材料腐蚀原理及应用.ppt

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1、材料腐蚀原理及应用,东北大学材料研究所李国喜,课程内容,腐蚀概念腐蚀发生的原因原理腐蚀发生的地点与方式腐蚀类型降低腐蚀速度或防止腐蚀发生的方法应用腐蚀失效的分析腐蚀研究的方法腐蚀监测,1.腐蚀概念,1.1腐蚀的定义广义:对所有材料 腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。狭义:对金属 腐蚀是金属材料和周围环境（介质）发生化学或电化学反应而被破坏的现象,1.2腐蚀研究的意义,金属腐蚀问题遍及国民经济的各个领域，从日常生活到工农业生产，从尖端科学技术到国防工业的发展，凡是使用金属材料的地方都不同程度上存在着腐蚀问题。它给人们带来了巨大的经济损失，造成了灾难性的事故消耗了宝贵的资源与能源，且污染

2、了环境，危害甚大。,金属腐蚀给国民经济带来巨大的损失,金属腐蚀带来的经济损失约占当年国民生产总值的1.84.2左右，见表1-1。1975年美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，为当年国民生产总值的4.2，是当年由于水灾、火灾、地震、飓风等自然灾害损失(125亿美元)的5倍多。,腐蚀耗竭了宝贵的资源和能源,每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的1040，其中23可再生，而13的金属材料被腐蚀掉无法回收。我国目前年产钢以6亿t计，则每年因腐蚀消耗掉的钢材近6千万t。这个数字相当于一个特大型钢铁企业的年产量。腐蚀对自然资源是极大的浪费，同时还浪费了大量的人力和能源。从有限的资

3、源与能源出发，研究解决腐蚀问题，已刻不容缓。,腐蚀事故危及人身安全,腐蚀引起的灾难性事故屡见不鲜，损失极为严重。美1965.3一输气管线因应力腐蚀破裂着火，造成17人死亡。日1970大阪地下铁道的管线因腐蚀折断，造成瓦斯爆炸，当场死亡75人。日本1985.8一架波音747飞机由于构件的应力腐蚀断裂而坠毁，造成500多人死亡的惨剧，直接经济损失1亿多美元。中国1979某市液化石油气贮罐由于腐蚀爆炸起火，伤亡几十人直接经济损失达630万元。由于意外事故而引起的停工、停产所造成的间接经济损失，可能超过直接经济损失的若干倍。,1966年某天然气井套管因硫化物应力腐蚀开裂发生井喷造成特大爆炸和人员伤亡事

4、故，日产百万立方米的高产气井报废；1971年某天燃气管线腐蚀断裂、爆炸，仅第一次爆炸的直接经济损失达7000万元；1979年由于环境敏感断裂引起某液化气罐爆炸当场炸死30余人，重伤50多人；1997年6月27日北京某化工厂18个乙烯原料储罐发生火灾（因硫化物腐蚀），停产达半年，直接经济损失达2亿多元，间接损失巨大；2000年6月16日广东某石化厂焦化装置由于高温管线硫化物腐蚀发生重大火灾，大火烧了25min。,腐蚀引起严重的环境污染,腐蚀增加了工业废水、废渣的排放处置和处理难度，增多了直接进入大气、土壤、江河及海洋中的有害物质。造成了自然环境的污染，破坏了生态平衡，危害了人民健康，妨碍了国民经

5、济的可持续发展。,解决腐蚀问题促进新技术发展,不锈钢发明和应用，促进了硝酸和合成氨工业的发展。美国的阿波罗登月飞船贮存N2O4的高压容器曾发生应力腐蚀破裂，经分析研究，加入质量数量为0.6的NO之后才得以解决。美著名腐蚀学家方坦纳(Fontana)认为，如果找不到这个解决办法登月计划会推迟若干年。因此，材料腐蚀研究具有很大的现实意义和经济意义。,依据腐蚀理论控制材料的腐蚀,实践表明，若充分利用现有的腐蚀理论和防腐蚀技术，广泛开展防腐蚀教育，实施严格的科学管理，因腐蚀而造成的经济损失中有3040是可以避免的。但目前仍有一半以上的腐蚀损失还没有行之有效的防蚀方法来避免，这就需要加强腐蚀基础理论与工

6、程应用的研究。,1.3腐蚀科学技术的发展史,18世纪中叶,经验性防腐,系统研究开始,20世纪,了解了基本规律，提出腐蚀理论,1979年中国腐蚀与防护学会成立,A.罗蒙诺索夫解释了金属氧化现象(1748)B.Keir描述了Fe在HNO3中的钝化现象(1790)C.金属腐蚀微电池概念提出（1830）D.Faraday 提出了电解定律(18831884),U.R.Evance（UK)T.P.Hoar（UK)H.H.Uhlig,（USA)M.G.Fantana,（USA)K.Hauffe（Germany)C.Wagner(Germany)M.Pourbaix(Belgium),中国科学院院士:曹楚南中

7、国科学院院士:肖纪美 中国工程院院士:柯 伟,腐蚀科学与防护技术,中国腐蚀与防护学报,中国科学院金属腐蚀与防护研究所,中国科学院金属腐蚀与防护研究所,机械工业部武汉材料保护研究所 中国腐蚀与防护学会 中国表面工程协会 中国机械工程学会表面工程分会,材料保护,表面技术,全面腐蚀控制,四川化工与腐蚀控制,腐蚀与防护,上海市腐蚀科学技术学会 上海材料研究所,中国兵器工业第五四研究所(双月刊),中国化工防腐蚀技术协会,四川省化工信息中心 四川省化工防腐蚀技术情报中心站,British Corrosion Journal(英国Maney出版公司),Material Performance,Corrosi

8、on,Published monthly;The worlds largest circulation journal dedicated exclusively to corrosion prevention and control.,National Association of Corrosion Engineers-NACE（美国腐蚀工程师协会）,CORROSION is the worlds largest monthly permanent record of progress in corrosion control and prevention with 60 years of

9、 published research.,Corrosion Science(Elsevier Science),Corrosion Engineering,Science and Technology is the new title from 2003 of British Corrosion Journal.,A medium for the communication of ideas,developments and research in all aspects of this field and includes both metallic and non-metallic co

10、rrosion.This journal publishes original papers and critical reviews in the fields of pure and applied corrosion,the degradation of materials,and both surface science and engineering.,1.4腐蚀的分类,.腐蚀的分类方法由于腐蚀过程涉及的影响因素众多，如腐蚀材料种类、腐蚀环境、腐蚀环境条件、腐蚀反应机制等都会产生影响，所以有多种分类方法最常见的是从下列不同角度进行分类腐蚀环境条件腐蚀机理腐蚀形态类型金属材料种类应用工

11、业部门,干腐蚀（Dry Corrosion）干燥气体中发生(化学腐蚀)失泽(Tarnish)金属在露点以上的常温干燥气体中发生腐蚀(氧化)，表面生成很薄的腐蚀产物，使金属失去光泽。高温氧化(High Temperature Oxidation)金属在高温气体中腐蚀(氧化)，有时生成很厚的氧化皮，在热应力或机械应力下引起氧化皮脱落，属于高温腐蚀。湿腐蚀（Wet Corrosion）潮湿环境和含水介质中发生(电化学腐蚀)自然环境下的腐蚀大气腐蚀（Atmospheric Corrosion）土壤腐蚀(Soil Corrosion)海水腐蚀(Corrosion in sea water)微生物腐蚀（M

12、icrobial Corrosion）工业介质中的腐蚀(酸、碱、盐溶液；工业水，高温高压水）无水有机液体和气体中的腐蚀化学腐蚀熔盐和熔渣中的腐蚀电化学腐蚀熔融金属中的腐蚀物理腐蚀(坩锅选择）,.按腐蚀环境分类,化学腐蚀(Chemical Corrosion)金属与腐蚀介质直接发应，无电流产生。是一种氧化还原的纯化学反应。实际上单纯的化学腐蚀是很少见的。电化学腐蚀(Electrochemical Corrosion)腐蚀过程中同时存在两个相对独立的反应过程(anodic reaction&cathode reaction)金属的电化学腐蚀是最普遍的腐蚀现象，是腐蚀研究中的重点物理腐蚀(Physi

13、cal Corrosion)金属由于单纯的物理溶解作用造成的破坏，热浸镀锌用铁锅时候，铁锅很快被溶解。（物理溶解形成合金）生物腐蚀(Biological Corrosion)细菌代谢活动产生酸导致严重腐蚀。难以单独进行，需要氧或水，能为化学腐蚀和电化学腐蚀创造必要条件。,.按腐蚀机理分类,Fe+Fe2+2 e-,Corrosive environment,Anodic(oxidation)Reaction,Reduction reactions,Depending on the nature&componentsof the environment:acid environment:2H+2e

14、-H2alkaline or neutral environment:O2+2H2O+4e-4OH-,全面腐蚀(General or Uniform Corrosion)局部腐蚀(localized Corrosion),.按腐蚀的破坏形式分类,Uniform corrosion is characterized by corrosive attack proceeding evenly over the entire surface area,or a large fraction of the total area.General thinning takes place until fa

15、ilure.On the basis of tonnage wasted,this is the most important form of corrosion.,Easily measured and predictedcan be practically controlled by cathodic protection,use of coatings or paints,全面腐蚀(General or Uniform Corrosion),全面腐蚀亦称均匀腐蚀,是指腐蚀作用均匀地发生在整个金属表面上,表现为材料在厚度上减薄。均匀腐蚀的危险性相对而言比较小,因为人们若知道了金属腐蚀速率和

16、使用年限后,可在设计时将腐蚀因素考虑在内,保证设备的使用寿命。但全面腐蚀对材料的消耗总量较大,所以必须采取防护措施,如刷涂料、施加涂层等。,局部腐蚀(localized Corrosion)局部腐蚀是腐蚀作用仅局限于在一定的区域，而金属其他部分则几乎未被腐蚀。局部腐蚀形式有多种：点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、丝状腐蚀、剥蚀、生物腐蚀、垢下腐蚀、应力腐蚀（断裂、氢脆、疲劳、磨损、空泡、微振）。,.按材料种类铸铁、碳钢及低合金钢、不锈钢、铁镍基和镍基耐蚀合金、耐热钢与高温合金、有色金属及其合金、非晶态合金、功能材料、涂镀层钢板、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。按工业行业分类

17、石油、煤炭、电力、冶金、铁道、汽车、船舶、海洋设施、建筑等。,腐蚀类型 表1-1 各种不同的腐蚀类型,1.5 Corrosion Evaluation,失重法和增重法深度法容量法电流密度法机械性能指标,对于不同的腐蚀情况，采用不同的腐蚀程度表示方法。均匀腐蚀，密度相近重量法 密度不同厚度法 晶间腐蚀，应力、疲劳腐蚀等，采用机械性能指标,1.6金属腐蚀科学及防护技术的主要内容,(1)研究并确定金属材料与环境介质作用的普遍规律，既要从热力学方面研究金属腐蚀进行的可能性，更重要的是从动力学的观点研究腐蚀进行的速率及机理。(2)研究在各种条件下控制或防止腐蚀的措施，以把腐蚀控制在合理的程度上。(3)研究金属腐蚀速率的测试技术和方法，找出评定金属腐蚀的试验方法与标准；同时也要研究现场金属腐蚀的测试技术与监控方法。,下节课前的思考题,腐蚀是顺自然的还是逆自然的？金属腐蚀与金属冶炼原理的差别是什么？用腐蚀现象可以解释腐败的原因吗？活着的人会发生腐蚀吗？,