第二章结构材料的腐蚀与防护PPT课件

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➢ 硫化氢与铁作用生成氢气和硫化铁：
H 2SFeFeSH 2
此反应在高温下迅速进行，生成的FeS夹 杂在金属晶粒之间的界面上（或称为 “在晶界上”），使金属材料的强度下 生成的氢，先以降原。子状态溶于金属中，接着氢原子扩散 并逐步聚集于应力集中处或金属缺陷处，使金属变脆， 这称为“氢脆”
电化学腐蚀: 指金属和周围介质发生电化学反应（原电 池反应 ）而产生的腐蚀。
钢铁
潮湿空气 水膜
CO2、 SO2、H2S 电解质 溶液
原
铁
电
池
原电池：
活泼金属：
C 失电子，转移到杂质上
杂质(C或较不 电解质溶液中的物质 活泼的金属) 在杂质上得到电子
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腐蚀电池分类
大电池腐蚀: 不同金属在同一种电解质溶 液中接触形成的腐蚀电池。
如两种金属接触时，如Cu、Al导线接头， 在空气中表面凝聚着一层水膜，水膜内 溶有CO2成为电解质溶液，Cu与Al浸于 其中，形成的腐蚀电池。
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微电池腐蚀: 电解质溶液接触的只是一种 金属也会因表面不均匀或含杂质形成微 电池。
在钢铁材料中，常含有锰、硅、碳（石墨）和碳化铁 （Fe3C）等杂质。石墨和Fe3C不容易失去电子，它们在 水膜电解质溶液中成为正极（阴极），而金属铁成为负 极（阳极），形成腐蚀电池。由于微小的杂质分散于铁 中，形成微阴极（如杂质比铁更容易失电子，则成为微 阳极），故称为微电池腐蚀．
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教学目标
• 描述金属材料的腐蚀机理 • 说出一回路所用材料的性质和腐蚀特点
教学内容
• 一回路的结构材料 • 锆合金的腐蚀特点 • 不锈钢的腐蚀特点及影响因素 • 镍基合金的腐蚀特点 • 活化腐蚀产物的迁移与沉淀
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2.1 金属的腐蚀及防护
铁的腐蚀机理 金属腐蚀定义：金属材料与外部介质反 应使材料发生可测量的变化和可能引起 的变质或破坏现象。 金属腐蚀后的特征：在外形、色泽以及机械性能等方面 都发生一定的变化。 按照腐蚀过程的机理，金属腐蚀常分为两大类—化学腐 蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀: 金属和周围介质（氧、氯、SO2、硫化氢…） 直接进行化学反应而引起的腐蚀。
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化学腐蚀一般都是全面性腐蚀，常见的有 ➢ 金属在酸与碱溶液中的化学反应； ➢ 铁在800－1000 ℃时，显著氧化生成的 氧化物； 氧化物可分为三层—最靠近金属铁的是FeO层，它在570 ℃以上是稳定的，低于570 ℃时，将按下式缓慢分解：
4F eO F eF e3O 4
靠近FeO层的是Fe3O4 层，最外层是Fe2O3。氧离子(O – 和O2-)可以通过氧化层向内扩散，铁离子(Fe2+和 Fe3+)也 可以通过氧化层向外扩散，使腐蚀继续进行。
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实际上，金属腐蚀往往是在多种因素作 用下发生的，例如，电化学作用和机械 作用，或电化学作用和微生物作用共同 产生腐蚀，化学腐蚀和电化学腐蚀也常 同时发生。
由于核电站中的水都是电解质，所以核电站腐蚀以电化 学腐蚀为主，也伴有其它腐蚀。 腐蚀电池
将两种金属放在电解质溶液内，并以导线联结。由于这 两种不同的金属标准电位不同，因而存在电位差，当导 线联结后导线上便有电流通过，这种装置叫做原电池。
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(2) 没有氧气时: 2H+ + 2e- → H2； （ H2＝0.0 V） 这种腐蚀称为析氢腐蚀
有氧气存在时电池电动势 E1=1.229-(-0.447)=1.676V; 无氧气存在时电池电动势 E2=0-(-0.447)=0.447V。 可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特 别严重。铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于 电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还 原反应。Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极 上，在铜极上O2与H+发生还原反应，消耗电子，并且消 耗了H+，使溶液的pH值增大。
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二价铁可以继续氧化成红棕色的Fe(OH)3：
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三 结价 构铁组F织e。(OH型)3结为构红复棕杂色，(弱它磁有物质、)，两种 型为黄色（强磁物质），所以铁锈也有 红色和黄色两种。由于这种腐蚀有氢析 出，也称为析氢腐蚀．
析氢腐蚀是在较强的酸性介质中发生的，如果钢铁表面 形成的电解质薄膜，呈很弱的酸性或中性时，负极仍是 铁被氧化成Fe2+，而在正极的主要反应则是水膜里溶解 的氧气得电子被还原：2H 2O O 24e4O H
又如在铜板上有一铁铆钉，也可形成的腐蚀电池。 铁：阳极（负极）发生金属的氧化反应： Fe → Fe2+ + 2e-； （Fe ＝－0.447V） 铜：阴极（正极）上可能有如下两种还原反应 (1) 空气中氧分压 =21 kPa 时： O2+4H++4e- →2H2O； （ O2＝1.229 V） 这种腐蚀称为吸氧腐蚀
铜: +0.345 铝: -1.67 铝电极电势低，为负极， (发生氧化反应，称为 阳极）；铜电极电势高， 为正极（发生还原反应， 称为阴极）。
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()阳 极 反 应2Al6e2Al3[2Al6O H2Al(O H)3]
()阴 极 反 应
6H6e3H2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总 反 应
2Al6H2O2Al(O H)33H2
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Zn电极电势 -0.762, Cu电极电势+0.345 锌电极电势低，为负极（发生氧化反应， 称为阳极）失去电子
铜电极电势高，为正极 (发生还原反应，称为 阴极)。
由于电极反应而引腐蚀， 这种腐蚀称为电化学腐 蚀。阳极被腐蚀。
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为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈， 而在潮湿的空气中却易生锈呢？
特征：在反应过程中伴随有电流发生，并且此电流通过 金属本身。
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化学腐蚀（次 要）
两类腐蚀的区别
电化学腐蚀 （主要）
条件
金属跟氧化剂 直接接触
不纯金属或合 金跟电解质溶
液接触
现象 无电流产生 有微弱电流
本质
金属被氧化的 过程
较活泼的金属 被氧化的过程
相互关 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同
系
时发生，电化学腐蚀为主
第二章 结构材料的 腐蚀与防护
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压水堆核电站中水的作用?
冷却剂和慢化剂； 作为二回路工质； 换料和燃料贮存过程中用作屏蔽材料； 在安全注射和安全壳喷淋系统中用来确 保反应堆事故下的安全； 配成各种水溶液对人员和设备进行化学 去污。
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在压水堆中水作为冷却剂的优点 ➢ 热交换与传热系数大 ➢ 化学稳定性好 ➢ 辐照稳定性好 ➢ 核性能好 ➢ 价格便宜，确保供应量，操作处理 方便