材料腐蚀与防护第三讲

第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀（一）定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。

M-ne-=M n+（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀（1）定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀（2）本质：金属失电子被氧化。

（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。

例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。

2、电化学腐蚀（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀（4）特点：有微弱的电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。

水膜酸性较强：负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性：负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生二、金属的防护（一）改变金属材料的组成1、方法：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。

n
I Ii 0 i1
系统中，混合电位总是处于多电极反应中最高平衡电位 和最低平衡电位之间，它是各电极反应共同的非平衡电位。
第四节 电化学腐蚀动力学方程
一、 单电极反应的极化方程式
（一） 电化学极化方程式
Ox neR
电极电位的变化会改变反应的活化能，进而影响电化学 的反应速度。
电位与电极反应活化能的关系为： 对于氧化反应来说，电位变正时，金属晶格中的原子具有更 高的能量，容易离开金属表面进入溶液。因此，氧化反应活化能 下降，氧化反应速度加快。当电极电位比平衡电位高△E时，则
电极上金属溶解反应的活化能将减小nF△E。 对于还原反应则相反，将使还原反应的活化能增加nF△E。
（反应活化能：使分子发生有效碰撞所必须具备的能量。）
ROx ne
势
能
活化能
W0R → O
W0O→R
βnF•∆E
∆G=nFE
αnF•∆E
始态
终态
电位变化△E对反应活化能影响
电位与反应活化能关系：
W+ = Wo＋ - nF•E
(浓度极化)
第二节 腐蚀极化图及其应用
一、Evans极化图
-E
-E
Eea
Eea
欧姆电阻压降iR
Ecorr
E
a
Ec
Eec
Ee
c
i imax
I Icorr
Evans(1889-1962)
英国科学家Evans是 世界最著名的腐蚀专家， 大气腐蚀理论创始人， 防腐包装技术的奠基者。 从事金属保护及金属电 化学研究工作。 1923年 Evans首先提出金属的大 气腐蚀理论，并阐述了 金属腐蚀的电化学特征， 特别强调了水蒸气的影 响。

属不断溶解，孔外外表发生氧的复原，使蚀孔以自
催化过程开展，导致金属小孔腐蚀而被破坏。
例题： 讨论铁－铬〔Fe-Cr〕合金在 w(NaCl)=3.5%充气水溶液中点蚀开展过程。
〔1〕 在蚀孔底部： Fe和Cr的溶解反响
F eF e2 2e
C rC3r 3e
〔2〕 在孔下部那么壁 Cr3+的沉淀反响、Fe2+和局部Cr3+与Cl－
成小蚀孔，成为蚀孔核。
〔3〕点蚀敏感位置〔点蚀源〕 ① 金属外表的非金属夹杂物处； ② 金相组织不均匀，晶界处； ③ 钝化膜粗化、划伤、应力集中处、晶格缺
陷处； ④ 镀层、漆膜的不致密，针孔、气泡处；
〔4〕 蚀孔的诱导期
蚀孔的诱导期的长短取决于介质中的 阴离子浓度、pH值、金属的纯度和外表
的完整性、外加极化电势等因素。 一般情对况于，给a 定C 的l 金,属 ：则 f (aCl, )
第三节 电偶腐蚀
电偶腐蚀的定义：
两种电极电位不同的金属或合金相
接触并放入同一介质中时，电位较负的
金属腐蚀加速，而电位较正的金属腐蚀
减缓〔得到了保护〕。由于同电极电势
较高的金属接触而引起腐蚀速度增大的
电化学腐蚀现象，称为电偶腐蚀或双金
属腐蚀、接触腐蚀。
一 电动序与电偶序
1 电动序〔标准电势序〕
势的影响
ω(Mo)/%
0.0 0.42 0.92 1.4 1.8 2.4
br/mV(SHE) 280 300 340 400 535 732
四 防止点蚀的措施 1 改善介质条件； 2 选用耐点蚀的合金材料； 3 阴极保护； 4 对金属材料外表进展钝化处理，提高
材料的 钝态稳定性； 5 添加缓蚀剂；

氧化还原反应
金属与氧化剂直接发生化学反应 ，导致金属原子失去电子成为正 离子，氧化剂获得电子成为负离 子。
酸碱反应
金属与酸或碱发生中和反应，释 放氢离子或氢氧根离子，导致金 属溶解。
生物腐蚀机理
01
生物腐蚀是指微生物、藻类等生 物对材料造成的腐蚀。
02
生物腐蚀通常发生在潮湿环境， 如土壤、水体等，由于生物活动 产生的代谢产物对材料造成腐蚀 。
详细描述
腐蚀的本质是材料与环境中的介质发生化学或电化学反应，导致材料结构、性能 和外观发生变化。化学腐蚀是指材料与环境中的介质发生化学反应，生成新的物 质；电化学腐蚀则是材料与电解质溶液发生原电池反应，导致材料损失。
腐蚀的原理与过程
总结词
腐蚀的原理主要包括氧化还原反应和电化学反应。在氧化还原反应中，材料失去或获得 电子，与环境中的氧化剂或还原剂发生反应；在电化学反应中，材料作为原电池的一个
蚀性。
03
材料的耐腐蚀性能评价
耐蚀性能的测试方法
浸泡试验
将材料浸泡在腐蚀介质 中，观察其腐蚀速率和
程度。
盐雾试验
模拟海洋环境，通过盐 雾加速材料的腐蚀。
恒温恒湿试验
在恒定的温度和湿度条 件下，测试材料的耐腐
蚀性能。
电化学测试
利用电化学方法测量材 料的腐蚀电流和电位等
参数。
材料的耐蚀性等级评定
腐蚀等级标准
船舶海洋工程的腐蚀防护
总结词
船舶洋工程长期处于海洋环境中，面临严重的腐蚀问题。
详细描述
船舶和海洋工程结构的腐蚀不仅影响使用寿命，还可能引发安全事故。为了应对海洋腐蚀环境，通常 采用耐腐蚀的金属材料和涂层保护，同时对船体和海洋平台进行阴极保护，以减缓腐蚀速率。