2020.02.25
第一章绪论
总结：第一章概论要点:腐蚀速率的评价指标，集中腐蚀速率计算公式需要掌握
作业：P12：1-5题
1.5金属腐蚀的分类
1.按照腐蚀机理分类
金属腐蚀按照腐蚀机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。
2.按金属的破坏形态分类
根据金属的破坏形态，可将腐蚀分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类.
1）均匀腐蚀
均匀腐蚀是指发生在金属表面的全部或大部损坏，也称全面腐蚀,腐蚀的结果是材料的质量减少，厚度变薄。均匀腐蚀危害性较小，只要知道材料的腐蚀速率，就可计算出材料的使用寿命。
2）局部腐蚀
局部腐蚀是指只发生在金属表面的狭小区域的破坏。其危害性比均匀腐蚀严重得多，它约占设备机械腐蚀破坏总数的70%,而且可能是突发性和灾难性的，会引起爆炸、火灾等事故。局部腐蚀主要有5种不同的类型。
A.电偶腐蚀。电偶腐蚀是两种电极电位不同的金属或合金互相接触，并在一定的介质中发生电化学反应，使电位较负的金属发生加速破坏的现象。
B.小孔腐蚀。小孔腐蚀又称坑蚀和点蚀，在金属表面上极个别的区域产生小而深的孔蚀现象。一般情况下蚀孔的深度要比其直径大的多，严重时可将设备穿通。
C.缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是指在电解液中金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的逢隙，缝隙内离子的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而使金属局部破坏的现象。
D.晶间腐蚀。晶间腐蚀是指金属在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶界出现的腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏现象。
E.选择性腐蚀。选择性腐蚀是指多元合金在腐蚀介质中，较活泼的组分优先涪解，结果造成材料强度大大下降的现象.
另外，应力腐蚀也属于局部腐蚀，是力学作用引起材料的局部破坏,即金属在特定的介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力等）条件下，局部所出现的低于强度极限的脆性开裂现象。
1.6金属腐蚀速率的表示方法
1.金属庸蚀逸率的重量指标
金属腐蚀速率的重量指标就是把金属因腐蚀而发生的重量变化换算成相当于单位金属表面积与单位时间内的重量变化的数值。
式中，V
w
为重量表示的腐蚀速率(g/(m2·h)), △W为腐蚀前后金属重量的改变(g),S为金属的表面积(m2)；t为腐蚀的时间(h).
2.金属腐蚀速率的深度指标
金属腐蚀速率的深度指标就是把金属的厚度因腐蚀而减少的量以线量单位表示，并换算成相当于单位时间的数值，一般采用mm/a(毫米/年)来表示。在衡量密度不同的各种金属的腐蚀程度时，此种指标极为方便。
式中，V
d 为深度表示的腐蚀速率(mm/a), V
w
为重量表示的腐蚀速率
(g/(m2·h)), ρ为金属的密度(g/cm3).
3.金属腐蚀速率的电流指标
金属腐蚀速率的电流指标是以金属电化学腐蚀过程的阳极电液密度的大小来衡量金属的电化学腐蚀速率的程度。
式中，i
coor 为电流表示的腐蚀速率(A/m2),V
w
为重量表示的腐蚀速率
(g/(m2·h))；F为法拉第常数(F=26.8(A·h/mol)；n为得失电子数；M原子质量。
2020.03.03
第二章电化学腐蚀热力学
总结：第二章重点E-pH图及应用；
作业：P
40
：10,12，13,17,18,19
2.5电位-pH图及其应用
图中每一条线代表固相与溶液相之间的平衡。由此便把Fe- H
2
O体系中的电位-pH
图分成3个区域。
可以看出，当电位低于a线时，水被还原而分解出H
2
，电位高于b线时，水可被
氧化而分解出O
2
来。
在a、b两线之间水不可能被分解出H
2和O
2
,所以该区域代表了在lOOkPa下水的
热力学稳定区。由于这里重点是讨论金属的电化学腐蚀过程，除考虑金属的离子
化反应之外，还往往同时涉及氢的析出和氧的还原反应，故这两条虚线出现在电位-pH图中，则具有特别重要的意义。
（1）腐蚀区。在该区内稳定状态是可溶性的Fe2+、Fe3+. FeO
4
2-等离子。因此，对金属而言处于不稳定状态，可能发生腐蚀。
（2）稳定区。在该区域内金属处于热力学稳定状态，金属不发生腐蚀。
（3）钝化区。在该区由于具有保护性氧化膜处于热力学穢定状态，故金属腐蚀不明显。
有了电位-pH图，便可以从理论上预测金属的腐蚀倾向和选择控制腐蚀的途径。
对于Fe-H
2
O体系来说，可根据水溶液的pH和Fe在该水溶液中所具有的电极电位值，通过电位-pH图可明确地显示Fe的各种不同类型的腐蚀情况，并提出防腐措施的方向。
·在A点,因该区是Fe和H
2
的稳定区，所以不会发生腐蚀。
·在B点所处的区域是Fe2+离子和H
2
稳定区，因此，如果铁处于B点，将出现析氢的腐蚀
阳极反应：Fe-2e-→Fe2+
阴极反应，2H++2e-→H2
电池反应：Fe+2H+→Fe2++H2
·如果佚处于C点状态，因这个区对于Fe2+和水是稳定的，故铁仍将发生腐蚀。但是由于该点的电位位于a线之上，将不会发生H+离子的还原，而是发生电位比C点更正的氧还原过程。氧还原型的腐蚀反应为
阳极反应：Fe-2e-→Fe2+
阳极反应，2H++2e-+?O
2→H
2
O
电池反应：Fe+2H++?O
2→Fe2++H
2
O
如果想将铁从B点移出腐蚀区，从电位-pH图来看，可以采取3种措施：
（1）把铁的电极电位降低至非腐蚀区，这就要对铁施行阴极保护。（通过阴极极化降低铁的电极电位）
（2）把铁的电极电位升高使它进入钝化区，这可使用阳极保护法。（通过阳极极化升高铁的电极电位）
（3）调整溶液的pH至9?13之间也可使铁进入饨化区。
第三章电化学腐蚀动力学
2020.03.10
总结：第三章重点是理解析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率控制过程
作业：P73页：15,16,17,18
3.2腐蚀速率及极化作用
1.极化现象:当有电流通过原电池时, 阴极和阳极的电极电位均偏离了其平衡电位的现象。
由此可以给出电极极化的定义，即当电流通过电极时，电极电位偏离其平衡电位数值的现象叫电极的极化。使阳极的电极电位偏离其平衡电位数值而变得较正的极化作用叫阳极极化。
2.极化结果:阳极电位升高，阴极电位降低，从而使两极的电位差减小，使腐蚀电流减小从而降低了腐蚀速率。
3.极化的原因及其类型
(1)阳极极化的原因
电流通过腐蚀电池时，阳极的电极电位向正方向移动的现象称为阳极极化。产生阳极极化的原因有如下3种情况。
A.活化极化：电子运动速率往往大于电极反应的速率，在金属阳极溶解过程中，由于电子从阳极流向阴极的速率大于金属离子放电离开晶格进入溶液的速率，因此阳极的正电荷将随着时间发生积累，使电极电位向正方向移动，发生阳极极化，该极化称为电化学极化。
B.浓差极化：阳极溶解得到的金属离子将会在阳极表面的液层和溶液本体间建立浓度梯度，使溶解下来的金属离子不断向溶液本体扩散。如果扩散速率小于金属的溶解速率，阳极附近金属离子的浓度会升高，导致电极电位升高，发生阳极极化，该极化称为浓差极化。
C.电阻极化：该膜能阻碍金属离子由晶格转入溶液的过程，电流在膜中产生很大的电压降，从而也使阳极电位向正的方向移动形成阳极极化，该极化称为电阻极化。
3.3电化学极化动力学
1.单电极平衡电极的极化及其过电位
为了明确表示出由于极化使其电极电位偏离平衡电位的程度，把某一极化电流密度下的电极电位φ与其平衡电位φ。的差的绝对值称为该电极反应的过电位，以η表示。
阳极极化时，电极反应为阳极反应，阳极过电位为
阴极极化时，电极反应为阴极反应，阴极过电位为
根据这样的规定，不管发生阳极极化还是阴极极化，电极反应的过电位都是正值。过电位实质上是进行净电极反应时，在某一步骤上受到阻力所引起的电极极化而使电位偏离平衡电位的结果。因此，过电位是极化电流密度的函数，只有给出极化电流密度的数值，与之对应的过电位才有意义。
3.5混合电位及腐蚀电位
混合电位理论包括两项简单的假说:
(1)任何电化学反应都能分成两个或多个局部氧化反应和局部还原反应。
(2)在电化学反应过程中不可能有净电荷积累。
在盐酸中铁电极表面的铁素体和石墨就构成了微观电池，电子自铁素体流出后进入石墨。微电池有了电流后发生极化，铁电极发生阳极极化，氢电极发生阴极极化。
当阳极和阴极极化到交点处时，此时阳极反应释放出来的电子恰被阴极反应所消耗，两个电极表面的带电状况不随时间变化，它们的电极电位也处于不随时间变化的状态，即稳定状态。此时的电位称为稳定电位，它是氢电极的非平衡稳定电位，也是铁电极的非平衡稳定电位，所以这一稳定电位又称为混合电位和自腐蚀电位。显然自腐蚀电位（混合电位）位于两个电极的平衡电位之间。
在金属腐蚀学中，腐蚀电位是指在没有外加电流时，介质中的金属达到稳定状态后测得的电位，它是被自腐蚀电流所极化的阳极反应和阴极反应的混合电位。腐蚀电位是一种非平衡那个电位。
1.金属与电解质溶液接触所发生的腐蚀过程不是一个单一电极的可逆电极过程，而是一个不可逆电极过程，即在一个孤立的金属电极上同时以等速进行着一个阳极反应和一个阴极反应。这种电极称为二重电极，体系的腐蚀反应为两个电极反应的耦合。互相耦合的反应称为共轭反应，相应的腐蚀体系有时就称为共轭体系。
2.共轭体系的稳定状态与单电极体系的平衡状态是完全不同的。
平衡状态是单一电极反应的物质交换与电荷交换都达到平衡因而没有物质积累和电荷积累的状态；而稳定状态则是两个（或两个以上）电极反应构成的共轭体系的没有电荷积累却有产物生成和积累的非平衡状态。
3.6 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
第五章金属的钝化
2020.03.17
总结：重点是钝化过程的电化学行为和影响钝化的因素
：3,4，6,8
作业：P
114
5.1钝化现象
绝大多数金属通常在介质中都会自发地被腐蚀，可是金属表面在某些介质环境下会发生一种阳极反应受阻的现象金属的这种失去了原来的化学活性的现象被称为钝化，金属钝化后所获得的耐蚀性质称为钝性。钝化大大降低了金属的腐蚀速率，增加了金属的耐蚀性。
1.化学钝化：金属与钝化剂的化学作用而产生的钝化现象称为化学钝化或自钝化。当硝酸的浓度增加到质量分数为30%?40% 时，铁的腐蚀速率达到最大值。若继续增加硝酸的浓度，使之超过40%时，铁的溶解速率就突然下降，直到反应接近停止，这一异常现象就被称为钝化。
不仅是铁，其他一些金属如铬、镍、钻、钴、钼、铌、钛等，在适当条件下都会产生钝化。除硝酸外，其他强氧化剂如K2Cr2O7、KMnO4、KClO4等都可使金属发生钝化，甚至非氧化性试剂也能使某些金属钝化，例如镁可在氢氟酸中钝化，铜和银可在盐酸中钝化。汞和银在Cl的作用下也能发生钝化。这一系列能使金属钝化的物质统称为钝化剂。
金属与钝化剂的化学作用而产生的钝化现象称为化学钝化或自钝化。例如，铬、铝、钛等金属在空气中和很多种含氧的溶液中都易被氧所钝化，故称为自钝化金属。
金属变为钝态时，还会出现一个较为普遍的现象，即金属的电极电位朝正的方向移动。由于金属的钝化而使电位强烈地正移，几乎接近贵金属金和银的电位。由于电位升高，钝化后的金属失去它原有的某些特性，例如钝化后的铁在铜盐中不能将铜置换出来。
2.电化学钝化：采用外加阳极电流的方法，使金属由活性状态变为钝态的现象，称为电化学钝化或阳极钝化。
金属除了可用一些钝化剂处理使之产生钝化外，还可采用电化学阳极极化的方法使金属变成钝态。采用外加阳极电流的方法，使金属由活性状态变为钝态的现象，称为电化学钝化或阳极钝化。
3.比较
化学钝化是强氧化剂作用的结果，而电化学钝化是外加电流的阳极极化产生的效应，尽管二者产生的条件有所不同，但是电化学钝化和化学钝化之间没有本
质的区别。因为这两种方法得到的结果都使溶解中的金属表面化学性质发生了某种突变，这种突变使它们的电化学溶解速率急剧下降，金属表面的活性大幅度降低。
综上所述，钝化是指当金属的电极电位朝正的方向移动到一个临界值后，金属表面状态发生了某种突变，同时其腐蚀速率发生大幅度下降的现象。
5.2钝化过程的电化学行为
1.阳极钝化极化曲线
阳极极化曲线可以直观地揭示金属的阳极钝化行为和特征。利用控制电位法(恒电位法)可以测得具有活化和钝化行为金属的完整的阳极极化曲线。
图中的整条阳极极化曲线被4个特征电位值(金属电极的开路电位φ
coor
、致
钝电位φ
pp 、初始稳态钝化电位φ
p
及过钝化电位φ
tp
)分成4个区段。各区段的特
点如下。
(1)AB区:活化溶解区。
(2)BC区:活化钝化过渡区。当电极电位到达某一临界值时，金属的表面状态发生突变，金属开始钝化，电流密度急剧下降。
点B的电位和电流密度分别称为致钝电位φ
pp 和致钝电流密i
pp
。
(3)CD区:稳定钝化区。金属表面生成了一层耐蚀性好的钝化膜。对于点C有一个使金属进入稳定钝态的电位，称为初始稳态钝化电位φ
p
。
(4)DE区：该区为过钝化区，即在电极电位升高到氧的析出电位后，表面氧化膜被氧化成更高价的可溶性氧化物，金属继续腐蚀。
综上所述，阳极钝化的特性曲线至少有以下两个特点。
(1)整个阳极饨化曲线通常存在着4个特征电位（腐钝电位、致钝电位、维钝电位知及过钝化电位），4个特征区（活化溶解区、活化钝化过渡区、稳定饨化区、过钝化区）和两个特征电流密度（致钝电流密度和维钝电流密度）。
(2)金属在整个阳极极化过程中，由于它们的电极电位所处的范围不同，其电极
反应不同，腐蚀速率也各不一样。如果金属的电极电位保持在钝化区内，即可极大地降低金属的腐蚀速率。如果控制在其他区域，腐蚀速率就可能很大。
5. 3影响钝化的因素
1.合金成分的影响
2.介质的影响
·若降低介质的pH,金属的稳定钝化范围将减小，即金属的钝化能力将减弱。·钝化剂浓度对金属钝化产生很大的影响：
当钝化剂的浓度很低时，钝化剂的理想阴极极化曲线与金属的理想阳极极化曲线的交点在活化区（图5.6中的1点），此时金属不能建立钝态；若钝化剂的浓度或活性稍有提高，但其阴极极化曲线与金属阳极极化曲线有3个交点时（图5.6中的2点），金属也不能建立稳定的钝态；只有当钝化剂的浓度和活性适中，阴极极化曲线与阳极极化曲线在稳定钝化区只有一个交点（图 5.6 中的3点）时，金属才能建立起稳定的钝态。当钝化剂活性很强或浓度太高时，阴极极化曲线与阳极极化曲线的交点在过钝化区（图5.6中的4点），金属仍处于活化状态。
所以，只有当钝化剂的活性和浓度适中时, 金属才能够建立起稳定的钝化态。
·增加溶液含氧量，会使金属形成稳定钝化，且腐蚀电位升高。
搅拌增氧条件下，腐蚀电位变化不大。
3.卤族离子的影响：降低击破点位，稳定钝化区变窄。
卤族离子均有破坏钝态的能力，特别是广泛存在于介质中的氯离子，由于它具有较强的活化能力，对钝态的破坏有显著作用。
4.介质的温度和流速的影响：一般随着介质温度和流速的提高，金属的稳定钝化范围减小，钝化能力下降。
第六章局部腐蚀
2020.03.24
视频：14-23选择题不看
讨论问题1：怎么样减小电偶腐蚀？
讨论问题2：点蚀的影响因素有哪些？
讨论问题3：产生选择性腐蚀的原因是什么？
总结：掌握电偶腐蚀，点蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀的概念和影响因素
:2,5,7,10,11
作业：P
139
6.1局部腐蚀与全面腐蚀的比较
6.2电偶腐蚀
1.电偶腐蚀
电偶腐蚀是两种电极电位不同的金属或合金互相接触，并在一定的介质中发生电化学反应，使电位较负的金属发生加速破坏、电位较正的金属受到保护的现象。
产生电偶腐蚀应同时具备下述3个基本条件:
(1)存在相互接触的异种材料。电偶腐蚀的驱动力是低电位金属与高电位金属或非金属之间产生的电位差。
(2)存在离子导电回路。电解质溶液必须连续地存在于接触金属之间，构成电偶腐蚀电池的离子导电回路。对大气中金属构件的腐蚀而言，电解质溶液主要是指凝聚在零构件表面上的、含有某些离子（氯离子、硫酸根）的水膜。
(3)存在电子导电回路。即低电位金属与高电位金属或非金属之间要么直接接触，要么通过其他导体实现电连接，构成腐蚀电池的电子导电回路。
电偶序：就是将金属材料在特定的电解质溶液中实测的腐蚀（稳定）电位值按高低（或大小）排列成表的形式。利用电偶序可以判断电偶腐蚀电池的阴、阳极极性和金属腐蚀的倾向性大小。在电偶序中腐蚀电位低的金属与离它越远的高电位金属接触，电偶腐蚀的驱动力越大，电偶腐蚀的倾向越高。即金属在特定电解质溶液中的腐蚀电位不是一个固定值，而是有一定变化范围。因此，电偶序中一般仅列出金属稳定电位的相对关系或电位变化范围，而很少列出具体金属的稳定电位值。
2.影响电偶腐蚀的因素
电偶腐蚀受多种因素影响，有接触金属材料的自身性质、环境条件、阴极与阳极面积比等。
1)材料的影响
异种金属组成电偶时，它们在电偶序中的上下位置相距越远，电偶腐蚀越严重；因此在设计设备或构件时，尽量选用同种或同组金属，不用电位相差大的金属。若在特殊情况下一定要选用电位差相差大的金属，两种金属的接触面之间应加绝缘处理，如加绝缘垫片或者在金属表面施加非金属保护层。
2)阴阳极面积比的影响
研究表明，阴极与阳极相对面积比对电偶腐蚀速率有重要的影响。阴阳极面积比的比值越大，阳极电流密度越大，金属腐蚀速率越大。
阴极起集氧作用，面积越大，参与反应的氧越多，因而阳极腐蚀电流也越大，由此导致阳极腐蚀加速。因此为了减少电偶腐蚀，在结构设计时切忌形成大阴极小阳极的面积比。
3）介质的影响
介质的组成、温度、电解质溶液的电阻、溶液的pH、环境条件的变化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，锡对于铁来说成为阳极。温度变化可能改变金属表面膜或腐蚀产物的结构，也可能导致电偶电池极性发生逆转。例如，在一些水溶液中，钢与锌偶接时锌为阳极受到加速腐蚀，钢得到了保护。当水的温度高于80℃时，电偶的极性就发生逆转，钢成为阳极而被腐蚀，而锌上的腐蚀产物使锌的电位提高成为阴极。溶液pH的变化也会影响电极反应，甚至也会改变电偶电池的极性。例如，镁与铝偶接在稀的中性或弱酸性氯化钠水溶液中，铝是阴极，但随着镁阳极的溶解，溶液变为碱性，导致两性金属铝成为阳极。
4.电偶腐蚀的控制
(1)在设计设备或部件时，在选材方面尽量避免由异种金属（或合金）相互接触。若不可避免时，应尽量选取在电偶序中位于同组或位置相近的金属（或合金）。
(2)在设备的结构上，切忌形成大阴极小阳极的不利于防腐的面积比。若已采用不同腐蚀电位的金属材料相接触的情况下，必须设法对接触面釆取绝缘措施。
(3)对于不允许接触的小零件，必须装配在一起时，还可以采用表面处理的方法，如对钢零件的“发蓝”处理、表面镀锌、对铝合金表面进行阳极氧化，这些表面膜在大气中电阻较大，可起减轻电偶腐蚀的作用。
6.3点腐蚀
1.点腐蚀的特征
点腐蚀是在金属表面上极个别的区域产生小而深的蚀孔现象，又称点蚀、小
孔腐蚀和坑蚀。点蚀是一种隐蔽性强、破坏性大的局部腐蚀形式。
金属点腐蚀的产生需要在某一临界电位以上，该电位称为点蚀电位或击穿电位，记为φ
b
。点蚀电位的测量可以利用动电位扫描法，即以较缓慢的速率使金属电极的电位升高，当电流密度达到某一预定值时，立即回扫，这样可以得到“滞后环”状阳极极化曲线，如图6.6所示。
易钝化金属在多数情况下表现出这种滞后现象。点蚀电位φ
b
对应着金属阳极极化曲线上电流迅速增大的位置，即钝化遭到破坏产生了局部点腐蚀。正、反
向极化曲线交点对应的电位φ
b
称为保护电位。
当金属的电位低于φ
b
而处于钝化区时，不会形成点蚀孔；当金属的电位处
于φ
b 和φ
p
之间时，不会形成新的点蚀孔，但已有的点蚀孔会继续长大；当金属
的电位高于φ
b
时, 不仅已形成的点蚀孔会继续长大，而且将形成新的点蚀孔。
点蚀电位φ
b 越高，从热力学上讲金属的点蚀倾向越小，而φ
b
与φ
p
越接近，则
表明金属钝化膜的修复能力越强。
2.点蚀的机理
点蚀过程分为诱导期和发展期两个阶段。
第一阶段：诱导期与点蚀核的形成和长大的过程密切相关。处于钝态的金属仍有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和修复（再钝化）处于动平衡状态。当介质中含有活性阴离子（常见的如氯离子）时，平衡便受到破坏，溶解占了优势。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，结果在新露出基底金属的特定点上生成小蚀坑，这些小蚀坑便称为点蚀核。从理论上讲，点蚀核可在钝化金属的光滑表面上任何地点形成，随机分布。但当钝化膜局部有缺陷（金属表面有伤痕、露头位错等），内部有硫化物夹杂，晶界上有碳化物沉积等时，点蚀核将在这些特定点上优先形成。
第二阶段：点蚀孔内主要发生阳极溶解，若介质呈中性或弱碱性，二次腐蚀产物将在孔口形成，将蚀坑封闭起来，形成闭塞电池。孔内介质相对于孔外介质
呈滞流状态，溶解的金属阳离子不易往外扩散，溶解氧亦不易扩散进来。由于孔内金属阳离子浓度的增加，氯离子迁入以维持电中性。这样就使孔内形成金属氯化物的浓溶液。这种浓溶液可使孔内金属表面继续维持活态。又由于氯化物水解的结果，孔内介质酸度增加。酸度的增加使阳极溶解速率加快，加上受介质重力的影响，点蚀孔便进一步向深处发展。
综上所述可以看出，特定阴离子的优先吸附、钝化膜的局部破裂提供了点蚀萌生的条件；大阴极小阳极电池、孔内外氧浓差电池、闭塞电池自催化酸化作用等构成了点蚀发展的推动力。
3.影响点蚀的因素
金属或合金的性质、表面状态、介质的性质、pH、温度和流速等都是影响点蚀的主要因素。具有自钝化特性的金属或合金对点蚀的敏感性较高，钝化能力越强则敏感性越高。点蚀的发生和介质中含有活性阴离子或氧化性阳离子有很大关系。
1）材料因素
通常具有自钝化特性的金属或合金对点蚀的敏感性较高，钝化膜越稳定，耐点蚀性越强。
2）介质因素
·侵蚀性离子大多数的点蚀都是在含氯离子或氯化物介质中发生的。介质中只要含有氯离子便可使金属发生点蚀。随着介质中氯离子浓度的增加，点蚀电位下降，使点蚀容易发生，而且容易加速进行。
值显著地变正·PH值：在碱性介质中，随pH升高，使金属的φ
b
值明显降低，使点蚀加速。
·温度：介质的温度升高使φ
b
3）溶液流速因素
加大流速（但仍处于层流状态），一方面有利于溶解氧向金属表面的输送，使钝化膜容易形成，另一方面可以减少沉积物在金属表面沉积的机会，从而减少发生点蚀的机会。
4）金属的表面状态
光滑的和清洁的表面不易发生孔蚀，积有灰尘或各种金属的和非金属的杂物的表面，则容易引起点蚀。经冷加工的粗糙表面或加工后残留在表面上的焊流、焊渣飞溅等，在这些部位上往往容易引起点蚀。
5.点蚀的控制措施
(1)合理选择耐蚀材料。对于不锈钢材料，适当增加抗点蚀有效的合金元素如Cr、Mo、N等，而降低S等有害杂质元素，可以显著提高其抗点蚀性能。对于铝合金，降低那些能生成沉淀相的金属元素(如Fe、Cu等)，以减少局部阴极或加入Mn、Mg等合金元素，能与Si、Fe等形成电位较负的活泼相，均能起到提高抗点蚀能力的效果。
(2)降低环境的侵蚀性。降低环境中的卤素等侵蚀性阴离子浓度，尤其是避
免其局部浓缩，避免氧化性阳离子，降低环境温度，使溶液处于一定速率的流动状态。
(3)电化学保护。对于金属设备、装置采用电化学保护措施，将电位降低到保护电位以下，使设备金属材料处于稳定的钝化区或阴极保护电位区。
(4)表面处理。使用钝化处理和表面镀镣可以提高不锈钢的抗点蚀性能；包覆纯铝可以提高铝合金的抗点蚀性能；在金属表面注入铬、氮离子也能明显改善合金抗点蚀的能力。
(5)加入缓蚀剂。
6.4缝隙腐蚀
1.缝隙腐蚀
缝隙腐蚀是指在电解液中金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的缝隙，缝隙内离子的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而使金属局部破坏的现象。
2.缝隙腐蚀的机理
金属离子浓差电池和氧浓差电池是早期阐述缝隙腐蚀机理的较为重要的两种理论。目前普遍为大家所接受的缝隙腐蚀机理则是氧浓差电池和闭塞电池自催化效应共同作用的结果。
腐蚀刚开始时，氧去极化腐蚀在缝内外均匀进行。因滞流关系，氧只能以扩散方式向缝内迁移，使缝内的氧消耗后难以得到补充，氧的还原反应很快便终止。而缝隙外的氧可以连续得到补充，于是缝内金属表面和缝外金属表面之间组成了氧浓差电池，缝内电位低是阳极，缝外电位高是阴极，这个电池具有大阴极小阳极的面积比，结果缝内金属发生强烈溶解。在缝口处腐蚀产物逐步沉积，使缝隙发展
3.影响缝隙腐蚀的因素
（1）缝隙的几何因素。缝隙的几何形状、宽度和深度，以及缝隙内、外面积比等，决定着缝内、外腐蚀介质及产物交换或转移的难易程度、电位的分布和宏观电池性能的有效性等。缝外面积/缝内面积增大，促进大阴极小阳极效应，因此增大缝隙腐蚀的倾向。
（2）环境因素。影响缝隙腐蚀的环境因素包括溶液中的溶解氧量，电解质溶液的流速、温度、pH和氯离子浓度等。通常随溶液中pH的降低，氯离子浓度和氧浓度增大, 缝隙腐蚀加重。流速增大，缝外溶液的溶解氧量增加，使缝隙腐蚀增大。
（3）材料因素。合金成分对缝隙腐蚀有重要影响，对于不锈钢材料，Cr、Ni、Mo、Cu、Si、N等元素对提高其抗缝隙腐蚀是有效的，而Ru和Pd则是有害元素。为闭塞电池。
6.5晶间腐蚀
1.晶间腐蚀
晶间腐蚀是金属在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶界出现腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏现象。
腐蚀沿着晶界向内部发展，使晶粒间的结合力大大丧失，以致材料的强度几乎完全消失。发生晶间腐蚀的构件, 表面腐蚀的很轻微，而内部因腐蚀已造成了沿晶界的网络状裂纹,使金属的强度大大下降，如果该构件受力的作用，将会造成灾难性破坏事故。
奥氏体不锈钢是产量最多，应用最广的不锈纲，晶间腐蚀是其常见的腐蚀形态。
2.晶间腐蚀的影响因素
1）材料成分和组织的影响
合金成分是影响晶间腐蚀的重要因素。以不锈钢为例，无论是奥氏体不锈钢还是铁素体不锈钢，晶间腐蚀的倾向均随碳含量的增加而增大。其原因是，碳含量越高，晶间沉淀的碳化物越多，晶间贫铬程度越严重。
不锈钢中加入与C亲和力强的Ti和Nb,能够优先于 Cr而与C结合成碳化物TiC和NbC,从而减少奥氏体中的固溶碳量，使钢在敏化温度加热时避免铭的碳化物在晶界沉淀，从而降低产生晶间腐蚀的倾向。
2）热处理因素的影响
热处理过程影响晶间碳化物的沉淀，进而影响晶间腐蚀的倾向性。
3）环境因素的影响
由于晶间腐蚀是晶界区或晶界沉淀相选择性腐蚀的结果，因此，凡是能促使晶粒表面钝化，同时又使晶界表面活化的介质，或者可使晶界处的沉淀相发生严重的阳极溶解的介质，均为诱发晶间腐蚀的介质。
3.晶间腐蚀的控制
（1）降低钢中的碳含量，即将钢中的碳含量降低到固溶度以下，使碳化物无法析出；或者只有微量的碳化物析出，不足以引起晶间腐蚀破坏的危险。
（2）加入合金元素，即为了避免碳化铭在晶界处析出，可在钢中加入一些能形成稳定碳化物的元素，最常用的是钛和铌。
（3）通过一些工艺措施来控制碳化铭析出的部位和数量，来改善晶间腐蚀趋势。如进行冷加工使碳化物在季晶界上析出，或者通过细化不锈钢的晶粒降低碳化物在晶界上的平均析出量。
（4）通过固溶处理使在晶界上析出的碳化铭重新溶解，并在固溶处理后直接水冷，从而消除因敏化而造成的晶间腐蚀倾向。
6.6选择性腐蚀
1.选择性腐蚀
选择性腐蚀是指多元合金在腐蚀介质中，较活泼的组分优先溶解，结果造成材料强度大大下降的现象。选择性腐蚀发生在二元或多元固溶体合金中，电位较高的组元为阴极, 电位较低的组元为阳极，组成腐蚀原电池，使电位较高的组元保持稳定或重新沉积，而电位较低的组元发生溶解。
最典型的选择性腐蚀是黄铜脱锌和灰口铸铁的石墨化腐蚀，合金发生选择性腐蚀的本质是由于合金中各组分的化学稳定性或者化学活性的不同。
2.黄铜脱锌
3.铸铁的石墨化腐蚀
灰口铸铁中的石墨以网络状形式分布在铁素体的基体内，对于铁素体来说石墨为阴极，在一定的介质环境条件下发生铁的选择性腐蚀，而留下一个多孔的石墨骨架，称为石墨化腐蚀。石墨化腐蚀使灰口铸铁丧失原有的强度和金属性能，具有一定的危险性。石墨化腐蚀通常发生在较为缓和的环境中，如盐水、土壤或极稀的酸性溶液等。
石墨化腐蚀通常仅发生在有石墨网存在的灰口铸铁中。不能保持连续石墨残留物的可锻铸铁及球墨铸铁则不发生石墨化腐蚀，而没有自由碳的白口铸铁同样也不发生石墨化腐蚀。石墨化腐蚀是一个缓慢进行的过程，当灰口铸铁处于腐蚀性十分强烈的环境中时，则取代石墨化腐蚀的是整个铸铁表面的均匀化腐蚀。
第7章应力腐蚀
2020.03.21
总结：重点是应力腐蚀开裂、氢脆、腐蚀疲劳、磨损腐蚀的影响因素
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作业：P
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7.2应力腐蚀开裂
1.应力腐蚀开裂的条件
一般认为发生应力腐蚀开裂需要同时满足3个方面的条件：拉伸应力、敏感材料和特定介质。
（1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。这种拉应力的来源可以是：工作状态下构件所承受外加载荷形成的拉应力；加工、制造、热处理引起的内应力；装配、安装形成的内应力；温差引起的热应力；裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。
（2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。
（3）介质中的有害物质浓度往往很低。H
S引起高强度钢的开裂称为氢脆；
2
能引起黄铜的氨脆。此外，氯离子能引起奥氏体不锈钢的应力空气中少量的NH
3
腐蚀开裂，称为氯脆。
2.应力腐蚀开裂的特征
应力腐蚀开裂是一种典型的滞后破坏，即材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后，才萌生裂纹。应力腐蚀开裂过程分为3个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展、失稳断裂。
1）裂纹萌生裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变集中有关。此外，点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀的区域也往往是应力腐蚀开裂裂纹的萌生处。萌生期少则几天，多则长达几年、几十年，主要取决于环境特征与应力大小。
2）裂纹扩展
3）失稳断裂
当裂纹扩展达到临界尺寸时，裂纹失稳迅速，导致纯机械断裂。
2.影响应力腐蚀开裂的因素
影响应力腐蚀开裂的因素主要包括环境、电化学、力学、冶金等方面，这些因素与应力腐蚀的关系较为复杂。
3.应力腐蚀开裂的控制
(1)改进结构设计：降低和消除应力。应力腐蚀开裂常发生在应力集中处，在结构设计时应减少应力集中。
(2)涂层保护：主要是有机高分子涂层，如环氧树脂涂层、有机硅涂层，从而使金属表面和环境隔离开，避免产生应力腐蚀。
(3)合理选材和改善材质：选材应避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境中使用。减少材料中的杂质，提高纯度对减少应力腐蚀开裂也有好处。
(4)改善介质环境：控制和降低有害的成分，在腐蚀介质中加入缓蚀剂，促进成膜，阻止氢或者有害物质的吸附，改变环境的敏感性质。
(5)电化学保护：由于应力腐蚀开裂发生在活化-钝化和钝化-过钝化两个敏感电位区间，因此可以通过控制电位进行阴极保护或阳极保护防止应力腐蚀开裂。
7.3氢致开裂
1.氢致开裂
金属的氢致开裂是金属中由于氢的存在或金属与氢的相互作用所造成的力学性能恶化而产生脆性断裂的现象，又称氢损伤或氢脆。
氢的来源可分为内氢和外氢两种。内氢是指材料在使用前内部就已经存在的氢，主要是在冶炼、热处理、酸洗、电镀、焊接等过程中吸收的氢；外氢或环境氢是指材料在使用过程中与含氢介质接触或进行阴极析氢反应吸收的氢。
2.氢的存在与传输
在金属中，氢的存在形式有很多种。
1）H-、H、H+
2）氢分子
3）氢化物
4）气团
3.氢致开裂的分类
（1）氢腐蚀。由于氢在高温高压下与金属中第二相（夹杂物或合金添加物）
发生化学反应，生成高压气体（如CH
4、SiH
4
引起材料脱碳、内裂纹和鼓泡的现
象。
（2）氢鼓泡。过饱和的氢原子在缺陷位置（如夹杂）析出，形成氢分子，在局部造成很高的氢压，引起表面鼓泡或内部裂纹的现象。
4.氢致开裂的机理
A.氢腐蚀:氢腐蚀的发展大致分为3个阶段。
(1)孕育期。晶界碳化物及附近有大量亚微型充满甲烷的鼓泡形核。钢的力学性能没有变化。孕育期的长短决定了钢的使用寿命，表示了钢的抗氢腐蚀性能的好坏。
(2)迅速腐蚀期。小鼓泡长大，达到临界密度后便沿晶界连接起来形成裂纹。钢的体积膨胀，力学性能下降。
(3)饱和期。裂纹彼此连接的同时，碳逐渐耗尽，钢的力学性能和体积不再
改变。
最先，氢分子扩散到钢的表面，产生物理吸附,被吸附的部分氢分子分离为氢原子或氢离子，并经化学吸附,氢原子通过晶格和晶界向钢内扩散。
钢中的氢与碳反应生成甲烷，甲烷在钢中的扩散能力很差，聚集在微孔隙中，如晶界、夹杂物。不断反应的结果使孔隙周围的碳浓度降低，其他位置上的碳通过扩散不断补充。
甲烷不断聚集形成部分高压，气泡不断长大，并造成鼓泡，产生局部高压。
鼓泡超过临界密度最终发展成裂纹。
B.氢鼓泡
S环境中钢有两类开裂现象。一种是硫化物应力腐蚀开裂，多发生于在湿H
2
高强钢，必须有应力存在，裂纹与主应力方向垂直，是一种可逆氢脆。另一种是氢诱发开裂，发生于低强钢，不需要应力的存在，裂纹平行于轧制的板面，接近表面的形成鼓泡称氢鼓泡；靠近内部的裂纹呈直线或阶梯状，称阶梯状开裂，危险性最大。
可采取以下措施抑制氢鼓泡的发生。
(1)改变温度。氢鼓泡主要在室温下出现，提高或降低温度可减少开裂倾向。
(2)降低钢中的硫含量。降低钢中的硫含量可减少硫化物夹杂的数量，降低钢对氢鼓泡的敏感性。
(3)合金化。
(4)调整热处理和控制轧制状态也有一定的作用。
关于氢脆的机理，较为流行的观点有以下4种。
（1）氢压理论。该理论认为金属中的过饱和氢在缺陷位置富集、析出、结合成氢分子，造成很大的内压，因而降低了裂纹扩展所需的外应力。
（2）吸附氢降低表面能理论。当裂纹表面有氢吸附时，比表面能下降，因而断裂应力降低，引起氢脆。
（3）弱键理论。
（4）氢促进局部塑性变形理论。
5.氢致开裂的控制
1）减少内氢
通过改进冶炼、热处理、焊接、电镀、酸洗等工艺条件及对含氢材料进行脱氢处理，减少带入材料的氢量。
2）限制外氢
3）改变材料组织
6.影响氢腐蚀的因素
氢腐蚀与温度、氢分压、应力、时间、钢成分以及组织有关。
如上所述，氢腐蚀属于化学反应，因此无论反应速率、氢的吸收或碳的扩散，以及裂纹的扩展都是克服势垒的活化过程，故：
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。
第三单元金属的腐蚀与防护[明确学习目标] 1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。 一、金属的电化学腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生□01化学反应而腐蚀损耗的现象。其本质为金属原子□02失去电子被□03氧化的过程。 (2)分类 ①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生□04氧化还原反应而引起的腐蚀。 ②电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生□05原电池反应，使较活泼的金属□06失去电子被□07氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 (1)吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在的少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池中，铁是□08负极，碳是□09正极，在两电极分别发生□10氧化反应、□11还原反应而导致钢铁腐蚀。 相应的电极反应式分别为 负极：□122Fe－4e－===2Fe2＋(□13氧化反应) 正极：□14O2＋2H2O＋4e－===4OH－(□15还原反应) 总反应：□162Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 上述电化学腐蚀过程中吸收氧气，因此称为吸氧腐蚀。 (2)析氢腐蚀 当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀”。 发生的电极反应式分别为
负极：□17Fe－2e－===Fe2＋(□18氧化反应) 正极：□192H＋＋2e－===H2↑(□20还原反应) 总反应：□21Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。 (3)铁锈的生成 吸氧腐蚀中生成的Fe(OH)2会进一步被O2氧化成 Fe(OH)3：□224Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈□23Fe2O3·n H2O。 析氢腐蚀中，随着H2的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，继而也会被空气中的O2氧化再脱水形成铁锈。 二、金属的电化学防护 1．电化学保护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 利用原电池原理，被保护金属作□01正极，比被保护金属更活泼的金属作□02负极。此方法常用于保护海轮外壳及石油管道等。 (2)外加电流的阴极保护法 利用电解原理，外加直流电源，被保护的钢铁设备作□03阴极，惰性电极作□04阳极。此方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备腐蚀。 2．其他保护法 (1)加涂保护层：如采用在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等
21世纪的化学前沿 人们经常说：化学无所不在，所以化学的对象也几乎无所不包。传统上，根据研究对象和方法的不同一般把化学分为5个分支领域，即无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学。下面逐一介绍。 1无机化学 无机化学是研究无机化合物的性质及反应的化学分支。无机化合物包括除碳链和碳环化合物之外的所有化合物，因此，无机化合物种类众多，内容丰富。人类自古以来就开始了制陶、炼铜、冶铁等与无机化学相关的活动，到18世纪末，由于冶金工业的发展，人们逐步掌握了无机矿物的冶炼、提取和合成技术，同时也发现了很多新元素。到19世纪中叶，已经有了统一的原子量数据，从而结束了原子量的混乱局面。虽然当时人们已经积累了63种元素及其化合物的化学及物理性质的丰富资料，但是这些资料仍然零散而缺乏系统。为此，德国学者D6bereiner,Meyer、法国学者deChancourrois以及英国学者Newlands,Odling等先后做了许多元素分类的研究工作。至1871年，俄国学者Mendeleev发表了“化学元素的周期性依赖关系”一文并公布了与现行周期表形式相似的Mendeleev周期表。元素周期律的发现奠定了现代无机化学的基础。元素的周期性质是人们在长期科学实践活动中通过大量的感性材料积累总结出来的自然规律，它把自然界的化学元素看做一个有内在联系的整体。正确的理论用于实践会显示出其科学预见性。按周期律预言过的15种未知元素，后来均陆续被发现；
按周期律修改的某些当时公认的原子量，后来也都得到证实，如In,La,Y,Er,Ce,Th等。至1961年，原子序数由1-103的元素全部被发现，它们填满了周期表的第一至第六周期的全部以及第七周期的前面16个位置。尔后，又依次发现了元素104(1969年),105(1970 年),106(1974年),107(1981年),108(1986年),109(1982年),110(1994年),111(2019年),112(2019年)和114(2019年)等。人类究竟还能发现多少新元素？据核物理理论的预测，175号元素可以稳定存在，当然这种预测是否正确还需要实验的验证。至今耕耘周期系来发现和合成新化合物仍是化学科学的传统工作。 20世纪以来，由于化学工业及其他相关产业的兴起，无机化学又有了更广阔的舞台。如航空航天、能源石化、信息科学以及生命科学等领域的出现和发展，推动了无机化学的革新步伐。在过去30年里，新兴的无机化学领域有无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学、理论无机化学等等。这些新兴领域的出现，使传统的无机化学再次焕发出勃勃生机。 2有机化学 有机化学是一门研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支，也可以说有机化学就是有关碳的化学。在19世纪初期，碳元素的化学远比金属以及其他常见元素（如硫、磷和氮）的化学落后。1828年，德国化学家FeiderichWohler发现用无机化合物NH4Cl和AgOCN氰酸银）作用生成NH4OCN(氰酸钱），蒸发该溶液所得白色结晶是它的异构体CO(NH)2（尿素），后者是动物体内的有机物。人工合成尿素是有史
《金属腐蚀与防护》教设计案 一、教材分析 山东科技出版选修《化学反应原理》第一章第三节三、金属腐蚀与防护，在学习电解及原电池原理的基础上，通过分析铜铁接触形成原电池的例子，理解金属腐蚀的电化学原理及防护的原则，介绍电化学在生产生活中的应用。 二、教学目标 【教学目标】 知识与技能：1．理解金属的电化学腐蚀，学会防止金属腐蚀的一般方法．2．结合电化学原理，探究分析影响金属腐蚀的外界条件. 过程与方法：从实验探究过程提高对实验现象的观察能力和分析能力 情感、态度与价值观：通过学习金属腐蚀与生产，生活实际相联系的内容，增强学生的学习兴趣，发展学生们的探究能力 【重点难点】金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。 三、教学过程 1、从生活案例引入（图片） 2、分析学习目标 3、对预习情况进行分析 4、学生实验探究并进行讨论，得出结论 5、总结并练习 学案设计如下： 【课前预习】 1、金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围环境中的物质发生反应而腐蚀损耗的现象。金属腐蚀一般分为和。 （2）铁锈的生成原理是怎样的？（用反应化学方程式表示） 2、金属的防护 （1）改变金属组成和结构，如在金属中添加其他元素形成等。 （2）加，如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 （3）电化学防护 【课内探究】 一、金属腐蚀
[实验探究] 将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因？ 相同点： 不同点： 练习：如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于__________腐蚀． (2)若试管内的液 面上 升，则原溶液呈 _____________性，发生__________腐蚀；电极反应： 负极___________________，正极____________________． (3)若试管内的液面下降，则原溶液呈__________性，发 生__________腐蚀；电极反应：负极____________，正 极____________________． 总结： 二、金属的防护 电化学防护： ①牺牲阳极保护法——原理。（阴极）：被保护的金属 设备；（阳极）：比被保护的金属活泼的金属。 ②外加电流的阴极保护法——原理：：被保护的金属设 备；：惰性电极。
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
钛合金激光表面处理技术 Overview of laser surface treatment for titanium alloys 学院：研究生学院 专业班级：材料工程201204班 学号：2012168 学生姓名：麻明章 任课教师：张松（教授） 2013年
目录 引言 (1) 1 钛合金的腐蚀行为及机理 (1) 1.1 钛合金的应力腐蚀机理 (2) 1.2 钛合金的孔蚀和缝隙腐蚀机理 (2) 1.3 钛合金的接触腐蚀机理 (3) 2 钛合金激光表面改性 (3) 2.1 激光表面合金化 (3) 2.1.1 激光气相合金化 (4) 2.1.2 激光固相合金化 (4) 2.2 钛合金激光熔覆处理 (5) 2.3 钛合金激光熔凝处理 (5) 2.4 钛合金的脉冲激光沉积处理 (6) 3 钛合金激光表面处理存在的问题及解决措施 (7) 4 总结与展望 (8) 参考文献： (9)
钛合金的激光表面处理技术 引言：钛是20 世纪50 年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金具有相对密度小、强度高、抗氧化和腐蚀性能好等特点被广泛应用于航空航天领域，被誉为“太空金属”[1]；它又具有优异的抗腐蚀能力、无磁性等，是一种优秀的舰船结构材料，被誉为“海洋金属”[2]；近年来，随着钛工业的不断发展，钛合金已经在民用领域中得到了广泛应用，如汽车、建筑、医用、体用品等方面，被誉为“全能金属”[3]。 但钛合金仍存在一些缺陷，由于易产生粘着性磨损，所以其在摩擦条件下的应用受到了限制。另外，钛合金在高温下的抗氧化和耐蚀性能也不理想，这是由于钛在高温下与氧的亲和力较高之故。表面处理可有效提高钛合金的性能。钛合金的表面处理大致经历了三个阶段：一是以电镀、化学镀、热扩散为代表的传统表面处理技术阶段; 二是以等离子体、离子束、电子束等的应用为标志的现代材料表面技术阶段; 三是各种表面处理技术的综合应用和膜层结构设计阶段［4］。 但传统的表面改性处理如渗碳、渗硼和渗氮等存在着处理周期长和工件易变形等缺点；热喷涂技术制备的涂层存在着组织结构疏松且与基体的结合力较弱等不足。由于激光束具有良好的相干性和方向性，故被广泛用于对各种金属材料的表面改性处理。因此，利用激光表面改性技术在钛合金表面形成耐磨、耐蚀或具有生物活性的表面层，便能弥补钛合金的不足。激光处理与传统的热处理方法相比有许多优点，包括工件畸变较小，基体对熔覆层的稀释度低，可较精确地控制处理层的宽度和深度，能够选择性地处理工件的特定表面。 1 钛合金的腐蚀行为及机理 钛合金腐蚀形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀又分为应力腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀以及接触腐蚀等。一般而言，钛合金的成分、组织、晶粒度、晶体缺陷、性能、热处理以及表面状态等都会对其腐蚀行为和腐蚀程度产生不同的影响[5-6]。
过程装备腐蚀与防护综述班级：装控131班 学号：1304310125 姓名：杨哲 指导老师：黄福川
过程装备腐蚀与防护综述 装控131杨哲 1304310125 材料表面现代防护理论与技术 摘要：从材料表面防护技术与防护理论的角度，全面的介绍了材料表面防护技术与防护理论在人们的日常生活和国民经济发展中的重要性，并从金属材料有可能发生的腐蚀老化失效、摩擦磨损失效和疲劳断裂失效的理论基础，介绍了多种现代常见的材料表面防护新技术，如特种电沉积技术、热能改性表面技术、三束表面改性技术、气象沉积技术。金属表面转化膜技术等。同时，对于材料表面的涂、镀层界面结合理论，材料涂、镀层的防护理论，零部件表面防护涂、镀层设计等内容进行了专门的介绍。 关键词：材料表面；防护技术；腐蚀机理；防护理论；材料涂、镀层 Abstract: From the Angle of material surface protection technology and protection theory, comprehensive material surface protection technique is introduced and protection theory in People's Daily life and national economic development, the importance of and the possible corrosion of metal materials aging failure friction and wear and fatigue fracture failure of the theoretical foundation, introduced a variety of modern common material surface protection technology, such as special heat surface modification technology of electrodeposition three beam surface modification technology of meteorological deposition technology conversion film on the metal surface at the same time, such as interface for material surface coatings combined with theory, theory of protective materials, coatings, parts design content such as surface protective coatings specifically introduced Keywords: Material surface; Protection technology; Corrosion mechanism; Protective theory; Material coatings 前言 人们在日常的生活工作中不可避免的都要使用各种不同材料制成部件或产品，而使用这些部件或产品其目的是不同的，有的是为了工作，有的是为了日常生活。在使用这些不同材料制成的产品时，人们经常会发现，一些产品部件在不同的使用环境中，或者在环境条件发生变化时，表面很快会发生腐蚀、氧化、摩擦、磨损、老化等失效破坏现象，使产品的使用功能或使用价值受到影响，严重时甚至导致产品或部件的报废。因此，需要有针对性的对产品部件涂覆不同的防护膜层，以达到在不同使用环境中能够长期使用的目的。但是现代科学技术的进步和产品所处环境的复杂性，要求产品部件的屠夫膜层不再是简单的表面防护作用，而是需要具有多种功能，如耐高温、抗氧化、抗老化，满足光电磁等功能要求，甚至要求与产品部件的结构功能一体化。因此，对产品部件表面进行防护或表面处理，关系到产品应用部件的应用寿命和功能化。实际上，对产品部件涂覆功能性膜层是进一步发挥部件材料潜力的体现，也是现代社会提倡的节约原料资源、节约能源的一项重要措施。 设备和设施的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的，而多种金属材料在空气、水和各种介质中均会产生不同程度的腐蚀现象，致使零件失效，引发设备故障或事故，造成严重后果。所以，设备的腐蚀及其防护问题日益受到工程技术人员和科研人员的高度重视。
中国腐蚀与防护学会工作总结20××年我学会在中国科协和挂靠单位的支持和指导下，在常务理事会的领导下，进展顺利。主要开展了培训、学术交流、资格认证以及科技进步奖、技术咨询、科普等活动。 一、培训工作 （一）举办"NACE国际阴极保护技术（CP2）资格认证培训班"。中国腐蚀与防护学会与美国腐蚀工程师协会合作，于2007年6月13-18日在北京举办了"NACE国际阴极保护技术（CP2）资格认证培训班"。这是NACE第二次在中国举办的阴极保护培训班，并将对考试通过的学员颁发NACE国际协会的CP2证书。 参加本期培训班的学员来自石油、天然气、海洋石油、金属腐蚀与防护研究和工程施工等单位人员28人。教师是NACE选派的著名阴极保护技术专家David Webster先生和 Clay Brelsford先生。教学特点是理论与实际相结合，教师与学员互动，每一章节都有理论基础讲解和实际操作，教材资料丰富完整，实验设计全面，实验设备完善。CP2与CP1相比，加强了理论部分内容，实验操作部分的难度也增大了。参加CP2培训班的学员课上认真学习理论知识，课下认真复习并积极参与实际操作训练。 课程结束后，进行了严格的笔试和实验两部分考试。考试合格（实验、笔试两项成绩均超过70分）的学员将获得NACE颁发的阴极保护CP2证书。
NACE International是国际上最大的腐蚀专业领域学术团体机构，其所制定的行业标准和颁发的专业技术资格证书，在国际上被广泛采用并具有权威性。 NACE国际阴极保护技术培训及认证项目在国际上和推广到中国都影响越来越大。我学会与NACE已形成很好的合作模式，在阴极保护领域里成为国内唯一培训认证（NACE证书）机构。这项工作将长年定期开展。 （二）举办"管道完整性课程培训班"。学会与GE油气国际公司合作，于2007年11月18日-23日在北京举办"管道完整性课程培训班"。来自石油天然气、管道行业等16人参加学习。教师是来自GE油气国际公司的管线完整性服务资深顾问Lain Colquhoun博士和Bill Gu博士。课程内容涉及管道设计、用材、内外腐蚀与控制、检测方法、缺陷评估、修复等10个章节。学员反映在5天的学习时间里，吸收了大量知识，对提升自己的工作水平将会起到很大的帮助，回去还会进一步钻研。 （三）2007年11月15～30日，中国腐蚀与防护学会第五期防腐蚀工程师技术资格认证培训班在北京科技大学成功举办。参加本次培训班的学员有26人，培训内容有：腐蚀和腐蚀控制原理、腐蚀试验方法及监控技术、表面工程技术和缓蚀剂、阴极保护和阳极保护-原理、技术及工程应用、工程材料的耐蚀性、防腐蚀涂料与涂装，共计84个学时，学会特聘林玉珍教授、李久青教授、李金桂研究员、卢燕平教授、吴荫顺教授、左禹教授、熊金平教授、高瑾教授和米琪高级工程师为学习班授课。学习班课程安排合理，受到学员的一致好评。学员学习认真，课上课下常与教师进行交流。
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
金属的腐蚀与防护教案 年级：高三年级 科目：化学 姓名：丁博利
金属的腐蚀与防护 教学目标 知识与技能： ①了解金属腐蚀带来的危害，认识防止金属腐蚀的重要意义。 ②认识金属吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应方程式 ③能够利用电化学知识进行金属防护 过程与方法： ①通过图片，资料激发学生的责任感，从而走进生活，寻求解决金 属腐蚀的根源及方法。 ②通过对原理的分析，进一步提升学生发现问题，分析问题，解决问题的能力。 情感态度与价值观： 通过金属腐蚀对生产、生活的影响，感受化学对人类进步的意义。教学重难点： 重点：金属的电化学腐蚀及电化学防护原理 难点：钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的电化学原理 教学方法: 讨论法，讲授法，多媒体展示法，比较归纳法等。 课时安排: 2课时 第一课时
教学过程 一．创设情景，导入新课 1.图片展示，解释腐蚀的普遍性。 2.联系实际介绍金属腐蚀的危害性，。 3.了解腐蚀与防腐的必要性。 二．新课教学 学生阅读教材，回答相关问题 1.金属的腐蚀 ⑴概念：金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学 作用而遭到破坏，称为金属腐蚀. ⑵本质：M-ne-=M n+ (氧化反应) ⑶分类：化学腐蚀 电化学腐蚀 【交流研讨】：为什么铁在潮湿的环境中更容易腐蚀变红？ 2.金属的电化学腐蚀 ⑴原理：钢铁（Fe.C合金）在电解质溶液中形成原电池 ⑵分类：①析氢腐蚀 条件：电解质溶液酸性较强 Fe（-）：Fe-2e-= Fe2+ C(+): 2H+ + 2e- = H2↑ 总反应：Fe + 2H+ = Fe2++ H2↑ ②吸氧腐蚀
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 -
课时提升作业五 金属的腐蚀与防护 (30分钟50分) 一、选择题(本题包括3小题,每小题6分,共18分) 1.(2019·潍坊高二检测)下列有关叙述正确的是( ) A.钢管被原油中的含硫化合物腐蚀是电化学腐蚀 B.粗锌与稀硫酸反应制氢气比纯锌快,是因为粗锌比纯锌还原性强 C.铁板镀锡属于电化学防护 D.生铁浸泡在食盐水中发生吸氧腐蚀 【解析】选D。钢管被原油中的含硫化合物腐蚀是金属与非电解质直接发生化学反应,属于化学腐蚀,A错误;粗锌与稀硫酸反应制氢气比纯锌快,是因为粗锌与稀硫酸构成原电池加快了反应的进行,B错误;电镀属于在金属表面覆盖保护层,不是电化学防护,C错误;生铁浸泡在食盐水中发生吸氧腐蚀,D正确。 【补偿训练】 (2019·济南高二检测)下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( ) A.纯银器表面在空气中因电化学腐蚀而渐渐变暗 B.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 C.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀 D.当镀锌铁制品的镀层受损后,镀层仍能对铁制品起保护作用 【解析】选D。金属银在空气中易生成硫化银,属于化学腐蚀,故A错误;地下输油钢管与外加直流电源的正极相连,此时该金属作阳极,该电极金属易被腐蚀,故B错误;金属在空气与水交界处更易发生电化学腐蚀的吸氧腐蚀,钢柱在水下
部分不如在空气与水交界处更容易腐蚀,故C错误;镀锌铁制品的镀层受损后,形成铁、锌原电池,正极金属铁被保护,不易发生腐蚀,镀层锌仍能对铁制品起保护作用,故D正确。 2.(2019·泉州高二检测)图Ⅰ的目的是精炼铜,图Ⅱ的目的是保护钢闸门。下列 说法不正确的是) A.图Ⅰ中a为纯铜 B.图Ⅰ中S向b极移动 C.图Ⅱ中如果a、b间连接电源,则a连接电源负极 D.图Ⅱ中如果a、b间用导线连接,则X可以是铜 【解析】选D。a极接外电源的负极,精炼铜时,a为纯铜,b为粗铜,A正确;在原电池中阴离子向负极移动,B正确;a、b可接电池,a接负极,C正确;如果用导线连接起来,是原电池原理,X不可以是铜,否则加快了钢的腐蚀,D错误。 【补偿训练】 (2019·邯郸高二检测)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式:2Fe+2H2O+O2 进一步被氧气氧化为Fe(OH)3,再在一定条件下脱水生成铁 2Fe(OH) 锈,其原理如图。下列说法正确的是( )
材料化学研究前沿和发展展望 摘要:材料是人类发展的铺路石,从古至今材料伴随着人类的发展而发展,到了21世纪更是成为了材料的世纪。工业、军事、航空航天、生物、能源等都与材料密不可分。材料的研究前沿和发展成为众多科技工作者关注的对象。 能源、材料与信息是现代科技的基础，而材料是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。由于现代科技的不断进步，各个科学领域对材料的需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高，甚至其形态规格，也由三维块状材料向二维薄膜材料、一维纤维材料和准零维纳米材料发展。就此，本文将对材料化学的研究前沿和发展展望作简要讨论。 1 材料研究前沿 随着时代的不断发展，人类所使用的材料也由简到繁，由少到多。人类从石器时代走来，经历了上千年的风风雨雨，人类使用的器具也由石器到青铜，再到铁器……慢慢地，到现在使用的许多高品质的化学材料。不光在我们的生活中，在当今世界的许多高科技领域，材料的品质和发展得到了极大的重视和进步，其中处于当前研究前沿并收到科学界、工业界广泛关注的，主要有纳米材料、先进陶瓷材料、功能薄膜材料等等。 1.1 纳米材料之概论 纳米是一个极小的度量单位，一纳米等于十的负九次方米，所以纳米级的材料由于它是由极小的微粒组成，因而具有许多其他材料所不具备的性质，因此在大量科学领域中纳米材料的开发和使用成为其领域发展和进步的重中之重。而纳米材料则由于其优良的特性成为科学界青睐的对象，其特性主要表现在表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。 （1）微粒随着粒径变小，比表面积将会明显增大，则表面原子所占的百分数会显著增加，即微粒表面具有极高活性的原子所占百分数增加，进而导致纳米材料可以直接和空气发生剧烈反应，这就是在材料研究中不可忽视的表面效应。 （2）纳米粉体的粒径和光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度形成透射深度等物理特征尺寸相当或更小时引起一系列宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。其中具体又可以分为特殊的光学性质、热学性质、磁学性质以及力学性质。鉴于其作为纳米颗粒的优越性，可以取适当的材料作为高效率的光热、光电转换材料，可应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。且其特殊力学效应在于良好的韧性和延展性，它这新奇的力学性质使之应用前景十分宽广。 （3）量子尺寸效应则为当纳米材料能级间距大于热能、电场能或磁场能的平均能级间距时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性。例如原本可导电的金属在纳米粉体时可以变成优良的绝缘体等。纳米材料正是在纳米粉体的基础上建立和发展起来的，迄今为止纳米材料已经诞生了十多年，而其在许多高科技领域中的广泛应用也使得纳米材料成为科学界关注的热点。许多领域都在应用不同功能的纳米材料，但是现在用得最多的有纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米生物材料和纳米光学材料等。其中纳米催化材料和纳米生物材料又是与人类日常生活联系得最为紧密的：汽车前进过程中因为汽油的不完全燃烧，排气管排出的尾气中含有大量的一氧化碳、二氧化氮等有毒有害气体，危害人类健康，破坏
学习《过程装备腐蚀与防护》心得腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；人工器官材料在血液、体液中的腐蚀；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。 目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的腐蚀造成的危害是十分惊人的。据估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%，每年生产的钢铁约10%完全成为废物。实际上，由于腐蚀引起工厂的停产、更新设备、产品和原料流失、能源的浪费等间接损失远比损耗的金属材料的价值大很多。各工业国家每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的1%~4%。 腐蚀不仅造成经济上的巨大损失，并且往往阻碍新技术、新工艺的发展。例如，硝酸工业在不锈钢问世以后才得以实现大规模的生产；合成尿素新工艺在上世纪初就已完成中间试验，但直到20世纪50年代由于解决了熔融尿素对钢材的腐蚀问题才实现了工业化生产。 通过学习我们可以从最开始的设计阶段就考虑腐蚀对工程的影响，用正确的方法控制腐蚀，这样既能节省资源，又能延长设备的使用寿命，提高了我们的效率。对我们来说，我们更要踏实的学习知识，如果缺乏对于温度的、压力、浓度等的影响腐蚀规律的分析判断能力，那么按照手册相近选定的材料，往往会造成设备的过早破坏。结构复杂的机器、设备，出于某种特定功能的需要，常常选用不同材料的组合结构，如果不注意材料之间的电化学特征的相容性，或两种材料的结构相对尺寸比例不恰当，热处理度不合理，都会加速设备的腐蚀。所以腐蚀贯穿整个设计过程，所以我们要掌握腐蚀的一些基本知识是十分必要的。 因此，研究材料腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防腐措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产效率无疑具有十分重要的意义！
知识点总结三·金属的腐蚀与防护 知识点1·金属的腐蚀 1. 金属腐蚀的概念 （1）金属的腐蚀是指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）金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化的过程，M -ne - === M n+（M 表示金属） （3）金属腐蚀的类型：化学腐蚀和电化学腐蚀 表1 化学腐蚀与电化学腐蚀 2. 钢铁的腐蚀 （1）化学腐蚀：4Fe + 3O 2 + 2nH 2O === 2Fe 2O 3·nH 2O （2）电化学腐蚀：吸氧腐蚀和析氢腐蚀 ① 吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁表面。当周围环境呈若酸性或中性时，发生“吸氧腐蚀”。 负极： ； 正极： 。 总反应： 。 上述电化学腐蚀中吸收氧气，故称为吸氧腐蚀。 ② 析氢腐蚀 当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀” 负极： ； 正极： 。 总反应： 。 上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。 （3）铁锈的生成 铁锈的主要成分：Fe 2O 3·nH 2O 钢铁在中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀后，生成的氢氧化亚铁会进一步被O 2氧化，生成氢氧化铁，氢氧化铁部分脱水生成Fe 2O 3·nH 2O （铁锈的主要成分）。 主要的化学方程式： 4Fe(OH)2+ 2H 2O+O 2==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3== Fe 2O 3 · nH 2O+(3-n)H 2O 知识点2·金属的防护 1. 金属防护的原理 金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程。防止金属被腐蚀，就是阻断金属发生氧化反应的途径。 2. 金属防护的常用方法： （1）改变金属组成或结构 如：将铬、镍加入普通钢里制成不锈钢。 （2）在金属表面覆盖保护层 原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。这样的表面保护常用的方法主要有金属表面涂层保护和镀层保护。 如：在钢铁表面涂上油漆或油脂、覆盖塑料、镀锌等。 （3）电化学防护法 金属的电化学防护是利用电化学原理来保护金属，防止金属腐蚀。 知识点3·金属腐蚀快慢的规律 1. 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀 ＞ 原电池原理引起的腐蚀 ＞ 化学腐蚀 ＞ 有防腐措施的腐蚀（或者：电解池的阳极 ＞ 原电池负极 ＞ 化学腐蚀 ＞ 原电池正极 ＞ 电解池阴极） 2. 对同一金属来说，在同一溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中 ＞ 若电解质溶液中 ＞ 非电解质溶液中 3. 活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。 4. 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 5. 纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢。 6. 不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 防腐措施由好到坏的顺序： 外接电源的阴极保护法 ＞ 牺牲阳极的阴极保护法 ＞ 有一般防腐条件的保护法 ＞ 无防腐条件 补充你的知识点或写出你的疑惑： 化学能与电能的转化·练习题