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1、11金金 属属 腐腐 蚀蚀 学学许立宁许立宁2 27 学时1-7 周开卷考试 教材： 金属腐蚀学 杨德钧 材料腐蚀与防护概论何业东 参考教材： 材料腐蚀与控制白新德 金属腐蚀学朱日璋，金属腐蚀学陈鸿海 金属腐蚀学原理刘永辉 联系方式： 许立宁 6233 4410 腐蚀楼208 教材与联系方式3第一章第一章第一章第一章绪绪绪绪论论论论 第二章第二章第二章第二章腐蚀电化学理论基础腐蚀电化学理论基础腐蚀电化学理论基础腐蚀电化学理论基础 第三章第三章第三章第三章全面腐蚀与局部腐蚀全面腐蚀与局部腐蚀全面腐蚀与局部腐蚀全面腐蚀与局部腐蚀 第四章第四章第四章第四章应力作用下的腐蚀应力作用下的腐蚀应力作用下
2、的腐蚀应力作用下的腐蚀 第五章第五章第五章第五章高高高高 温温温温 腐腐腐腐 蚀蚀蚀蚀 第六章第六章第六章第六章自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀 第七章第七章第七章第七章工业环境中的腐蚀工业环境中的腐蚀工业环境中的腐蚀工业环境中的腐蚀 第八章第八章第八章第八章金属材料的耐蚀性能金属材料的耐蚀性能金属材料的耐蚀性能金属材料的耐蚀性能 第九章第九章第九章第九章金金金金 属属属属 腐腐腐腐 蚀蚀蚀蚀 防防防防 护护护护目录4第一章 绪论1.1.引言引言 2.2.腐蚀的定义腐蚀的定义 3.3.腐蚀与防护研究的意义腐蚀与防护研究的意义 4.4.腐蚀科学的发展腐蚀科学的发展
3、 5.5.腐蚀的分类腐蚀的分类 6.6.腐蚀防护的基本途径腐蚀防护的基本途径 7.7.腐蚀科学及防护技术的主要内容腐蚀科学及防护技术的主要内容5引言材料成分组织性能材料成分组织性能材料设计加工使用材料设计加工使用6引言材料在使用过程中会怎样？材料在使用过程中会怎样？失效：失去其应有的性能或作用失效：失去其应有的性能或作用7断断断断裂：强度、力学破坏、瞬间破坏裂：强度、力学破坏、瞬间破坏裂：强度、力学破坏、瞬间破坏裂：强度、力学破坏、瞬间破坏磨磨磨磨损：表面、力学损：表面、力学损：表面、力学损：表面、力学- - - -摩擦损坏、缓慢摩擦损坏、缓慢摩擦损坏、缓慢摩擦损坏、缓慢腐腐腐腐蚀：表面、化学
4、蚀：表面、化学蚀：表面、化学蚀：表面、化学- - - -力学损坏、不可再生力学损坏、不可再生力学损坏、不可再生力学损坏、不可再生材料失效的基本形式8?腐蚀腐蚀(corrosion)源于拉丁文源于拉丁文“corrdere”，意即，意即“损 坏损 坏”、“腐烂腐烂”?20世纪世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属?生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀?腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域?塑料发胀或开裂塑料发胀或开裂?木头干裂或腐烂木头干裂或腐烂?花岗岩风蚀花岗岩风蚀?水泥剥离脱落
5、材料水泥剥离脱落材料 + 化学化学 + 力学力学腐蚀腐蚀腐 蚀 的 定 义9广义的腐蚀广义的腐蚀广义的腐蚀广义的腐蚀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，甚至三种损坏同时发 生。广义的腐蚀包括了腐蚀与磨损、断裂等的 协同作用，是一个交叉学科的领域。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，甚至三种损坏同时发 生。广义的腐蚀包括了腐蚀与磨损、断裂等的 协同作用，是一个交叉学科的领域。腐 蚀 的 定 义210腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学
6、和物理作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。 环境介质：材料-环境交互作用环境介质：材料-环境交互作用表面/界面现象表面/界面现象自发现象自发现象材料损伤材料损伤宏观上：材料质量流失、强度退化微观上：组织、结构或价态的改变宏观上：材料质量流失、强度退化微观上：组织、结构或价态的改变腐 蚀 的 定 义11干电池潮湿大气中腐蚀的钢板锌皮碳棒NH4Cl溶液ZnC离子通道电子通道+-金属阳极离子通道电子通道电池类型 原电池 腐蚀电池 电子通道 外部导线 钢板本身 离子通道 内部电解质 表面连续水膜 腐蚀现象的本质12炼铁过程炼铁过程腐蚀过程腐蚀过程钢铁矿石能级增
7、大能级增大放出能量外加热、电能量（1）自发性）自发性腐 蚀 的 特 点放出能量13（2）普遍性）普遍性纯金属最低能级状态一般为其化合物 （除Au、Pt）普遍存在的空气和水是两类主要腐蚀环 境（O2、H+）腐 蚀 的 特 点14（3）隐蔽性）隐蔽性发展速度缓慢不锈钢在海水中点蚀：10年孕育期表现形式不易被发觉生锈：容易观察应力腐蚀断裂：表面光亮如新内部满布裂纹腐 蚀 的 特 点15材料腐蚀给国民经济带来巨大损失材料腐蚀给国民经济带来巨大损失腐蚀事故危及人身安全腐蚀事故危及人身安全腐蚀造成资源和能源的浪费腐蚀造成资源和能源的浪费腐蚀引起环境污染腐蚀引起环境污染腐蚀造成的危害161 钢铁工业腐蚀掉大
8、量的钢铁钢铁工业腐蚀掉大量的钢铁每年腐蚀：大约1020的金属年产量2003年钢产量 世界：9.625亿吨 中国：2.2亿吨 美国：0.914亿吨世界每年腐蚀掉的钢 美国的钢产量； 中国一年被腐蚀掉的钢 = 一大型钢铁企业年产量每年腐蚀：大约1020的金属年产量2003年钢产量 世界：9.625亿吨 中国：2.2亿吨 美国：0.914亿吨世界每年腐蚀掉的钢 美国的钢产量； 中国一年被腐蚀掉的钢 = 一大型钢铁企业年产量腐蚀造成的危害172 交通运输： 铁轨、机车部件的腐蚀和磨蚀；飞机零部件的高温腐蚀和应力腐蚀；船舶在海洋环境中的腐蚀；交通运输： 铁轨、机车部件的腐蚀和磨蚀；飞机零部件的高温腐蚀和
9、应力腐蚀；船舶在海洋环境中的腐蚀；钢轨的锈蚀、磨损 机车底架：侧梁铆钉头被局部腐蚀穿透 机车气缸：气缸套壁空泡腐蚀：9mm?5mm，甚至穿透 带来极大的事故隐患带来极大的事故隐患!2300万吨 x 1 %/年 = 23万吨/年 每年使用120万吨：1/5 被腐蚀腐蚀造成的危害18海洋环境中：海水腐蚀介质、海洋大气腐蚀介质、海水冲刷、 复杂波动载荷等；船舶腐蚀：船体锈蚀、螺旋桨叶片电偶腐蚀、水线腐蚀、应力腐蚀等。腐蚀造成的危害3193 能源电力：水电有水轮机组的腐蚀、叶片空蚀；火电有锅炉和管道的腐蚀；核电站高温、辐照、液态金属等腐蚀；煤矿安全；油气开采和运输造成设备和管道的腐蚀。能源电力：水电有
10、水轮机组的腐蚀、叶片空蚀；火电有锅炉和管道的腐蚀；核电站高温、辐照、液态金属等腐蚀；煤矿安全；油气开采和运输造成设备和管道的腐蚀。腐蚀造成的危害20电力：高温、高压、高流速、高转速锅炉、汽轮机、凝汽机、发电机、加热器、水泵、管道电力：高温、高压、高流速、高转速锅炉、汽轮机、凝汽机、发电机、加热器、水泵、管道100万kw的电站：腐蚀 停运几万美元/天过热器管腐蚀泄漏：蚀坑（针孔10mm）原因：锅炉停用时大气腐蚀造成局部锈点；锅炉运行时锈点处高温腐蚀腐蚀造成的危害21煤矿：井下潮湿，水质变化大氧气充分，多含SO2、CO、甲烷井下设备磨损严重煤矿井筒装备：腐蚀速率0.17-0.25mm/y，平均寿命
11、15年；排水管、离心泵在酸性井下水中的腐蚀；钢轨、金属支柱、支架的磨损和腐蚀腐蚀造成的危害22石油天然气开采、集束和输运：油气田：O2、CO2、H2S、地层水的腐蚀；长输管道：内部多相流动腐蚀、外部土壤、微生物腐蚀海洋平台、海底管道腐蚀造成的危害231989:前苏联输气管道爆裂:1024人伤亡1989:前苏联输气管道爆裂:1024人伤亡2004：日本核电站管道腐蚀造成泄漏事故：日本核电站管道腐蚀造成泄漏事故腐蚀造成的危害24塔里木油田某井油管腐蚀形貌图塔里木油田某井油管腐蚀形貌图塔里木油田某井油管腐蚀形貌图塔里木油田某井油管腐蚀形貌图腐蚀造成的危害25含硫输气管线沿含硫输气管线沿含硫输气管线沿
12、含硫输气管线沿 着焊缝开裂失效着焊缝开裂失效着焊缝开裂失效着焊缝开裂失效城市天然气管道由于腐蚀城市天然气管道由于腐蚀城市天然气管道由于腐蚀城市天然气管道由于腐蚀 造成的泄漏和爆炸造成的泄漏和爆炸造成的泄漏和爆炸造成的泄漏和爆炸腐蚀造成的危害264 化工工业（石化、造纸等）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。化工设备：管道、锅炉、储 存、阀门、冷凝；4 化工工业（石化、造纸等）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。化工设备：管道、锅炉、储 存、阀门、冷凝；腐蚀造成的危害27导电电路绝缘层硅衬
13、底元件结构集成电路示意图集成电路扫描电镜照片1 m6 电子产品电子产品腐蚀造成的危害4287 民生：自来水管的锈蚀；民生：自来水管的锈蚀；8 环境污染环境污染腐蚀造成的危害29国外腐蚀损失调查结果腐蚀造成的经济损失30材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1.84.21257000100200300400500600700800经济损失（亿美元）经济损失（亿美元）自然灾害金属腐蚀自然灾害金属腐蚀1975年美国腐蚀造成的经济损失31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 少通过普及腐蚀与防护 知识，推广应用先进 的
14、防腐蚀技术，腐蚀 造成的经济损失可减 少3040。腐蚀损失与防护间关系的示意图腐蚀经济学32每年仅腐蚀就造成经济损失：每年仅腐蚀就造成经济损失：每年仅腐蚀就造成经济损失：每年仅腐蚀就造成经济损失：4%GDP材料服役失效造成 的经济损失材料服役失效造成 的经济损失25-40%可以挽回可以挽回2004年我国年我国GDP13.7万亿元万亿元2004年我国年我国GDP13.7万亿元万亿元 4%GDP损失损失5480亿元亿元4%GDP损失损失5480亿元亿元 可挽回可挽回13602100亿元亿元可挽回可挽回13602100亿元亿元腐蚀经济学33 不锈钢的发明和应用：硝酸和合成氨工业的发展 美国阿波罗登月
15、计划：6%NO缓蚀剂避免储存N2O4推 进剂高压容器的应力腐蚀破裂 美国用30年（1947-1976）时间 研究熔盐原子能反应堆，但由于裂 变产物对材料的腐蚀难以解决而放 弃腐蚀防护的意义34春秋战国春秋战国春秋战国18世纪1818世纪世纪金属的氧化、溶解、钝化金属的氧化、溶解、钝化19世纪1919世纪世纪铁的钝化膜形成历程、金属溶解的电化学本质、 腐蚀微电池特征、金属在酸中溶解的动力学铁的钝化膜形成历程、金属溶解的电化学本质、 腐蚀微电池特征、金属在酸中溶解的动力学20世纪2020世纪世纪独立学科，腐蚀历程的基本电化学规律，腐 蚀科学的基本理论：现代腐蚀科学青铜剑、箭镞独立学科，腐蚀历程的基
16、本电化学规律，腐 蚀科学的基本理论：现代腐蚀科学青铜剑、箭镞 含铬表面涂层大漆含铬表面涂层大漆 防腐涂料防腐涂料腐蚀科学的发展历史351748 罗蒙诺索夫金属的氧化（质量不灭定律罗蒙诺索夫金属的氧化（质量不灭定律推翻了推翻了“热素热素”说）说）1790 凯依尔铁在硝酸中的钝化凯依尔铁在硝酸中的钝化1830 德德.拉拉.里夫金属腐蚀微电池里夫金属腐蚀微电池1833 法拉第电解定律法拉第电解定律腐蚀量化计算腐蚀量化计算1840热镀锌保护钢板获得专利热镀锌保护钢板获得专利1881 卡杨捷尔金属在酸中的溶解动力学卡杨捷尔金属在酸中的溶解动力学1913镍、铬不锈钢开始获得实际应用镍、铬不锈钢开始获得实际应用1920-伊文思腐蚀极化图瓦格纳混合电位理论布拜电位伊文思腐蚀极化图瓦格纳混
