材料腐蚀与防护

第一章绪论

重点

1. 金属的腐蚀:：金属腐蚀后失去其金属特性，往往变成更稳定的化合物。金属腐蚀是普遍存在的一种自然规律，是不可避免的自然现象。

2. 均匀腐蚀速度的评定

重量法g/(m2•h)

深度法 mm/ a

容量法

电流密度法

目录

P9 腐蚀的定义

P10-11 腐蚀的过程及特点

P13 腐蚀的危害 P18-20 腐蚀的防护方法：隔离控制、热力学控制、动力学控制

P29-30 按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀

P31-38 按腐蚀形态分类：全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀

P39 按材料类型分类：金属材料、非金属材料

P41 腐蚀速度的评定

P42-49 均匀腐蚀的评定：重量法、深度法、容量法、电流密度表征法

第二章金属腐蚀电化学理论基础

重点 1. 电极系统：一个有电子导体相和离子导体相组成的，有电荷通过相界面在两个相之间转移的系统。

2. 电极反应：在电极系统中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应。

3. 阳极反应：从还原体的体系向氧化体的体系转化（失电子）

阴极反应：从氧化体的体系向还原体的体系转化（得电子）

4. 绝对电极电位：金属电极板浸入其盐溶液中，电子导体相（金属）与离子导体相之间的内电位差称为电极系统的绝对电极电位，用Φ表示。

相对电极电位：研究电极与参比电极组成的原电池电动势称为该电极的相对（电极）电位，用E表示。

5. 双电层结构：金属极板表面上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受负电荷吸引，较多地集中在金属极板附近，形成所谓双电层结构。

6. 原电池与腐蚀电池的区别：原电池将化学能转化为电能，对外界做实际有用功，都十点吃由化学能转换为热能，做的实际有用功为0，，即腐蚀电池只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。 7. 化学位，单位摩尔数的物质M加入到相P所引起的吉布斯自由能的变量

电化学位：将单位摩尔的正离子Mn+移入相P时，引起的吉布斯自由能变化

8. 平衡绝对电极电位的计算

9. 相对电极电位和电动势

10. 标准电位E⦵：电极反应的各组分活度(或分压)都为1，温度为25oC时，压力为1 atm时的平衡电位Ee等于E⦵，E⦵称为标准电位。

11. Nernst方程求平衡电位

12. 电化学腐蚀的热力学判据：

EM，eEO，e, ΔG>0, 腐蚀不能自发进行；

EM，e=EO，e, ΔG=0, 腐蚀反应达到平衡；

13. 电动序：将各种金属的标准电位􀡱⦵的数值从小到大排列起来，就得到“电动序”或标准电位序。电动序可以用来粗略地判断金属的腐蚀倾向

14. 电位-pH 图（Ee-pH图）：是描绘电极的平衡电位与溶液pH值间的曲线。重点：氧电极和氢电极的电位-pH图、Fe-H2O系的电位-pH图

15. 极化作用：由于通过电流而引起腐蚀电池两极间电位差减小，并因而引起电池工作电流降低的现象

16. 交换电流密度：当电极反应达到平衡时，反应速度为交换反应速度，阳极反应和阴极反应具有相同的电流密度，称为交换电流密度

17. 电极反应动力学方程

18. 外侧电流密度：

19. Tafel方程式

20. 极限扩散电流密度

21. 扩散控制的动力学方程

22.混合电位：由于两个耦合的电极电位不同，彼此互相极化，它们偏离各自的平衡电位，极化到了一个共同的电位E ，称为混合电位。

23. 腐蚀电位和腐蚀电流：如果在共轭反应中，阳极反应是金属的溶解，结果导致金属的腐蚀，这时混合电位又叫腐蚀电位Ecorr。相应于腐蚀电位下的阳极溶解电流称为腐蚀电流Icorr或腐蚀电流密度icorr。

腐蚀电流密度

23.外测电流密度也称为极化电流密度

极化电流密度

24. 腐蚀电流密度的影响因素

1）i0,a 和i0,c, 交换电流密度越大，腐蚀电流密度越大

2）塔菲尔斜率，βa，βc越大，icorr越小

3）平衡电位之差，Ee,a－Ee,c越大，icorr越大

目录

一、腐蚀电池

P3-4电极系统和电极反应的定义

P5-6 电极反应的分类

P8-9 电极反应的书写

P11-13 绝对电极电位、相对电极电位、平衡电极电位

P13-17 双电层结构（平板模型、扩散双电层模型）

P18-20 原电池、电解池、腐蚀电池的定义及对比 P22-23原电池与腐蚀电池的区别

P24-26 腐蚀电池的过程

二、电化学腐蚀热力学

P30-31 化学位与电化学位

P34-36 电化学位的计算

P38 平衡绝对电极电位的计算

P39-44 相对电极电位以及电动势的计算

P46-51 Nernst方程求平衡电极电位

P48 标准电位E⦵的定义，标准电位和平衡电位的区别

P54-56 电化学腐蚀的热力学判据

P57-60 由电极电位判断腐蚀发生的可能性的计算

P63 电动序的定义及意义

P65-67 氧电极和氢电极的电位-pH图

P69-75 Fe-H2O系的电位-pH图

P77 电位—pH图的局限性 三、电化学腐蚀动力学

P81-83极化作用

P84过电位的定义

P85-86 电极反应步骤和速度控制步骤（电化学极化、浓差极化）

P88 化学反应速率方程

P93电化学反应速率方程

P94-95 交换电流密度

P96 电化学反应动力方程

P97 外测电流密度

P97-98 极化曲线和极化率

P99-101 Tafel方程式

P103 极限扩散电流密度

P104-105 扩散过程动力学方程

P109-113 混合电位理论

P114-118腐蚀电流密度icorr P119-121 腐蚀电流密度的影响因素

P125 极化电流密度

四、析氢腐蚀与吸氧腐蚀

P132析氢腐蚀的原理

P137-140 影响析氢腐蚀的因素

P141 减缓析氢腐蚀的途径

P142 吸氧腐蚀的原理

P147-149 影响吸氧腐蚀的因素

P150 析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

第三章金属常见腐蚀形态及机理

重点

1. 按材料腐蚀形态分类

全面腐蚀：均匀腐蚀、不均匀腐蚀

局部腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀及丝状腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀 2. 电偶腐蚀

定义：异种金属接触，在一定条件下（电解质溶液或大气中），电位较负的腐蚀加速，电位较正的金属腐蚀减慢的现象称为电偶腐蚀，(亦称之为双金属腐蚀或接触腐蚀)。

机理：两种金属构成宏电池，产生电偶电流，使电位较负的金属（阳极）产生阳极极化，溶解速度增加；电位较正的金属（阴极）产生阴极极化，溶解速度减小。阴阳极面积比增大，介质电导率减小，都使阳极腐蚀加重。

影响因素：电化学因素、介质条件、表面面积

3. 点蚀

定义：点蚀又称孔蚀，是一种腐蚀集中在金属表面的很小范围内，并深入到金属内部的小孔状腐蚀形态，蚀孔直径小、深度深，其余地方不腐蚀或腐蚀很轻微。

机理：第一阶段蚀孔成核（钝化膜破坏理论和吸附理论）；第二阶段蚀孔生长（基于闭塞电池的活化-钝化腐蚀电池的自催化理论）

影响因素：介质类型、介质浓度、介质温度、溶液pH、介质流速

4. 缝隙腐蚀

定义：有电解质溶液存在，金属表面因存在异物或结构上的原因而形成缝隙，从而导致狭缝内的金属腐蚀加速的现象。

机理：初期阶段缝内缺氧、缝外富氧，氧浓差电池；后期阶段闭塞电池自催化效应

影响因素：几何因素、环境因素、材料因素

5. 晶间腐蚀

定义：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。

产生原因：多晶体的金属和合金本身的晶粒和晶界的结构和化学成分存在差异产生了形成腐蚀微电池的物质条件；在晶界和晶粒构成的腐蚀原电池中，晶界为阳极，晶粒为阴极。由于晶界的面积很小，构成“小阳极－大阴极”

机理：(1) 贫化理论－晶界碳化物析出(2) 阳极相理论－晶界相析出并溶解(3) 吸附理论－杂质原子在晶界吸附

影响因素：热处理制度；合金成分；腐蚀介质

6. 选择性腐蚀

定义：多元合金中较活泼组分的优先溶解，这个过程是由于合金组分的电化学差异而引起的

机理：锌的选择性溶解；溶解-沉积 影响因素：组织结构和成分、温度、腐蚀介质

目录

P2 腐蚀形态的分类

P3 全面腐蚀及其危害

P4 局部腐蚀及其危害

P5 局部腐蚀的原因

P6 全面腐蚀与局部腐蚀的对比

P8电偶腐蚀的定义

P10-12 电偶序

P13 电偶腐蚀的机理

P14-16 电偶腐蚀的影响因素

P17-18 电偶腐蚀的评价方法和防止措施

P20-22 点蚀的定义、特点和形貌 P23-25 点蚀发生的条件

P26-42 点蚀的机理

P43-46 点蚀的影响因素

P47-50 点蚀的评定方法

P51 点蚀的防止措施

P53-55 缝隙腐蚀的定义、形成以及特征

P56-60 缝隙腐蚀的影响因素

P64 缝隙腐蚀的评价方法

P65-68 丝状腐蚀的定义、特征、机理以及影响因素、防止措施

P69-71 垢下腐蚀的定义、特征、机理以及影响因素

P72 点蚀与缝隙腐蚀的比较

P73 防止缝隙腐蚀的措施

P75 晶间腐蚀的定义和特点

P76 晶间腐蚀产生的原因

P77-82 晶间腐蚀的机理