金属腐蚀与防护绪论

《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？

电化学腐蚀的分类比较（以铁的电化学腐蚀为例）

吸氧腐蚀 析氢腐蚀

条件 金属表面水膜呈 性、 性或 性 金属表面水膜 性较高

电极

反应式 正

负

电池反应式

思考：铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀相同点与不同点：

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：

I

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

II 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

III

目 录

1前言 ................................................................... - 1 -

2金属腐蚀综述 ........................................................... - 1 -

材料科学与化学工程学院

金属腐蚀与防护课程设计

学 号：S*********

专 业：材料科学与工程

学生姓名：***

任课教师：邵亚薇 教授

2014年12月

金属及合金在海洋环境中腐蚀与防护

鲁佳男

材料科学与化学工程学院

摘要：概述了金属及合金材料常见的几种海洋腐蚀形态以及目前常用的腐蚀防控技术 并对金属及合金在海洋环境中腐蚀防控技术的未来发展进行展望

关键词：海洋环境 金属及合金 腐蚀防控技术

随着人口的快速增长，资源短缺以及环境的日益恶化，人们越来越深刻地认识到，海洋是解决上述难题的希望所在，随海洋开发规模的不断扩大，海洋产业包括临海工业海洋通道人工岛和码头以及海上石油平台海底油气输送管线等，将成倍增加大量的金属及合金材料被广泛使用，由于海洋环境是一个腐蚀性很强的灾害环境，因此，金属及合金材料在海洋环境中的腐蚀不可避免，不仅造成经济损失，而且往往会造成灾难性事故，造成环境污染危及人身安全。因此，采取适当的腐蚀控制技术，防止或减缓腐蚀破坏具有重要的实际意义。

一、海洋环境的腐蚀规律

从海洋环境对腐蚀问题影响的角度考虑，沿垂直方向将海洋环境划分为5个不同特性的腐蚀区带，分别是：海洋大气区、海洋飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区具体如图1所示。

我们将海平面平均高潮线以上的区域称为海洋大气区，该区域金属常年不接触海水。影响腐蚀的主要因素是大气环境中的含盐粒子会在金属表面沉积，这里面吸湿性较强的氯化物容易在表面形成湿膜。此外，影响海洋大气区腐蚀行为的因素还有温度、雨量、降露周期、距离海面的高度、硫化氢，这些腐蚀性气体的产生使得金属材料的腐蚀行为更加复杂。

图1：海洋腐蚀环境区域图

二、金属及合金材料的腐蚀与防护

通常关于金属及合金材料在海洋环境中腐蚀行为研究主要采用实验室模拟试验法和实海暴露试验法。实验室模拟试验的腐蚀过程及影响因素易于精确控制，可通过加速腐蚀实验缩短实验周期，实验费用较低，其主要缺点是不能完全代表实海腐蚀情况，主要用于材料腐蚀规律及腐蚀机理的研究。因此，世界各国相继开展大量实海暴露试验来考察金属及合金材料在不同海域的腐蚀情况[1-3]，这为评价世界范围内海水的腐蚀性能提供了丰富依据。近年来，有研究者结合金属及合金材料在海洋环境中已有的腐蚀数据，提出了一些相关的腐蚀数学模型，对于指导海洋腐蚀的研究具有非常重要的意义。Jeom等[4]利用统计分析法建立了船用低合金钢的腐蚀数学模型，获得了腐蚀质量损失，腐蚀速率与船的使用寿命之间的关系。Melchers[5-8]通过大量研究提出金属材料在海水环境中的腐蚀质量损失与腐蚀时间关系模型得出碳钢和低合金钢在海水全浸区的腐蚀模型，认为它们的腐蚀过程主要分为以下三个阶段：第一，金属的失重过程与其表面状态，氧含量以及起始腐蚀速率有关，该阶段的腐蚀过程主要受动力学过程所控制；第二，金属表面腐蚀产物的增厚以及海洋生物的生长抑制了海水中O2向材料内部的扩散，该阶段的腐蚀过程主要受O2的扩散过程所控制；第三，在腐蚀过程中无O2参加，该阶段的腐蚀过程主要受硫酸盐还原菌所控制。此外，他们还指出氧浓度和温度对材料的腐蚀质量损失有明显影响，而对海水深度影响不大。

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- 1 - 第一章 绪论

腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。

腐蚀控制的方法：

1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层

3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计

5）、电化学保护

均匀腐蚀速率的评定方法：

失重法和增重法； 深度法；

容量法(析氢腐蚀)； 电流密度；

机械性能(晶间腐蚀)； 电阻性.

第二章 电化学腐蚀热力学

热力学第零定律

状态函数(温度)

热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能)

热力学第二定律 状态函数(熵)

热力学第三定律 绝对零度不可能达到

2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理

腐蚀反应自发性及倾向性的判据：

0G：反应自发进行

0G：反应达到平衡

0G：反应不能自发进行

注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大.

热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀.

2.2、腐蚀电池

2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池

电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐

蚀破坏.

腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电

池.

注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接；

2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池.

丹尼尔电池： (只要有电势差存在)