金属腐蚀学第九章
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复旦化学第9章-过渡元素(一)
ⅥB 铬 Cr 3d54s1 钼 Mo 4d55s1 钨 W 5d46s2
辉钼矿MoS2
(Fe、Mn)WO4黑钨矿
CaWO4白钨矿
9.3.2 铬的氧化态与形态变化
Cr(Ⅱ)：Cr2+ Cr(Ⅲ)：Cr 3+（酸性介质）
CrO2－ 、[Cr(OH)4－] （碱性介质） Cr(Ⅵ)：Cr2O72－ （酸性介质）
电解： 阳极： 2MnO42－ －2e→2MnO4－ 阴极： 2H2O+2e→H2↑+2OH－
总反应：2K2MnO4+2H2O == 2KMnO4+2KOH+H2↑
Cl2或NaClO氧化：
2K2MnO4+ Cl2 == 2KMnO4 + 2KCl
9.5 铁系元素
9.5.1 概述
Ⅷ
Fe
Co
Ni
3d64s2
3d74s2
3d84s2
价态：+2 +3 (+6) +2 +3 (+5) +2 +3 (+4)
铁、钴、镍在+2、+3氧化态时，半径较小，又有未充满的d轨道，使它们 有形成配合物的强烈倾向，尤其是Co(Ⅲ)形成配合物数量特别多。
许多铁、钴、镍合金是很好的磁性材料。
9.5.2 氢氧化物
Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3 氧化能力逐渐增加 Fe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2 还原能力逐渐减弱
8.3.3 铬的难溶盐
Ag+ Cr2O72－ + Ba2+ →
Pb2+
Ag2CrO4↓砖红 BaCrO4↓黄 PbCrO4↓黄
第九章-金属表面转化膜技术
1）钢铁高温化学氧化
高温化学氧化也称碱性化学氧化，是传统的发蓝方法。一 般是在氢氧化钠溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸 钠），在140℃左右的温度下处理15～90min，生成以 Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～1.5μm，最 厚可达2.5μm。氧化膜具有较好的吸附性，通过浸油或其 他后处理，氧化膜的耐蚀性可大大提高。
20
5～7.5 60～80 60～70 10～15
低温 配方1 配方2 40～60
50～70 50～100 80～100
4～8 3～4.5
0.2～1
3～4 50～90 20～30 30～45
4～6 75～95 15～35 20～40
4）磷化工艺方法及流程
磷化工艺基本方法有浸渍法和喷淋法两种。
浸渍法
2. 钢铁的磷化处理
钢铁磷化膜主要用于耐蚀防护、油漆涂装的底层和冷变形 加工时的润滑层，膜厚度一般在5～20μm。
目前用于生产的钢铁磷化工艺按磷化温度可分为高温磷化、 中温磷化和常温磷化三种，目前钢铁磷化技术主要朝中低 温磷化方向发展。
1）高温磷化
高温磷化的工作温度为90～98℃，处理时间10～20min。 优点是磷化速度快,膜层较厚；膜层的耐蚀性、结合力、 硬度和耐热性都比较好；缺点是工作温度高，能耗大,溶 液蒸发量大，成分变化快，常需调整；膜层容易夹杂沉淀 物且结晶粗细不均匀。
钢铁发蓝后氧化膜的色泽取决于工件表面的状态、材料成 分以及发蓝处理时的操作条件，一般为蓝黑到黑色。碳质 量分数较高的钢铁氧化膜呈灰褐色或黑褐色。发蓝处理后 膜层厚度在0.5～1.5μm，对零件的尺寸和精度无显著影 响。
小试验
将一把表面光洁、银光闪闪 的小刀，放在水中浸一下，再 在火上烤。过一会儿看小刀的 表面有什么变化？小刀的表面 是否蒙上了一层蓝黑色？
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
第九章-金属表面转化膜技术
130～135 140～150 10～20 40～50 双槽氧化法，从第1槽 取出后不经清洗直接进 入第2槽，可获蓝黑色 光亮氧化膜
钢铁高温氧化时，可能会形成一些红色沉淀物附在氧化 膜表面，成为红色挂灰，或称“红霜”，这是钢铁氧化过 程中常见的故障，应尽量避免，关键是要严格控制氢氧化 钠的浓度和工艺温度，使其不能过高。
磷化后处理
钢铁件磷化后应根据工件用途进行后处理，以提高磷化膜 的防护能力。一般情况下，磷化后应对磷化膜进行填充和 封闭处理。
磷化膜填充处理工艺规范
溶液组成/（g/L） 与工艺条件
配方1
重铬酸酐钾 碳酸钠 铬酸酐 肥皂
温度 / ℃ 时间 / Min
30～50 2～4
80～95 5～15
配方2 60～100
涂装底层
作为涂装底层的化学膜要求膜层致密、质地均匀、薄厚适 宜、晶粒细小。
塑性加工
金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工，例如进行 钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层最新的应用领域之一。 采用这种方法对钢材进行拉拔时可以减小拉拔力，延长拉 拔模具寿命，减少拉拔次数。该法在挤出工艺、深拉延工 艺等各种冷加工方面均有广泛的应用。
磷酸三钠
20～30
重铬酸酐 钾
25～35
温度 /℃ 130～137 130～137 135～145
时间 /min
15
60～90
60～90
备注
氧化速度 铁含量较高， 通用氧化
快，
有利于提高 液
膜致密， 氧化膜性能
但光亮
性差
双槽法
第一槽 第二槽
550～650 750～850 100～150 150～200
2. 钢铁的磷化处理
钢铁磷化膜主要用于耐蚀防护、油漆涂装的底层和冷变形 加工时的润滑层，膜厚度一般在5～20μm。
钢铁高温氧化时，可能会形成一些红色沉淀物附在氧化 膜表面，成为红色挂灰，或称“红霜”，这是钢铁氧化过 程中常见的故障，应尽量避免，关键是要严格控制氢氧化 钠的浓度和工艺温度，使其不能过高。
磷化后处理
钢铁件磷化后应根据工件用途进行后处理，以提高磷化膜 的防护能力。一般情况下，磷化后应对磷化膜进行填充和 封闭处理。
磷化膜填充处理工艺规范
溶液组成/（g/L） 与工艺条件
配方1
重铬酸酐钾 碳酸钠 铬酸酐 肥皂
温度 / ℃ 时间 / Min
30～50 2～4
80～95 5～15
配方2 60～100
涂装底层
作为涂装底层的化学膜要求膜层致密、质地均匀、薄厚适 宜、晶粒细小。
塑性加工
金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工，例如进行 钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层最新的应用领域之一。 采用这种方法对钢材进行拉拔时可以减小拉拔力，延长拉 拔模具寿命，减少拉拔次数。该法在挤出工艺、深拉延工 艺等各种冷加工方面均有广泛的应用。
磷酸三钠
20～30
重铬酸酐 钾
25～35
温度 /℃ 130～137 130～137 135～145
时间 /min
15
60～90
60～90
备注
氧化速度 铁含量较高， 通用氧化
快，
有利于提高 液
膜致密， 氧化膜性能
但光亮
性差
双槽法
第一槽 第二槽
550～650 750～850 100～150 150～200
2. 钢铁的磷化处理
钢铁磷化膜主要用于耐蚀防护、油漆涂装的底层和冷变形 加工时的润滑层，膜厚度一般在5～20μm。
金属腐蚀学原理及应用
金属腐蚀学原理及应用金属腐蚀学原理及应用金属腐蚀是指金属在与环境中的化学反应下所引起的损失和变化。
金属通常被用于各种各样的工业和日常应用中，如建筑、汽车、航空等，因此了解金属腐蚀学的原理和应用对于保护金属的耐久性和延长其使用寿命至关重要。
金属腐蚀的原理主要通过电化学反应来解释。
在金属中存在着一些不稳定的原子，这些原子会与外部环境中的氧、水以及其他化学物质发生反应。
这些反应过程中，金属会失去电子形成阳离子，并与环境中的阴离子结合形成新的化合物。
这个过程被称为金属的腐蚀。
腐蚀过程中，会产生一些物质来保护金属表面，如氧化物或者氢氧化物，但长期来看，这些物质并不能有效地防止金属的进一步腐蚀。
金属的腐蚀受到多种因素的影响，像是温度、湿度、氧气浓度、金属的化学性质、金属表面的处理等。
一般来说，金属在高温、湿度大的情况下腐蚀更严重。
不同金属的腐蚀性质也不同，例如铁易于生锈，铝易被氧化等。
金属也可以通过表面处理来减少腐蚀的可能性，如通过镀层来保护金属表面。
了解金属腐蚀的原理可以帮助我们找到相应的方法来保护金属。
以下是金属腐蚀学的一些应用：1. 防腐涂料：将防腐涂料涂在金属表面，形成一层保护膜，可以有效地减少金属与外部环境的接触，从而防止金属的腐蚀。
2. 阴极保护：使用一种被称为阴极保护的方法来保护金属。
这种方法是通过在金属表面附近放置一个电化学保护体，使其成为电化学反应中的阴极，从而减少金属的腐蚀。
3. 选择性腐蚀：在特定条件下，某些金属中的某些区域可能会优先腐蚀。
这种腐蚀称为选择性腐蚀。
了解选择性腐蚀的原理可以帮助我们设计出合适的金属结构以避免这种情况的发生。
4. 金属合金：将金属与其他元素合金化可以改变金属的性质，其中一种就是提高金属的耐腐蚀性。
例如，不锈钢就是通过在铁中添加一定量的铬和其他元素来提高其抗腐蚀性能。
5. 腐蚀监测：通过使用特定的仪器和设备来监测金属腐蚀的程度，可以及时采取措施来防止腐蚀的进一步发展。
第九章 防锈工艺
第九章防锈工艺金属制品品种多。
它们的防锈工艺只能根据其材质，加工工序，质量要求，结构特点。
等各方面因素而定，就是一种产品也会因地而异。
所以规定金属制品甚至某种金属制品的防锈工艺都是不科学的。
我们这里讨论的防锈工艺，只不过是金属制品在进行防锈处理中所遇到的几个重要环节。
1 产品的清洗产品的清洗是金属防锈工作极其重要的环节之一。
无论在机械加工过程和组装中，还是在产品封存和启封时都会遇到这一工序。
因为附着于产品表面有许多污物，如各种酸，碱，盐，灰尘，切削，磨削，切削液，手汗以及各种油脂等。
其中有水溶性的也有大量非水溶性的油污。
这些污物会引起或加速金属的锈蚀，对于防锈工艺的质量也有严重影响，使防锈措施达不到应有的效果。
金属制品的表面是用清洗液进行清洗的。
常用的清洗液大致可分为石油溶剂，氯化碳氢溶剂，强或低碱性清洗用水溶液和非离子型表面活性剂的清洗用水溶液等几种。
清洗工艺多采用机械或手工操作的浸洗，刷洗，喷洗或超声波清洗，气体清洗等类型。
清洗液与清洗工艺的选择主要根据产品的金属性质，结构特点，所带赃物的类型以及对清洗质量的要求确定。
例如，为了清洗油脂，可采用溶剂或加有表面活性剂的清洗液进行浸洗或喷洗。
对于水溶性污物宜选用水基清洗液来清洗。
要是要清洗灰尘，磨料，切削等固体污物，则需在清洗工艺中加强冲刷，抖动或用超声波清洗的方法来除去。
对于一些带磁性的钢件，则在清洗前应在退磁机退去磁性，否则它黏附的磨削很难被洗下来。
现将常用的清洗剂和清洗方法介绍如下：一石油溶剂清洗法石油溶剂去油污的能力较强，很容易把金属表面的油腻解掉，但易燃，易挥发，使用时须注意防火，常用的石油溶剂有1 汽油常用的有200号工业汽油和120号溶剂汽油。
含铅燃料汽油对人有毒，对金属有腐蚀不能用作清洗液。
汽油易挥发，去油脂能力强，是常用的清洗材料。
用汽油清洗后的工件表面由于汽油挥发而吸收热量，工件表面温度下降，在湿度较大的环境中容易发生疑露，以致引起产品锈蚀，防止的方法可在最后一次清洗用汽油中加入少量置换型防锈油，提高防锈能力。
详解管道阴极保护原理
• 作“人体电容法”时两位检漏员分别与检 测仪的检测线芯线两端相连，两人保持56m的距离，沿管线以步行速度前进，当走 到漏点附近时, 仪器显示器信号发生变化，
漏点中心信号最强，数值最大，据此即可 找到漏蚀点(见图3-3)。据此信号强度变化, 来判断防腐层有无破损, 并可根据信号异常 分布特征来确定漏点位置, 推测漏点大小。 该仪器探管、检漏同步进行，方便快捷,成 功率高。
• 腐蚀过程可表示如下 • 氧化反应：Fe---→Fe2++2e • 还原反应：O2+2H2O+4e---→4OH• 2H2O+2e---→H2+2OH-
• 腐蚀电池形成的充分必要条件： • 1)必须有阴极和阳极。 • 2)阴极和阳极之间必须有电位差 • 3)阴极和阳极之间必须有金属的电流通
道。
• (2)结构
• 熔结环氧粉末涂层简称FBE，FBE外涂层 为一次成膜的结构 。
• (3)涂敷
• 涂敷时钢管外表面喷(抛)射除锈等级应达到 GB/T 8923中规定的Sa2.5级，钢管表面的 锚纹深度应在40～l00μm范围内，并应监 测环氧粉末涂敷之前瞬间的钢管外表面的 温度，并把温度控制在粉末生产商的推荐 范围内，但最高不得超过275℃。
• 第二节 管道防腐层 • 一、管道的外防腐层 • 二、管道防腐层的维护
一、管道的外防腐层
• 1、管道的外防腐层的基本要求 • （1）与金属有良好的粘结性； • （2）电绝缘性能好； • （3）防水及化学稳定性好； • （4）有足够的机械强度和韧性，耐热和抗低温脆
性； • （5）耐阴极剥离性能好； • （6）抗微生物腐蚀； • （7）破损后易修复，并要求价格低廉和便于施工。
• 2、强制电流法（外加电流法）
金属活动性顺序教案
金属活动性顺序教案第一章：金属活动性顺序的概念1.1 教学目标让学生了解金属活动性顺序的定义和意义。
让学生掌握金属活动性顺序的基本规律。
1.2 教学内容金属活动性顺序的定义金属活动性顺序的意义金属活动性顺序的基本规律1.3 教学方法采用讲授法，讲解金属活动性顺序的定义和意义。
采用案例分析法，分析金属活动性顺序的基本规律。
1.4 教学步骤1.4.1 导入：引导学生思考金属的化学性质和活动性。
1.4.2 讲解金属活动性顺序的定义和意义。
1.4.3 分析金属活动性顺序的基本规律。
1.4.4 案例分析：举例说明金属活动性顺序的应用。
第二章：金属活动性顺序的测定2.1 教学目标让学生了解金属活动性顺序的测定方法。
让学生掌握金属活动性顺序的测定技巧。
2.2 教学内容金属活动性顺序的测定方法金属活动性顺序的测定技巧2.3 教学方法采用实验法，指导学生进行金属活动性顺序的测定。
采用讨论法，引导学生探讨金属活动性顺序的测定技巧。
2.4 教学步骤2.4.1 导入：回顾上一章的内容，引导学生思考金属活动性顺序的测定方法。
2.4.2 讲解金属活动性顺序的测定方法。
2.4.3 指导学生进行金属活动性顺序的测定实验。
2.4.4 引导学生探讨金属活动性顺序的测定技巧。
第三章：金属活动性顺序的应用3.1 教学目标让学生了解金属活动性顺序的应用领域。
让学生掌握金属活动性顺序在实际问题中的应用方法。
3.2 教学内容金属活动性顺序的应用领域金属活动性顺序在实际问题中的应用方法3.3 教学方法采用案例分析法，引导学生了解金属活动性顺序的应用领域。
采用问题解决法，指导学生掌握金属活动性顺序在实际问题中的应用方法。
3.4 教学步骤3.4.1 导入：引导学生思考金属活动性顺序在实际问题中的应用。
3.4.2 讲解金属活动性顺序的应用领域。
3.4.3 分析金属活动性顺序在实际问题中的应用方法。
3.4.4 案例分析：举例说明金属活动性顺序在实际问题中的应用。
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料学习资料
这种效应可从下页图示所显 示的模型说明：
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等 腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组成
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等 腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组成
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
腐蚀与防护9
温度 : 环境温度越高，越容易结露,大气腐 蚀速度较大。
大气成分 : 大气中的污染物: 硫化物－SO2、SO3、H2S 氮化物－NO、NO2、NH3 碳化物－CO、CO2 固体污染物－盐颗粒、沙粒和灰尘等
大气成分中SO2的影响 :
1、SO2吸附在金属表面 2、FeSO4氧化并水解 3、H2SO4氧化并水解
淡水腐蚀的影响因素
pH影响 水中溶氧 水中溶解的盐成分 水温 流速
海水腐蚀
海水中主要盐类的含量
成分 NaCl MgCl2 MgSO4 CaSO4 K2SO4 CaCl2 MgBr2 盐含量（g／ 100g海水） 2.7123 0.3807 0.1658 0.1260 0.0863 0.0123 0.0076 占盐总量 百分比 77.8 10.9 4.7 3.6 2.5 0.3 0.2
大气腐蚀的实验方法
室内模拟实验装置
大气腐蚀机理
1. 初期的腐蚀机理 2. 锈层形成后的腐蚀机理
大气腐蚀初期的腐蚀机理
阴极过程：
O2 2H 2O 4e 4OH
阳极过程：
Fe Fe2 2e
3Fe 4H 2O Fe3O4 8H 8e
锈层形成后的腐蚀机理
大多数金属（如铁、钢、锌、铜等）海水腐蚀的阳极 极化阻滞很小。 难于用提高阳极阻滞的方法来防止铁基合金的腐蚀 海水腐蚀的阴极过程主要是氧的去极化，是腐蚀的控 制性环节。 在含有大量H2S的缺氧海水中，也可能发生H2S的阴 极去极化作用。 电阻性阻滞作用小，电偶腐蚀明显。 海水良好的导电性使海水中异金属腐蚀电池作用更强 烈、影响范围更远 钝化膜的局部破坏，发生点蚀和缝隙腐蚀。
海洋环境分类及腐蚀特点
金属腐蚀学习课件 金属在各种环境中的腐蚀
3．暂时性防护层和缓蚀剂；暂时性防护涂层，包括 各种防锈油、防锈脂、可剥性塑料等。 4．控制环境；主要是控制密封金属容器或非金属容 器内的相对湿度和充以惰性氮气或抽去空气，以使 制件与外围介质隔离。从而避免锈蚀，并使非金属 件防霉、防老化。其方法有充氮封存法，吸氧剂法 和干燥空气封存法等 。
防锈
大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金属的腐
蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀
当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的薄液 膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。 (3) 湿的大气腐蚀
当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜，随 水膜厚度增加， V-逐渐减小。
石油磺酸钡 氧化石油脂 苯甲酸丁酯 变压器油
2% 1% 1% 余量
轴承，工具机械 室内封存防锈
（热涂型）
01号气 相防锈 纸
尿素
30%
苯甲酸钠 20%
亚硝酸钠 30%
蒸馏水 160%
钢，铜及其合金，
镀锌层，镀隔层
法兰件，硅钢片， 9号气
铝等组合件组成 相防锈 的仪器，仪表的 纸
库存及长期封存。
苯并三氮唑 50% 乌各托品 33% 苯甲酸铵 17% 蒸馏水 300%
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，须使
用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐大气腐
蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈钢也会
产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐大气腐 蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
部分金属大气腐蚀速度（mm/y)
m/s
g/m2.n
0
金属腐蚀学习题
金属腐蚀学习题(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--腐蚀学第一章习题1、导出腐蚀速度mm/a与mg/dm2·d间的一般关系式。
思考题2、什么是腐蚀为何提出几种不同的腐蚀定义3、举例说明研究腐蚀的意义.4、化学腐蚀和电化学腐蚀的区别是什么5、金属的主要腐蚀形态有哪些10、表示均匀腐蚀速度的方法有哪些它们之间有什么联系这些腐蚀速度表达式中，哪些是量方程式哪些是数值方程式它们之间的主要区别是什么腐蚀学第二章习题1、计算在25℃和50℃下的F值。
2、计算Zn在L ZnSO4溶液中的电极电位（相对于SHE），换算成SCE电位值是多少3、计算离子活度为10-6mol/L时，Ag/Ag+、Cu/Cu2+和Fe/Fe2O3/H+的平衡电极电位以及第三个电极的pH值。
(已知：uºAg=0 , uºCu=0 , uºFe=0, uºFe2O3=mol , uºAg+= mol , uºCu 2+= KJ/mol, uºH+=0)4、计算25℃时，下列电极的标准电极电位a)、Cu在氰化物溶液中（注意铜为1价）b)、Ni在氨溶液中c)、Zn在碱溶液中5、计算Ag/AgCl电极在1mol/L NaCl溶液中的电位。
6、计算40℃氢分压P H2=时氢电极在PH=7的溶液中电极电位。
7、计算25℃时，铁在pH=的L NaCl溶液中的电极电位。
10、Zn(阳极)与氢电极(阴极)在L ZnCl2溶液中组成电池的电动势为+，求溶液的pH 值。
11、把Zn浸入pH=2的 mol/LZnCl2溶液中，计算该金属发生析氢腐蚀的理论倾向。
(以电位表示)12、计算镍在pH =7的充空气的水中的理论腐蚀倾向。
假定腐蚀产物为H2和Ni(OH)2, Ni(OH)2的溶度积为×10-16。
13、铜电极和氢电极(P H2=浸在Cu2+活度为１且pＨ＝１的硫酸铜溶液中组成电池，求该电池的电动势，并判断电池的极性。
《材料腐蚀与防护》课程笔记
《材料腐蚀与防护》课程笔记第一章绪论1.1 材料腐蚀学科特点材料腐蚀学科是研究材料在环境作用下性能退化的一门科学，它具有以下特点：- 多学科交叉：腐蚀现象涉及化学反应、电化学过程、材料科学、物理学、生物学等多个领域，因此材料腐蚀学科是一门典型的交叉学科。
- 实践性强：腐蚀问题无处不在，从日常生活到工业生产，都存在着材料腐蚀的问题，这要求腐蚀学科的研究具有很强的实践性和应用性。
- 复杂性：腐蚀过程往往受多种因素的影响，如环境条件、材料性质、应力状态等，这些因素的相互作用使得腐蚀问题非常复杂。
- 经济影响大：材料腐蚀会导致设备损坏、结构失效，从而造成巨大的经济损失和安全风险。
1.2 材料腐蚀学科的发展材料腐蚀学科的发展可以分为以下几个阶段：- 古代认知阶段：在古代，人们就已经意识到金属会随着时间的推移而腐蚀，但由于科学技术的限制，只能采取一些简单的防护措施，如涂油、包裹等。
- 近代科学阶段：19世纪末到20世纪初，随着化学和物理学的发展，科学家们开始系统地研究腐蚀现象，提出了电化学腐蚀理论。
- 现代技术阶段：20世纪中叶，随着电子技术、材料科学和电化学技术的进步，腐蚀学科得到了快速发展，出现了许多新的腐蚀防护技术和方法。
- 当代综合管理阶段：21世纪初，腐蚀学科进入了综合管理阶段，强调腐蚀控制的系统性和科学性，发展了腐蚀监测、风险评估和管理信息系统。
1.3 腐蚀的定义腐蚀是材料在环境介质的化学、电化学或物理作用下，其表面或内部发生变质，从而导致材料性能下降、结构破坏的过程。
这个过程通常伴随着能量的变化。
1.4 腐蚀的分类腐蚀可以根据不同的标准进行分类：- 按照腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。
- 按照腐蚀环境分类：大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀、高温腐蚀等。
- 按照腐蚀形态分类：均匀腐蚀、局部腐蚀（如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等）、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。
1.5 腐蚀速度表示方法腐蚀速度是衡量材料腐蚀程度的重要参数，常用的表示方法有：- 质量损失法：通过测量材料在一定时间内的质量损失来计算腐蚀速度，单位通常是毫克/平方厘米·小时（mg/cm²·h）。
材料腐蚀
1.何谓化学腐蚀、电化学腐蚀？2．详细推导V、VL和ia的关系，并标出推导过程中各符号的单位？※<习题二>3.名词解释：平衡电极电位、交换电流密度、非平衡电极电位、混合电位、共轭体系。
4.什么是腐蚀原电池，它与干电池工作原理有何区别与联系，它是如何工作的？5.计算Cu电极在0.1mol/LCuSO4和5 mol/LCuSO4溶液之间构成的浓差电池电动势（忽略其液接电位）。
6.请绘制Fe-H 2O体系的电位-pH图。
※<习题三>7.什么是零电荷电位，它与自腐蚀电位是否有区别？8.电化学极化控制下决定腐蚀速率的主要因素是什么？9.试画出由电化学控制的阳极极化曲线，请写出当阳极过电位大于120mV后的动力学方程。
10.试画出浓度极化控制的阴极极化曲线，并标出极限电流密度，指出极限电流密度的意义。
11.腐蚀电池分类的依据是什么？有哪些类型的腐蚀电池，产生的原因是什么？12.试用混合电位理论讨论Fe3+对铁在酸中腐蚀行为的影响。
13.试画出阴极和电阻混合控制的Evans图。
※<习题四>14.析氢腐蚀有哪些特征？影响析氢过电位的因素有哪些？15.什么是吸氧腐蚀？影响因素有哪些？※<习题五>16.金属的自钝化和电化学钝化有何异同？介质中的氧化剂必须满足什么条件才能实现金属的自钝化？17.何谓钝化和过钝化？※<习题六>18.简要阐述电偶腐蚀的影响因素及其作用规律。
19.小孔腐蚀是如何孕育和发展的？20.比较小孔腐蚀与缝隙腐蚀的异同？21.试区分晶间腐蚀与选择性腐蚀，举例说明。
22.试阐述应力腐蚀的力学特征、环境特征和材料特征。
※<习题七>23.试举例画出金属高温氧化的三种动力学规律图24.水膜厚度与金属腐蚀速率有何关系？25.管线钢在干土壤与湿土壤交界处腐蚀，哪一端为阳极？为什么？26.盐有哪些类型？它们对金属的腐蚀作用规律如何？※<习题八>27.何谓防腐蚀设计，设计过程中应遵循什么原则？※<习题九>28.钻井设备腐蚀环境的特点是什么，会发生哪些腐蚀？29.集输管线在土壤中可能发生哪些宏观腐蚀类型？为什么？30.硫酸有何特点？对金属腐蚀作用规律怎样?第一章金属腐蚀概论1.1金属腐蚀定义是什么？金属腐蚀学包含哪些主要内容？是如何分类的？1.2金属腐蚀与防护和国名经济发展有什么关系？请举例说明。
金属的腐蚀与防护完整版课件
指津:A 项中黄铜(铜锌合金)若发生电化学 腐蚀,被腐蚀的金属应是金属性较强的锌 而不是铜。B 项中生铁中含较多的碳,比铁 芯(几乎是纯铁)在电解质作用下更容易形 成原电池,也更容易生锈。C 项在接触电解 质溶液时,铁作原电池的负极,易被腐蚀生 成铁锈。D 项这是化学腐蚀,与电化学腐蚀 无关。
2.将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水
3.金属腐蚀的快慢规律
(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢 的顺序为:电解原理引起的腐蚀>原电池原理 引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保 护措施的腐蚀>应用电解池原理有保护措施的 腐蚀。 (2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的 顺序为:强电解质溶液中的腐蚀>弱电解质溶 液中的腐蚀>非电解质溶液中的腐蚀。
实例
化学腐蚀 金属或合金直接与具有腐蚀性的 化学物质接触发生氧化还原反应 而消耗的过程 金属直接将电子转移给有氧化性 的物质 无电流产生(电子不定向移动) 金属单质 金属与 Cl2、O2 等物质直接反应
2.电化学腐蚀
发生 条件
电极 反应
钢铁表面吸附了一层水膜,且溶有 CO2、O2 等 气体 负极:2Fe-4e- 2Fe2+
解题导引:
解析:a 为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消 耗,气体压强减小;b 中酸性较强,发生析氢腐 蚀,有氢气放出,气体压强增大,所以红墨水柱 两边的液面变为左高右低,故 B 项错。 答案:B。
【活学活用】
1.以下现象与电化学腐蚀无关的是 (D) A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生 铜绿 B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生 铁锈 D.银质奖牌久置后表面变暗
③镀锌铁发生电化学腐蚀时是锌被腐蚀, 而铁一定不会被腐蚀 ④金属发生电化学腐蚀时是较活泼金属 作负极先被腐蚀 A.①④ B.③④ C.②③ D.①② 指津:金属的电化学腐蚀也可以在中性或 碱性环境下进行;镀锌铁中锌若被腐蚀 完,Fe 也可继续被空气、水所腐蚀(即铁的 吸氧腐蚀)。
14金属腐蚀学-第1讲
按材料所在环境
工业环境中的 腐蚀
生物环境中的 腐蚀
42
土壤腐蚀
• 土壤是由土粒、水、空气、有机物等气、 液、固多种组分构成的复杂的多相体系 • 大多数金属在土壤中的腐蚀为氧的去极化 腐蚀
海水腐蚀
• 海水中含有大量氯离子，它能破坏钝化膜， 不锈钢在海水中也要遭到严重的局部腐蚀 • 海水的导电性好，腐蚀过程的电阻滞小，电 偶腐蚀的影响范围大 • 如不加防护措施的话，海水中的青铜螺旋桨 可引起远达数十米处钢质船壳的腐蚀
腐 蚀：表面、化学蚀：表面、化学-力学损坏、不可再生
9 10
腐蚀的定义
腐蚀的定义
广义的腐蚀
材料在服役损坏过程中，腐蚀与磨损、腐 蚀与断裂往往协同进行，甚至三种损坏同时发 生。广义的腐蚀包括了腐蚀与磨损、断裂等的 协同作用，是一个交叉学科的领域。
腐蚀(corrosion)源于拉丁文“corrdere”，意即“损 坏”、“腐烂” 20世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属
生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀
腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域
塑料发胀或开裂 木头干裂或腐烂 花岗岩风蚀 水泥剥离脱落 腐蚀
11 12
材料 + 化学 + 力学
腐蚀的定义
~~~ ~~~~ ~~~ 作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化
学与机械因素或生物因素的共同作用。 • 环境介质：材料-环境交互作用 • 表面/界面现象 • 自发现象 • 材料损伤 宏观上：材料质量流失、强度退化 微观上：组织、结构或价态的改变
塔里木油田某井油管腐蚀形貌图
27
城市天然气管道由于腐蚀 造成的泄漏和爆炸
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9.7金属材料的热腐蚀
一、热腐蚀及其特征
二、典型热腐蚀－硫酸盐高温热腐蚀的 机理
（1） 硫化模型 （2）酸－碱熔融模型 （3）电化学模型 三、 硫酸盐低温热腐蚀 四、钒蚀
高温下其它类型的腐蚀 பைடு நூலகம் 液态金属腐蚀 熔盐腐蚀 高温高压水腐蚀
G Go RT ln aMO2
aM aO2
在常态下，氧化反应的ΔG随着温
度升高有由负向正变化的趋势
2、金属氧化物的分解压
二、金属氧化物的高温稳定性
温度越高，ΔG的绝对值越小，对应氧化
物的稳定性越小
9.3 金属氧化膜的结构和性质
一、金属氧化物的类型 1、离子导体型氧化膜 2、半导体型氧化物 （1）金属离子过剩型氧化物（n型半导
Cu-Si合金在空气中氧化的示意图
三、提高合金抗氧化的途径
1、通过选择性氧化生成优异的保护膜
2、生成具有尖晶石结构的复合氧化物膜
3、控制氧化膜的晶格缺陷浓度，降低离 子的扩散速度（哈菲（Hauffe）原子价 规律）
①n型半导体氧化物
②p型半导体氧化物
4、增强氧化物膜与基体金属表面的粘附 力
氧化物生核和长大、形成连续的氧化膜、 以及氧化膜增厚等 金属离子和氧通过氧化膜的扩散， 可能有三种方式
金属离子和氧离子扩散方向与膜成长的位置示意图 （a）金属离子向外扩散 （b）氧离子向内扩散 （c）双向扩散
二、金属氧化的动力学规律 1、直线规律 2、抛物线规律 3、对数和反对数规律
kp
2M OX Ekne (nc
nF OX
na )
y2＝kpt + C
9.5影响金属氧化行为的因素
一、温度的影响 二、氧压的影响 1、对n型半导体氧化物 1/2O2+ Zn+2 + ei ⇌ ZnO 2、对p型半导体氧化膜 1/2O2 +2Cu+ ⇌ Cu2O + 2Cu+ + 2 e 三、气体介质的影响
不同氧压下金属离子浓度沿氧化膜厚度的分布示意图
（a）Zn/ZnO/O2系
（b）Cu/Cu2O/O2系
9.6合金的氧化
一、合金氧化的特点 1、合金组元的选择性氧化 2、相的选择性氧化 3、内氧化 4、合金氧化膜的组成和结构有多种可能
形式 5、合金中各种氧化物之间相互作用形成
纯镁恒温氧化
铁在空气中高温氧化的抛物线规律
金属氧化的综合动力学曲线 ABM—直线规律； ABCED—抛物线规律；
三、 金属氧化的机理 1、金属氧化的扩散模型 2、金属氧化的电化学模型 （Wagner理论） 氧化膜可视为固体电解质，其中可
进行电子和离子的迁移和扩散 膜层的增厚是受离子缺陷的扩散控制
体氧化物）
（2）金属离子不足型氧化物（p型半导 体氧化物）
二、 金属氧化膜的组成和晶体结构
五种典型的晶体结构
常见的具有保护性的氧化膜是Al2O3、 Cr2O3、SiO2、稀土氧化物CeO2、Y2O3 以及尖晶石型氧化物
铁表面氧化膜结构示意图
三、金属氧化膜的完整性和保护性 1、金属氧化膜的完整性
R ＝ Ri十Re
Re
y nekS
ne+nc+na=1
y Ri (nc na )kS
y R
k Sne (nc na )
dy IM OX
dt nFSOX
I E EkSne (nc na )
R
y
y2 2M OX Ekne (nc na ) t C
nF OX
不同的组成关系。
二、合金氧化的分类 1、合金中只有一种组分氧化 ① 合金组元B氧化，基体金属A不氧化 ② 基体金属A氧化，合金组元B不氧化
合金组元B氧化，而基体金属A不氧化情况下氧化物生成的示意图
只有合金的基体金属A发生氧化生成的氧化膜
2、合金的两组分同时氧化 ① 两种氧化物互不溶解 ② 两种氧化物生成固溶体 ③ 两种氧化物生成化合物型复杂氧化物
PBR＝
VOX M M
V M
nAOX
2、金属氧化膜的保护性 ① 膜的完整性 ② 膜的致密性 ③ 膜的稳定性 ④ 膜的附着性 ⑤ 膜的力学性能 3、氧化膜的机械损伤
9.4金属高温氧化的动力学和机理
一、金属高温氧化的基本过程 氧在金属表面的物理吸附、化学吸附、
第九章 高温腐蚀
9.1 高温腐蚀的类型和研究高温腐 蚀的重要性
一、高温腐蚀的类型 “高温”是个相对的概念 （1）高温气态介质腐蚀 （2）高温液体介质腐蚀 （3）高温固体介质腐蚀
二、研究高温腐蚀的重要意义
9.2金属高温氧化的热力学基础
一、金属氧化可能性的判断 1、金属氧化过程的自由能变化