材料腐蚀与防护全册课件
金属腐蚀与防护复习教材
金属腐蚀与防护复习：
一、金属腐蚀的定义、分类、金属腐蚀速度的表示及测定方法
定义：
金属在周围介质（最常见的是液体和气体）作用下，由于化学变化、电化学变化和物理溶解而产生的破坏
分类：
按腐蚀环境分类：化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀
按腐蚀过程的特点分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀
按金属被腐蚀的基本特征分类：全面腐蚀、局部腐蚀 （局部腐蚀的种类很多，如应力腐蚀破裂、小孔腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀等）
腐蚀速度的表示：
1.重量指标：
金属因腐蚀发生的重量变化，换算成相当于单位金属表面积在单位时间中的重量变化的数值。
可以用减重（V-）表示，也可以用增重（V+）表示 ——单位：克/米2·小时
2.深度指标：
将金属的厚度因腐蚀而减少的量以线量单位表示，并换算成相当于单位时间的数值。
——单位：毫米/年
3.电流指标：
以金属电化学腐蚀过程的阳极电流的大小来衡量金属的电化学腐蚀速度。
——单位：安培/厘米2
测定方法：塔菲尔直线外推法、线性极化法
二、金属腐蚀与防护学科的研究内容、目的和意义
内容：
1. 研究并确定金属在介质的物理化学作用下被破坏的普遍规律
2. 研究在各种条件下使用金属构件时控制腐蚀的方法
目的：
减少金属工件制品在各种条件下的服役损耗，减少或消除因机械零件腐蚀而造成的工伤事故，节约使用材料和提高机械零件的使用寿命
意义：
通过研究腐蚀过程中的理化反应，制定出合理的经济的防护手段，避免或减少机械零件在使用过程中的腐蚀与消耗 三、具有保护性的金属氧化膜应该具有的特点：
1. 膜必须是紧密的、完整的、能把金属表面全部遮盖
2. 膜在介质中是稳定的
3. 膜和主体金属结合力要强，有一定的塑性和强度
4. 膜具有与主体金属相近的热膨胀系数
四、促进金属氧化膜增长的动力以及膜增厚的方式
腐蚀的危害与防护
腐蚀的危害与防护
材料（通常是金属）或材料的性质由于与它所处环境的反应而恶化变质通常将这种现象称为腐蚀。
钢结构表面腐蚀的危害与防护
腐蚀的危害已涉及到各行各业，全世界每90s就有1t钢铁腐蚀成铁锈，而炼制1t钢所需要的能源则可供一个家庭用三个月，由此可见，腐蚀世纪上是对自然自然地极大浪费，腐蚀破损或断裂不仅引起有害物质的泄露，污染了环境，嗨会引起突发的灾难性事故，危及人类的安全，给国民经济带来极大损失和危害。在钢结构工程中，钢结构构件的防腐蚀非常重要，一个小腐蚀坑常常会造成应力集中，引起裂纹折断，从而造成结构整体的实效，可见对钢结构的防护是非常重要的，应引起高度重视。
１ 钢结构的腐蚀与危害
钢材在环境下的腐蚀属电化学过程，它的腐蚀速度与环境、湿度、温度及有害介质的存在有关，其中湿度是一个决定性的因素。
１．１ 水引起涂膜的起泡剥落
通过化学或机械处理的钢材表面接触空气时，立即生成一层氧化膜，其厚度为
１ ｎｌｌＴｌ￣３ ｎｌｒｎ，氧化物多以三价状态存在。如
钢暴露在湿度大的环境或水中时，阳离子铁与羟基在表面上沉积。当钢表面与水接触时，少量钙和钠离子以表面杂质存在；当钢与含有氟化物水接触时，钢表面会含氟；当钢暴露到海水或表面有含氯溶液时，钢表面含有氯；另外钢表面也有一定的镁及少量的硫和硅，但钢表面最大的环境杂质是碳类物质。
２）配齐足够数量打磨机，确保每个作业班组有两台备用机具。选派经验丰富操作熟练人员专门进行对轨作业。
３）指派专人进行温胶、拌胶作业，保证温胶温度控制在３０℃
腐蚀的危害性
钢结构的腐蚀危害性在于它是一种不均匀的破坏，损伤发生阳极表面，一旦出现腐蚀坑，多会向纵深发展。有腐蚀产物的腐蚀坑的底部位是小阳极，而暴露在大气中的金属表面是大阳极，阳极表面积小，电流密度大，造成的腐蚀速度快。腐蚀坑底部由于缺氧而酸化，形成自催化作用，加快向坑底纵深发展的速度，这就是所谓的闭塞电池的现象。引起应力集中，有促使腐蚀坑底电位变负，加快腐蚀进程。这种相互反馈的连锁反应腐蚀的典型形式，引起钢材坑冷催性能下降，在无明区形式征兆的情况下，突然发生脆性断裂，尤其在冲击荷载作用下危险性更大。因此，钢结构如不重视环境及采取必要防护，必将加速锈蚀速度，忽视日常的维护保养同样会发生由于严重锈蚀而引起承重构件丧失承载能力，造成的安全使用隐患。
煤矿金属材料的腐蚀和防护
煤矿金属材料的腐蚀和防护
煤炭生产建设中每年需要大量的钢材，但由于是金属制品，所以 在煤炭生产过程中会受到各种损坏，例如煤矿井下空气的相对湿度常 年都在90%以上，在井筒中淋水大的矿井每小时的淋水量可达到
10m3以上；煤矿井下由于风速大，空气随时都能得到 更新，供氧充足。这样，井下环境中充分具备了金属发生电化学腐蚀 的两个基木因素氧气和水分，因而在煤矿环境中金属材料的腐蚀是相 当普遍而严重。根据煤炭部对部分矿井腐蚀情况的调查结果，钢铁在 井下的单侧年平均腐蚀深度为0.2〜1.2mm,在腐蚀严重的矿井中， 钢铁的腐蚀速度为海洋环境中的2〜3倍，其井筒装备的使用寿命不 到十年。因此，凡是采用碳钢加工的装备，不包括钢轨罐道及钢丝绳 罐道，必须采用防腐蚀措施。而煤矿立井井筒则是关系全局的咽喉部 位，斜井的有关装备、立井井架、提升容器、井口、井底、装卸载嗣 室，其腐蚀环境亦较为恶劣，所用的钢构件防腐蚀亦为重要。
我国幅员辽阔，各地区的地质条件及腐蚀因素相差很大。一般情 况是沿海地区高于内陆地区，南方高于北方，酸性水或含盐量高的矿 井的腐蚀状况更为严重，而各种耐腐蚀材料也都有其一定的适应性, 因此，在编制防腐蚀设计时，必须依据井筒的水质分析、阴阳离子类 型及煤质等内容，提出符合矿区实际情况、技术可行、经济合理的防 腐蚀设计。
金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属 与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学 保护等。
1改善金属的本质
根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加 合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。
2形成保护层 在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开， 工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。
2.1金属的磷化处理：钢铁制品去油、除锈后，放人特定组成的 磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表而形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜, 这种过程叫做磷化处理。
材料腐蚀防护概论第八章高分子的腐蚀及耐蚀材料
8.2 高分子材料的腐蚀定义、类型和特点
8.2.1 高分子材料腐蚀的定义
高分子材料在加工、储存和使用过程中，由于内因和外因的综合作用，其物理化学性能和力学性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值，这种现象称为高分子材料的腐蚀，通常称之为老化。这里，内因指高聚物的化学结构、聚集态结构及配方条件等。外因则比较复杂，包括物理因素，如光、热、高能辐射、机械作用力等；化学因素，如氧、臭氧、水、酸、碱等；生物因素，如微生物、海洋生物等。
高分子材料的老化主要表现在：
（1）外观的变化 出现污渍、斑点、银纹、裂纹、喷霜、粉化及光泽、颜色的变化。
（2）物理性能的变化 包括溶解性、溶胀性、流变性能，以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化。
（3）力学性能的变化 如抗张强度、抗曲强度、抗冲击强度等的变化。
（4）电性能的变化 如绝缘电阻、电击穿强度、介电常数等的变化。
8.2.2 高分子材料腐蚀的类型
高聚物的老化可分为化学老化与物理老化两类。
（1）化学老化 化学老化是指化学介质或化学介质与其他因素（如力、光、热等）共同作用下所发生的高分子材料破坏现象，主要发生主键的断裂，有时次键的破坏也属化学老、化。因此，化学老化又可分为化学过程和物理过程引起的两种老化形式。前者发生了化学应，主键的断裂是不可逆的，常见的老化形式见表8-1，主要发生了大分子的降解和交联作用。
表8-1 高分子材料的腐蚀形式
环 境 形式 化学因素 物理因素
氧
氧
氧
水及水溶液
大气中氧/水气
水或水气 中等温度
高温
紫外线
温室
应力
微生物
热
辐射 化学氧化
燃烧
光氧化
水解
风化
应力腐蚀
生物腐蚀
热解
辐射分解
降解是高聚物的化学键受到光、热、机械作用力、化学介质等因素的影响，分子链发生断裂，从而引发的自由基链式反应。如：
••22222222CHCCCHCHCHCHCHHH
材料腐蚀与防护基本措施
材料腐蚀与防护
1、 材料防护的基本途径（P6）
（1） 提高材料本身的耐蚀性
（2） 改变环境
（3） 采用涂镀层和表面改性
（4） 将材料与腐蚀介质隔开
（5） 采用电化学保护
（6） 正确选材和合理设计
2*减少和防止析氢腐蚀的措施（81）
（1） 减少或消除金属中的有害杂质
（2） 加入氢过电位大的成分
（3） 加入缓蚀剂，增大析氢过电位
（4） 降低和性阴离子成分
3*防止点腐的措施（P102）
（1） 选用耐点蚀的金属材料
（2） 改变介质条件
（3） 钝化材料表面
（4） 阴极保护
4、防止缝隙腐蚀的措施（P105）
（1）合理设计
（2）正确选材
（3）采用缓蚀剂 (4)电化学保护
5*、防止电偶腐蚀的措施（P109）
（1） 设计和组装
（2） 涂层
（3） 阴极保护
（4） 绝缘措施
（5） 在设计上，应该尽量避免两种金属相接触，如无法避免，应采用电偶序相隔较远的两种金属
（6） 在结构设计上，应该避免“小阳极—大阴极”结构
（7） 将电偶对与腐蚀介质隔开
（8） 采用缓蚀剂
6、防止晶间腐蚀的措施（P113）
（1）降低碳含量
（2）合金化
（3）适当的冷加工
（4）适当的热处理
（5）形成双相不锈钢
7*、防止SCC的措施（p121）
（1） 合理的选材
（2） 消除内应力 （3） 涂层
（4） 改变介质环境
（5） 电化学保护
8、防止腐蚀疲劳的措施（133）
（1）降低材料的表面粗糙度
（2）合理的使用缓蚀剂
（3）阴极保护
（4）表面硬化处理
9、防止冲刷腐蚀的措施（p136）
（1）改进设计
（2）正确选材和表面处理
（3）控制环境
（4）阴极保护
10、防止空泡腐蚀的措施（P137）
（1）改进设计
（2）正确选材和表面处理
（3）去除溶解在流体中的气体
（4）阴极保护
11、防止磨损腐蚀的措施（p139）
（1）降低载荷
（2）提高材料表面的耐磨性
（3）使摩擦副的两个表面具有相近的硬度 （4）使用减磨材料或润滑剂
课件腐蚀案例个人整理版(仅供参考)
应力腐蚀实例:
实例1：北方一条公路下蒸气冷凝回流管原用碳钢制造，由于冷凝液的腐蚀发生破坏，便用304型不锈钢（0Cr18Ni9）管更换。使用不到两年出现泄漏，检查管道外表面发生穿晶型应力腐蚀破裂。
答：在北方冬季公路上撒盐作防冻剂，盐渗入土壤使公路两侧的土壤中氯化钠的含量大大提高，而选材者却不了解没有对土壤腐蚀做过分析。就决定更换不锈钢管。将奥氏体不锈钢用在这种含有很多氯化钠的潮湿土壤中，不锈钢肯定表现不佳，也需还不如碳钢呢。
防护措施：
实例2：某化工厂生产氯化钾的车间，一台SS-800型三足式离心机转鼓突然发生断裂，转鼓材质为1Cr18Ni9Ti。经鉴定为应力腐蚀破裂。（P224）
答：在氯化钾生产中选用 1cr18Ni9Ti 这种奥氏体不锈钢转鼓是不当的。氯化钾溶液是通过离心机转鼓过滤的。氯化钾浓度为28°Bé，氯离子含量远远超过了发生应力腐蚀破裂 所需的临界氯离子的浓度，溶液 pH 值在中性范围内。加之设备间断运行，溶液与空气的氧气能充分接触，这就是奥氏体不锈钢发生应力腐蚀破裂提供特定的氯化物的环境。
保护措施：停用期间使之完全浸与水中，与空气隔离；定期冲洗去掉表面氯化物等，尽量减轻发生应力破裂的环境条件，以延长使用寿命，不过，发生这种转鼓断裂飞出的恶性事故可能有一定的偶然性，但这种普通的奥氏体不锈钢用于这种高浓度氯化物环境，即使不发生这种恶性事故，其寿命也不长，因为除应力腐蚀还有，孔蚀，缝隙腐蚀等。
实例3：CO2压缩机一段、二段和三段中间冷却器为304L（00Cr19Ni10）型不锈钢制造。投产一年多相继发生泄漏。经检查，裂纹主要发生在高温端水侧管子与管板结合部位。所用冷却水含氯化物0.002%~0.004%。（P225）
答：这里考虑奥氏体不锈钢的氯化物溶液中的 scc，冷却水中氯化物含量控制很低，但仍然发生了 scc 破坏。
设备为热交换器，结构为管壳式。工艺介质走管程，水走壳 程，进行热交换。因此，不锈钢管子外面接触的的介质都是水而不是氯化物溶液。水中所含氯化物只是一种杂质，其含量是很低的。应该不会发生 scc 的。问题主要发生在氯化物浓缩富集。对管壳式热交换器来说，当壳程走水时，氯化物浓缩主要部位是高温端管子与管板连接部位，即管头。
腐蚀科学与防护技术
腐蚀科学与防护技术
腐蚀科学与防护技术是一门研究腐蚀反应及防护措施的工程学科。主要研究内容包括：腐蚀机理及腐蚀损害的形成与发展；各种金属材料和基体介质的腐蚀行为；各种防护材料的性能和应用；多种防护技术的评价及设计。
腐蚀的危害
腐蚀损害可导致有色金属结构件损坏，显著降低其强度和刚性等性能，从而可能会影响到安全和服务能力。腐蚀也会减低管道和容器的容积、使汽轮机缸体和机械零件失去零件准确度，影响柴油机理论功率和最大功率，引发压力容器破裂等严重意外事故。此外，腐蚀还会导致管道泄漏、排放污染物、各种装置失去平衡，使运行时降低热效率，从而影响企业效益。
腐蚀防护技术主要包括设计与建筑、选择材料、表面处理、涂覆和封装保护、冲洗抑制剂的使用等。设计与建筑的腐蚀防护技术主要有：完善工程结构，改善设备布置；增加清洁设备来减少受腐蚀物滞留在腐蚀介质中；应用氧合剂缓解氧化性腐蚀；采用耐腐蚀材料和避免溶气和粗糙表面等措施延缓及减轻腐蚀。
表面处理的腐蚀防护技术主要有：表面密封，采用耐腐蚀材料封闭表面；隔离阴极，通过保护层或挡板材料将产品包覆后禁止腐蚀介质的进入；腐蚀补救，安装新的腐蚀补救材料或用减缓型阴极来减缓现有表面的腐蚀；局部阳极保护，用电抗阻件或交流影响电动机等实现阳极保护；涂覆密封材料，采用廉价耐腐蚀材料对面耐腐蚀剂进行喷涂，使表面更加密封，从而减少腐蚀损害。
冲洗抑制剂的使用也是一项有效的腐蚀防护技术。冲洗抑制剂使用抑制剂溶液将其内部受腐蚀部位浸泡或在内部循环，即可达到维护其内部密封性及防止腐蚀的目的。
综上，腐蚀科学与防护技术是工程学科中最重要的领域之一。掌握和学习此门学科有助于科学管理设备性能，避免或减少设备受腐蚀的损害，使生产能够稳定可靠地进行，从而得到满意的结果。
材料腐蚀与防护措施
材料腐蚀与防护措施
材料腐蚀是指材料与其周围环境发生化学反应导致其性能和结构的损坏。腐蚀不仅会导致材料的损坏，还会对设备和结构的安全性和可靠性产生不良影响。因此，采取有效的防护措施对于材料的长期使用非常重要。本文将介绍材料腐蚀的类型、原因和防护措施。
材料腐蚀的类型可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀两类。电化学腐蚀是指材料与电解质溶液或湿气发生化学反应，产生电流从而导致腐蚀；化学腐蚀是指材料直接与化学物质反应，导致其性能和结构的损坏。
造成材料腐蚀的原因有很多，主要包括以下几点：
1.酸碱介质：酸和碱是常见的腐蚀介质，它们能够与材料表面发生反应，形成溶解产物进而导致腐蚀。
2.湿气和水：湿气和水中含有溶解的氧、二氧化碳等物质，这些物质能够在材料表面形成一层氧化膜，导致腐蚀。
3.盐类：盐类是一种常见的腐蚀介质，例如氯离子在湿气和水中能够形成氯离子溶液，从而引起腐蚀。
4.金属接触：不同金属之间发生接触，会引起电化学腐蚀，产生电流从而导致腐蚀。
为了有效防护材料腐蚀，人们采取了多种防护措施。下面将介绍几种常见的防护措施：
1.涂层防护：在材料表面涂覆一层防腐蚀涂料，能够有效隔绝材料与环境介质的接触，起到防护作用。常见的涂层材料有油漆、涂层树脂等。 2.电镀防护：通过电化学方法，在材料表面形成一层金属镀层，起到阻止材料与环境介质接触的作用。常见的电镀材料有镀铬、镀锌等。
3.合金防护：通过在材料中添加一定比例的合金元素，改变材料的化学性质，提高其抗腐蚀性能。
4.热处理防护：通过对材料进行热处理，改变材料的晶体结构和化学成分，提高其抗腐蚀性能。
5.等离子体涂层：利用等离子体技术，在材料表面形成一层陶瓷涂层，有效防止材料与环境介质的接触。
6.选择合适的材料：对于一些特殊环境下的材料使用，应选择具有抗腐蚀性能的材料，例如不锈钢、高温合金等。
综上所述，材料腐蚀对设备和结构的使用寿命和安全性产生不良影响，因此采取有效的防护措施非常重要。通过涂层防护、电镀防护、合金防护、热处理防护、等离子体涂层和选择合适的材料等方法可以有效防止材料腐蚀的发生。对于不同环境下的材料使用，应根据具体情况选择合适的防护措施，以延长材料的使用寿命和提高设备和结构的安全性。
材料腐蚀与防护
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. 第一章绪论
重点
1. 金属的腐蚀:：金属腐蚀后失去其金属特性，往往变成更稳定的化合物。金属腐蚀是普遍存在的一种自然规律，是不可避免的自然现象。
2. 均匀腐蚀速度的评定
重量法g/(m2•h)
深度法 mm/ a
容量法
电流密度法
目录
P9 腐蚀的定义
P10-11 腐蚀的过程及特点
P13 腐蚀的危害
P18-20 腐蚀的防护方法：隔离控制、热力学控制、动力学控制
P29-30 按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀
P31-38 按腐蚀形态分类：全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀
P39 按材料类型分类：金属材料、非金属材料
P41 腐蚀速度的评定
P42-49 均匀腐蚀的评定：重量法、深度法、容量法、电流密度表征法
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第二章金属腐蚀电化学理论基础
重点
1. 电极系统：一个有电子导体相和离子导体相组成的，有电荷通过相界面在两个相之间转移的系统。
2. 电极反应：在电极系统中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应。
3. 阳极反应：从还原体的体系向氧化体的体系转化（失电子）
阴极反应：从氧化体的体系向还原体的体系转化（得电子）
4. 绝对电极电位：金属电极板浸入其盐溶液中，电子导体相（金属）与离子导体相之间的内电位差称为电极系统的绝对电极电位，用Φ表示。
相对电极电位：研究电极与参比电极组成的原电池电动势称为该电极的相对（电极）电位，用E表示。
5. 双电层结构：金属极板表面上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受负电荷吸引，较多地集中在金属极板附近，形成所谓双电层结构。
6. 原电池与腐蚀电池的区别：原电池将化学能转化为电能，对外界做实际有用功，都十点吃由化学能转换为热能，做的实际有用功为0，，即腐蚀电池只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
材料的腐蚀与防护
材料腐蚀与防护
一、名词解释：
1. 腐蚀：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。
2. 高温腐蚀：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生反应而遭受破坏的过程称为高温氧化，亦称高温腐蚀。
3. 极化：由于电极上有净电流通过，电极电位（ΔEt）显著地偏离了未通净电流时的起始电位（ΔE0）的变化现象。
4. 去极化：能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的叫作去极化。
5. 非理想配比：是指金属与非金属原子数之比不是准确的符合按化学分子式的比例，但仍保持电中性。
6. 全面腐蚀: 全面腐蚀：指暴露于腐蚀环境中，在整个金属表面上进行的腐蚀。
7. 点腐蚀：（孔蚀）是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式，简称点蚀。
8. 应力腐蚀（SCC）：是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。
9. 腐蚀疲劳：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。
10. 干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀。
11. 潮大气腐蚀：指金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在看不见的薄的液膜层发生的腐蚀。
12. 湿大气腐蚀：是指金属在相对湿度大于100%的大气中，表面存在肉眼可见的水膜发生的腐蚀。
13. 缓蚀剂：是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境（介质）地，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物质。
14. 钝化：电化学腐蚀的阳极过程在某些情况下会受到强烈的阻滞，使腐蚀速度急剧下降，这种现象叫金属的钝化。
15. 平衡电极电位（可逆电极电位）E：当金属电极上只有惟一的一种电极反应，并且该反应处于动态平衡时，金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，电极所获得的不变电位值。
16. 非平衡电极电位（不可逆电极电位）：金属电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与的电化学反应，当动态平衡时，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的情况，这种情况下的电极电位称为非平衡电极电位。