金属材料的电偶腐蚀
王俊
摘要：电偶腐蚀，是指当两种或者两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池。电偶腐蚀是一种普遍存在的且危害极大的腐蚀形成，它广泛地存在石油、天然气、船舶、航空和建筑工业等行业中，一旦发生则极有可能造成严重的损失。本文针对金属材料的电偶腐蚀从其腐蚀原理、影响因素、控制方法及腐蚀评定进行综述。并展望了金属材料的电偶腐蚀的研究发展趋势。
关键词：金属接触；电偶腐蚀；电位差
1、前言
现代社会中，金属材料的应用及其广泛，已然涉及到方方面面，这种情况下，研究金属材料的腐蚀及其防护就成为了一项重要任务。金属在其使用过程中或多或少会产生各种各样的腐蚀，如若防范不当会造成金属材料在其使用寿命结束之前就产生破坏，特别是在航空等国防领域，金属材料的腐蚀引起的后果是灾难性的，所以，针对金属材料的腐蚀及其防护的研究日益重要。
2、电偶腐蚀的原理
2.1 概述
由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀（galvanic corrosion），亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。当两种或两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池，电位较正的金属为阴极，发生阴极反应，导致其腐蚀过程受到抑制;而电位较负的金属为阳极，发生阳极反应，导致其腐蚀过程加速。它是一种危害极为广泛和可能产生严重损失的腐蚀形式，广泛地存在于船舶、油气、航空、建筑工业和医疗器械中。它会造成热交换器、船体推进器、阀门、冷凝器与医学植入件的腐蚀失效，是一种普遍存在的腐蚀类型。可以是金属与金属，也可以是金属与导电的非金属材料（如石墨纤维环氧树脂复合材料）在介质中形成回路，形成电偶腐蚀[1]。电偶腐蚀往往会诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、氢脆等其他各种类型的局部腐蚀，从而加速设备的破坏。
两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀，又称接触腐蚀或双金属腐蚀。电偶腐蚀原理见图1。发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀，而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。
合金中呈现不同电极电位的金属相、化合物、组分元素的贫化或富集区，以及氧化膜等也都可能与金属间发生电偶现象，钝化与浓差效应也会形成电偶型的腐蚀现象，这些微区中的电偶现象通常称为腐蚀微电池，不称作电偶腐蚀。
在工程技术中，不同金属的组合是不可避免的，几乎所有的机器、设备和金属结构件都是由不同的金属材料部件组合而成，电偶腐蚀非常普遍。利用电偶腐蚀的原理可以采用贱金属的牺牲对有用的部件进行牺牲阳极阴极保护。
2.2 电偶腐蚀条件及电动序
不同接触金属产生电偶腐蚀必须具备三个条件：（1）、具有不同腐蚀电位的材料；（2）、存在离子导电支路；（3）、存在电子导电支路。
电动序是金属标准电极电位按大小排列的顺序，它体现了纯金属与其离子在介质中的平衡电位的大小，它的大小可以衡量金属被氧化脱离金属表面进入溶液的难易程度，是金属腐蚀的热力学判据，金属的电动序越小，就越容易离子化进而扩散进入溶液中，也就越容易腐蚀[2]。因为根据电偶序即可判断金属在某一特定介质中的相对腐蚀倾向，也就是说电偶序是电偶腐蚀倾向的热力学依据[3]，但是电偶序也只是给出一种腐蚀倾向而不能肯定电偶腐蚀一定发生也不能判断腐蚀速率的大小，例如Mansfeld通过研究铝合金与不同金属在模拟海水溶液中的电偶腐蚀行为表明电动序基本能够准确预测电偶腐蚀发生的方向，但电偶腐蚀的速率取决于金属本身结构及在海水中的电化学行为[3]。
2.3 电偶腐蚀机理
阐释电偶腐蚀的原理以下面的内衬不锈钢复合钢管为例。
内衬不锈钢复合钢管是通过冷滚压复合技术,将内管为不锈钢，外管镀锌钢管复合而成。它分成：
(1) 适量复合：复合界面接合距离用电子显微镜测量大于25μ，复合强度为大于0.2 MPa；
(2) 过盈复合：复合界面接合距离用电子显微镜测量5～25μ，复合强度为2～4Mpa；
(3) 过量复合：复合界面接合距离用电子显微镜测量小于5μ，复合强度为大于4Mpa。电位差
电位较正的“不锈钢管”和电位较负的“碳钢管”偶接，“不锈钢管”呈阴极，“碳钢管”呈阳极，二者的电位差越大则电偶腐蚀倾向愈大。
形成电子通道
经导线连接或直接接触后形成电子通道。“碳钢管”中的铁失去的电子到达“不锈钢管”表面被腐蚀剂吸收(内衬不锈钢复合钢管，没有电解质成为离子通道"面积")。
金属间接触区
两种金属的接触区有电解质覆盖或浸没。“碳钢管”中的铁失去的电子形成离子进去溶液，“不锈钢管”表面的电子被电解质中的腐蚀剂（如空气中的氧）拿走。电解质成为离子通道。
内衬不锈钢复合钢管，没有电解质成为离子通道；没有铁失去的电子形成离子进去溶液；只有两金属电位差。因此，没有形成电偶腐蚀。
3、电偶腐蚀的影响因素
3.1 阴、阳极面积比的影响
偶对中的阴极和阳极的面积的相对大小，对腐蚀速度影响很大。在—般情况下，随着阴极对阳极面积的比值增加，腐蚀速度增加。阴、阳极面积比对阳极的腐蚀速度影响可以样来解释：在氢去极化时，腐蚀电流密度为阴极电流控制，阴极面积越大，阴极电流密度越小，阴极上氢超电压就越小，氢去极化速度亦越大，结果阳极的溶解速度增加。在氧去极化腐蚀时，其腐蚀速度为氧扩散条件控制，若阴极的面积相对增加，则溶解氧更易抵达阴极表面进行还原反应，围而扩散电流增加，导致阳极的加速溶解[6]。对于扩散控制的腐蚀类型(如钢/铜,钢/锌等),电偶腐蚀与阴阳极面积比的关系遵循“集氧面积原理”.但对于活化-钝化控制的腐蚀类型(如钛/不锈钢)则不存在这种关系,因为它的腐蚀损害还取决于金属表面膜的损坏,而且易造成严重的局部腐蚀[6]。
从生产实际来看，不同金属偶合起来，在不同的电极面积比下，对阳极的腐蚀速度就有不同的加速作用。铜板用钢铆钉铆接，前者属于大阳极——小阴极的结构，后者属于大阴极——小阳极的结构[6]。从防腐的角度考虑，大阴极—小阳极的连接结构是危险的，因为它可使腐蚀电流急剧增加，连接结构很快受到破坏。而大阳极一小阴极的结构则较为安全，因为阳极面积大，阳极溶解速度相对减小，不至于短期内引起连接结构的破坏。
3.2 环境因素的影响与电偶极性的逆转
环境因素的性质如介质的组成、温度、电解质溶液的电阻、溶液的PH值、环境工况等因素均对电偶腐蚀有重要的影响，不仅影响腐蚀速率，同一电偶对在不同环境条件下有时甚至会出现电偶电极极性的逆转现象。例如，在水中金属锡相对于铁来说为阴极，而在大多数有机酸中，锡对于铁来说却是阳极[6]。温度变化可能改变金属表面膜或腐蚀产物的结构，也可能导致金属电池极性发生逆转。例如，在一些水溶液中，钢和锌偶合时锌为阳极受到加速腐蚀，钢得到了保护，而当水的温度升高到80℃时，电偶的极性发生逆转，钢成为阳极而被腐蚀，而锌上面的腐蚀产物使锌的电位提高成为了阴极。溶液pH值的变化也会影响电极反应，甚至会改变电偶电池的极性。例如，镁和铝偶合在稀的中性或弱酸性氯化钠水溶液中，铝是阴极，但是随着镁阳极的溶解，溶液变为碱性，导致两性金属铝成为阳极[4],[5]。
温度对电偶腐蚀的影响是比较复杂的[7～10],从动力学方面考虑,温度升高,会加速热活化过程的动力学,从而加速电化学反应速度,使得电流密度增大,因此高温条件下金属的电偶腐蚀带来的破坏力更大。李淑英等[11]在研究碳钢/紫铜在NaCl介质中的电偶行为时指出温度对电偶电流的影响非常明显.随温度的增加,电偶电流明显增大,60℃时的电偶电流20了约5倍。Blasco等[7,8]对合金及合金焊缝电偶腐蚀的研究也表明随温度的增加,电偶电流增大。严密林等[9]模拟油气田水介质腐蚀环境研究了G3油管与SM80SS套管CO2环境中的电偶腐蚀行为。
结果表明,温度升高(30℃、60℃、90℃)会使电偶电流增加,电偶效应增大。但温度变化也会使其他环境因素随之变化,从而影响腐蚀。如温度升高在增加氧扩散速度同时也会降低氧的溶解度,导致腐蚀速度极大值现象。温度不仅影响电偶腐蚀的速度,有时还会改变金属表面膜或腐蚀产物的结构,从而间接影响腐蚀过程。例如,温度变化会引起偶对的阴、阳极逆转而改变腐蚀进程。水溶液中的钢和锌偶合后,通常锌被腐蚀,钢被保护；若水温高于80℃ ,钢/锌电偶的极性就会出现逆转,锌电位高于钢而被保护,钢成为阳极而被腐蚀。这是因为腐蚀电位是非平衡电位,易受电极表面反应的变化而变化,当偶对电位波动大于偶差时,就可出现极性逆转,相应有电偶电流符号改变即反向。刘东[12]等用失重法研究二氧化碳环境中碳钢/不锈钢(N80/S31803偶对的电偶腐蚀,发现低CO2分压(0.1MPa)时常压下随着温度的升高,阳极(Ｎ80钢)的腐蚀速率有一个极大值.这是因为低于60℃时,阳极腐蚀速率随温度的升高而加快；温度大于60℃时,碳钢表面生成了FeCO3腐蚀产物沉积膜,对钢片具有一定的保护性。他指出温度主要是通过影响保护性产物膜的生成CO2来影响环境中电偶腐蚀速率和腐蚀形式。目前,温度影响的研究主要集中于中、高温段（20℃～100℃),而对于实际工程中可能涉及的低温环境(如深海)的电偶腐蚀研究未见报导。
3.3 金属特性影响及其他
偶合金属材料的电化学特性会影响其在电偶序中的位置，从而改变偶合金属的电偶腐蚀敏感性。对于像钛、铬等具有很强的、稳定的活化-钝化行为的材料，在某些特殊环境中，电偶偶合导致的阳极极化反而很有可能使这类金属材料的腐蚀速率降低[13]，[14]。像这类能引起钝化的合金金属不但没有因为电偶腐蚀影响产生严重破坏，反而因其金属特性而产生了阳极保护。
4、电偶腐蚀的控制措施
如前面所述，电偶腐蚀的产生必须具备三个基本条件，因此，实际中设法控制或排除产生电偶腐蚀的三个基本条件，即可达到控制电偶腐蚀破坏的目的。
电偶腐蚀的主要防止措施有：（1）、选择在工作环境下电极电位尽量接近（最好不超过50毫伏）的金属作为相接触的电偶对；（2）、减小较正电极电位金属的面积，尽量使电极电位较负的金属表面积增大；(3)、尽量使相接触的金属电绝缘,并使介质电阻增大；（4）、充分利用防护层,例如TA15钛合金及表面喷涂的NiAl封严涂层[14],[15],或设法外加保护电位。选择防护方法时应考虑面积律的影响，以及腐蚀产物的影响等。（5）、设计时尽可能使处于阳极状态的部件易于更换或加大其尺寸，以延长寿命。（6）、采用阴极保护措施，使用耐蚀材料等[16],[17]。在许可的情况下，像环境介质中加入缓蚀剂，也可以达到控制接触金属电偶腐蚀的目的。
1.设计与组装：①尽量选择在电偶序中位置靠近的金属组合，尽量避免“大阴极—小阳极”的组合结构。②不同金属部件之间应采取绝缘，阴极部件金属应采用易于更换且较为价廉的材料。③使用介质不一定有现成的电偶序，需要预先实验。
2.涂层或镀层：在金属上使用金属镀层或者非金属镀层，不要仅把阳极性材料覆盖起来，应同时将阴极材料覆盖起来。如果只涂覆与阳极上，由于涂层多孔性或局部剥落则会导致小阳极—大阴极组合[14],[15]。同时采用金属镀层时应在两种金属表面镀同一种金属镀层。
3.阴极保护：可采用外加电源对整个设备施行阴极保护；可以安装一块电位比两种金属更负的第三金属使他们都变为阴极。
4.缓蚀剂：在允许条件下，向介质中加入缓蚀剂。如在钢+铜接触的封闭热水系统中加入适当的水溶性缓蚀剂[17]。
5、电偶腐蚀的评定方法
常用的腐蚀评定方法有:1、表面观察；2、重量法（质量增加及损失）；3、失重测量与孔蚀深度测量；4、气体容量法；5、电阻法；6、力学性能与腐蚀评定；7、溶液分析与指示剂法。由于大多数评定方法只适用于全面均匀腐蚀，而电偶腐蚀属于局部腐蚀，固评定方法较少，根据杨专钊[18]等的研究，可采用微小电流测试等方法对电偶腐蚀进行评定。金属材料以及复合材料在大气环境条件下的电偶腐蚀行为及防护方法研究,从工程的角度已受到越来越多的重视。大气腐蚀是一个复杂的电化学过程,它涉及到金属的溶解、腐蚀产物的形成、表面电解质成分、大气污染因素和气候条件等,相对湿度、SO2、H2S、氯离子成分、降雨量、尘埃、试验场地理位置等,都是大气腐蚀要考虑的因素,金属的腐蚀速率受当地的气候条件影响极大,通常将大气分成三种类型:乡村气候、工业气候和海洋气候。通过自然环境大气暴露腐蚀试验所得到大气腐蚀数据可靠,是设计、研究、使用部门的重要参考依据,但其缺点是试验周期长对于二氧化碳及大气环境中的电偶腐蚀评定可采用失重法等[19]，[20]。
6、电偶腐蚀研究的展望
金属材料的电偶腐蚀严重地影响了材料使用寿命，且金属材料的腐蚀主要是电化学腐蚀引起，不仅仅只有电偶腐蚀，还包括晶间腐蚀，剥离腐蚀等。导致腐蚀材料的结构及其电化学性能之间必然存在着某种特定的联系；同时在材料腐蚀过程中，材料的表面结构必定发生一定程度的变化。随着今后研究的深入，对电偶腐蚀的评定方法以及防护措施必将更进一步。针对航空、航天、特别是航海条件下的电偶腐蚀的研究一直在进行着，根据王春丽等[21]的研究，在海洋环境的电偶腐蚀研究已经取得一定进展。相信不久的将来，对于其腐蚀防护及评定方法会取得重大突破。大大提高金属的使用寿命及提高风险评测。
参考文献
[1]杨专钊. 钛合金紧固件连接结构接触腐蚀行为及其控制技术研究[D].西北工业大学,2004.
[2]杨超. 模拟深海条件下的电偶腐蚀行为研究[D].中国海洋大学,2013.
[3]刘华剑. 有机涂层下船用钢电偶腐蚀规律研究：[硕士学位论文].中国海洋大学,2011.
[4]陈兴伟,吴建华,王佳,王春丽. 电偶腐蚀影响因素研究进展[J]. 腐蚀科学与防护技术,2010,04:363-366.
[5]李君,董超芳,李晓刚.pH值对Q235碳钢与304L不锈钢在典型含硫环境中电偶腐蚀行为的影响[J].北京科技大学学报,2006,01:52-58+62.
[6]史平安,帅茂兵,刘道新,周宏亮. 电偶腐蚀的影响因素研究[J]. 兵器材料科学与工程,2013,05:68-73.
[7]E. Blasco-Tamarit,A. Igual-Mu?oz,J. García Antón. Effect of temperature on the galvanic corrosion of a high alloyed austenitic stainless steel in its welded and non-welded condition in LiBr solutions[J]. Corrosion Science,2007,4912:.
[8]E. Blasco-Tamarit,A. Igual-Mu?oz,J. García Antón,D. García-García. Comparison between open circuit and imposed potential measurements to evaluate the effect of temperature on galvanic corrosion of the pair alloy 31–welded alloy 31 in LiBr solutions[J]. Corrosion Science,2008,5012:.
[9]严密林,李鹤林,邓洪达,魏斌. G3油管与SM80SS套管在CO_2环境中的电偶腐蚀行为研究[J]. 天然气工业,2009,02:111-112+116+145-146
[10]F.E. Varela,Y. Kurata,N. Sanada. The influence of temperature on the galvanic corrosion of a cast iron-stainless steel couple (prediction by boundary element method)[J]. Corrosion Science,1997,394:.
[11]李淑英,陈玮. 碳钢/紫铜在NaCl介质中的电偶行为[J]. 腐蚀科学与防护技术,2000,05:300-302.
[12]刘东,艾俊哲,郭兴蓬. 二氧化碳环境中碳钢电偶腐蚀行为研究[J]. 天然气工业,2007,10:114-116+145-146.
[13]王权,李娟,陈启林,徐小明,陈睿. 正畸常用合金的电偶腐蚀性研究[J]. 临床口腔医学杂志,2015,09:526-529.
[14]赵丹,孙杰,赵忠兴. 钛合金与NiAl封严涂层的电偶腐蚀行为研究[J]. 稀有金属,2012,02:224-228.
[15]刘建华,吴昊,李松梅,谢志斌. 表面处理对TC2钛合金电偶腐蚀的影响[J]. 腐蚀科学与防护技术,2003,01:13-17.
[16]陆原,刘鹤霞,赵景茂. 缓蚀剂对电偶腐蚀的抑制作用[J]. 北京化工大学学报(自然科学版),2006,05:50-52.
[17]上官晓峰,杜志杰. 表面阳极化对7050铝合金电偶腐蚀的影响[J]. 西安工业大学学报,2011,01:62-64+73.
[18]杨专钊,刘道新,唐长斌,张晓化,高广睿. 微小电偶腐蚀电流的准确测定[J]. 全面腐蚀控制,2004,06:35-37+40.
[19]陆峰,钟群鹏,曹春晓. 大气环境条件下复合材料与金属电偶腐蚀及控制方法研究[J]. 材料保护,2002,12:19-22.
[20]艾俊哲,梅平,郭兴蓬. 用失重法研究二氧化碳环境中的电偶腐蚀[J]. 材料保护,2008,02:60-62+1+8.
[21]王春丽,吴建华,李庆芬.海洋环境电偶腐蚀研究现状与展望[J].中国腐蚀与防护学报,2010,05:416-420.
钢板金属材料牌号对照 钢种中国GB 日本JIS 美国ASTM 德国 牌号牌号标准号钢号钢号材料号标准号 碳素 钢 板Q235-F SS41 G3101 A36 USt37-2 1.011 2 DIN17100 Q235 SS41 G3101 A283-C RSt37-2 1.011 4 DIN17100 Q255A SS50 G3101 A283-D (RSt42-2) 1.0 134 DIN17100 (A3R) SPV24 G3115 A285-C 20g SB42 G3103 A515.Cr60 H Ⅱ 1.0425 DIN17155 (15g) SB35 G3103 A515.Cr55 H Ⅰ 1.0345 DIN17155 (25g) SB46 G3103 A515.Cr65 H Ⅲ 1.0435 DIN17155 25 SM41A G3103 DIN17100 低合金 钢 板16Mn SM50-B.C G3106 St52-3 1.0841 DIN17155 16MnR SM41B G3106 A299/A537-Ⅰ.Ⅱ17Mn4 19Mn5 1.0841 1.8045 16MngC SPV36 G3115 St52-3 15MnVR SPV36 (WELTEN50) G3115 A225Gr.A.B WStE39 1.8930 15MnVgC (A633-GR.B) 15MnVNTR (K-TEN62M) A302-GR.B 18MnMoNbR A533-Gr.A.I 耐热 钢板16Mo SB46M G3103 A204-Gr A.B 15 Mo3 1.5414 DIN17155 12CrMo SCMV1 G4109 A387-Gr.2 15CrMo SCMV2 G4109 A387-Gr.12 13 CrMo44 1.7335 DIN17155 12Cr2Mo1 SVMV4 G4109 A387-Gr.22 10
介质的毒性和金属材料的耐腐蚀性
介质的毒性和金属材料的耐腐蚀性 《职业性接触毒物危险程度分级》GB5044分级原则是什么？ 答：（1）职业性接触毒物危险程度分级，是以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度等六项指标为基础的定级标准。 （2）分级原则是依据六项分级指标综合分析，全面权衡，以多数指标的归属定出危害程度的级别，但对某些特殊毒物，可按其急性、慢性或致癌性等突出危害程度定出级别。 《职业性接触毒物危险程度分级》GB5044分级依据是什么？ 答：（1）急性毒性 以动物试验得出的呼吸道吸入半数致死浓度（LC ）或经口、经皮半数致死量（LD50） 50 或LD50最低值作为急性毒性指标。 的资料为准，选择其中LC 50 （2）急性中毒发病状况 是一项以急性中毒发病率与中毒后果为依据的定性指标：可分为易发生、可发生、偶而发生中毒及不发生急性中毒四级。将易发生致死性中毒或致残定为中毒后果严重；易恢复的定为预后良好。 （3）慢性中毒患病状况 一般以接触毒物的主要行业中，工人的中毒患病率为依据，但在缺乏患病率资料时，可取中毒症状或中毒指标的发生率。 （4）慢性中毒后果 依据慢性中毒的结局，分为脱离接触后，继续进展或不能治愈、基本治愈、自行恢复四级。并可依据动物试验结果的受损病变性质（进行性、不可逆性、可逆性）、靶器官病理生理特性（修复、再生、功能储备能力），确定其慢性中毒后果。 （5）致癌性 主要依据国际肿瘤研究中心公布的或其他公认的有关该毒物的致癌性资料，确定为人体致癌物、可疑人体致癌物、动物致癌物及无致癌性。 （6）最高容许浓度 主要以《工业企业设计卫生标准》TJ36-70中表4车间空气中有害物质最高容许浓度值为准。
练习题 一、选择题 1、为了提高合金的耐蚀性，向材料中加入强的阴极性元素金属，属于以下哪种 方法A。 A）降低阳极相活性B）降低阴极相活性C）增加系统阻力 2、同样加入强阴极性元素，有的合金耐腐蚀，有的却不耐蚀。其原因是A。 A）前者处于可钝化的，后者不是B）前者腐蚀体系处于常温，后者不是 C）前者腐蚀体系存有活化离子（如Cl－），后者不是D）以上都不是 3、为提高铁金属材料耐蚀性，铬是一种常添加的元素，主要起以下作用B。 A）使腐蚀电位正移，增加材料的热力学稳定性B）合金易进入钝态区 C）致钝电位向正向移动D）以上都对 4、加入Cu、P、Cr元素的耐候钢具有较好的耐大气腐蚀性，机理是D。 A）有序固溶理论B）电子机构理论 C）表面富集理论D）形成致密腐蚀产物膜理论 5、金属产生晶间腐蚀应满足的条件是C A）在高压的环境中，只要其电极电位低且强度不够； B）在高温的环境中，只要其产生的氧化膜不够致密； C）在腐蚀的环境中，只要其晶粒与晶界物－化状态和电化学性能不同； D）在高压、高温、腐蚀的环境中,只要其晶粒与晶界成分不符合塔曼定律； 6、奥氏体不锈钢中添加Nb元素的主要作用是C A）增加膜的致密性B）提高材料的抗点蚀能力 C）作为稳定化元素抑制碳化铬的生成D）增加热力学稳定性 7、黄铜脱锌属于以下哪种腐蚀类型E。 A）点蚀B）缝隙腐蚀C）晶间腐蚀D）电偶腐蚀E）选择性腐蚀 8、下列哪种热处理工艺对1Cr18Ni9Ti的抗晶间腐蚀是必须的B A）固溶处理B)稳定化处理 C）去应力退火处理D）敏化处理 9、加入了稳定化元素Ti、Nb的奥氏体不锈钢，却没有达到耐腐蚀的目的。这可能是该钢种在使用前没能进行过D处理。 A）固溶处理B）敏化处理C）退火处理D）稳定化处理 10、海水腐蚀环境中，以下哪个区域腐蚀最严重A。 A）飞溅带B）潮差带C）全浸带D）海泥带 11．以下关于可逆氢脆说法错误的是C A）氢脆在室温附近最敏感；B）材料强度越高，氢脆越敏感；
常用国内外钢材牌号对照表 中国 美国 日本 德国 英国 法国 前苏联 国际标准化组织 GB AST JIS DIN 、DINEN BS 、BSEN NF 、NFEN ΓOCT ISO 630 品 名 牌号 牌号 牌号 牌号 牌号 牌号 牌号 Q195 Cr.B Cr.C SS330 SPHC SPHD S185 040 A10 S185 S185 CT1K П CTlC П CTl ПC Q215A Cr.C Cr.58 SS 330 SPHC 040 A12 CT2K П—2 CT2C П—2 CT2ПC —2 Q235A Cr.D SS400 SM400A 080A15 CT3K П—2 CT3C П—2 CT3ПC —2 E235B Q235B Cr.D SS400 SM400A S235JR S235JRGl S235JRG2 S235JR S235JRGl S235JRG2 S235JR S235JRGl S235JRG2 CT3K П—3 CT3C П—3 CT3ПC —3 E235B Q255A SS400 SM400A CT4K П—2 CT4C П—2 CT4ПC —2 普 通 碳 素 结 构 钢 Q275 SS490 CT5C П—2 CT5ПC —2 E275A
中国 美国 日本 德国 英国 法国 前苏联 国际标准化组织 GB AST JIS DIN 、DINEN BS 、BSEN NF 、NFEN ΓOCT IS0 630 品 名 牌号 牌号 牌号 牌号 牌号 牌号 牌号 08F 1008 1010 SPHD SPHE 040A10 80K П 10 1010 S10C S12C CKl0 040A12 XCl0 10 C101 15 1015 S15C S17C CKl5 Fe360B 08M15 XCl2 Fe306B 15 C15E4 20 1020 S20C S22C C22 IC22 C22 20 25 1025 S25C S28C C25 IC25 C25 25 C25E4 40 1040 S40C S43C C40 IC40 080M40 C40 40 C40E4 45 1045 S45C S48C C45 IC45 080A47 C45 45 C45E4 50 1050 S50C S53C C50 IC50 080M50 C50 50 C50E4 优 质 碳 素 结 构 钢 15Mn 1019 080A15 15r
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 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，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。
布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而里氏硬度（HL）、肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 1、钢材的硬度：金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同，●常规表示有布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）硬度等，其中以HB及HRC较为常用。●HB应用范围较广，HRC适用于表面高硬度材料，如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同，布氏硬度计之测头为钢球，而洛氏硬度计之测头为金刚石。●HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。●HL手提式硬度计，测量方便，利用冲击球头冲击硬度表面后，产生弹跳；利用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度，公式：里氏硬度HL=1000×VB（回弹速度）/ VA（冲击速度）。便携式里氏硬度计用里氏（HL）测量后可以转化为：布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）测量硬度值。 2、HB - 布氏硬度；布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等。布式硬度(HB)是以一定大小的试验载荷，将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持规定时间，然后卸荷，测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为：以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 3、洛式硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。另外： 1.HRC含意是洛式硬度C标尺， 2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛 3.HRC适用范围HRC 20－－67，相当于HB225－－650 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值。 4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标准是150公斤力。布氏硬度计之压头为淬硬钢球（HBS)或硬质合金球（HBW），试验载荷随球直径不同而不同，从3000到31.25公斤力。 5.洛式硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类。布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。 6.洛式硬度的硬度值是一无名数，没有单位。（因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。）布式硬度的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。 7.洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生产中。布式硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算，操作较繁琐。 8.在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为：1HRC≈1/10HB。硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。 金属材料硬度对照表 硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。
金属材料的点腐蚀和缝 隙腐蚀 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
金属材料的点腐蚀和缝隙腐蚀 点腐蚀和缝隙腐蚀(pitting and crevice corrosion)金属材料接触某些溶液，表面上产生点状局部腐蚀，蚀孔随时间的延续不断地加深，甚至穿孔，称为点腐蚀（点蚀），也称孔蚀。通常点蚀的蚀孔很小，直径比深度小得多。蚀孔的最大深度与平均腐蚀深度的比值称为点蚀系数。此值越大，点蚀越严重。一般蚀孔常被腐蚀产物覆盖，不易发现，因此往往由于腐蚀穿孔，造成突然性事故（见金属腐蚀）。 缝隙腐蚀是两个连接物之间的缝隙处发生的腐蚀，金属和金属间的连接（如铆接、螺栓连接）缝隙、金属和非金属间的连接缝隙，以及金属表面上的沉积物和金属表面之间构成的缝隙，都会出现这种局部腐蚀。 许多金属材料都能产生点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢、铝合金等靠钝化来增强耐蚀性的金属材料，也易产生点蚀和缝隙腐蚀。许多环境介质都能引起金属材料的点蚀和缝隙腐蚀，尤其是含氯离子的溶液。 点腐蚀 金属表面的电化学不均匀性是导致点蚀的重要原因。金属材料的表面或钝化膜等保护层中常显露出某些缺陷或薄弱点(如夹杂物、晶界、位错等处)，这些地方容易形成点蚀核心。金属浸入含有某些活化阴离子（特别是氯离子）的溶液中，只要腐蚀电位达到或超过点蚀电位（或称击穿电位），就能产生点蚀。这是由于钝化膜在溶液中处于溶解以及可再度形成的动平衡状态，而溶液中的活化阴离子(氯离子)会破坏这种平衡，导致金属的局部表面形成微小蚀点，并发展为点蚀源。例如不锈钢表面的硫化物夹杂的溶解，暴露出钢的新鲜表面，就会形成点蚀源。 点蚀的发展是一个在闭塞区内的自催化过程。在有一定闭塞性的蚀孔内，溶解的金属离子浓度大大增加，为保持电荷平衡，氯离子不断迁入蚀孔，导致氯离子富集。高浓
介质的毒性和金属材料的耐腐蚀性 《职业性接触毒物危险程度分级》GB5044分级原则是什么？ 答：（1）职业性接触毒物危险程度分级，是以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度等六项指标为基础的定级标准。（2）分级原则是依据六项分级指标综合分析，全面权衡，以多数指标的归属定出危害程度的级别，但对某些特殊毒物，可按其急性、慢性或致癌性等突出危害程度定出级别。 《职业性接触毒物危险程度分级》GB5044分级依据是什么？ 答：（1）急性毒性 以动物试验得出的呼吸道吸入半数致死浓度（LC50）或经口、经皮半数致死量（LD50）的资料为准，选择其中LC50或LD50最低值作为急性毒性指标。 （2）急性中毒发病状况 是一项以急性中毒发病率与中毒后果为依据的定性指标：可分为易发生、可发生、偶而发生中毒及不发生急性中毒四级。将易发生致死性中毒或致残定为中毒后果严重；易恢复的定为预后良好。 （3）慢性中毒患病状况 一般以接触毒物的主要行业中，工人的中毒患病率为依据，但在缺乏患病率资料时，可取中毒症状或中毒指标的发生率。 （4）慢性中毒后果 依据慢性中毒的结局，分为脱离接触后，继续进展或不能治愈、基本治愈、自行恢复四级。并可依据动物试验结果的受损病变性质（进行性、不可逆性、可逆性）、靶器官病理生理特性（修复、再生、功能储备能力），确定其慢性中毒后果。 （5）致癌性 主要依据国际肿瘤研究中心公布的或其他公认的有关该毒物的致癌性资料，确定为人体致癌物、可疑人体致癌物、动物致癌物及无致癌性。 （6）最高容许浓度 主要以《工业企业设计卫生标准》TJ36-70中表4车间空气中有害物质最高容许浓度值为准。 《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044分哪几级？ 答：按《职业性接触毒物危害程度分级》规定，接触性毒物危害程度共分为四级
金属材料耐腐蚀的选材顺序（由低到高） 一、不锈钢材料耐点腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀能力的顺序 1、奥氏体不锈钢： 1Cr18Ni9Ti→0Cr18Ni9（304）→0Cr18Ni11Ti（321）→00Cr19Ni10（304L）0Cr17Ni12Mo2Ti （316）→00Cr17Ni14Mo2（316L）→00Cr19Ni13Mo3（317L）→00Cr20Ni25Mo4.5Cu （904L）→00Cr27Ni31Mo4Cu 2、铁素体不锈钢： 0Cr13（410S）→0Cr13Al（405）→00Cr12Ti（409L）→00Cr17（430LX）→00Cr18Mo2→00Cr26Mo1→00Cr30Mo2 3、双相不锈钢： 00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）→00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）→00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507） 二、耐高温腐蚀用材的顺序 20＃→12Cr1MoV→12Cr2Mo1（2Cr-1Mo）→1Cr5Mo→1Cr9Mo→P91(10Cr9Mo1VNb）→0Cr25Ni20(310S) 三、耐应力腐蚀用材 16MnR→20R→12Cr1MoV 00Cr17Ni14Mo2（316L）→00Cr19Ni13Mo3（317L）→00Cr20Ni25Mo4.5Cu（904L）00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）→00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）→00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507）0Cr13（410S）→00Cr12Ti（409L）→00Cr17（430LX）→00Cr18Mo2→00Cr26M o1 注：铁素体不锈钢和双相不锈钢不得在大于350℃的环境中使用。 材料的耐腐蚀性能 钽：钽金属材料的耐腐蚀性能可同玻璃相比美，在环境温度下，除了氢氟酸外，对所有的酸都具有良好的耐腐蚀性，钽金属在高温下易被强碱腐蚀。钽金属对除了SO3-2及氟的酸性盐溶液以外的所有氢化性及非氢化性盐溶液具有较强的耐腐蚀性。在高温下在硫酸及碳酸溶液中易受腐蚀，非凡是氟离子存在时腐蚀会严重。 l蒙耐尔合金：蒙耐尔合金在有色金属与合金中，最耐氢氟酸（或氟化氢）腐蚀，在介质相当宽的浓度和强度范围内有很好的稳定性，也可用于氯化物，海水，碱等介质中作防腐材料。蒙耐尔合金不适用于强氧酸，如硝酸及亚硝酸，也不适用酸性铁盐，锡盐等溶液中。
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
材料腐蚀的种类、危害及解决办法 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，由于和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和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，而是形成和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。金属及其合金至今康 昆 勇
第五章不锈钢抗腐蚀性能 不锈钢的一般特性 表面美观，可使用性能多样性； 耐腐蚀性能好，可用于弱腐蚀及各种介质环境较强腐蚀； 强度硬度广泛，使用各种性能要求； 耐高温、低温性能好，使用温度适用范围大； 加工性能好； 可焊性好。 但从不锈钢定义可以看出，不锈钢与其他钢的区别就是不锈性，耐腐蚀性，所以我们研究一下它为什么不锈。 金属的腐蚀类型 金属的腐蚀，是金属与周围介质发生化学或电化学反应而发生破坏的现象。金属的抗腐蚀或耐腐蚀性是指金属抵抗腐蚀作用的能力。 化学腐蚀 化学腐蚀是指金属与周围介质直接发生化学反应而产生的腐蚀，例如钢在高温下氧化，就是一种典型的化学腐蚀，其产物沉积在金属表面上，也有人把这种腐蚀叫干腐蚀。 如果金属表面形成的腐蚀产物非常致密，则金属与腐蚀介质就会隔离，腐蚀就会阻滞，例如钢铁零件的蒸汽处理，法兰（黑）处理，就是使零件表面生成一层致密的Fe3O4薄膜，零件不再与周围介质发生接触，防止其化学反应的进行，零件便被保护起来了。 电化学腐蚀
电化学腐蚀是金属与周围介质接触，由于电化学作用而引起表面腐蚀的现象。例如钢在室温下的生锈主要是电化学腐蚀，在电化学腐蚀过程中有电流产生，电化学腐蚀是由于不同的金属之间或同种金属的各相之间存在不同的电极电位，且相互碰撞，并存在于同一种电解溶液中构成分数电池而引起的。如图5-1。 碳素钢在退火或正火状态下的组织是由铁素体和渗碳体组成的，并相互接触。渗碳体的电极电位一般比铁素体高，两相之间存在着电位差，当钢表面有水膜时，加上空气中O2等气体的溶解，在铁素体和渗碳体之间构成一微电池，电极电位低的铁素体称为阳极而被腐蚀引起钢的破坏。如果将钢件放在酸、碱、盐等水溶液中，电化学腐蚀作用更快。钢中的碳化物、夹杂物等，各部分组织和成分不均，内部应力不均，都促使各部分在电解质中促使相互间形成电极位差。这种电极位差愈大，微阳极与微阴极间的电流强度愈大，钢的腐蚀速度也愈大。 有人把电化学腐蚀称为湿 腐蚀，电化学腐蚀能否进行， 取决于金属能否被离子化， 金属离子化的趋势，可以用 金属的标准电极电位（εσ） 来说明。定性的说，金属标 准电极电位越负，则越容易图5-1 碳素钢在潮湿空 离子化。气中产生电化学腐蚀示意图
金属材料力学相关标准 GB/T10623—89 金属力学性能试验术语 GB/T 2975—82 钢材力学及工艺性能试验取样规定 GB/T 6396-95 复合钢板力学工艺性能试验方法 HB 5431—89 金属材料力学性能数据表达准则 HB 5488—91 金属材料应力一应变曲线测定方法 GB/T6401—86 铁素体奥氏体型双相不锈钢中α相面积含量金相测定法 GB/T 13305—91 奥氏体不锈钢中α相面积含量金相测定方法 GB/T 5225—85 金属材料定量相分析x射线衍射K值法 GB/T 8360—87 金属点阵常数的测定方法x射线衍射仪法 GB/T 8362—87 金属残余奥氏体定量测定x射线衍射仪法 GB/* 5056—85 钢的临界点测定方法(膨胀法) GB/* 5057—85 钢的连续冷却转变曲线图的测定方法(膨胀法) GB/T 5058—82 钢的等温转变曲线图的测定方法(磁性法) CB/T 6526—86 自熔合金粉末固一液相线温度区间的测定方法 GB/T 4160—84 钢的应变时效敏感性试验方法(夏比冲击法) GB/T15757—95 表面缺陷术语 GB/T 2523—90 冷轧薄钢板(带)表面粗糙度测定方法 GB/* 6061—85 轮廓法测量表面粗糙度的仪器术语 GB/T13390—92 金属粉末比表面积的测定氮吸附法 GB/T11107—89 金属及其化合物粉末比表面积和粒度测定空气透过法 GB/T1423—78 贵金属及合金密度测试方法 GB/T 8653—88 金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法(静态法)
GB/T 4157—84 金属材料高温弹性模量测定方法圆盘振子法 GB/T 2105—91 金属材料杨氏模量、切变模量及泊松比测定方法(动力学法) CB/T13301—91 金属材料电阻应变灵敏系数试验方法 GB/T13012—91 钢材直流磁性能测定方法 GB 5027—85 金属薄板塑性应变比(γ值)试验方法 GB/T6397—86 金属拉伸试验试样 GB/T 228—87 金属拉伸试验法 GB/T 3076—82 金属薄板(带)拉伸试验方法 GB/T 4338—95 金属材料高温拉伸试验 GB/T 3652—83 金属管材高温拉伸试验方法 GB/T 13239—91 金属低温拉伸试验方法 GB/T6395—86 金属高温拉伸持久试验方法 GB 5028—85 金属薄板拉伸应变硬化指数(n值)试验方法 GB 8358—86 钢丝绳破断拉伸度试验方法 HB 5280—84 铝箔拉伸试验方法 GB/T 7314—87 金属压缩试验方法 GB/T14452—93 金属弯曲力学性能试验方法 GB/T 232—88 金属弯曲试验方法 GB/T235-88 金属反复弯曲试验方法（厚度等于或小于3mm薄板及带材）GB/T238-84 金属线材反复弯曲实验方法 GB/T4158-84 金属艾氏冲击试验方法 GB2106-80 金属夏比（V型缺口）冲击试验方法 GB/T229-94 金属夏比缺口冲击试验方法 GB/T12778-91 金属夏比冲击断口测定方法 GB4159-84 金属低温夏比冲击试验方法
金属材料耐腐蚀的选材顺序 （由低到高） 一、不锈钢材料耐点腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀能力的顺序 1、奥氏体不锈钢： 1Cr18Ni9Ti →0Cr18Ni9（304）→0Cr18Ni11Ti（321）→00Cr19Ni10（304L）0Cr17Ni12Mo2Ti（316）→00Cr17Ni14Mo2（316L）→00Cr19Ni13Mo3（317L）→00Cr20Ni25Mo4.5Cu（904L）→00Cr27Ni31Mo4Cu 2、铁素体不锈钢： 0Cr13（410S）→0Cr13Al（405）→00Cr12Ti（409L）→00Cr17（430LX）→00Cr18Mo2 →00Cr26Mo1 →00Cr30Mo2 3、双相不锈钢： 00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）→00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）→00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507） 二、耐高温腐蚀用材的顺序 20＃→12Cr1MoV→12Cr2Mo1（2 Cr-1Mo）→1Cr5Mo→1Cr9Mo→P91(10Cr9Mo1VNb）→0Cr25Ni20(310S) 三、耐应力腐蚀用材 16MnR→20R→12Cr1MoV 00Cr17Ni14Mo2（316L）→00Cr19Ni13Mo3（317L）→00Cr20Ni25Mo4.5Cu （904L） 00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）→00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）→00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507） 0Cr13（410S）→00Cr12Ti（409L）→00Cr17（430LX）→00Cr18Mo2 →00Cr26Mo1 注：铁素体不锈钢和双相不锈钢不得在大于350℃的环境中使用。
金属材料的腐蚀与防护 摘要：扼要介绍了金属的腐蚀机理，腐蚀发生的原因。金属的腐蚀现象和机理比较复杂，但可以通过合理地选用材料、有效地采取防腐蚀措施来减缓金属材料的腐蚀速度，这对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率都具有十分重要的意义。 关键词：金属材料;腐蚀;防护 钢铁生锈、铜器泛绿、银具变黑等都是材料(通常是指金属)及其结构物，制件与其所处环境介质之间的化学反应或电化学反应所引起的破坏或变质。这类破坏或变质被称之为材料的腐蚀。腐蚀科学则是一门涉及化学、物理、冶金学、表面科学、力学、机械学和生物学等多学科的应用科学。金属的腐蚀严重破坏了国民经济和国防建设，研究金属的腐蚀这门科学对于提高国民经济和加强国防建设都有重要的意义。 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，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极。遭到的腐蚀不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，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] 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，从热力学观点来看，金属的腐蚀是很自然的事。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。由于腐蚀导致的金属破坏都从表面开始，而破坏的程度，一般来说也是表面最大。在液态和固态电解质中腐蚀过程是电化学过程。因此，腐蚀能否进行取决于金属能否离子化，而金属离子化的趋势可以用电极电位（E）表示。 金属在电解质中的腐蚀是一种电化学变化[2]，它的进行依照法拉第定律及欧姆定律，△W=（Ec－Ea）te/(96500AR) 式中，e为常数，如粗略地认为R不变时，则腐蚀速率（△W/t）与（Ec－Ea）成正比，而与A成反比。（Ec－Ea）因极化关系有所变化，因此腐蚀率也会随时间变化；阳极面积（A）较小时，腐蚀率将会随着提高。金属腐蚀时，阳极释放电子的阳极过程和阴极获得电子的阴极过程是在同一金属表面进行的。 2 金属防护的方法
1.1材料耐腐蚀性能的评价方法 工程材料在使用时，一定要考虑材料在相应工况环境下的耐蚀能力。也就是说，材料在此环境下是否会发生严重的腐蚀，从而导致工程结构的失效。因此，如何评价在工况环境下，材料表面腐蚀的形态、腐蚀的速度就显得非常具有现实的工程意义。 概括起来，工程材料的耐腐蚀性能的评价方法可以分为三大类：重量法、表面观察法和电化学测试法。 1.1.1重量法 重量法是材料耐蚀能力的研究中最为基本，同时也是最为有效可信的定量评价方法。尽管重量法具有无法研究材料腐蚀机理的缺点，但是通过测量材料在腐蚀前后重量的变化，可以较为准确、可信的表征材料的耐蚀性能。也正因为如此，它一直在腐蚀研究中广泛使用，是许多电化学的、物理的、化学的现代分析评价方法鉴定比较的基础。 重量法分为增重法和失重法两种，他们都是以试样腐蚀前后的重量差来表征腐蚀速度的。前者是在腐蚀试验后连同全部腐蚀产物一起称重试样，后者则是清除全部腐蚀产物后称重试样。当采用重量法评价工程材料的耐蚀能力时，应当考虑腐蚀产物在腐蚀过程中是否容易脱落、腐蚀产物的厚度及致密性等因素后，在决定选取哪种方法对材料的耐蚀性能进行表征。对于材料的腐蚀产物疏松、容易脱落且易于清除的情况，通常可以考虑采用失重法。例如，通过盐雾试验评价不同镁合金的耐蚀性能时，就通常采用失重法, 图1。
而对于材料的腐蚀产物致密、附着力好且难于清除的情况，例如材料的高温腐蚀，通常可以考虑采用增重法图2。 为了使各次不同实验及不同种类材料的数据能够互相比较，必须采用电位面积上的重量变化为表示单位，及平均腐蚀速度，如g.m -2 h -1 。根据金属材料的密度又可以把它换算成单位时间内的平均腐蚀深度，如m/a 。这两类的速度之间的 图1 失重法测试镁合金腐蚀速度 Ni –30Cr –8A l –0.5Y 铸态合金、溅射涂层、渗铝涂层在（a ）1000℃高温氧化增重动力学曲线 (b) Na 2SO 4+25%wtNaCl 热腐蚀增重动力学曲线
金属材料的点腐蚀和缝隙腐蚀 点腐蚀和缝隙腐蚀(pitting and crevice corrosion)金属材料接触某些溶液，表面上产生点状局部腐蚀，蚀孔随时间的延续不断地加深，甚至穿孔，称为点腐蚀（点蚀），也称孔蚀。通常点蚀的蚀孔很小，直径比深度小得多。蚀孔的最大深度与平均腐蚀深度的比值称为点蚀系数。此值越大，点蚀越严重。一般蚀孔常被腐蚀产物覆盖，不易发现，因此往往由于腐蚀穿孔，造成突然性事故（见金属腐蚀）。 缝隙腐蚀是两个连接物之间的缝隙处发生的腐蚀，金属和金属间的连接（如铆接、螺栓连接）缝隙、金属和非金属间的连接缝隙，以及金属表面上的沉积物和金属表面之间构成的缝隙，都会出现这种局部腐蚀。 许多金属材料都能产生点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢、铝合金等靠钝化来增强耐蚀性的金属材料，也易产生点蚀和缝隙腐蚀。许多环境介质都能引起金属材料的点蚀和缝隙腐蚀，尤其是含氯离子的溶液。 点腐蚀 金属表面的电化学不均匀性是导致点蚀的重要原因。金属材料的表面或钝化膜等保护层中常显露出某些缺陷或薄弱点(如夹杂物、晶界、位错等处)，这些地方容易形成点蚀核心。金属浸入含有某些活化阴离子（特别是氯离子）的溶液中，只要腐蚀电位达到或超过点蚀电位（或称击穿电位），就能产生点蚀。这是由于钝化膜在溶液中处于溶解以及可再度形成的动平衡状态，而溶液中的活化阴离子(氯离子)会破坏这种平衡，导致金属的局部表面形成微小蚀点，并发展为点蚀源。例如不锈钢表面的硫化物夹杂的溶解，暴露出钢的新鲜表面，就会形成点蚀源。 点蚀的发展是一个在闭塞区内的自催化过程。在有一定闭塞性的蚀孔内，溶解的金属离子浓度大大增加，为保持电荷平衡，氯离子不断迁入蚀孔，导致氯离子富集。高浓度的金属氯化物水解，产生氢离子，由此造成蚀孔内的强酸性环境，又会进一步加速蚀孔内金属的溶解和溶液氯离子浓度的增高和酸化。蚀孔内壁处于活化状态（构成腐蚀原电池的阳极），而蚀孔外的金属表面仍呈钝态（构成阴极），由此形成了小阳极／大阴极的活化-钝化电池体系，使点蚀急速发展。 缝隙腐蚀 是由缝隙内外介质间物质移动困难所引起的。为此，缝隙的宽度应足够狭小。它的发展也是一个闭塞区内的自催化过程。例如处在海水等介质中的钢制零部件，在缝隙腐蚀的起始阶段，缝隙内外的金属表面都发生以氧还原作为阴极反应的腐蚀过程。由于缝隙内的溶氧很快被消耗掉，而靠扩散补充又十分困难，缝隙内氧还原的阴极反应逐渐停止，缝隙内外建立了氧浓差电池。缝隙外大面积上进行的氧还原阴极反应，则促进缝隙内金属阳极溶解。缝隙内金属溶解产生过剩的金属阳离子(Me+)，又使缝隙外的氯离子迁入缝隙内以保持电平衡。随之而发生的金属离子水解，使缝隙内酸度增高，又加速了金属的阳极溶解（见图)。
第9章金属材料的腐蚀 9.1概述 金属腐蚀是指金属与其周围介质发生化学或电化学腐蚀而产生的破坏现象。 锅炉与压力容器的一些主要承压元件在使用过程中与一些腐蚀介质接触，会发生各种腐蚀现象，引发破裂损坏事故后果 （1）往往引发事故造成巨大经济损失 （2）耗费大量资源和能源，1/3冶炼金属由于腐蚀而破坏 （3）污染环境 因此有必要对腐蚀现象进行研究。 9.1.1分类按机理 9.1.1.1化学腐蚀：金属与非电解质介质直接发生纯化学反应。服从于多相反应的化学动力学的基本规律。例如金属在高温下发生的氧化现象。 9.1.1.2电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏现象，构成了原电池，服从于电化学动力 规律。 电化学腐蚀是金属腐蚀的更重要更普遍的形式。 9.1.2按腐蚀环境分类 大气腐蚀，土壤腐蚀，高温气体腐蚀，海水腐蚀等。 9.1.3按腐蚀的形式： 9.1.3.1均匀腐蚀 腐蚀作用以基本相同的速度在整个金属表面同时进行。危害性小，可估计腐蚀速度。 例：碳钢在强酸中的腐蚀 9.1.3.2局部腐蚀 发生在金属的局部地区。 9.1.3.2.1应力腐蚀裂开 材料在静拉伸应力与腐蚀介质作用下发生的破坏现象。主要是晶间，脆断。也有穿晶。在氮化物，碱性氮氧化物其它水溶性介质中常有发生。
9.1.3.2.2点蚀 发生在金属表面局部区域，点蚀形成后迅速向深处发展，最后穿透金属。出现后就及时磨光或涂漆，避免进一步入。不锈钢，铝及其合金，钛及其合金在氯离子介质中易发生。 9.1.3.2.3晶间腐蚀 在金属材料晶界部位的腐蚀。腐蚀沿晶间进行，使晶粒之间的结合力大大削弱，机械强度急剧降低。不锈钢，铝合金。 9.1.3.2.4缝隙腐蚀 金属与金属或金属与非金属之间存在细小缝隙中发生的腐蚀现象。法兰联接面，螺母压紧面。 9.1.3.2.5电偶腐蚀 电解质溶液中，不同的金属接触时，由于腐蚀电位差引起电位低的金属在接触部位腐蚀的现象。如碳钢与黄铜在水中接触。 9.1.3.2.6腐蚀疲劳 金属在交变应力和腐蚀介质的作用下发生。产生腐蚀坑和大量裂纹，显著降低钢的疲劳强度。 9.1.4腐蚀共同特性 9.1.4.1从热力学角度看，腐蚀是金属由非稳态自发向稳态的一个转变过程。 9.1.4.2是化学，电化学过程。 9.1.4.3总是发生在表面，从表面开始。 9.2金属材料的高温氧化 9.2.1高温氧化过程的机理 氧与氧化性气体介质的化学反应。 发生氧化反应判据 （1）初始系统（金属和氧）的等压-等温自由能与最终状态时的差值。
金属材料的电偶腐蚀 王俊 摘要：电偶腐蚀，是指当两种或者两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池。电偶腐蚀是一种普遍存在的且危害极大的腐蚀形成，它广泛地存在石油、天然气、船舶、航空和建筑工业等行业中，一旦发生则极有可能造成严重的损失。本文针对金属材料的电偶腐蚀从其腐蚀原理、影响因素、控制方法及腐蚀评定进行综述。并展望了金属材料的电偶腐蚀的研究发展趋势。 关键词：金属接触；电偶腐蚀；电位差 1、前言 现代社会中，金属材料的应用及其广泛，已然涉及到方方面面，这种情况下，研究金属材料的腐蚀及其防护就成为了一项重要任务。金属在其使用过程中或多或少会产生各种各样的腐蚀，如若防范不当会造成金属材料在其使用寿命结束之前就产生破坏，特别是在航空等国防领域，金属材料的腐蚀引起的后果是灾难性的，所以，针对金属材料的腐蚀及其防护的研究日益重要。 2、电偶腐蚀的原理 2.1 概述 由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀（galvanic corrosion），亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。当两种或两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池，电位较正的金属为阴极，发生阴极反应，导致其腐蚀过程受到抑制;而电位较负的金属为阳极，发生阳极反应，导致其腐蚀过程加速。它是一种危害极为广泛和可能产生严重损失的腐蚀形式，广泛地存在于船舶、油气、航空、建筑工业和医疗器械中。它会造成热交换器、船体推进器、阀门、冷凝器与医学植入件的腐蚀失效，是一种普遍存在的腐蚀类型。可以是金属与金属，也可以是金属与导电的非金属材料（如石墨纤维环氧树脂复合材料）在介质中形成回路，形成电偶腐蚀[1]。电偶腐蚀往往会诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、氢脆等其他各种类型的局部腐蚀，从而加速设备的破坏。 两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀，又称接触腐蚀或双金属腐蚀。电偶腐蚀原理见图1。发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀，而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。