腐蚀与防护 第一章 概论
中国腐蚀与防护学会 金属防腐蚀手册
我国腐蚀与防护学会金属防腐蚀手册第一章：金属腐蚀的基本概念1. 金属腐蚀的定义金属腐蚀是指在金属与其周围环境接触的情况下，金属表面受到化学或电化学的侵蚀，导致金属的质量和结构发生变化的过程。
金属腐蚀是一个不可逆转的过程，对金属的损坏是永久性的。
2. 金属腐蚀的分类根据腐蚀介质的不同，金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
化学腐蚀是指金属直接受到化学物质的腐蚀，而电化学腐蚀是指金属与电解质溶液接触时发生的一种电化学过程。
3. 金属腐蚀的危害金属腐蚀不仅会导致金属的质量和结构损坏，还会影响到金属制品的外观和使用寿命。
金属腐蚀也会对环境造成污染，对人体健康和安全构成威胁。
第二章：金属防腐蚀的原理和方法1. 金属防腐蚀的原理金属防腐蚀的原理是通过改变金属与其周围环境的接触状态，阻止金属腐蚀的发生。
常用的金属防腐蚀方法包括物理防腐蚀、化学防腐蚀和电化学防腐蚀等。
2. 金属防腐蚀的方法（1）涂层防腐蚀：将金属涂覆一层具有耐腐蚀性的涂层，以隔离金属与环境的接触，防止腐蚀的发生。
（2）阳极保护：在金属的表面放置一块较活泼的金属，使其成为阳极，从而保护被保护金属。
（3）合金化：将一种或多种金属或非金属添加到金属中，改变金属的组织结构和物理性能，提高金属的抗腐蚀能力。
（4）阴极保护：通过外加电流或外加电源，使金属表面成为阴极，从而抑制金属腐蚀的发生。
第三章：金属防腐蚀的应用实践1. 工业领域中的金属防腐蚀在石化、船舶、汽车、航空航天等工业领域中，金属制品往往需要具备较高的耐腐蚀性能，以确保设备和产品的安全、稳定和持久运行。
2. 城市基础设施中的金属防腐蚀城市基础设施中的钢结构、管道、桥梁、隧道等金属构件，常常需要经过防腐蚀处理，以保证其在潮湿、高盐度环境下的使用寿命和安全性。
3. 日常生活中的金属防腐蚀在日常生活中，我们经常接触到各种金属制品，如家具、电器、汽车等，这些金属制品也需要经过防腐蚀处理，以延长其使用寿命和美观度。
第一章金属腐蚀与防护基本原理资料
（三）电位—PH图的应用与局限性 1.电位—PH图腐蚀区域的划分（以Fe-H20体为例）。
2。0 1。6
b
1。2
Fe
0。8 0。4 0 -0。4
3+
·C 腐蚀
a
Fe2O3 钝态
Fe
2+
·B
Fe3O4
-0。8
稳定Fe
-1。2 -1。6
·A
腐蚀 HFeO2
-
·D
图1-3 Fe-H20腐蚀体系简化的电位—PH图
（二）Fe-H20腐蚀体系的电位—PH图 以Fe-H20腐蚀体系在25℃时的电位—pH值图为例，看金属与水的电化学 反应或化学反应的平衡图。M Pourbaix 在制作图时假设金属离子活度的临 界条件为10-6mol/L，低于此值腐蚀可以忽略不计。将已知的活度值代入能斯 特方程算出铁的平衡电位E＝-0.62V,并以此值为界限划分腐蚀区与非腐蚀区， 把生成难溶的腐蚀产物的区域称为钝化区。图中每一条曲线相当于一个平衡 电位。教材P9图1-6， m线：4H++4e+O2=2H2O 氧还原 n线：2H++2e =H2
D ne [ D ne]
溶液中能够与电子结合的氧化剂大多都是氢离子、氧及部分
盐类的离子。 • 常见的去极化剂（氧化剂）是 H+和 O2 • 2H++2e＝H2 析氢腐蚀或氢去极化腐蚀 • O2+4H++4e＝2H2O （酸性溶液中） O2+2H2O+4e＝4OH-（中性或碱性溶液中）
(3)电流回路 金属部分：电流的流动在金属中是依靠电子从阳极流向阴极。 溶液部分：与此同时，阳离子从阳极区向阴极区移动，阴离子从阴极区向阳 极区迁移，使电极系统中的电流构成通路。
绪论化工腐蚀与防护
可编辑ppt
10
▪
1830～1840年间英国法拉第
(Μ.Faraday)确立了阳极溶解的金属量与
所通过电量的关系，提出了关于铁的钝
化膜生长和金属溶解过程的电化学本质
的假设。后来又有人在锌溶解于硫酸的
研究中，明确地提出了微电池理论。这
些研究对电化学腐蚀理论的发展都极为
重要。
可编辑ppt
11
越王勾践剑
些含氧阴离子（如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等）
能防止点蚀。
▪ 点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率
可编辑ppt
6
第三节 腐蚀与防护学科的内容和任务
▪ 一、内容：是一门综合性很强的边缘 学科。古老又年轻。
▪ 二、任务：研究结构材料的腐蚀过程 和腐蚀控制机理，采取适当措施延长 结构材料的使用寿命，正确地选用材 料及采取适当的防腐措施。
可编辑ppt
7
金属腐蚀研究的发展
早在公元前3世纪,中国
已采用金汞齐鎏金术在金属
先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生
破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时，金属表
面就发生腐蚀。这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，
使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活
性—钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极
电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐
面上逸出。金属在电解质
溶液中于其表面上形成的
这种微小的原电池称为腐
蚀微电池。引起这类微电
池的原因是化学成分、金
属组织结构、金属表面膜
和金属物理状态的不均匀
性等。
可编辑ppt
18
材料腐蚀与防护概论课后习题答案
材料腐蚀与防护概论课后习题答案注：本文为材料腐蚀与防护概论课后习题的答案，旨在帮助同学们巩固所学知识，提供参考。
如有不正确之处，欢迎指正和讨论。
1. 什么是腐蚀？腐蚀是指材料在与周围环境接触时，由于化学或电化学作用而导致其性能、形貌或组织发生不可逆变化的过程。
直接导致腐蚀的因素主要有物理因素、化学因素和电化学因素。
2. 腐蚀与磨损的区别是什么？腐蚀和磨损都是导致材料性能损失的两种不同机制。
腐蚀是在与环境接触时，材料表面发生化学反应导致的材料损失，通常是均匀的，剥落或局部的。
而磨损是由于材料与其他材料的接触和相对运动而导致的材料表面的物理损失，通常集中在局部。
3. 腐蚀的分类有哪些？腐蚀可以按照不同的标准进行分类。
根据腐蚀环境的性质，腐蚀可以分为化学腐蚀、物理腐蚀和电化学腐蚀。
•化学腐蚀包括酸性腐蚀、碱性腐蚀和氧化腐蚀等。
•物理腐蚀包括磨损腐蚀和疲劳腐蚀等。
•电化学腐蚀主要包括腐蚀电池中的阴极腐蚀和阳极腐蚀。
4. 请简述腐蚀速率的影响因素有哪些？腐蚀速率受到许多因素的影响，包括腐蚀介质的性质、温度、材料本身的性质和处理情况等。
•腐蚀介质的性质：包括酸碱性、含氧量、含有腐蚀性物质的浓度等。
•温度：通常情况下，腐蚀速率随着温度的升高而增加，因为温度升高有利于腐蚀介质中的反应速率。
•材料本身的性质：包括材料的化学成分、晶体结构、力学性能等。
•处理情况：如材料的表面处理、涂层等，可以对腐蚀速率产生重要影响。
5. 腐蚀环境中的电化学反应有哪些？在腐蚀环境中，常见的电化学反应主要包括氧化反应和还原反应。
当材料处于腐蚀环境中，发生以下两种反应：•阳极反应：金属或合金中的金属离子释放出电子，成为溶液中的阳极反应。
•阴极反应：溶液中的氧气或其他氧化物离子接受电子，成为溶液中的阴极反应。
这些电化学反应导致了离子迁移和电荷平衡，从而导致了腐蚀的发生。
6. 防腐蚀的方法有哪些？防腐蚀的方法可以从不同的角度进行分类，常见的方法包括物理方法、化学方法和电化学方法。
第一章 金属的高温腐蚀与防护
现以Cr-O体系在1250K的挥发性物质的热力学平衡图（图1-2） 为例，分析其构成原理。
图１-２ Cr-O体系在1250K时挥发性 物质的热力学平衡图
在Cr-O体系中，凝聚相-气相平衡有2种类型：
（1）在Cr（固）上的平衡 其反应有 Cr（固）=Cr（气） Cr（固）+1/2O2（气）=CrO（气） Cr（固）+O2（气）=CrO2（气） Cr（固）+3/2O2（气）=CrO3（气） 2Cr（固）+3/2O2（气）=Cr2O3（气） （2）在Cr2O3（固）上的平衡 其反应有 2Cr（气）+3/2O2（气）=Cr2O3（固） 2CrO（气）+1/2O2（气）=Cr2O3（固） 2CrO2（气）=Cr2O3（固）+ 1/2O2（气） 2CrO2（气）=Cr2O3（固）+ 3/2O2（气）
1.1.3 金属在混合气氛中的优势区相图
当一种纯金属M在高温下与O2和另一种氧化性气体X2同时 作用时，金属表面将可能发生下列反应： M+1/2O2=MO (1-30) M+1/2X2=MX (1-31) 0 GMO 12 达到平衡时 (1-32) ( pO 2 )平衡 exp( )
0 G 2 MX ( p1 ) 平衡 exp （ ） (1-33) X2 RT 式中，G0MO为MO的标准生成吉布斯自由能；G0MX为MX的标准 生成吉布斯自由能。MO和MX相的稳定性由下面的反应决定： MX+1/2O2=MO+1/2X2 (1-34) 若MO和MX的活度均为1，其平衡条件为 0 O 2 G G p1 MX MO X2 (1-35) ( 1 ) 平衡 exp（ ） pO 2 RT 2
2 3 2
材料腐蚀与防护概论绪论
0.3
材料腐蚀与防护在国民经济发展中的意义
表０-１ 国外腐蚀损失调查结果
0.4
材料腐蚀科学技术的发展简史
从人类有目的地利用金属时起，人们就开始了对金属腐蚀及防护 技术的研究。在历史上，我们的祖先曾对腐蚀与防护技术的发展 作出了卓越的贡献。我国出土的春秋战国时期的武器、秦始皇时 代的青铜剑和箭镞，许多表面毫无锈蚀，光彩依旧。经鉴定，在 这些箭镞的表面上有一层含铬的氧化物层，而基体金属中并不含 铬。这是采用铬的化合物人工处理获得的表面防护涂层。由此可 见，早在2000多年以前，中华民族就创造了与现代铬酸盐钝化处 理相似的防护技术，这是中国文明史上的一大奇迹。还有，在中 国古代，许多金属甲胄和装饰品就已使用抛光、磨光技术，然后 镀上贵金属。这不仅仅是为了改善外观，更重要的是为了防止腐 蚀。
液中除Ｏ２，改变溶液的pH值，在环境中加入缓蚀剂等。 3)采用涂镀层和表面改性 采用金属涂镀层、非金属涂层和改变材
料的表面结构，使材料表面具有耐蚀的特性。
4)将材料与腐蚀介质隔开 采用衬里、防锈油、防锈纸等。 5)采用电化学保护 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达到防腐目的。
6)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， 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。
0.7
材料腐蚀与防护的管理与教育
为了加强对腐蚀与防护的管理，国家需要立法。例如美国政府就 埋地管线的保护从法律上作了规定，各类埋地管线必须进行保护 和定期检查。德国、前苏联也都有相应的规定。为了提高各类人 员，特别是管理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，提高防护的自觉性，做 到防护工作的自觉性与科学性相结合，提高防护水平，以减少经 济损失和突发事故的发生。
腐蚀与防护技术
合金化阻滞阳极过程
• 增加阳极极化率Pa，使阳极过程受阻：
①减少阳极相的面积
②加入易于钝化的合金元素
③加入阴极性合金元素促进阳极钝化
11
合金化阻滞阳极过程
• 减少阳极相的面积 • 若基体是阴极，第二相或晶界是阳极，减少阳极面 积，提高耐蚀性 • 海水中，A1－Mg合金中的第二相Al2Mg3是阳极，随 着Al2Mg3 逐渐被腐蚀掉，阳极面积减小，腐蚀速 度降低 • 精炼提高合金纯净度，减少晶界杂质偏析 • 热处理使晶界变细 • 消除应力退火
• 提高金属的热力学稳定性
– 加入平衡电位较高的合金元素（通常为贵金属），可使 合金的平衡电位升高，增加热力学稳定性
7
合金化提高热力学稳定性
Ni含量对Cu-Ni合金在氨溶液中浸泡120h腐 蚀速度的影响
Cu－Au合金在HNO3（90℃、相对密度1.3） 中的化学稳定性与合金成分的关系
在实际中的应用有限 原因：使用大量的贵金属，价格过于昂贵 固溶度有限
13
合金化阻滞阳极过程
• 加入阴极性合金元素促进阳极钝化 • 对于可能钝化的腐蚀体系，加入强阴极性合金元素， 提高阴极效率，使腐蚀电位正移，合金进入稳定钝 化区 • 只适用于可钝化的腐蚀体系 • 加入阴极性元素的合金化只需很少（0.1％－0.5％） • 可加入的阴极性合金元素主要是一些电位较正的金 属，如Pd、Pt、Ru及其它Pt族金属 • 灰口铸铁中含有石墨，在20℃的10％硝酸中，石墨 的存在使基体Fe处于钝态。 • 碳钢不能自钝化，在盐酸中，Fe无法钝化，石墨反 而使腐蚀增加。
7.1 耐蚀材料
7.2 表面处理及涂镀层技术
2
纯金属的耐蚀性
在恒温恒压条件下，反应的自由能与电动势或电位 之间可依据下式转换：
第1章腐蚀概述 第2节腐蚀的特点
12.11%
7,200
31.30%
5 印度
8,100
4.26%
5,200
64.20%
6 美国
6,900
3.63%
2,100
30.43%
7 乌克兰
6,500
3.42%
2,300
35.38%
8 加拿大
6,300
3.32%
2,300
36.51%
其他国家
30,200
15.89%
14,900
49.34%
世界
190,000
材料防护与资源效益
材料腐蚀是否自发发生的理论判据:
（1）对于等温等压条件下发生的反应，如果其吉 布斯自由变G0，则该反应是自发发生的，由于腐蚀 反应往往在等温等压条件下发生，而且通过计算其 G0，所以腐蚀反应是自发发生的。
（2）腐蚀反应大多是电化学反应，在等温等压条 件下，如果其电动势E0，则该反应自发发生。对于 等温等压条件下发生的腐蚀电化学反应，也通过计算 其E0，这也说明腐蚀反应是自发发生的。
空间上：各行各业都存在腐蚀，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、海洋开发和基础设施等。
如经常听说的石油、化工、电力等行业中，其 设备、管道、开关等的跑、冒、漏、滴现象，许多 就是金属被腐蚀了而产生的后果。
再如在电力系统经常听说的“四管爆漏”、凝 汽器泄漏，许多就是金属被腐蚀产生的后果， 四管 指省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管。
100.00%
87,000
45.79%
材料防护与资源效益
中国是世界第一大铁矿石进口国。 钢铁防腐蚀对我国非常重要。
材料防护与资源效益