金属材料的腐蚀与防护
金属材料在周围介质作用下发生化学和电化学作用而引起的破坏称为金属材料的腐蚀，如铜发绿锈、铝生白斑点、铁生锈等。除少数贵金属（如金、铂）外，各种金属都有转变成离子的趋势，即金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。
金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，这些损失比设备的价值通常要大得多。世界上每年被完全腐蚀的钢铁约占当年钢产量的10%，就中国而言，每年被完全腐蚀的钢铁达1000多万吨，约相当于一个宝钢的年产量。据不完全统计，中国2000年腐蚀造成的损失为5000多亿元人民币，占中国当年国民生产总值的5%，比当年遭受的自然灾害的总和要大得多，大约为4倍左右。材料的腐蚀严重阻碍科学技术的发展，许多新工艺研制出来后，由于腐蚀问题得不到解决而迟迟不能大规模工业化生产，如由氨与二氧化碳合成尿素工艺早在1915年就试验成功，一直未能工业化生产，直到1953年，在发明了设备的耐蚀材料（316L不锈钢）后，才得以大规模生产。因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。
10．1．2腐蚀的类型
由于金属材料腐蚀机理较复杂，因此腐蚀的分类方法很多。
（1）按腐蚀反应的机理分类
○1化学腐蚀化学腐蚀是指金属材料与干燥的气体或非电解质溶液发生化学作用而引起的腐蚀，如金属在铸造、锻造、热处理过程中发生的高温氧化，各种管式炉的炉管受高温氧化以及金属在苯、含硫石油、乙醇等非电解质中的腐蚀。化学腐蚀的特征是只有氧化－还原反应，无电流产生。化学腐蚀通常为干腐蚀，腐蚀速率较小。
化学腐蚀后若能形成致密、牢固的表面膜，则可阻止外部介质继续渗入，起到保护金属的作用。如铝与氧形成Al2O3、铬与氧形成Cr2O3等都属于这种表面膜。
○2电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的腐蚀，如金属在酸、碱、盐溶液、土壤、海水中的腐蚀。电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为阳极反应和阴极反应两个独立过程。阳极反应过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金属离子或溶剂化金属离子；阴极反应过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。电化学腐蚀的特征是腐蚀过程中有电流产生，腐蚀速率比化学腐蚀大得多。
（2）按腐蚀形态分类
○1全面腐蚀全面腐蚀是材料表面较均匀地遭受腐蚀，如非合金钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。这是一种质量损失较大而危险性相对较小的腐蚀，可按腐蚀前后质量变化或腐蚀深度变化来计算腐蚀率。
○2局部腐蚀局部腐蚀是指金属的局部区域产生的腐蚀，由于这种腐蚀的分布、深度很不均匀，常在整个设备较好的情况下，发生局部穿孔或破裂，且不易发现，所以危害性很大。常见的局部腐蚀将于10．3节介绍。
（3）按腐蚀的环境分类
按腐蚀的环境分类可分为大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、土壤的腐蚀及化学介质腐蚀等。
10．2金属材料防护的基本措施
为了防止和减轻金属材料的腐蚀，应采取一定的防腐措施。常用的防腐基本措施有化学保护层、表面覆盖层、电化学保护、缓冲剂保护等。
10．2．1化学保护层
化学保护层是用化学或电化学方法使金属表面上生成一种具有耐腐蚀性能的化合物薄膜，以隔离腐蚀介质与金属接触来防止对金属的腐蚀。常用的方法有金属表面磷化处理、金属表面钝化处理和金属表面氧化处理等。
（1）金属表面磷化处理
金属表面磷化处理就是将金属制品去油、除锈后，放入锰、锌、镉的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面生成一层不溶于水的磷酸盐保护膜的过程。磷化膜厚度一般为5 μm～20 μm，在大气中有较好的耐蚀性和绝缘性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。
（2）金属表面钝化处理
金属表面钝化处理是指将金属制品放入含铬酸盐的钝化液中浸泡，生成一层具有一定的防腐性能的三价或六价铬化层的过程。钝化液主要成分为铬酸盐及少量的磷酸、硫酸（或硝酸）等溶液，再加入氯化铁、硝酸银等控制膜的生成与厚度。有色金属如铝、镁、锌、锡等以及钢铁都能通过钝化处理生成钝化层。
（3）金属表面氧化处理
金属表面氧化处理是指金属表面与氧或氧化剂作用而形成致密的氧化膜，以防止金属腐蚀的方法，如钢铁的氧化（发兰）、铝的电化学氧化等，常用于机械、精密仪器、仪表、武器和日用品的防护和装饰。氧化处理方法有碱性氧化法、酸性氧化法等。
10．2．2表面覆盖层
用耐蚀性良好的金属或非金属材料覆盖在耐蚀性较差的被保护材料表面，将被保护材料与腐蚀性介质隔开，以达到控制腐蚀的目的，这种保护方法称为表面覆盖层保护法。该方法是应用最普通、最重要的防腐方法，它不仅能大大提高被保护材料的耐蚀性能，而且能节约大量的贵重金属和合金。
表面覆盖层材料有金属材料和非金属材料两大类。无论采用金属还是非金属的覆盖层，在施工前都应进行表面清理，以确保覆盖层与基底金属有良好的结合力。表面清理包括机械清理（手工除锈、气动除锈、喷射除锈）和化学、电化学清理等。
（1）金属覆盖层
金属覆盖层一般有金属镀层和金属衬里。
○1金属镀层金属镀层主要包括电镀、化学镀、热喷涂（喷镀）、热浸镀等。
a．电镀电镀是利用直流电或脉冲电流作用从电解质中析出金属，并在工件表面沉积而获得金属覆盖层的方法。用电镀获得的镀层多数是纯金属，如金、铂、银、铜、锡、镍、镉、铬、锌等，但也有合金镀层，如黄铜、锡青铜等。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；而用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属覆盖在需要电镀的金属制品上。电镀主要用于细小、精密的仪器仪表零件的保护，抗磨蚀的轴类的修复等。因电镀层外表美观，故常用于装饰。
b．化学镀化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属，并在工件表面沉积而获得金属覆盖层的方法。化学镀是不需消耗电能，加热方式灵活，备有（如蒸汽、油炉、煤气）烧水装置即可。化学镀不受工件形状的影响，只要镀液能到达的地方都可获得致密的镀层。化学镀层基本无孔，耐蚀性良好。但化学镀对工件镀前表面处理要求较高应用最多的是化学镀镍磷合金，即将工件放在含镍盐、次磷酸钠及其它添加剂的弱酸性溶液中得到镀镍层。化学镀镍的工件，常用作抗强碱性溶液、氯化物、氟化物的腐蚀；由于镀层硬度较高，可用于耐磨的场合，如高级塑料模表面上的镀镍磷合金；也广泛应用在飞机零件、汽车工业、石油、化学工业、电子和计算机工业等方面，如镀上10μm左右的化学镀镍层的铝质散热器具有良好的铅焊性。
化学镀银主要用于电子部件的焊接点、印制线路板，以提高制品的耐蚀性和导电性能，如铍青铜上镀银，可进一步提高铍青铜弹性的导电性。化学镀银也广泛用于各种装饰品。
c．热喷涂热喷涂是利用热源将金属或非金属材料熔化、半熔化或软化，并以一定速度喷射到被保护材料表面而形成镀层的方法，常用的热喷涂材料有铝、锌、铝锌合金及不锈钢。利用热喷涂可以大幅度提高产品的使用性能和延长使用寿命，已在工业各领域广泛应用。
d．热浸镀热浸镀是将工件浸入比自身熔点更低的熔融金属槽中，或以一定速度通过熔融金属槽，使工件涂敷上低熔点金属覆盖层的方法。该方法只能用在被保护金属与镀层金属可以形成化合物或固溶体的场合，否则熔融金属不能黏附在工件表面。作为浸涂层的金属应是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和A1等，
热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。
○2金属衬里金属衬里就是把耐蚀金属衬在被保护金属（一般为普通非合金钢）上，如衬钛、衬铅、衬铝、衬不锈钢等。只要金属衬里施工合理，就可起到该材料应有的耐蚀作用。
（2）非金属材料覆盖层
非金属材料覆盖层保护是指在金属设备上覆上一层有机或无机的非金属材料进行保护的一种方法。常用的有涂料覆盖层、玻璃钢衬里、橡胶衬里及砖板衬里等。其中涂料覆盖层应用较广泛。涂料覆盖层通常分为底漆层、中间涂层和面漆层。底漆层是直接涂在被保护金属表面上，是整个涂层的基础，要求有比较好的附着力、防锈、防蚀、防水能力，常用底漆有红丹底漆、环氧富锌漆、云母氧化底漆、铁红环氧低漆等。中间涂层是介于底漆层和面漆层之间的涂层，它的主要功能是改善表面和底漆涂层的平整度，增加底漆与面漆层间的结合力，中间漆为防锈漆，有红丹防锈漆、铁红防锈漆等。面漆层是直接与腐蚀介质接触的涂层，要求有较好的牢度和耐蚀性，有灰铅漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。
10．2．3电化学保护
电化学保护是根据电化学原理通过改变金属在电解质溶液中的电极电位，从而控制金属腐蚀的方法。有阴极保护和阳极保护两种方法。
（1）阴极保护
阴极保护的应用已有一百多年历史，技术比较成熟，可分为牺牲阳极保护和外加电流保护两种。
○1牺牲阳极保护牺牲阳极保护是将被保护金属与另一电极较低的金属（例如铝、锌及其合金）连接起来，形成一个原电池，使被保护金属作为成为原电池的阴极而免遭腐蚀，电极电位较低的金属（护屏）成为原电池的阳极而被腐蚀，牺牲阳极保护法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀。
○2外加电流保护外加电流保护是将被保护的金属与外加直流电源的负极相连，而另一金属与被保护金属隔开，并与直流电源的阳极相连，从而达到防腐的目的，此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。
（2）阳极保护
是将被保护的金属与外加直流电源的阳极相连，让金属表面生成钝化膜起保护作用。阳极保护只能适用于金属在介质中能钝化的场合，现已应用于硫酸生产中的结构，如碳钢储槽、换热器、三氧化硫发生器等，以及氨水和铵盐溶液中的碳化塔、氨水储槽等。
10．2．4缓冲剂保护
在腐蚀介质中，通过添加少量的能阻止或减缓金属腐蚀的物质使金属得到保护的方法，称为缓冲剂保护，该物质称为缓冲剂。缓冲剂有铬酸盐、硝酸盐等阳极型缓冲剂，锌、锰和钙的盐类等阴极型缓冲剂，胺盐类、醛（酮）类、杂环化合物、有机物等混合型缓冲剂。缓冲剂保护在酸洗操作和循环冷却水的水质处理中得到普遍应用。
10．3金属材料常见的局部腐蚀
常见的局部腐蚀有电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀及应力腐蚀等。
10．3．1电偶腐蚀
（1）电偶腐蚀的概念
当两种电位不同的金属相互接触并放入电解质溶液中时，由于两种金属之间存在的电位差，将驱使电子在它们之间流动，从而形成一个腐蚀电池，即电位较低的金属（阳极）腐蚀加速，而电位较高的金属（阴极）腐蚀反而减慢（得到了保护）。这种在腐蚀现象，称为电偶腐蚀或双金属腐蚀，也称为接触腐蚀。两种金属之间的电位相差越大，电偶腐蚀越严重。金属在特定介质中的腐蚀电位，可查阅金属材料的电偶序。电偶序就是按金属或合金在一定条件下测得的腐蚀电位的高低而排列的顺序，是判断金属材料产生电偶腐蚀倾向的依据。在电偶序中，同一组内的金属的电位相差不大，通常无显著的电偶效应，可联合使用；两金属的距离越远，其电位差越大，电偶腐蚀越严重，即电位较低的金属（阳极）腐蚀程度显著增加。
（2）防止电偶腐蚀的措施
○1选择材料时应尽量避免由异种金属或合金相互接触。若不可避免时，应尽量选择在电偶序中位于同组或位置相近的金属或合金。
○2要避免大阴极和小阳极面积的组合。这是因为发生电偶腐蚀时阳极金属腐蚀程度显著增加，若阳极金属太小，可使阳极腐蚀电流急剧增加，在短期内将引起结构的破坏。
○3施工中可考虑在不同金属的联接处或接触面采取绝缘措施，避免不同金属的直接接触。
○4采用适当的涂层进行保护。但使用涂层时必须十分小心谨慎，必须把涂料涂覆在阴极性金属上，这样可显著减小阴极面积；如果只涂覆在阳极性金属上，由于涂层的多孔性或局部涂层脱落，必然产生严重的大阴极和小阳极组合的有害局面，致使有涂层的阳极材料通常比无涂层的材料更快出现失效。
○5由于阳极部件易于腐蚀，因此，选用容易更换的阳极部件，或将它加厚以延长使用寿命。
○6用外加电源对整个构件实行阴极保护或安装一块电位比被保护的两种金属更低的第三种金属。
10．3．2点蚀
（1）点蚀的概念
点蚀又称孔蚀，是在金属上产生小孔的一种高度集中的局部腐蚀形态。蚀孔有大有小，多数情况下为小孔。一般说来，点蚀表面直径等于或小于它的深度，只有几十微米，分散或密集分布在金属表面上，孔口多数被腐蚀产物所覆盖，少数呈开放式。有的为碟形浅孔，有的是小而深的孔，也有的孔甚至使金属板穿透。点蚀的破坏性比全面腐蚀大得多，是一种最普遍的局部腐蚀类型。点蚀多数发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属上，并且在含有氯离子的介质中更容易发生。
（2）防止点蚀的措施
○1选用抗点蚀合金材料制造。钼有助于提高不锈钢的抗点蚀能力，低碳、超低碳及含硫化物少的高纯度不锈钢抗点蚀能力强。如0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni13Mo2N不锈钢主要作耐点蚀材料。
○2注意保护材料表面。不要划破、擦伤表面膜，焊接时注意不要让焊渣落在材料表面。否则，点蚀将在这些地方优先发生。
○3尽量降低介质中氯、溴等卤素离子及氧化性金属离子的浓度影响。
○4由于点蚀通常发生在静滞溶液中，因此，提高溶液的流动速度、搅拌溶液可防止点蚀的产生。但流速过高时液体处于湍流状态，会对钝化膜起冲刷破坏作用，引起磨损腐蚀。
○5降低介质温度，有利于点蚀的防止。
○6加入缓蚀剂，可防止点蚀的产生。缓蚀剂能稳定和修复钝化膜金属的钝化膜。
○7采用阴极极化法，使金属的电位低于临界点蚀电位，从而抑制点蚀的产生。。
10．3．3缝隙腐蚀
（1）概念
缝隙腐蚀是指金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成的特别小的缝隙，使介质滞留在缝隙内，引起缝内金属加速腐蚀的现象。产生缝隙腐蚀的缝隙的缝宽大约在0．025～0．1mm。缝隙过宽，液体能进行对流就不会发生缝隙腐蚀；缝隙过窄，液体由于表面张力作用进不了缝隙，也不会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀使一种极为普遍的局部腐蚀。
缝隙腐蚀与点蚀的形成过程上有所不同，缝隙腐蚀是在腐蚀前就已存在缝隙，而点蚀是通过腐蚀过程的进行逐渐形成蚀坑，而后加速腐蚀。或者说，前者是由于介质的浓度差引起的；而后者一般是由钝化膜的局部破坏引起的。与点蚀相比较，对同一种金属而言，缝隙腐蚀更易发生。缝隙腐蚀的临界电位要比点蚀电位低。此外，在腐蚀形态上点蚀较窄而深，缝隙腐蚀较广而浅。
（2）防止缝隙腐蚀的措施
○1尽量避免缝隙。消除缝隙是防止产生缝隙腐蚀的最好办法，结构设计时，尽量避免锐角和形成积液的死角。设计容器时要使液体能完全排净，要便于清理和去除污垢。无法避免缝隙的地方尽量用填料填实缝隙。
○2尽量采用对焊，避免铆接或螺栓连接。如热交换器管板上的管子最好采用焊接，或先胀后焊。对焊优于搭焊。焊接时要焊透，避免产生焊孔和缝隙。搭接焊的缝隙要用连续焊、钎焊或捻缝的方法将其封塞。
○3 选用不吸湿垫片。螺钉接合结构中可采用低硫橡胶垫片，不吸水的垫片（聚四氟乙烯）。或在接合面上涂以环氧、聚胺酯或硅橡胶密封膏，以保护连接处。或涂以有缓蚀剂的油漆，如对钢可用加有PbCrO4的油漆，对铝可用加有ZnCrO4的油漆。
○4采用阴极保护，如在海水中采用锌或镁的牺牲阳极法。
○5采用高浓度的缓蚀剂防止缝隙腐蚀。由于缓蚀剂进入缝隙时常受到阻滞，其消耗量大，如果用量不当，反而会加速腐蚀。
10．3．4晶间腐蚀
（1）概念
晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿晶界发生和发展的局部腐蚀，这种腐蚀主要是从表面开始，沿着晶界向内部发展，直至成为溃疡性腐蚀，整个金属强度几乎完全丧失。在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力，失去金属声音，严重时只要轻轻敲打就可破碎，甚至形成粉状。因此，它是一种危害性很大的局部腐蚀。
晶间腐蚀的产生必须具备两个条件，一是晶界物质的物理化学状态与晶粒本身不同；二是特定的环境因素，如潮湿大气、电解质溶液、过热水蒸气、高温水或熔融金属等。产生晶间腐蚀的原因主要是合金元素贫乏化，例如18－8不锈钢因晶界析出沉淀相Cr23C6，使晶界附近留下贫铬区，硬铝合金因沿晶界析出CuAl2而形成贫铜区。
（2）防止晶间腐蚀的措施
○1降低不锈钢中的含碳量。碳与铬形成的Cr23C6碳化物导致晶间腐蚀的发生，当含碳量降到0．02％（超低碳）以下时，可以减少晶界附近的铬消耗而避免晶界处铬的贫乏，避免晶间腐蚀的产生。
○2加入稳定化元素钛或铌。在不锈钢中加入稳定化元素钛或铌，可以优先与钢中的碳形成稳定碳化物（TiC、NbC），不至于形成Cr23C6，有利于防止铬的贫乏，避免晶间腐蚀的产生。
○3采用固溶处理。即将不锈钢加热至1050～1100oC，保温一段时间让Cr23C6充分溶解，然后快速冷却（水冷），以防止碳化物的析出，从而避免晶界处铬的贫乏，防止产生晶间腐蚀。
10．3．5应力腐蚀
（1）概念
应力腐蚀是指金属材料在拉伸应力的作用下，又处在特定的腐蚀环境中，材料虽然在外观上没有多大变化，如未产生全面腐蚀或明显变形，但却产生了裂纹的现象。
应力腐蚀裂纹的走向在宏观上与主拉应力的方向垂直。应力腐蚀破裂的断口总是宏观脆性的，即使塑性很好的合金也是如此。应力腐蚀破裂往往在没有明显预兆的情况下发生，是一种很危险的腐蚀破坏，特别是对受压设备和管道，往往会造成十分严重的后果。对于某一种金属材料仅有少数几种化学介质才能引起应力腐蚀破裂，常用合金易于产生应力腐蚀破裂的介质如表10－1所示。在特定的腐蚀环境中，只有足够大的拉应力作用材料才会发生应力腐蚀破裂。
表10－1 常用合金易于产生应力腐蚀破裂的介质
合金介质合金介质
铝合金氯化物
湿的工业大气
海洋大气低碳钢沸腾的氢氧化钠
沸腾的硝酸盐
油田用钢硫化氢和二氧化碳
铜合金铵离子
胺低合金高强度钢氯化物
镍基合金热浓的氢氧化钠
氢氟酸蒸气奥氏体不锈钢（300系列）沸腾的氯化物
沸腾的氢氧化钠
连多硫酸
钛合金氯化物
甲醇
温度高于290oC的固体氯化物铁素体和马氏体不锈钢（400系列）氯化物
反应堆冷却水
马氏体时效钢氯化物
（2）防止应力腐蚀破裂的措施
○1合理选材。通常一种材料只有在几种应力腐蚀环境，因此，在特定的腐蚀环境中选择没有应力腐蚀破裂敏感性的材料。
○2热处理消除残余应力。发生应力腐蚀破裂的应力包括工作应力和制造过程中的残余应力，在工作应力相同时，残余应力在应力因素中起重要作用。因此，采用热处理消除结构中的残余应力是防止应力腐蚀破裂的有效手段。对于有可能产生应力腐蚀破裂的设备特别是内压设备，焊后都应进行消除焊接应力的退火处理。
○3改变表面应力方向。由于引起应力腐蚀破裂的应力为拉应力，因此，采用喷丸、滚压、锻打等措施给予一定的压应力，可以减小制造拉应力，从而降低应力腐蚀破裂的敏感性。
○4合理设计设备结构，严格控制制造工艺。对焊接设备，最好采用对接焊，避免搭接焊，减少附加弯曲应力。尽量避免焊缝聚集、交叉，以减少制造残余应力。严格控制焊接工艺，避免未焊透、焊接裂纹、气孔等缺陷的产生，否则，在缺陷处将产生应力腐蚀破裂。焊接过程中，应保证焊接部件伸缩自如，防止因热胀冷缩产生内应力。
○5添加缓蚀剂。添加某些缓蚀剂，可有效降低材料的应力腐蚀敏感性。例如，在储存、运输氨的非合金钢容器中，保持0．2%以上的水，可有效防止其应力腐蚀破裂，这里所加的就是缓蚀剂。
○6采用保护性覆盖层。采用电镀、喷渡、渗渡所形成的金属覆盖层和以涂料为主的非金属覆盖层，可起到防止应力腐蚀破裂的作用。
○7采用阴极保护。
金属腐蚀与防腐 柯昌鑫 1303230011 新能源材料与器件 摘要：金属腐蚀对人类社会产生巨大的危害，对金属材料的腐蚀进行防护是十分必要的。文章介绍了金属腐蚀的本质和危害，对金属腐蚀防护的方法和重要性进行了详细的阐述。 关键词：金属腐蚀本质危害防腐 引言：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表面镀金以增加美观并可防腐蚀。在秦始皇陵墓中发掘出来的箭镞有的迄今仍毫无锈蚀。金属腐蚀问题有很多解决方法，随着科技进步，越来越多的金属防护方法面世，这些方法各有千秋，也有不足。 1.金属腐蚀的本质：金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。 2.金属腐蚀的危害：金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的30% ,造成地球上的有限资源日益枯竭. 全世界每90s就有1t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月,因此,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大,甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 3.金属腐蚀的分类：根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏；化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要环境的介质中有水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液,比如大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀.。环境中引起金属腐蚀的物质主要是氧分子和氢离子,它们分别导致金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀,其中又以吸氧腐蚀最为普遍。 4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表面镀金以增加美观并可防腐蚀。在秦始皇陵墓中发掘出来的箭镞有的迄今仍毫无锈蚀，在这些箭镞表面上有一层致密的黑色氧化层，其中含铬2％左右,而青铜基体本身并不含铬。这一现象尚待研究。1830～1840年间英国法拉第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。 5.金属腐蚀防护的方法： 5.1 改变金属的组成：这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。
摘要：本文论述了腐蚀的产生机理，从而探讨了防腐蚀的办法。文章介绍了金属腐蚀与腐蚀机理,详细综述了形成保护层、电化学保护法、缓蚀剂法等几种常见腐蚀防护方法的原理以及在金属腐蚀与防腐中的应用和研究进展。 关键词：金属腐蚀防护 金属腐蚀的分类：根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏；化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要环境的介质中有水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液,比如大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀.。环境中引起金属腐蚀的物质主要是氧分子和氢离子,它们分别导致金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀,其中又以吸氧腐蚀最为普遍。 腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。20世纪70年代前后，许多工业发达国家相继进行了比较系统的腐蚀调查工作，并发表了调查报告。结果显示，腐蚀的损蚀占全国GNP的1%到5%。这次调查是各国政府关注腐蚀的危害，也对腐蚀科学的发展起到了重要的推动作用。在此后的30年间，人们在不同程度上进行了金属的保护工作。在以后的不同时间各国又进行了不同程度的调查工作，不同时期的损失情况也是不同的。有资料记载，美国1975年的腐蚀损失为820亿美元，占国民经济总产值的4.9%；1995年为3000亿美元，占国民经济总产值的4.21%。这些数据只是与腐蚀有关的直接损失数据，间接损失数据有时是难以统计的，甚至是一个惊人的数字。我国的金属腐蚀情况也是很严重的，特别是我国对金属腐蚀的保护工作与发达的工业国家相比还有一段距离。据2003年出版的《中国腐蚀调查报告》中分析，中国石油工业的金属腐蚀损失每年约100亿人民币，汽车工业的金属腐蚀损失约为300亿人民币，化学工业的金属腐蚀损失也约为300亿人民币，这些数字都属于直接损失。如该报告中调查某火电厂锅炉酸腐蚀脆爆的实例，累计损失约15亿千瓦·时的电量，折合人民币3亿元，而由于缺少供电量所带来的间接损失还没有计算在内。所以说，金属腐蚀的损失是很严重的，必须予以高度的重视。金属腐蚀在造成经济损失的同时，也造成了资源和能源的浪费，由于所报废的设备或构件有少部分是不能再生的，可以重新也冶炼再生的部分在冶炼过程中也会耗费大量的能源。目前世界上的资源和能源日益紧张，因此由腐蚀所带来的问题不仅仅只是一个经济损失的问题了。腐蚀对金属的破坏，有时也会引发灾难性的后果，此方面的例子太多了，所以对金属腐蚀的研究是利国利民的选择。由于世界各国对于腐蚀的危害有了深刻的认识，因此利用各种技术开展了金属腐蚀学的研究，经过几十年代努力已经取得了显著的成绩。 金属防护的方法： 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，提高其耐腐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。 在金属表面形成保护层在金属表面覆盖各种保护，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法[3]。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。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。该法就是使金属表面形成转化层和加上一层坚固的保护层，达到隔离大气保护金属的目的.如对金属表面实施电镀、化学镀以及氧化、磷化处理等，可使金属表面覆盖一层耐腐蚀的保护层;也可以对金属表面氮化。
华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 题目材料腐蚀与防护论文 学院环境与市政工程学院 专业 姓名 学号 指导教师 完成时间2016年10月20日 华北水利水电大学
前言 工程材料的腐蚀给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识重视。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震灾害（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会因溶液离子受到腐蚀产物的阻挡，导致扩散被阻而腐蚀速度变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。影响金属腐蚀的因素有内部因素、外部因素及设备结构因素。控制腐蚀的根本办法自然应是控制电化学作用，即如何消除腐蚀电池。即使不能完全消除，也要设法使腐蚀电流密度降至最低程度。常用的腐蚀防护方法有涂料、缓蚀剂和电化学保护 关键词：金属腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀 Abstract:The serious damage to the national economy and the social life caused by the corrosion of engineering materials has been more and more recognized by people. The loss of metal corrosion is far more than the flood, fire, typhoon and earthquake disaster (average) the total loss, here does not include indirect losses due to corrosion caused by production downtime, and explosion caused by. Corrosion of metals in aqueous solutions is an electrochemical reaction. The formation of a corrosion cell isolation of anode and cathode area on the metal surface, the metal loses electrons in solution, a positively charged ion, this is a process that the anodic process of oxidation. With the development of the corrosion process, in most cases, cathode or anode process will be blocked by ionic corrosion products, leading to the proliferation resistance and corrosion speed is slow, this phenomenon is called polarization, the corrosion of metal decreases with increasing polarization. Factors affecting metal corrosion include internal factors Keyword :Metal corrosion Electrochemical corrosion
《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 习题解答 第一章 1.根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6
=0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。 （2）对不锈钢在20%HNO3( 25℃)有： 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。
化工设备的腐蚀与防护论文 摘要：腐蚀是材料时效的重要形式之一。化工设备在生产过程中因化学或电化学反应的存在而出现腐蚀现象。设备的腐蚀若不能及时进行相关的防护措施，会成为企业正常生产的重大安全隐患之一，给企业带来严重的经济损失或是人员伤亡。化工设备的腐蚀与防护问题是化工企业必须考虑的重大问题，本文对设备的腐蚀原因进行的简要分析并提出了相关的防腐措施。 关键词：化工设备；腐蚀；防护 一、设备腐蚀的重大危害分析 由于腐蚀现象无处不在，由腐蚀造成的国民经济损失占其总值的.5%左右。在化工原料生产企业，这个比重还会增加两倍。在化工生产企业，设备的腐蚀与防护控制已成为企业生产过程中成本控制的重要因素之一。若对设备的腐蚀不能做好相应的防护措施，则很容易发生因设备腐蚀损坏而造成的停车现象，影响企业的正常生产，给企业带来相应的经济损失。有统计显示，当设备停车更换腐蚀部件或做相应的维护次数达到100此时，其产生的费用或给企业带来的直接、间接经济损失的综合与企业进行生产活动的总投资相当。由此可见，企业对化工设备的腐蚀与防护问题必须给予足够的重视。 二、设备腐蚀类型分析 1. 按腐蚀机理分类 若按腐蚀机理来说，金属设备的腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两类。化学腐蚀和电化学腐蚀的主要区别就是腐蚀过程中有无腐蚀电位产生。只有非电解质溶液与设备表面接触而发生的腐蚀称为化学腐蚀，这种情况不是很常见，金属只有在高温干燥气体或甲醇等非电解质溶液中才会发生，非金属材料也只有在符合化学动力学规律的前提下才会发生化学腐蚀。 材料的另一种腐蚀形式电化学腐蚀则是很常见，金属在各种能发生电化学反应的酸、碱、盐溶液或超市的空气、土壤甚至工业用水中都会发生电化学腐蚀现象。金属的电化学腐蚀速率较快，腐蚀危害较大，是企业重点预防的腐蚀类型。 2. 按破坏形态分类 设备受腐蚀而损坏的形态可以分为全面腐蚀和局部腐蚀两种。 全面腐蚀在是设备的金属表面由于和电解质溶液或空气的接触而发生的整体的、均匀的腐蚀。设备的全面腐蚀会使其厚度减少，但一般都是可以控制和预防的。在设备的设计过程中，一般都会综合考虑其使用环境和使用寿命老来设计设备的厚度或采取相应的防腐措施。
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/ρ m-摩尔质量 氧化物的体积： V MO = m'/ ρ ' 用? = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ） 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 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7 MoO3 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。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别 答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀 ②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生 ④与环境电位密切相关
随着对经济效益的追求，必然趋动整个涂装工业的迅速发展，涂 装安全和清洁生产得到了政府和企业的重视，但目前涂装伤亡事故、 中毒事故、火灾爆炸事故频繁发生；从业人员的急、慢性苯中毒和粉 尘侵害等职业安全卫生问题比较突出，职业病人数居高不下；在涂装 过程中产生的废气、废水、废渣等三废问题也给环境造成了不同程度 的污染，影响生态平衡或直接危害了人类的健康，给国家财产和人民 生命财产造成了不同程度的损失。为了帮助企业加强作业安全防护措施，搞好车间设计，减少环境污染，构建和谐美丽环境，我中心决定 近期举办“涂装作业安全防护与清洁生产技术指导会”，此次会议将由 刘小刚主任、涂装安全作业泰斗宋世德副理事长和涂装泰斗林鸣玉副 理事长强强携手，结合实际案例对涂装安全防护清洁生产进行指导。 请各单位根据实际情况派员参加。具体事宜如下： 一、会议内容： Ⅰ涂装作业安全 1．涂装作业安全概述 2．涂装作业场所的燃烧爆炸的防护重点 2.1涂装作业场所燃烧的多发、常发、一触即发的决定因素 2.1.1 涂料及其辅料的主要物化特性 2.1.2 降服涂料燃烧爆炸的基本手段 3．涂装作业防护重点 3.1材料防毒重点 3.2安全卫生管理 3.3标准的实施与监管 3.4急救和应急措施 3.5安全培训教育 4．燃气的毒性，危险性及其一般防护知识 5．涂装安全标准查漏补缺 6．推荐常用的几个涂装安全设计参数 7．涂装作业外的几个常用重要安全‘标准’和‘手册’ Ⅱ涂装清洁生产 1．涂装过程的环保要求 1.1 世界各国对涂装过程的环保要求 1.2我国对涂装过程的环保要求2．涂装过程中三废治理的措施 2.1减少涂装材料中有害物质的含量 2.1.1 前处理材料的减少有害物质措施 2.1.2 涂料中减少有害物质措施 2.2减少废水、废气、废渣排放量的措施 2.2.1 减少废水排放措施 2.2.2 减少废渣排放措施 2.2.3 减少废气排放措施 2.3对排放出的三废中的有害物质进行处理技术 3．HJ/T293－2006《清洁生产标准－汽车制造业（涂装）》3.1 HJ/T293－2006《清洁生产标准－汽车制造业（涂装）》的内容3.2关于HJ/T293－2006实施的建议Ⅲ涂装车间的安全和环保设
XXXXX 大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 毕业论文(设计) 论文题目金属腐蚀与防护 学生姓名 指导老师 学院XXXXXXXXXXXXXXXX学院 专业班级 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 完成时间 2014年3月20日
摘要 工程材料的腐蚀给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来 越为人们所认识重视。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震灾害（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会因溶液离子受到腐蚀产物的阻挡，导致扩散被阻而腐蚀速度变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。影响金属腐蚀的因素有内部因素、外部因素及设备结构因素。控制腐蚀的根本办法自然应是控制电化学作用，即如何消除腐蚀电池。即使不能完全消除，也要设法使腐蚀电流密度降至最低程度。常用的腐蚀防护方法有涂料、电镀、缓蚀剂和电化学保护。 关键词：金属腐蚀防护电化学
目录 1前言................................................................... - 1 -2金属腐蚀综述........................................................... - 1 -2.1金属在水环境中的腐蚀原理........................................... - 1 - 2.2影响腐蚀的因素..................................................... - 1 -3腐蚀的防护............................................................. - 1 -3.1涂料............................................................... - 2 -3.1.1富锌防锈漆....................................................... - 2 -3.1.2氯化橡胶涂料..................................................... - 2 -3.1.3冷固化环氧树脂涂料............................................... - 2 -3.1.4环氧酯防锈涂料................................................... - 2 -3.2电镀............................................................... - 2 -3.2.1防蚀镀层......................................................... - 2 -3.2.2耐磨镀层......................................................... - 2 -3.2.3装饰性镀层....................................................... - 2 -3.3缓蚀剂............................................................. - 3 -3.4电化学防护......................................................... - 3 -3.4.1阴极保护......................................................... - 3 -3.4.2阳极保护......................................................... - 4 - 3.5合理的结构设计..................................................... - 4 - 4 结论 .................................................................. - 4 -
金属腐蚀与防护的理论和方法 作者：张文谦， 蔡邦宏 作者单位：张文谦(广东五华二建工程有限公司)， 蔡邦宏(嘉应大学) 刊名： 内江科技 英文刊名：NEIJIANG KEJI 年，卷(期)：2011,32(3) 被引用次数：2次 参考文献(8条) 1.印永嘉;奚正楷;李大珍物理化学简明教程 1992 2.《表面处理工艺手册》编审委员会表面处理工艺手册 1991 3.建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 2002 4.建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 2002 5.建筑防雷设计规范 2000 6.邓海金;陈秀云重新架构一切一新材料 1998 7.傅献彩;沈文霞;姚天扬物理化学 1990 8.姚大均化学世界 2000 本文读者也读过(5条) 1.龙玉琴解读金属腐蚀与防护[期刊论文]-试题与研究(教学论坛)2010(22) 2.李润生金属腐蚀与防护[期刊论文]-表面工程资讯2010,10(4) 3.中国金属腐蚀与防护领域的开拓者,两院院士师昌绪获2010年度国家最高科学技术奖[期刊论文]-全面腐蚀控制2011,25(2) 4.王道前金属腐蚀的危害及其防范措施[期刊论文]-小氮肥2011,39(8) 5.陈墨关于CO2对常用管道金属腐蚀的研究[期刊论文]-石油和化工设备2006,9(3) 引证文献(2条) 1.熊惠萍金属腐蚀与防护技术探微[期刊论文]-新材料新装饰 2013(12) 2.鲜福灰关联因子分析法在金属腐蚀主因素辨识中的应用[期刊论文]-上海涂料 2013(4) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/5819218822.html,/Periodical_neijkj201103096.aspx
第三单元金属的腐蚀与防护 知能定位 1.了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。 2.了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。 3.了解金属防护的一般方法及金属的电化学防护的原理。 情景切入 铁生锈的现象随处可见，为什么铁在潮湿的环境中容易生锈？采取什么措施可以防止铁生锈呢？ 自主研习 一、金属的电化学腐蚀 1.金属腐蚀 （1）定义 金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。 （2）实质 金属失去电子被氧化。 （3）类型 ①化学腐蚀：指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀过程中无电流产生。 ②电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。 2.电化学腐蚀 （1）吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。 负极： 2Fe==4e-+2Fe2+； 正极： 2H2O+O2+4e-==4OH-； 总反应： 2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH) 2。 最终生成铁锈（主要成分为Fe2O3·xH2O），反应如下： 4Fe(OH) 2+O2+2H2O==4Fe(OH) 3； 2Fe(OH) 3==Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O。 (2)析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中不断有H2放出。 负极： Fe==Fe2++2e-； 正极： 2H++2e-==H2↑; 总反应：Fe+2H+==Fe2++H2↑。 二、金属的电化学防护 1.金属的防护 （1）本质：阻止金属发生氧化反应。 （2）方法 ①改变金属内部结构，如制成合金等。 ②加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。 ③电化学防护 2.电化学防护
第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀
2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度)高 扩散作用难溶性物质(形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)
金属材料的腐蚀和防护 罗--（学号：1230060054） （-----大学物理与材料科学学院物理学1202班） 专题授课老师：---- 摘要：自从人类发现并使用金属到如今已有5000年的历史，然而人类在享受金属材料的使用带来便利的同时，也在苦恼着金属腐蚀带来的烦恼。人类在使用金属的同时，也在尽最大的努力对金属进行防护。金属的有效防护，一方面可以降低成本，提高劳动生产率，赢得最大的经济效应；另一方面对加强国防建设也有重要的意义。 关键词：金属材料腐蚀防护 引言：当金属和周围气态或液态介质接触时常常由于发生化学作用或电化学作用而逐渐损坏的过程成为金属腐蚀，每年金属腐蚀给国家带来巨大的经济损失，所以金属的有效防护对于一个企业和国家是至关重要的。 1.金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。 1.2金属腐蚀的发生
自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。 1.3金属腐蚀的危害 金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的10% 。间接损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 2.金属腐蚀防护的方法 2.1 改变金属的组成 这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。2.2 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，是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护： （1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸
2019年金属的腐蚀与防护 篇一：金属的电化学腐蚀与防护知识点 【知识梳理归纳】 一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念 金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．(2)实质 金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型 根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀． 2．化学腐蚀 金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀． 3．电化学腐蚀(1)概念 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．（2）分类
以钢铁的腐蚀为例 【问题探究】将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？ 提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀． 二、金属的防护 1．改变金属内部组织结构如制成等． 2．金属表面加保护层 如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．3．电化学保护 (1)牺牲阳极的阴极保护法——原理 被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理
被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极． 【自我诊断训练】 1．(20XX·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是() A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色 2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是() A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是() A．Ⅰ＞Ⅱ＞ⅢB．Ⅰ＞Ⅲ＞ⅡC．Ⅱ＞Ⅰ＞ⅢD．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ
金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 在 由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。
②金属铁和锌直接接触，环境同上，则由于?O(Zn2＋/Zn)< ?O(Fe2＋/Fe)， 锌作为阳极受到腐蚀，而铁作为阴极，铁表面的氧气得电子后不断生成氢氧根离子，导致酚酞变红（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下：阳极反应式： Zn = Zn2＋＋2e－ 3Zn2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Zn3[Fe(CN)6]2 (黄色沉淀) 阴极（铁表面）反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 三、实验用品 仪器：0mL小烧杯，小试管（3支），10mL小量筒（1只）铁片，铜丝，锌 丝，滤纸片（若干），塑料镊子，洗瓶，细砂纸（约3×3cm2）。 药品：NaCl（0.1 mo1·L－1），K3[Fe(CN)6]（0.1 mo1·L－1），乌洛托品(CH2)6N4（20％），CuSO4（0.1 mo1·L－1），HCl（0.1 mo1·L－1、6 mo1·L－1，浓），酚酞（0.5％），洗洁精，检验液（3％的CuSO4），磷化液（配方：H3PO4（85％）：45g·L－1，ZnO：28 g·L－1，Zn(NO3)2：28 g·L－1，NaF：2 g·L－1 ，HNO3（浓）：29 g·L－1）。 四、实验内容 1．金属的电化学腐蚀
摘要：埋地油气管道的腐蚀一直是阻碍油气储存及运输工程的一个主要问题。运用腐蚀与防护理论分析埋地油气输送管道腐蚀的各种形式以及主要腐蚀机理，是缓解和解决油气管道腐蚀问题的必要前提。针对输油管道的腐蚀问题，我们可以从土壤微生物、理化性质以及交流电对管道的腐蚀影响等方面进行了分析。本文主要介绍了埋地油气混输管道腐蚀防护的方法：加缓蚀剂、外涂层、内涂层和衬里保护、阴极保护法、杂散电流排流保护等。但想要提高油气输送管道的使用寿命，在合理选择防腐防护方法的同时，还要加强防腐管道的维护和保养，这些是管道防腐工作的的重中之重。 关键词：埋地管道；油气储运；油气集输；腐蚀防护 0.前言 石油成分的复杂性就决定了石油工业是遭遇腐蚀破坏最严重的行业之一，随着油田开发进入中后期，采出原油液综合含水率的逐渐上升，其中含有较高的氯离子含量，加之二氧化碳、硫化氢、溶解氧和硫酸盐的融入以及高温、高压、流速流态变化等相互作用，输油管道内会造成严重得内腐蚀。而土壤、杂散电流、微生物等对埋地管道也会造成很大的外腐蚀问题。总之油气管道腐蚀问题遍及油气开采、储运等油气生产的各个环节，已成为制约油气田安全与增加成本的重要因素。腐蚀不但给石油工业带来了巨大的经济损失，且污染环境，危害极大，如有不慎，还会造成灾难性的事故。 因此运用腐蚀与防护理论研究管道腐蚀机理，制定相应的保护措施，延长管道的使用寿命，使之安全、平稳地运行对于石化行业显得尤为重要。 1 管道腐蚀腐蚀形态 1．1埋地管道的腐蚀形态 根据输管道失效的特点可以把腐蚀缺陷分为均匀腐蚀、局部腐蚀和点腐蚀三大类。均匀腐蚀是指腐蚀均匀分布于整个金属表面，即腐蚀面比较大，而且腐蚀深度比较均匀，没有大的突变。这种腐蚀缺陷的失效形式主要考虑破裂失效；局部腐蚀是指腐蚀集中在金属表面某些区域(其它区域则几乎不受腐蚀或轻微腐蚀)，其失效形式也主要是破裂失效；点腐蚀是指腐蚀以小孔的形式分布于管道表面，表面积较小，且其直径与深度尺寸相近，点蚀的失效形式是穿孔泄漏失效。埋地长输管道的腐蚀以外腐蚀为主，大面积均匀腐蚀的情况较为少见，多表现为局部腐蚀和点蚀。
金属材料的腐蚀与防护 金属材料在周围介质作用下发生化学和电化学作用而引起的破坏称为金属材料的腐蚀，如铜发绿锈、铝生白斑点、铁生锈等。除少数贵金属（如金、铂）外，各种金属都有转变成离子的趋势，即金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，这些损失比设备的价值通常要大得多。世界上每年被完全腐蚀的钢铁约占当年钢产量的10%，就中国而言，每年被完全腐蚀的钢铁达1000多万吨，约相当于一个宝钢的年产量。据不完全统计，中国2000年腐蚀造成的损失为5000多亿元人民币，占中国当年国民生产总值的5%，比当年遭受的自然灾害的总和要大得多，大约为4倍左右。材料的腐蚀严重阻碍科学技术的发展，许多新工艺研制出来后，由于腐蚀问题得不到解决而迟迟不能大规模工业化生产，如由氨与二氧化碳合成尿素工艺早在1915年就试验成功，一直未能工业化生产，直到1953年，在发明了设备的耐蚀材料（316L不锈钢）后，才得以大规模生产。因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。 10．1．2腐蚀的类型 由于金属材料腐蚀机理较复杂，因此腐蚀的分类方法很多。 （1）按腐蚀反应的机理分类 ○1化学腐蚀化学腐蚀是指金属材料与干燥的气体或非电解质溶液发生化学作用而引起的腐蚀，如金属在铸造、锻造、热处理过程中发生的高温氧化，各种管式炉的炉管受高温氧化以及金属在苯、含硫石油、乙醇等非电解质中的腐蚀。化学腐蚀的特征是只有氧化－还原反应，无电流产生。化学腐蚀通常为干腐蚀，腐蚀速率较小。 化学腐蚀后若能形成致密、牢固的表面膜，则可阻止外部介质继续渗入，起到保护金属的作用。如铝与氧形成Al2O3、铬与氧形成Cr2O3等都属于这种表面膜。 ○2电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的腐蚀，如金属在酸、碱、盐溶液、土壤、海水中的腐蚀。电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为阳极反应和阴极反应两个独立过程。阳极反应过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金属离子或溶剂化金属离子；阴极反应过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。电化学腐蚀的特征是腐蚀过程中有电流产生，腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 （2）按腐蚀形态分类 ○1全面腐蚀全面腐蚀是材料表面较均匀地遭受腐蚀，如非合金钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。这是一种质量损失较大而危险性相对较小的腐蚀，可按腐蚀前后质量变化或腐蚀深度变化来计算腐蚀率。 ○2局部腐蚀局部腐蚀是指金属的局部区域产生的腐蚀，由于这种腐蚀的分布、深度很不均匀，常在整个设备较好的情况下，发生局部穿孔或破裂，且不易发现，所以危害性很大。常见的局部腐蚀将于10．3节介绍。 （3）按腐蚀的环境分类 按腐蚀的环境分类可分为大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、土壤的腐蚀及化学介质腐蚀等。 10．2金属材料防护的基本措施 为了防止和减轻金属材料的腐蚀，应采取一定的防腐措施。常用的防腐基本措施有化学保护层、表面覆盖层、电化学保护、缓冲剂保护等。 10．2．1化学保护层 化学保护层是用化学或电化学方法使金属表面上生成一种具有耐腐蚀性能的化合物薄膜，以隔离腐蚀介质与金属接触来防止对金属的腐蚀。常用的方法有金属表面磷化处理、金属表面钝化处理和金属表面氧化处理等。 （1）金属表面磷化处理