋大气环境的腐蚀性，随温度的升高而 加强。热带的腐蚀性最强，温带次之，南 北极最弱。
第二节 海洋腐蚀环境
• 该区虽然是腐蚀速度最低的区，但整个使 用期间的维修费用是最贵的。用于结构这 个部分的防腐只能用涂层的方法。
第二节 海洋腐蚀环境
• 海洋大气区的腐蚀受到多种因素的影响。 1、水分的影响
第二节 海洋腐蚀环境
• 海水含盐量一般在3%左右，是天然的强电 解质。大多数常用的金属结构材料受海水 或海洋大气的腐蚀，并且材料的耐腐蚀性 能随暴露条件的不同而发生很大的变化。
• 通常将海洋腐蚀环境分为五个区带： 海洋 大气区、海洋飞溅区、海水潮差区、海水 全浸区以及海底泥土区。
第二节 海洋腐蚀环境
五、寒潮 • 蒙古高原和西伯利亚东部是我国冬半年冷
空气形成的源地，由于受寒潮的影响，渤 海和黄海北部每年冬季都结冰。除固定结 冰区以外，还有大量的浮冰。
过程装备腐蚀与防护一PPT课件
电极电势(electrode potential)，其数值通常取决于电极本身、电解液浓度、 温度等因素。包括平衡电极电位和非平衡电极电位。由于其绝对值很难测量， 常见电极电位是半电池反应“O+R=R”相对于标准氢电极而言，是“氧化态和 还原态(O/R)”电位，有正负之分。
第20页/共90页
1.1 金属电化学腐蚀原理
第6页/共90页
腐蚀的定义与分类
(1)按腐蚀的反应历程，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀： ➢ 化学腐蚀-金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。该过程是一种纯
氧化和还原的化学过程，反应过程中无电流形成。例如铅在四氯化碳，镁或 钛在甲醇中的腐蚀； ➢ 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，电化学反应过 程中有电流产生，服从电化学动力学规律。例如金属在大气、海水、工业用 水、各种酸碱盐溶液中的腐蚀等。
v1O ne v2R
(1-3)
EO/R
EO O/R
0.059 n
第23页/共90页
lg
O R
1.1 金属电化学腐蚀原理
第24页/共90页
1.1 金属电化学腐蚀原理
例子：计算Zn2+离子浓度为0.001mol·L-1时锌电极的电极电位(298K)。 解：根据金属电动序表可知
当[Zn2+]=0.001mol·L-1时，从(1-3)式可计算锌电极的电极电位为
化合而形成腐蚀产物，即氧化还原在反应粒子相碰撞的瞬间直接于碰撞的反应 点上完成。例如高温气体中活泼金属的初期氧气过程。
第14页/共90页
Zn
1 2
O2
ZnO
1.1 金属电化学腐蚀原理
电 化 学 腐 蚀 (Electrochemical corrosion),其特点是金属的腐蚀存在 两个同时进行却相互独立的氧化还原 过程，即阳极反应(anode reaction) 和阴极反应(cathode reaction)。例 如锌在含氧Zn中性12 O水2 溶 H液2O中的Zn腐(O蚀H)：2
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1.1 金属电化学腐蚀原理
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腐蚀的定义与分类
(1)按腐蚀的反应历程，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀： ➢ 化学腐蚀-金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。该过程是一种纯
氧化和还原的化学过程，反应过程中无电流形成。例如铅在四氯化碳，镁或 钛在甲醇中的腐蚀； ➢ 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，电化学反应过 程中有电流产生，服从电化学动力学规律。例如金属在大气、海水、工业用 水、各种酸碱盐溶液中的腐蚀等。
v1O ne v2R
(1-3)
EO/R
EO O/R
0.059 n
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1.1 金属电化学腐蚀原理
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1.1 金属电化学腐蚀原理
例子：计算Zn2+离子浓度为0.001mol·L-1时锌电极的电极电位(298K)。 解：根据金属电动序表可知
当[Zn2+]=0.001mol·L-1时，从(1-3)式可计算锌电极的电极电位为
化合而形成腐蚀产物，即氧化还原在反应粒子相碰撞的瞬间直接于碰撞的反应 点上完成。例如高温气体中活泼金属的初期氧气过程。
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Zn
1 2
O2
ZnO
1.1 金属电化学腐蚀原理
电 化 学 腐 蚀 (Electrochemical corrosion),其特点是金属的腐蚀存在 两个同时进行却相互独立的氧化还原 过程，即阳极反应(anode reaction) 和阴极反应(cathode reaction)。例 如锌在含氧Zn中性12 O水2 溶 H液2O中的Zn腐(O蚀H)：2
典型炼油及石化装置的腐蚀与防护1
第八章 典型炼油及石化装置的腐蚀与防护 第一节 常减压装置
常减压蒸馏装置是将原油分馏成汽油、煤油、柴 油、蜡油、渣油等组分的加工装置，该装置的运行 状况直接影响着整个炼油厂的正常生产。
原油→换热器→产品或回流油换热→注入洗涤水 和破乳剂→另一换热器组换热→常压加热炉。
有些装置有初馏塔或蒸发塔→闪蒸出部分轻组分 →常压炉→常压分馏塔。
在此塔中将原油分馏成汽油、煤油、柴油，有时 还有部分蜡油及常压重油等组分。
一、介质的腐蚀特性 原油是一种极复杂的多组分的混合物，其主要
的化合物是各种烃类和少量的非烃类。原油中主要 的烃类是烷烃、环烷烃和芳香烃三种烃类，含硫、 含氧和含氮化合物通称为非烃类化合物，常以胶状 和沥青状物质的形态存在于原油中。
水的严重电化学腐蚀； 催化吸收稳定系统的硫化氢-水的低温硫化氢应力
腐蚀开裂； 冷却设备受水的电化学腐蚀以及油罐的罐底水垫
腐蚀等等。 如果常减压装置中没有水分存在，单纯的氯化氢
及硫化氢气体所造成的化学腐蚀是极轻微的。
二、主要腐蚀形式 总体上将腐蚀环境分为低温型和高温型两大类。
所谓低温型腐蚀环境，在炼油厂通常是指温度低 于～230℃且有液体水存在的部位，而高温型则是 指腐蚀环境温度在240~ 500℃的部位。
由于HCl是挥发性的酸，常造成常减压装置塔顶 部、冷凝冷却器、空冷器及塔顶管线的严重腐蚀。如 常压塔顶碳钢空冷器的最大腐蚀穿孔速度可达 5·5mm／a，用不了半年就需更换。管壳式冷凝器的 管束腐蚀穿孔高达1 5mm／a的，两个月要堵漏。
2．含硫化合物 原油中的总含硫量与腐蚀性能之间并无精确的关
系，就腐蚀而言，原油中硫化物的腐蚀类型比原油 总含硫量更为重要。
三、典型设备防腐方法分析 1．常压塔的防护
常减压蒸馏装置是将原油分馏成汽油、煤油、柴 油、蜡油、渣油等组分的加工装置，该装置的运行 状况直接影响着整个炼油厂的正常生产。
原油→换热器→产品或回流油换热→注入洗涤水 和破乳剂→另一换热器组换热→常压加热炉。
有些装置有初馏塔或蒸发塔→闪蒸出部分轻组分 →常压炉→常压分馏塔。
在此塔中将原油分馏成汽油、煤油、柴油，有时 还有部分蜡油及常压重油等组分。
一、介质的腐蚀特性 原油是一种极复杂的多组分的混合物，其主要
的化合物是各种烃类和少量的非烃类。原油中主要 的烃类是烷烃、环烷烃和芳香烃三种烃类，含硫、 含氧和含氮化合物通称为非烃类化合物，常以胶状 和沥青状物质的形态存在于原油中。
水的严重电化学腐蚀； 催化吸收稳定系统的硫化氢-水的低温硫化氢应力
腐蚀开裂； 冷却设备受水的电化学腐蚀以及油罐的罐底水垫
腐蚀等等。 如果常减压装置中没有水分存在，单纯的氯化氢
及硫化氢气体所造成的化学腐蚀是极轻微的。
二、主要腐蚀形式 总体上将腐蚀环境分为低温型和高温型两大类。
所谓低温型腐蚀环境，在炼油厂通常是指温度低 于～230℃且有液体水存在的部位，而高温型则是 指腐蚀环境温度在240~ 500℃的部位。
由于HCl是挥发性的酸，常造成常减压装置塔顶 部、冷凝冷却器、空冷器及塔顶管线的严重腐蚀。如 常压塔顶碳钢空冷器的最大腐蚀穿孔速度可达 5·5mm／a，用不了半年就需更换。管壳式冷凝器的 管束腐蚀穿孔高达1 5mm／a的，两个月要堵漏。
2．含硫化合物 原油中的总含硫量与腐蚀性能之间并无精确的关
系，就腐蚀而言，原油中硫化物的腐蚀类型比原油 总含硫量更为重要。
三、典型设备防腐方法分析 1．常压塔的防护
电化学腐蚀与防护知识讲解
电化学腐蚀与防护知识讲解电化学腐蚀与防护是关于金属材料在电解质溶液中遭受腐蚀的一门学科。
电化学腐蚀是指金属在电解质中发生氧化或还原反应，从而造成金属表面的损坏。
在现实生活和工业生产中，电化学腐蚀是一个严重的问题，会导致设备的损坏、金属结构的衰退以及经济损失。
因此，了解电化学腐蚀的机理以及相应的防护措施显得尤为重要。
电化学腐蚀的机理主要涉及三个基本要素：金属、电解质和电流。
当金属与电解质接触并通电时，金属表面会发生氧化或还原反应。
这些反应产生的电流会通过电解质传递，导致金属表面的原子或离子发生变化，从而引起腐蚀。
在电化学腐蚀过程中，有两个重要的反应：阳极反应和阴极反应。
阳极反应是指金属表面的原子或离子失去电子并进入电解质中，从而形成阳极溶解。
阴极反应则是指电解质中的氧气或水接受电子并与金属表面的离子结合，从而形成阴极还原。
这两个反应共同作用，加速了金属的腐蚀过程。
为了防止电化学腐蚀，人们采取了各种防护措施。
其中最常见的方法是使用保护涂层。
保护涂层可以阻隔金属与电解质的直接接触，减少氧气和水分子进入金属表面的机会，从而降低了腐蚀的速度。
常见的保护涂层材料包括有机涂料、无机涂料和金属涂层。
有机涂料一般用于室温下的腐蚀防护，而无机涂料和金属涂层则适用于高温和腐蚀性环境下的防护。
除了保护涂层，还有其他的防护方法可以应用于电化学腐蚀。
例如，可以通过电化学方法来保护金属。
电化学保护是利用外加电流来抵消电化学腐蚀反应，从而保护金属不受腐蚀。
这种方法常常用于防护埋地管道和水下设备。
另外，还可以采用合金化、电镀和阳极保护等方法来提高金属的抗腐蚀性能。
还需要注意一些因素来预防电化学腐蚀。
例如，要控制电解质的浓度和温度，避免过高的浓度和温度加速腐蚀的发生。
电化学腐蚀与防护是一个重要的学科，关乎到工业生产和设备的正常运行。
了解电化学腐蚀的机理和防护措施对于保护金属材料的完整性和延长使用寿命至关重要。
通过合理的防护措施和预防措施，可以有效地减少电化学腐蚀的发生，降低经济损失。
金属腐蚀与防护课后习题答案 (1)
腐蚀与防护试题1化学腐蚀的概念、及特点答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。
是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。
在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。
归纳化学腐蚀的特点在不电离、不导电的介质环境下反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应腐蚀速度与程度与外界电位变化无关2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？答案：氧化膜保护作用条件：①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。
PB原理的数学表示：反应的金属体积：V M = m/? m-摩尔质量氧化物的体积： V MO = m'/ ? '用? = V MO/ V M = m' ? /（ m ? ' ）当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件部分金属的?值氧化物?氧化物?氧化物?MoO3 WO3 V2O5Nb2O5 Sb2O5 Bi2O5Cr2O3 TiO2 MnOFeO Cu2O ZnOAg2O NiO PbO2SnO2 Al2O3 CdOMgO CaOMoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。
Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。
这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。
MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。
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W Q It 1 A F n
anode cathode
F is Faraday constant. F = 96485.309 C·mol-1 = 1 Faraday.
29
8
2
ibm1
主要内容
1. 腐蚀的概述 2. 腐蚀电化学基本理论 3. 全面腐蚀和局部腐蚀的机理和特征 4. 应力作用下的腐蚀种类、机理和特征 5. 自然环境腐蚀种类、机理和特征 6. 耐蚀合金设计基本原理和途径 7. 防腐蚀原理和主要方法
3
一、腐蚀的概述
材料的损坏或失效种类：
最重要、最常见、基本的损坏种类：腐蚀、磨损和断裂，决定了材
14
腐蚀损失调查数据
材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的 1.8～4.2％左右 1975年，美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为 700亿美元，为当年国民生产总值的4.2％，是当年 水灾、火灾、地震、飓风等自然灾害损失（125 亿 美元）的5倍多。 我国1980年十家化工企业由于腐蚀造成的经济损 失约为当年生产总值的3.9％，这个数值与许多国 家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相当。 2002年中国工程院的调查结果表明，我国腐蚀损 16 失（包括直接和间接损失）达到4979.2亿元。
15
4
国外腐蚀损失调查结果
Country
USA Japan Germany UK Australia Belgium India Poland Canada ..... ..... ..... Global
2004年公布数据
Direct Cost Indirect Cost
303.76 200 (approximately) 59.02 49.26 8.51 7.32 6.75 3.78 3.53 3.38
硕士研究生课程教学
教材和参考书
教材： 1. 材料腐蚀与防护概论，何业东主编，机械工业出版社，2005 2. 腐蚀和腐蚀控制原理，林玉珍，杨德均，中国石化出版社，2007
腐蚀与防护
柳 伟
Tel: 010-62333972 13681205463 E-mail: weiliu@
参考书： 1. 2. 3. 4. 5. 6.
1.全面腐蚀（也称为均匀腐蚀） 均匀的全面腐蚀 不均匀的全面腐蚀 2.局部腐蚀 电偶腐蚀 点腐蚀（孔蚀、点蚀） 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀 氢致开裂（也称氢脆） 应力腐蚀断裂（也称为应力腐蚀） 腐蚀疲劳 磨损腐蚀 。。。。。。
25
主要的局部腐蚀示意图
13
腐蚀事故举例
1966年某天然气井的套管发生硫化物应力腐蚀开裂， 造成井喷和特大爆炸，人员伤亡，日产百万立方米 的高产气井报废。 1971年某天然气管线发生腐蚀断裂，产生爆炸，直 接经济损失达7000万元。 1985年日本的一架波音747客机，由于应力腐蚀断 裂而坠毁，死亡500余人。 1997年某化工厂18个乙烯原料储罐由于硫化物腐 蚀引起大火，停产半年，直接损失达2亿多元，间 接损失巨大。
1
北京科技大学腐蚀与防护中心
Principles and prevention of corrosion, Denny A. Jones，Pretice-Hall, 1996 (USA) 腐蚀电化学原理，曹楚南编著，化学工业出版社，1985 材料腐蚀与控制，白新德主编，清华大学出版社，2005 金属腐蚀理论及应用，魏宝明主编，化学工业出版社，1984 金属腐蚀学，杨德钧，冶金工业出版社，1999 ……
21
Galvanlized Iron - iron with zinc coating
22
腐蚀为交叉学科 －腐蚀工程师的专业背景多样
金属（电化学）腐蚀的分类
1.自然环境腐蚀 （1）大气腐蚀 －最普通的腐蚀 （2）土壤腐蚀 －最复杂的腐蚀 （3）水环境淡水和海水腐蚀 －最苛刻的腐蚀 （4）微生物腐蚀－无处不在
料的寿命；
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，有时 三种失效形式同时发生。
磨损腐蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀等
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幻灯片 2 ibm1
ibm, 8/25/2009
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有金属（材料）存在的地方就会有腐蚀问题－悄悄进行的破坏6
例：油轮钢腐蚀
最大均匀腐蚀速率>0.1mm/y
例：油气工业采集和输送过程中使用大量弯头、三通等复杂 部件，其多以高温高压流体的冲刷腐蚀失效为主
50℃ 干湿交替
25℃
水下油气田生产设施
最大点蚀速率~4mm/y
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油气田中出现的冲刷腐蚀失效
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腐蚀的定义
50年代，腐蚀的定义仅指金属的腐蚀： “在周围介质作用下，由于化学反应、电化 学反应或物理溶解而产生的金属破坏。” 50年代后，随着非金属材料的发展，腐蚀定 义扩大到所有的材料: － “由于材料和它所处的环境发生反应使材 料和材料的性质发生恶化的现象” － “腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产 生的破坏” 9
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510.14 940 (approximately)
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腐蚀防护意义
－减少损失和降低防腐成本、延长服役寿命
总费用最低：腐蚀损失和防腐成本的最少
腐蚀防护的基本途径
（1）提高金属本身的耐蚀性：如不锈钢、镍基合金 从材料的热力学稳定性和控制腐蚀动力学两个角度出发提 高材料的抗蚀性 （2）改变环境（介质处理）： 降低环境的腐蚀性，如除去大气中的SO2，在水溶液中除O2， 改变溶液的pH值，在环境中加入缓蚀剂等 （3）采用覆盖层： 采用金属和非金属涂层、改变材料的表面结构，使材料表 面具有耐蚀的特性； 采用衬里、防锈油、防锈纸等，将材料与腐蚀介质隔开
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法拉第定律Faraday’s law
Faraday‘s law of electrolysis cells and electrochemical cells state that the amount of any substance that is deposited or dissolved in cells is directly proportional to the total passed electric charge. It can be expressed as
按照腐蚀 环境划分
2.工业环境腐蚀 （1）在酸性溶液中的腐蚀； （2）在碱性溶液中的腐蚀； （3）在盐类溶液中的腐蚀； （4）在工业水中的腐蚀； （5）在熔盐中的腐蚀； （6）在液态金属中的腐蚀（物理溶解腐蚀）
金属学 化学 电化学 流体力学 固体力学 生物学等
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6ห้องสมุดไป่ตู้
金属（电化学）腐蚀的分类
按 照 腐 蚀 形 态 划 分
非金属材料－老化
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金属为何会发生腐蚀？
热力学－自发过程（热力学第二定律） 钢铁 钢铁生锈
腐蚀是自发进行的现象－向自然界的回归
钢铁
腐蚀过程 能级增大
外加热、电能量
炼钢
铁的自然循环
铁锈
放出能量
炼铁、炼钢 过程 矿石
矿化 铁矿石
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磁铁矿：Fe3O4
赤铁矿：Fe2O3
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腐蚀的影响
1、在化学工业、炼油、石油化工、造纸等工业中，金 属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒 的物质泄漏，污染环境，危害人民的健康 2、每年由于腐蚀可使大约10～20％的金属损失掉了。 2003年世界的钢产量达到9.625亿吨，中国的钢产量 高达2.2亿吨，美国的钢产量为0.914亿吨 3、世界每年腐蚀掉的钢大于美国的钢产量；中国一年 就有2200万吨钢被腐蚀掉了，相当于腐蚀掉一个大 型钢铁企业的年产量
《腐蚀与防护》内容和目的
通过综合研究材料在环境介质中，表面或界面上发生的 各种物理化学、电化学反应，探求它们对材料组织结构损坏 的普遍及特殊规律，提出材料或其构件在各种不同条件下， 控制或防止腐蚀的措施。 金属腐蚀的原因和过程－腐蚀热力学（本质原因：腐蚀进行 的方向）和金属腐蚀的过程—腐蚀动力学（机理：腐蚀进行 过程） 环境因素对腐蚀发生和发展的影响－规律 通过机理和规律的研究，研制适宜的耐蚀材料、涂层及采取 合理的保护措施，达到防止或控制腐蚀的目的，延长设备的 寿命，降低设备的成本。
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通过普及腐蚀与防护知识， 推广应用先进的防腐蚀技术， 腐蚀造成的经济损失可减少30 ％～40％。
防腐蚀：成本支出 腐蚀：导致设备损失，停工损失等
腐蚀损失和防护费用与 防腐蚀程度关系
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腐蚀防护的基本途径
（4）采用电化学保护（电保护）： 对于金属的电化学腐蚀可通过阴极极化降低氧化反应速度， 或通过实现阳极钝化来以达到防腐目的； （5）正确选材和合理设计： 为了防止腐蚀发生，必须重视正确选材和合理设计，设计时 做到材料匹配和结构合理、结构间连接应尽可能防止缝隙产 生等； (6) 腐蚀与防护的管理与教育: 主观上重视。加强对腐蚀与防护的管理，提高各类人员对腐 蚀与防护的重视，需要建立相应的教育体制，广泛开展腐蚀 与防护的教育工作，提高腐蚀与防护的自觉性。
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Failure Statistics in Germany (a) & USA (b)
金属腐蚀速度的表示法
重量指标： 金属因腐蚀而发生的重量变化，换算成相当于单 位金属表面积于单位时间内重量变化的数值, 常用 单位：mg/cm2h 深度指标： 金属的厚度因腐蚀而减少的量，以长度单位表示， 并换算成单位时间的数值，常用单位：mm/a 电流指标： 用腐蚀金属的阳极电流密度的大小，衡量金属 腐蚀速度的快慢，常用单位：mA/cm2
腐蚀的定义
定义：腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学、物理和生物作用产生 的损坏或变质现象, 包括化学、电化学、机械因素或生物因素的共同 作用； 根据反应类型划分腐蚀种类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解腐蚀、 微生物腐蚀 腐蚀的定义包括了化学、电化学、物理学、生物学内容，腐蚀的发生 往往与磨损、断裂等同时进行 腐蚀学是交叉学科（边缘学科），涉及到金属学、电化学、物理化学、 流体力学、固体力学、生物学等，是一门应用性很强的学科