金属高温腐蚀的利与弊
金属的腐蚀与防护完整版PPT课件
对实验数据进行处理和分析，提取金属内部或表面的缺陷信息，评 估金属的腐蚀程度和剩余寿命。
06 金属防护工程实践案例 分享
石油化工行业金属设备防护案例
案例一
某石化公司炼油厂塔器设备腐蚀防护。采用高分子复合涂层技术进 行防护，有效延长了设备使用寿命。
案例二
某油田输油管道腐蚀防护。采用阴极保护技术，结合涂层保护，降 低了管道的腐蚀速率。
阴极保护法
01
将被保护金属与外加直流电源的负极相连，使其成为阴极而防
止金属腐蚀的方法。
阳极保护法
02
将被保护金属与外加直流电源的正极相连，使其处于阳极电位
下成为钝态或致钝而防止金属腐蚀的方法。
牺牲阳极保护法
03
在被保护金属上连接电位更负的金属或合金作为阳极，使其在
腐蚀介质中优先溶解，从而保护被连接金属的方法。
金属的腐蚀与防护完 整版PPT课件
目录
CONTENTS
• 金属腐蚀概述 • 金属腐蚀类型及特点 • 金属防护方法及原理 • 不同环境下金属腐蚀与防护策略 • 金属腐蚀实验方法与检测技术 • 金属防护工程实践案例分享
01 金属腐蚀概述
腐蚀定义与分类
腐蚀定义
金属与周围环境发生化学或电化学 反应，导致金属性能劣化的现象。
案例三
某变电站高压开关柜金 属外壳腐蚀防护。采用 阴极保护技术，结合涂 层保护，降低了金属外 壳的腐蚀速率。
交通运输领域金属部件防护案例
案例一
某地铁列车车体腐蚀防护。采用 不锈钢车体材料，结合电化学保 护技术，提高了车体的耐蚀性。
案例二
某汽车制造厂车身钢板腐蚀防护。 采用镀锌钢板材料，结合涂层保 护技术，延长了车身的使用寿命。
金属腐蚀原因与防护措施
金属腐蚀原因与防护措施金属腐蚀是指金属材料在特定环境条件下与周围介质发生化学反应而导致表面逐渐失去金属物质的过程。
金属腐蚀不仅会降低金属材料的强度和耐久性，还会影响设备的正常运行，甚至造成安全事故。
因此，了解金属腐蚀的原因并采取有效的防护措施显得尤为重要。
本文将就金属腐蚀的原因和防护措施进行探讨。
## 金属腐蚀的原因### 1. 化学腐蚀化学腐蚀是金属与周围介质发生化学反应而导致金属腐蚀的一种常见形式。
在大气中，金属表面会与氧气、水蒸气等发生氧化反应，形成氧化膜，从而导致金属腐蚀。
此外，一些酸性或碱性介质也会对金属表面造成腐蚀，加速金属的氧化过程。
### 2. 电化学腐蚀电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种腐蚀形式。
金属在电解质中形成阳极和阴极，阳极溶解，阴极析出氢气，从而引起金属腐蚀。
电化学腐蚀是金属腐蚀中较为常见和严重的一种形式，特别是在海洋环境中更为突出。
### 3. 热腐蚀金属在高温环境中会发生热腐蚀，主要是由于金属表面与高温气体或熔融盐类等介质发生化学反应而引起的。
高温下金属晶粒易扩散，金属表面氧化膜容易破裂，从而加剧金属的腐蚀速度。
### 4. 微生物腐蚀微生物腐蚀是指微生物在金属表面形成生物膜，通过代谢产物对金属进行腐蚀的过程。
微生物腐蚀不仅会加速金属的腐蚀速度，还会对设备和管道等构件造成严重的损害。
## 金属腐蚀的防护措施### 1. 表面涂层表面涂层是金属腐蚀防护的一种有效手段。
通过在金属表面涂覆一层防腐蚀涂料，可以有效隔绝金属与外界介质的接触，延缓金属的腐蚀速度。
常用的涂层包括油漆、镀层、喷涂等，选择适合环境的涂层对金属的防护效果至关重要。
### 2. 阴极保护阴极保护是通过在金属表面施加外电流，使金属成为电化学腐蚀中的阴极，从而减缓金属的腐蚀速度的一种方法。
常用的阴极保护方式包括牺牲阳极保护和外加电流保护，可以有效延长金属的使用寿命。
### 3. 合金改性通过在金属中添加一定比例的合金元素，可以改善金属的耐腐蚀性能。
腐蚀
腐蚀腐蚀是指因工程材料与其周围的物质发生化学反应而导致解体的现象。
通常这个术语用来表示金属物质与氧化物如氧气等物质发生电化学的氧化反应。
例如，使用金属铁制成的产品会由于铁原子在固体溶剂中发生氧化而导致生锈，这就是电化学腐蚀的一个众所周知的例子。
这种反应通常会产生对应金属的氧化物，也可能产生盐。
换句话说，腐蚀指的是金属物质因化学反应而导致的损耗。
很多合金结构都仅仅因为暴露在潮湿的空气中遭到腐蚀，但是，腐蚀过程会受到材料所接触的物质的强烈影响。
腐蚀可能在某个局部集中出现，从而导致材料上出现孔洞甚至裂缝，也有可能在一个较大面积的表面上几乎平均的分布。
由于腐蚀是一种扩散控制的过程，通常只有材料表面产生腐蚀。
因此，可以通过一些对暴露的表面进行加工的办法，如钝化和铬酸盐转换等处理办法来增加材料的耐腐蚀性。
然而，仍然有一些腐蚀的机制无法观察到，也难以预料。
腐蚀还可以发生在其他不是金属的物质上，例如陶瓷和聚合物。
电化学腐蚀若使电化学腐蚀发生，必要的前提条件是需要构成电流回路，以及离子的通道。
因此，当两种不同的金属连接在一起并浸泡在电解液中的时候，就会发生电化学腐蚀的现象。
这种现象被称作原电池，两种金属中较活泼的一个作为阳极，被腐蚀的速度加快，而较不活泼的金属作为阴极，被腐蚀的速度减缓。
两种金属可以通过导线连接在一起，也可以直接相互接触。
如果仅仅将这两种金属浸泡在电解液中，但是并不将它们连接起来，这两种金属的腐蚀速度并不会加快。
根据电化学腐蚀的原理，人们设计出了牺牲阳极的保护方法，阳极材料根据电化学活动顺序进行选择。
例如，为了保护钢铁结构，锌通常用于作为被牺牲的阳极。
这种办法通常用于保护海上航行的船只的螺旋桨或甲板。
电化学腐蚀的原理在海洋产业中被广泛使用，同时也被用于其他的水能够接触的推进器和金属结构中。
有许多因素都会影响电化学腐蚀，例如，阳极的相对大小、金属种类、所处的环境条件（温度、湿度、盐度等等）。
阳极和阴极的表面积之比直接影响了材料的腐蚀速度。
材料腐蚀的种类、危害及解决办法
材料腐蚀的种类、危害及解决办法康昆勇腐蚀是指材料受周围环境的作用，发生有害的化学变化、电化学变化或物理变化而失去其固有性能的过程。
通常环境介质对材料有各种不同的作用，其中有多种作用可导致材料遭受破坏，但只有满足以下两个条件，才称为腐蚀作用：①材料受介质作用的部分发生状态变化，转变成新相。
②在材料遭受破坏过程中，整个腐蚀体系的自由能降低。
材料腐蚀发生在材料表面。
按腐蚀反应进行的方式分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
前者发生在非离子导体介质中；后者发生在具有离子导电性的介质中，故可通过改变材料的电极电位来改变腐蚀速度。
按材料破坏特点分为均匀腐蚀、局部腐蚀和选择性腐蚀。
均匀腐蚀指材料表面各处腐蚀破坏深度差别很小，没有特别严重的部位，也没有特别轻微的部分。
局部腐蚀是材料表面的腐蚀破坏集中发生在某一区域，主要有孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。
选择性腐蚀是金属材料在腐蚀介质中，其活性组元产生选择性溶解，由金属材料合金组分的电化学差异所致。
按腐蚀环境又分为微生物腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、海洋腐蚀和高温腐蚀等。
金属材料以及由它们制成的结构物，在自然环境中或者在工况条件下，由于与其所处环境介质发生化学或者电化学作用而引起的变质和破坏，这种现象称为腐蚀，其中也包括上述因素与力学因素或者生物因素的共同作用。
某些物理作用例如金属材料在某些液态金属中的物理溶解现象也可以归入金属腐蚀范畴。
一般而言，生锈专指钢铁和铁基合金而言，它们在氧和水的作用下形成了主要由含水氧化铁组成的腐蚀产物铁锈。
有色金属及其合金可以发生腐蚀但并不生锈，而是形成与铁锈相似的腐蚀产物，如铜和铜合金表面的铜绿，偶尔也被人称作铜锈。
由于金属和合金遭受腐蚀后又回复到了矿石的化合物状态，所以金属腐蚀也可以说是冶炼过程的逆过程。
上述定义不仅适用于金属材料，也可以广义地适用于塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金属材料。
例如，涂料和橡胶由于阳光或者化学物质的作用引起变质，炼钢炉衬的熔化以及一种金属被另一种金属熔融液态金属腐蚀，这些过程的结果都属于材料腐蚀，这是一种广义的定义。
腐蚀与防护概论 第一章 高温腐蚀
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。
镍元素耐腐蚀与高温的冶金之王
镍元素耐腐蚀与高温的冶金之王镍是一种重要的过渡金属元素，它以其卓越的耐腐蚀和高温性能而闻名于世。
在冶金领域，镍被誉为“耐腐蚀与高温的冶金之王”。
本文将重点探讨镍元素在耐腐蚀和高温性能方面的优势，并介绍其在不同领域的应用。
一、镍元素耐腐蚀性能镍具有出色的耐腐蚀性能，可以有效地抵御腐蚀介质的侵蚀。
首先，镍具有一种称为“镍黄”的薄层氧化物，能够防止进一步的腐蚀反应进行。
其次，镍与氧气和硫化物等常见腐蚀介质之间的化学反应相对较慢，从而使得其对腐蚀的抵抗能力得到提高。
此外，镍还能在氯离子等强氧化性介质下形成一层致密的氧化膜，有效地延缓了腐蚀速度。
镍元素的耐蚀性使其在众多领域得到广泛应用。
例如，在化工工业中，由于镍对于各种酸、碱、盐等腐蚀介质的抵抗能力强，常用于制造腐蚀性介质的容器、管道等设备。
在海洋工程领域，由于海水中含有大量盐分和其他腐蚀性物质，镍被广泛应用于制造海洋设备，如海洋石油钻井平台、海底油气管道等。
此外，镍还被广泛用于制造化肥生产设备、食品加工设备等。
二、镍元素高温性能镍具有出色的高温性能，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。
镍的高熔点和高热稳定性使其能够在高温环境中保持结构的完整性和稳定性。
此外，镍的线膨胀系数相对较低，使其在高温下不易发生热应力破坏。
基于其出色的高温性能，镍在航空航天、能源等领域得到了广泛应用。
例如，在航空航天领域，由于镍具有良好的高温强度和耐氧化性能，经常被用作制造航空发动机的关键部件，如涡轮叶片、燃烧室等。
在能源领域，镍合金是制造燃气轮机和核电设备的重要材料，可以在高温的工作环境中提供可靠的性能。
三、镍元素在其他领域的应用除了耐腐蚀和高温性能，镍元素还在其他领域具有广泛的应用。
例如，在电子工业中，镍合金常用于制造电极、引线等高温元件。
在汽车制造领域，镍合金被用于制造制动系统、排气系统等零部件，以提高其耐腐蚀和高温性能。
此外，镍合金还广泛应用于化妆品、医疗器械、珠宝等领域。
第一章 金属材料的高温化学腐蚀
绪论金属腐蚀的定义: 金属材料和环境介质发生化学或电化学作用，引起材料的退化与破坏称为金属的腐蚀.本课程研究的内容• 1. 研究金属和周围介质作用时所发生的化学或电化学的现象、机理及其一般规律。
• 2. 研究各种条件下金属材料的防止腐蚀的方法和措施。
三、金属腐蚀与防护的重要性经济损失：•直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。
•间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；引起的物资跑、冒、滴、漏损失；对环境污染以至爆炸、火灾等事故的间接损失更是无法估量。
第一章金属材料的高温化学腐蚀第一节概述一、高温化学腐蚀定义：高温化学腐蚀是研究金属材料和与它接触的环境介质在高温条件下所发生的界面反应过程的科学。
金属高温腐蚀与常温腐蚀的区别：高温腐蚀：主要是以界面的化学反应为特征。
常温腐蚀：主要是电化学过程。
金属材料的高温腐蚀反应式：Me（金属）+X（介质）--MeX（腐蚀产物）二、高温腐蚀分类按环境介质状态分1）高温气态介质腐蚀（2）高温液态介质腐蚀（3）高温固态介质腐蚀（1）高温气态介质腐蚀：气态介质中包括有单质气体分子。
非金属化合物气体分子。
金属氧化物气态分子，和金属盐气态分子。
由于这种高温腐蚀是在高温，干燥的气体分子环境中进行的，所以常被称为“高温气体腐蚀”“干腐蚀”“化学腐蚀”。
（2）高温液态介质腐蚀：液态介质（包括液态金属，液态融盐及低熔点氧化物）对固态金属材料的高温腐蚀。
这种腐蚀包括界面化学反应，也包括液态物质对固态物质的溶解。
（3）高温固态介质腐蚀：金属材料在带有腐蚀性的固态颗粒状物质的冲刷下发生的高温腐蚀。
这类腐蚀包括固态燃灰与盐颗粒对金属材料的腐蚀。
又包括这些固态颗粒状物质对金属材料表面的机械磨损，所以人们又称为“磨蚀”或“冲蚀”。
高温腐蚀现象（1）在金属热处理过程中，碳氮共渗和盐浴处理易于产生增碳、氮化损失和熔融盐的腐蚀。
（2）含有燃烧的各个过程，比如柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的复杂气氛的高温氧化等腐蚀。
金属材料的高温氧化与热腐蚀机理
金属材料的高温氧化与热腐蚀机理金属材料在高温环境下容易发生氧化和热腐蚀，导致材料性能降低，进而给工业制造带来巨大的挑战。
因此，研究高温氧化和热腐蚀机理对材料的使用和应用具有重要意义。
本文将就这一主题进行深入探讨。
I. 高温氧化机理氧气可以与许多金属化合，形成金属氧化物。
在高温环境下，一些金属在氧气的作用下，其表面会生成一层金属氧化物。
然而，这个过程并不是简单的化学反应。
相反，它涉及材料表面的一系列物理和化学变化。
一些学者认为，高温氧化过程可以分为三个步骤。
首先，氧分子从气相中吸附到金属表面，形成化学吸附物种。
其次，氧分子解离成原子氧，并与金属表面的金属原子结合，产生金属氧化物。
最后，产生的金属氧化物长成一层致密的氧化膜，保护金属表面不再进一步氧化。
然而，在实际应用中，氧化膜并不总是保护性的。
一些材料，在遇到高温氧化时，氧化膜形成缓慢，甚至完全没有形成。
在这种情况下，金属就会持续地被氧化，导致材料严重损坏。
II. 热腐蚀机理热腐蚀指的是金属在高温和腐蚀性环境下发生的化学反应。
这种反应可能会导致表面的金属由于氧化或化合而失去其强度和机械性能。
这种腐蚀过程可以被分为氧化和腐蚀两种类型。
氧化腐蚀是指金属表面的氧化物在高温下遇到腐蚀物质而发生的反应。
在这种情况下，金属会被腐蚀并失去其机械性能。
水分可能会促进这种化学反应，因为水具有催化氧化的作用。
另一方面，热腐蚀还可以由酸性或碱性物质引起。
在这种情况下，物质直接腐蚀金属表面，从而导致材料的化学性能下降。
此外，金属表面也可以被氯和氟化物等有毒物质腐蚀。
III. 防止高温氧化与热腐蚀虽然高温氧化和热腐蚀对材料是极具挑战性的问题，但是有一些方法可以减轻其影响。
以下是一些方案：1. 维持材料表面维持金属表面光滑和干净，可以减少氧化和腐蚀的可能性。
材料表面的氧化膜对材料性能的影响取决于膜的厚度和性质。
如果维持表面干净和无氧化物，可以有效地减轻这种影响。
2. 使用保护层应用一层保护层可以减少材料氧化和腐蚀的风险。
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金属高温腐蚀的利与弊
摘要：金属高温腐蚀的主要机理
关键词：金属高温腐蚀
正文：
1 金属氧化的过程
高温氧化是金属化学腐蚀的一种特殊形式。金属氧化首先从金属表面吸附氧分子开始，
即氧分子分解为氧原子被金属表面所吸附，并在金属晶格内扩散、吸附或溶解。而当金属和
氧的亲和力较大，且当氧在晶格内溶解度达到饱和时，则在金属表面上进行氧化物的成核与
长大。金属表面一旦形成了氧化膜，其氧化过程的继续进行将取决于以下两个因素：
（1）界面反应速度。这包括金属/氧化物界面及氧化物/气体界面上的反应速度。
（2）参加反应的物质通过氧化膜的扩散速度。它包括浓度梯度化学位引起的扩散，也包
括电位梯度电位差引起的迁移扩散。这两个因素控制进一步氧化的速度。
在一般情况下，当金属的表面与氧开始反应生成极薄的氧化膜时，界面反应起主导作用，
即界面反应是氧化膜生长的控制因素。但随着氧化膜的生长增厚，扩散过程将逐渐起着越来
越重要的作用，成为继续氧化的控制因素。
2 金属的氧化膜
金属氧化时，其表面上形成的氧化膜一般是固态。但是根据氧化膜的性质不同，在较高
温度下，有些金属的氧化物为液态或气态。例如在1093℃下的大气中，Cr、Mo、V被氧化
时， 其氧化物呈不同状态： 2Cr+3/2O2→Cr2O3(固态) 2V+5/2O2→V2O5(液态，熔点为658℃)
Mo+3/2O2→MoO3(气态，450℃以上开始挥发)
显然，只有固态的Cr2O3才有保护性，而V2O5和MoO3不但 无保护性，反而表现为
加速氧化，甚至引起灾难性的事故。同时实践还证明，并非所有的固态氧化膜都具有保护性，
其保护性的好坏取决于氧化物的高温稳定性、氧化膜的完整性、致密性、氧化膜的组织结构
和厚度、膜与金属基体的相对热膨胀系数以及氧化膜的生长应力等因素。
在这些因素中，氧化膜的完整性和致密性是至关重要的。而这两个因素又与膜的组织结
构和氧化物的高温稳定性密切相关。
3 单独生成保护性氧化膜的合金元素选择依据
如果在合金表面上能生成保护性极强的元素氧化物，或者能在基体金属氧化物的底部生
成合金元素的氧化物相，则可有效地阻止基体金属的氧化。选作这种用途的合金元素应具有
下述三方面的基本特性。
（1）合金元素能形成具有良好保护性的氧化膜 为了满足这一条件，合金元素应具有以
下特性：
①应符合Pilling-Bedworth原理，即合金元素氧化物的体 积与该合金元素的体积之比
(V'/V)应大于1。
②合金元素的氧化物应具有高的电阻，以便有效地阻止 金属离子的扩散。
③金元素的离子半径应小于基体金属的离子半径。
（2）元素的氧化物应有足够高的稳定性这包括如下两个方面：
①使合金元素的氧化物能在金属表面优先形成，并且在 氧化条件下不会被基体金属还
原，必须选择其氧化物的生成 吉布斯自由能比基体金属氧化物的生成吉布斯自由能更小的
合金元素。这是保证保护膜产生和稳定存在的必须满足的热 力学特性。
②合金元素的氧化膜在高温下稳定存在，合金元素的氧 化膜必须有低的分解压、高的熔
点和升华点，以免在高温下分 解、挥发或成为液体而丧失其保护性。当然这些氧化物也不 应
与其他合金组元的氧化物生成低熔混合物。因此，凡其氧 化物在高温下易于挥发(如Mo)
和熔融的元素(如B)，都不宜于 用作合金化元素。
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（3）元素应能与基体金属形成固溶体 这是为了在整个合金表面上生成完整的合金元素
氧化膜 所必须具备的基本条件。并不排斥在合金中同时存在一定数 量的合金元素化合物
相，因为这往往是为提高合金的高温强 度所必须的。但是，合金元素在合金中应有足够的
固溶量，才 能保证合金的抗氧化性。
4 元素在提高金属材料抗高温氧化性能中的作用
Cr、Al、Si及Re等合金元素，能有效改善金属材料的抗高 温氧化性能。如合金中的
Cr、Al和Si在高温下能与氧反应生 成一层完整的、致密的、具有保护性的氧化膜(Cr2O3、
Al2O3、 SiO2)；稀土氧化物能改善合金表面氧化膜的抗氧化性、氧化膜 与基体表面的结
合力和氧化膜的生长应力。
参考文献：王士涛.王诗毅.张楠 金属高温腐蚀机理[期刊论文]-品牌与标准化 2014(6)