《材料与环境》PPT课件.ppt

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1、第七章第七章 材料与环境材料与环境主要内容主要内容n金属材料的腐蚀与防护金属材料的腐蚀与防护n其他材料与环境的相互作用其他材料与环境的相互作用材料腐蚀分类材料腐蚀分类金属材料腐蚀金属材料腐蚀非金属材料腐蚀非金属材料腐蚀化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀高温腐蚀高温腐蚀常温腐蚀常温腐蚀材料类型材料类型腐蚀机理腐蚀机理腐蚀环境腐蚀环境分类依据分类依据金属材料腐蚀分类金属材料腐蚀分类大气腐蚀大气腐蚀土壤腐蚀土壤腐蚀自然环境自然环境依据腐蚀的环境状态依据腐蚀的环境状态（自然环境和工业环境）（自然环境和工业环境）淡水腐蚀淡水腐蚀海水海水腐蚀腐蚀微生物微生物腐蚀腐蚀酸性溶液酸性溶液碱性溶液碱性溶液工业环

2、境工业环境盐类溶液盐类溶液工业水中工业水中液态金属液态金属金属材料腐蚀分类金属材料腐蚀分类电偶腐蚀电偶腐蚀点蚀点蚀局部腐蚀局部腐蚀依据腐蚀形态（全面腐蚀、局部腐蚀、力依据腐蚀形态（全面腐蚀、局部腐蚀、力与环境因素共同作用下的腐蚀）与环境因素共同作用下的腐蚀）缝隙腐蚀缝隙腐蚀晶间晶间腐蚀腐蚀选择性选择性腐蚀腐蚀氢致开裂氢致开裂应力腐蚀应力腐蚀共同作用共同作用腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀磨损腐蚀磨损均匀的均匀的不均匀的不均匀的全面腐蚀全面腐蚀锈锈蚀蚀的的大大桥桥锈蚀的闸门锈蚀的闸门锈蚀的轮船锈蚀的轮船锈锈蚀蚀的的楼楼梯梯材料腐蚀图片材料腐蚀图片材料腐蚀图片材料腐蚀图片设备材料腐蚀图片设备材料腐蚀图片1 1

3、、腐蚀概念腐蚀概念 腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而引腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。起材料的变质和破坏。材料材料环境介质环境介质发生作用发生作用腐蚀问题无处不在。腐蚀问题无处不在。概述概述概述概述2 2、腐蚀的危害腐蚀的危害经济损失巨大经济损失巨大 资源和能源浪费严重资源和能源浪费严重引发灾难性事故引发灾难性事故 造成环境污染（跑、冒、滴、漏）造成环境污染（跑、冒、滴、漏）阻碍新技术的发展阻碍新技术的发展概述概述自来水管道腐蚀自来水管道腐蚀化学和生物腐蚀化学和生物腐蚀(沉积物、锈蚀物、沉积物、锈蚀物、粘垢粘垢)；管壁变薄管壁变薄、出现局部的凹坑和麻出现局

4、部的凹坑和麻点点(黑水、红水、绿水黑水、红水、绿水)；水质变坏、降低管网输水能力、水质变坏、降低管网输水能力、增加泵站能耗、可能产生爆管。增加泵站能耗、可能产生爆管。锅炉炉管的腐蚀锅炉炉管的腐蚀溶解氧腐蚀（电化学腐蚀，铁为阳极，溶解氧腐蚀（电化学腐蚀，铁为阳极，氧为阴极）；氧为阴极）；给水含盐量过高加速了溶解氧腐蚀；给水含盐量过高加速了溶解氧腐蚀；保持锅炉薄垢运行，能有效减缓金属保持锅炉薄垢运行，能有效减缓金属的氧腐蚀；的氧腐蚀；概述概述概述概述热水锅炉氧腐蚀热水锅炉氧腐蚀管线长，补水量过多，使得水中氧气量增加；管线长，补水量过多，使得水中氧气量增加；水中水中pHpH偏低；偏低；给水未采取除氧

5、措施；给水未采取除氧措施；锅炉水中的氧未析出，附着在锅炉受热面上锅炉水中的氧未析出，附着在锅炉受热面上。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理一、金属腐蚀一、金属腐蚀金属腐蚀是指金属与环境介质发生化学或电金属腐蚀是指金属与环境介质发生化学或电化作用，由单质变成化合物的过程。化作用，由单质变成化合物的过程。金属腐蚀主要有金属腐蚀主要有化学腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀电化学腐蚀。这个过程能否进行是这个过程能否进行是热力学问题热力学问题，进行速度，进行速度如何是如何是动力学问题动力学问题。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀1 1、金属的化学腐蚀、金属的化学腐蚀纯氧化还原过程，

6、金属被氧化，腐蚀介质被还原；纯氧化还原过程，金属被氧化，腐蚀介质被还原；气体腐蚀、非电解质溶液腐蚀；气体腐蚀、非电解质溶液腐蚀；反应进行中没有电流产生。反应进行中没有电流产生。（1 1）金属氧化及其氧化膜）金属氧化及其氧化膜大多数金属氧化在其表面上形成一层氧化物固相膜；大多数金属氧化在其表面上形成一层氧化物固相膜；氧化膜减慢金属继续氧化的速度氧化膜减慢金属继续氧化的速度。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀（2 2）钢铁的气体腐蚀）钢铁的气

7、体腐蚀高温氧化、脱碳、氢蚀和铸铁肿胀。高温氧化、脱碳、氢蚀和铸铁肿胀。高温氧化高温氧化铁在铸造、扎制、热处理过程中发生高温氧化。铁在铸造、扎制、热处理过程中发生高温氧化。570570以下，生成的氧化物为以下，生成的氧化物为FeFe3 3OO4 4和和FeFe2 2OO3 3超过超过570570时，在氧化膜内层生成时，在氧化膜内层生成FeOFeO。高于高于800800，表面上就开始形成多孔、疏松的，表面上就开始形成多孔、疏松的“氧化皮氧化皮”。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀 脱碳脱碳脱碳是指在腐蚀过程中，除了生成氧化皮层外，脱碳是指在腐蚀过程中，除了生成氧化皮层

8、外，与氧化皮层相连的内层渗碳体与氧化皮层相连的内层渗碳体FeFe3 3C C与介质中的氧、与介质中的氧、二氧化碳、水等作用，生成的气体降低了膜的保二氧化碳、水等作用，生成的气体降低了膜的保护作用。护作用。防止：增加气体介质中防止：增加气体介质中COCO和和CHCH4 4的含量或在钢中的含量或在钢中添加铝和钨。添加铝和钨。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀 氢蚀氢蚀第一阶段是第一阶段是可逆氢脆可逆氢脆：氢以原子状态向钢的内部：氢以原子状态向钢的内部扩散，没有起化学反应，也未改变其组织，却降扩散，没有起化学反应，也未改变其组织，却降低了钢的韧性。在一定条件下韧性又可以

9、部分或低了钢的韧性。在一定条件下韧性又可以部分或全部恢复。全部恢复。第二阶段是第二阶段是氢蚀阶段氢蚀阶段：侵入并扩散到钢中的氢与：侵入并扩散到钢中的氢与不稳定化合物发生反应。不稳定化合物发生反应。防止防止：降低含碳量、加合金元素。：降低含碳量、加合金元素。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀 铸铁的肿胀铸铁的肿胀是一种是一种晶间气体腐蚀晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿晶界、石墨夹。腐蚀性气体沿晶界、石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部，发生氧化作用。杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部，发生氧化作用。由于氧化物的生成，铸铁体积变大，产生肿胀，其由于氧化物的生成，铸铁体积变大，产生肿

10、胀，其强度大大降低。强度大大降低。防止防止：加适量硅（：加适量硅（5%10%5%10%）。）。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀（3 3）防止钢铁气体腐蚀的方法）防止钢铁气体腐蚀的方法合金化合金化：加入元素：加入元素CrCr、AlAl、Si Si，在氧化性介质中形，在氧化性介质中形成极稳定的成极稳定的CrCr2 2OO3 3、AlAl2 2OO3 3、SiOSiO2 2，形成有效的保护，形成有效的保护层。层。改善介质改善介质：通过设法改善介质成分。：通过设法改善介质成分。应用保护性覆盖层应用保护性覆盖层：涂层将金属和气体介质隔离开：涂层将金属和气体介质隔离开来。来

11、。耐高温氧化的陶瓷覆盖层耐高温氧化的陶瓷覆盖层：采用热喷涂或等离子喷：采用热喷涂或等离子喷涂的方法，在金属表面形成耐高温氧化的陶瓷覆盖涂的方法，在金属表面形成耐高温氧化的陶瓷覆盖层。层。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀2 2、金属的电化学腐蚀、金属的电化学腐蚀金属在电解质介质中由于电化学作用发生的腐蚀；金属在电解质介质中由于电化学作用发生的腐蚀；是一种最普通的金属腐蚀现象；是一种最普通的金属腐蚀现象；发生原因：金属和水溶液两类导体、金属表面的发生原因：金属和水溶液两类导体、金属表面的微观区域存在差异。微观区域存在差异。腐蚀过程中有电流流动；腐蚀过程中有电流流

12、动；腐蚀过程包括：阳极过程、电子转移、阴极过程。腐蚀过程包括：阳极过程、电子转移、阴极过程。金属腐蚀原电池分类金属腐蚀原电池分类依据电极尺寸：宏观和微观腐蚀原电池依据电极尺寸：宏观和微观腐蚀原电池异种金属侵入不同的电解质溶液异种金属侵入不同的电解质溶液异种金属在同一腐蚀介质中接触（电偶电池）异种金属在同一腐蚀介质中接触（电偶电池）宏观腐宏观腐蚀电池蚀电池浓差腐蚀浓差腐蚀温差腐蚀温差腐蚀腐蚀原电池原理腐蚀原电池原理腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（1 1）微观腐蚀原电池）微观腐蚀原电池腐蚀原电池：金属腐蚀的短路原电池。腐蚀原电池：金属腐蚀的短路原电池。产生条件：产生条件：化学成分不均一；化学

13、成分不均一；组织结构不均一；组织结构不均一；物理状态不均一；物理状态不均一；表面氧化膜不完整。表面氧化膜不完整。引起金属表面电极电位的不同。引起金属表面电极电位的不同。电极电位较低作阳极（腐蚀），较高作阴极。电极电位较低作阳极（腐蚀），较高作阴极。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（2 2）极化）极化极化：极化：电流通过电极，阴极电位减小，阳极电位增大，电流通过电极，阴极电位减小，阳极电位增大，减小了电池两极之间的电位差，降低金属腐蚀速度。减小了电池两极之间的电位差，降低金属腐蚀速度。阴极极化、阳极极化。阴极极化、阳极极化。活化极化活化极化：电化学反应迟缓造成；：电化学反应迟缓造成；浓差极化

14、浓差极化：电极反应物（或反应生成物）输运迟缓造成；：电极反应物（或反应生成物）输运迟缓造成；电阻极化电阻极化：在电极表面上生成了具有保护作用的氧化膜：在电极表面上生成了具有保护作用的氧化膜或不溶性的腐蚀产物等引起的。或不溶性的腐蚀产物等引起的。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（3 3）钝化）钝化钝化钝化就是金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳就是金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。定的现象。使金属发生钝化的物质称为使金属发生钝化的物质称为钝化剂钝化剂。成相膜理论成相膜理论：当金属溶解时，可在金属表面生成一层致密的、：当金属溶解时，可在金属表面生成一层致密的、覆盖性

15、良好的固体产物。覆盖性良好的固体产物。吸附理论吸附理论：引起金属钝化并不一定要形成固相膜，而只要在：引起金属钝化并不一定要形成固相膜，而只要在金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。使金属保持钝化方法使金属保持钝化方法：阳极保护、控制氧化剂浓度、加铬、：阳极保护、控制氧化剂浓度、加铬、铝、硅、镍等元素。铝、硅、镍等元素。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理阳极钝化或电化学钝化阳极钝化或电化学钝化金属除依靠与钝化剂相互作用钝化外，还可通过阳极金属除依靠与钝化剂相互作用钝化外，还可通过阳极极化发生钝化。极化发生钝化。金属在一定介质中进行阳极极化时

16、，当外加电流或电金属在一定介质中进行阳极极化时，当外加电流或电位达到或超过一定值后，金属发生从活化态到钝化态位达到或超过一定值后，金属发生从活化态到钝化态的转变，金属的溶解速度降低到一个很低的值，并且的转变，金属的溶解速度降低到一个很低的值，并且在一定的电位范围内基本保持不变。在一定的电位范围内基本保持不变。就是金属与介质就是金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（4 4）氢去极化和氧去极化腐蚀）氢去极化和氧去极化腐蚀 氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀称为以氢离子还原反应为阴

17、极过程的腐蚀称为氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀。简称析氢腐蚀。氢去极化过程包括以下几个步骤：氢去极化过程包括以下几个步骤：水化氢离子脱水水化氢离子脱水 H HnHnH2 2OHOHnHnH2 2OO 形成吸附氢原子形成吸附氢原子 H HM(e)MH M(e)MH （电化学步骤）（电化学步骤）吸附氢原子脱附吸附氢原子脱附 MH MHMHHMHH2 22M 2M （脱附步骤）（脱附步骤）氢分子形成气泡，从表面逸出。氢分子形成气泡，从表面逸出。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理影响氢去极化腐蚀的主要因素：影响氢去极化腐蚀的主要因素：金属材料的性状：金属材料的性状：金属材料的性质、表面状态及

18、金属阴极金属材料的性质、表面状态及金属阴极相杂质。氢过电位。相杂质。氢过电位。pHpH值：值：减小，氢离子浓度增大，氢电极电位变得更正，加减小，氢离子浓度增大，氢电极电位变得更正，加速金属的腐蚀速金属的腐蚀阴极区的面积：阴极区的面积：增加，氢过电位减小，阴极极化率降低，增加，氢过电位减小，阴极极化率降低，析氢反应加快，从而导致腐蚀速度增大。析氢反应加快，从而导致腐蚀速度增大。温度：温度：升高使氢过电位减小，而且温度升高，阳极反应和升高使氢过电位减小，而且温度升高，阳极反应和阴极反应都将加快。阴极反应都将加快。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 氧去极化腐蚀氧去极化腐蚀 吸氧腐蚀吸氧腐蚀：在中

19、性和碱性溶液中，由于氢离子的浓度：在中性和碱性溶液中，由于氢离子的浓度较低，析氢反应的电位较负，一般金属腐蚀过程的阴较低，析氢反应的电位较负，一般金属腐蚀过程的阴极反应往往不是析氢反应，而是溶液中的氧的还原反极反应往往不是析氢反应，而是溶液中的氧的还原反应，此时腐蚀去极化剂是氧分子。应，此时腐蚀去极化剂是氧分子。吸氧腐蚀形成条件吸氧腐蚀形成条件：当金属的电极电位较氧电极的平：当金属的电极电位较氧电极的平衡电位为负。衡电位为负。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理氧去极化过程有以下几个步骤组成：氧去极化过程有以下几个步骤组成：氧通过气氧通过气/液界面传质，由空气进入溶液；液界面传质，由空气进入溶

20、液；溶解氧通过对流扩散均布在溶液中；溶解氧通过对流扩散均布在溶液中；氧以扩散方式通过电极表面的扩散层，到达金氧以扩散方式通过电极表面的扩散层，到达金属的表面；属的表面；氧在金属表面进行还原反应。氧在金属表面进行还原反应。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理影响氧去极化腐蚀的主要因素：影响氧去极化腐蚀的主要因素：阳极材料电极电位：阳极材料电极电位：降低，氧去极化腐蚀的速度增降低，氧去极化腐蚀的速度增大。大。溶解氧浓度：溶解氧浓度：增大，氧去极化腐蚀速度随之增大。增大，氧去极化腐蚀速度随之增大。溶液流速：溶液流速：越大，腐蚀速度也就越大。越大，腐蚀速度也就越大。盐浓度：盐浓度：增大，溶液的电导率增

21、大，腐蚀速度将有增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所提高。所提高。温度：温度：升高氧的扩散和电极反应速度加快，因此在升高氧的扩散和电极反应速度加快，因此在一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较去极化剂性质：去极化剂性质：电氢离子、迁移速度和扩散能力大；电氢离子、迁移速度和扩散能力大；中性氧分子，靠扩散和对流传输中性氧分子，靠扩散和对流传输去极化剂浓度去极化剂浓度：浓度大，酸性溶液中氢离子放电，浓度大，酸性溶液中氢离子放电，中性或碱性溶液中水分子释放氢离子；中性或碱性溶液中水分子释放氢离子；浓度不大，浓度不大

22、，在一定条件下，溶解度受到限制。在一定条件下，溶解度受到限制。阴极控制：阴极控制：活化计划；活化计划；浓差极化浓差极化阴极反应产物阴极反应产物：以氢气溢出，电极表面溶液得到附以氢气溢出，电极表面溶液得到附加搅拌加搅拌；产物只能靠扩散或迁移离开，无气泡溢出。；产物只能靠扩散或迁移离开，无气泡溢出。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理3、金属腐蚀破坏的形态选择腐蚀选择腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀局部腐蚀局部腐蚀全面腐蚀全面腐蚀按形态分类按形态分类腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（1 1）全面腐蚀）全面腐蚀特征特征：腐蚀分布在整个金属表面，结果使：腐蚀分布

23、在整个金属表面，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。控制：控制：合理选材、留有裕量；合理选材、留有裕量；施加保护性覆盖层；施加保护性覆盖层；缓蚀剂；缓蚀剂；电化学保护。电化学保护。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（2 2）局部腐蚀）局部腐蚀腐蚀集中在金属表面局部地区，而其它大部分腐蚀集中在金属表面局部地区，而其它大部分表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀。表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀：两种金属在同一介质中接触，腐蚀电位：两种金属在同一介质中接触，腐蚀

24、电位不相等，便有电偶电流流动，电位较低金属局部腐不相等，便有电偶电流流动，电位较低金属局部腐蚀蚀,电位较高的金属，溶解速度减小。亦称接触腐蚀电位较高的金属，溶解速度减小。亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。或双金属腐蚀。防止防止：正确选取材料正确选取材料，选取电偶序中相距较近的合金；，选取电偶序中相距较近的合金；消除面积效应消除面积效应，减小阴极面积；，减小阴极面积；添加环缓蚀剂添加环缓蚀剂。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 小孔腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀：金属表面局部出现向深处发展的腐蚀小孔，：金属表面局部出现向深处发展的腐蚀小孔，其余地区不被腐蚀或者只有轻微腐蚀，也称孔蚀或点蚀。其余地区不被腐

25、蚀或者只有轻微腐蚀，也称孔蚀或点蚀。控制控制：合金的成分和组织合金的成分和组织：孔蚀的敏感性与合金的成分、组：孔蚀的敏感性与合金的成分、组织以及冶金质量有密切的关系。织以及冶金质量有密切的关系。介质的组成和状况介质的组成和状况：尽量降低介质中卤素。：尽量降低介质中卤素。缓蚀剂缓蚀剂：硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。：硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。阴极保护阴极保护 ：金属电极电位控制在孔蚀保护电位以下。：金属电极电位控制在孔蚀保护电位以下。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 缝隙腐蚀缝隙腐蚀 缝隙腐蚀缝隙腐蚀：腐蚀发生在缝隙内。：腐蚀发生在缝隙内。发生和发展机理与孔蚀很相似，存在缝隙是表面缺陷，

26、缝发生和发展机理与孔蚀很相似，存在缝隙是表面缺陷，缝隙内是缺氧区，成为阳极而迅速被腐蚀。隙内是缺氧区，成为阳极而迅速被腐蚀。防止防止：消除缝隙。：消除缝隙。尽可能避免形成缝隙和积液的死角。尽可能避免形成缝隙和积液的死角。对不可避免的缝隙，要采取相应的保护措施。对不可避免的缝隙，要采取相应的保护措施。尽量控制介质中溶解氧的浓度，使溶氧浓度低于尽量控制介质中溶解氧的浓度，使溶氧浓度低于5105106 6mol/Lmol/L，这样在缝隙处就很难，这样在缝隙处就很难形成氧浓差电池。形成氧浓差电池。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 晶间腐蚀晶间腐蚀 晶间腐蚀晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材

27、料的晶粒边界：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏或晶界附近发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。腐蚀从表面沿着晶界深入内部，外表看不出腐蚀的腐蚀现象。腐蚀从表面沿着晶界深入内部，外表看不出腐蚀迹象，可用金相显微镜看出呈网状腐蚀，失去强度。迹象，可用金相显微镜看出呈网状腐蚀，失去强度。贫化理论贫化理论：晶界与晶内的电极电位的形成，形成一晶界区为阳：晶界与晶内的电极电位的形成，形成一晶界区为阳极，晶粒本体为阴极的微观腐蚀电池。极，晶粒本体为阴极的微观腐蚀电池。晶间腐蚀的控制晶间腐蚀的控制：材料本身的成分和组织。：材料

28、本身的成分和组织。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢敏化型晶间腐蚀为例：敏化型晶间腐蚀为例：降低钢的含碳量；降低钢的含碳量；稳定化处理；稳定化处理；重新固溶处理。重新固溶处理。晶间腐蚀晶间腐蚀腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 选择性腐蚀选择性腐蚀选择性腐蚀：多元合金在电解质溶液中由于组元之选择性腐蚀：多元合金在电解质溶液中由于组元之间化学性质的不均匀，构成腐蚀电池。间化学性质的不均匀，构成腐蚀电池。含有不同成分的金属材料，在一定的条件下，其中含有不同成分的金属材料，在一定的条件下，其中一部分元素被腐蚀浸出，只剩下其余组分构成的海一部分元素被腐蚀浸出，只剩下其余组分构成的海绵状物质，强度和延性丧失，称

29、为选择性腐蚀，例绵状物质，强度和延性丧失，称为选择性腐蚀，例如黄铜在腐蚀介质中被锌浸出，灰口铸铁脱铁。如黄铜在腐蚀介质中被锌浸出，灰口铸铁脱铁。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（3 3）应力作用下的腐蚀）应力作用下的腐蚀 应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂:腐蚀和拉应力同时作用下使金属产生破裂，称为应腐蚀和拉应力同时作用下使金属产生破裂，称为应力腐蚀。大致过程为：金属表面生成的保护膜在拉力腐蚀。大致过程为：金属表面生成的保护膜在拉应力作用下，产生局部腐蚀，产生孔蚀或缝隙腐蚀，应力作用下，产生局部腐蚀，产生孔蚀或缝隙腐蚀，孔蚀或缝隙腐蚀一方面向纵深发展，一方面由于拉孔蚀或缝隙腐蚀一方面向纵深发展，一方

30、面由于拉应力作用使缝隙两端的膜反复破裂，腐蚀沿着与拉应力作用使缝隙两端的膜反复破裂，腐蚀沿着与拉应力垂直的方向前进，造成裂缝，严重时发生断裂。应力垂直的方向前进，造成裂缝，严重时发生断裂。发生应力腐蚀的三个必要条件：发生应力腐蚀的三个必要条件：敏感的合金敏感的合金、特定的介质特定的介质和和一定的静应力一定的静应力。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理应力腐蚀的机理：应力腐蚀的机理：阳极溶解机理：阳极溶解机理：应力腐蚀裂纹的形成与扩展是阳极应力腐蚀裂纹的形成与扩展是阳极通道的形成与其延伸的过程。通道的形成与其延伸的过程。氢脆机理：氢脆机理：阴极析氢反应在金属表面形成的吸附氢阴极析氢反应在金属表面

31、形成的吸附氢原子渗入内部引起氢脆，是导致应力腐蚀的主要原原子渗入内部引起氢脆，是导致应力腐蚀的主要原因。因。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理防止：防止：正确选材正确选材:避免构成应力腐蚀体系，减轻应力腐蚀避免构成应力腐蚀体系，减轻应力腐蚀的敏感性。的敏感性。合理设计、改进制造工艺合理设计、改进制造工艺 ：尽量减小应力集中效应。尽量减小应力集中效应。改善环境介质：改善环境介质：消除或减少介质中促进应力腐蚀的消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害物质，加入适当的缓蚀剂。有害物质，加入适当的缓蚀剂。电化学保护：电化学保护：外加电流极化，使金属的电位远离应外加电流极化，使金属的电位远离应力腐蚀敏感区力

32、腐蚀敏感区腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀疲劳：腐蚀疲劳：腐蚀介质和交变应力协同作用所引起的材料破坏的现腐蚀介质和交变应力协同作用所引起的材料破坏的现象。象。特点：特点：没有真实的疲劳极限；没有真实的疲劳极限；在任何腐蚀介质中都可能发生；在任何腐蚀介质中都可能发生；性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关系；性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关系；裂纹往往是多源的。裂纹往往是多源的。防止：防止：正确选材；合理设计、改进制造工艺正确选材；合理设计、改进制造工艺 和结构设计应避免应力和结构设计应避免应力集中；改善介质条件；电化学保护集中；改善介质条件；电化学保护。腐蚀

33、与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 磨损腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀：流体介质与金属之间或金属零件间的：流体介质与金属之间或金属零件间的相对运动，引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现相对运动，引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现象，简称磨蚀。象，简称磨蚀。磨蚀又可分为湍流腐蚀、空泡腐蚀和摩振腐蚀。磨蚀又可分为湍流腐蚀、空泡腐蚀和摩振腐蚀。湍流腐蚀湍流腐蚀空泡腐蚀空泡腐蚀摩振腐蚀摩振腐蚀腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（4 4）微生物腐蚀）微生物腐蚀 由于介质中存在着某些微生物而使金属的腐蚀过程加速的现由于介质中存在着某些微生物而使金属的腐蚀过程加速的现象，称之为象，称之为微生物腐蚀微生物腐蚀，也简称

34、为，也简称为细菌腐蚀细菌腐蚀。并非微生物本身并非微生物本身对金属的腐蚀对金属的腐蚀，而是它们生命活动的结果直接或间接地对金属，而是它们生命活动的结果直接或间接地对金属腐蚀过程产生影响。腐蚀过程产生影响。影响主要体现在以下几个方面：影响主要体现在以下几个方面：代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物。代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物。改变环境介质条件。如：改变环境介质条件。如：pHpH值、溶解氧等。值、溶解氧等。影响电极极化过程。影响电极极化过程。破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 常见的细菌腐蚀：常见

35、的细菌腐蚀：厌氧性细菌腐蚀：厌氧性细菌腐蚀：硫酸盐还原菌（硫酸盐还原菌（SRBSRB），使硫酸盐还原成硫），使硫酸盐还原成硫化物，生成硫化氢，进而与铁反应形成硫化铁，加速了钢铁的化物，生成硫化氢，进而与铁反应形成硫化铁，加速了钢铁的腐蚀。腐蚀。好氧性细菌的腐蚀：好氧性细菌的腐蚀：如硫氧化菌、铁细菌、硫代硫酸盐氧化菌如硫氧化菌、铁细菌、硫代硫酸盐氧化菌等。以硫氧化菌为例，它将硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成等。以硫氧化菌为例，它将硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蚀性极强的环境，导致材料的快速腐蚀。腐蚀性极强的环境，导致材料的快速腐蚀。厌氧与好氧联合作用下的腐蚀厌氧与好氧联合作用下的腐蚀：两类细菌的

36、腐蚀与繁衍相辅相：两类细菌的腐蚀与繁衍相辅相成，更加速了金属的腐蚀。细菌联合作用腐蚀的情况很普遍。成，更加速了金属的腐蚀。细菌联合作用腐蚀的情况很普遍。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 细菌腐蚀的控制：细菌腐蚀的控制：使用杀菌剂或抑菌剂：使用杀菌剂或抑菌剂：根据细菌种类及介质选择高效、低毒和根据细菌种类及介质选择高效、低毒和无腐蚀性的药剂。无腐蚀性的药剂。改变环境条件：改变环境条件：提高介质的提高介质的pHpH值及温度（，温度值及温度（，温度T50T50）、）、排泄积水、改善通气条件、减少有机物营养源等。排泄积水、改善通气条件、减少有机物营养源等。覆盖防护层：覆盖防护层：采用涂覆非金属覆盖

37、层或金属镀层使构件表面光采用涂覆非金属覆盖层或金属镀层使构件表面光滑、在有机涂层中加入适量杀菌剂等方法。滑、在有机涂层中加入适量杀菌剂等方法。阴极保护：阴极保护：阴极保护使构件表面附近形成碱性环境，抑制细菌阴极保护使构件表面附近形成碱性环境，抑制细菌活动。活动。自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀n大气腐蚀（空气中的水和氧）湿度、温度、大气腐蚀（空气中的水和氧）湿度、温度、大气成分影响因素大气成分影响因素n土壤腐蚀（土壤是一种特殊的电解质：多土壤腐蚀（土壤是一种特殊的电解质：多相形、多孔性、不均匀性、相对固定性）、相形、多孔性、不均匀性、相对固定性）、氧去极化，防止措施：覆盖层保护、改变土氧去极化

38、，防止措施：覆盖层保护、改变土壤环境、阴极保护壤环境、阴极保护n淡水腐蚀：氧去极化过程淡水腐蚀：氧去极化过程腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理二、非金属材料的腐蚀二、非金属材料的腐蚀1 1、非金属无机材料的腐蚀、非金属无机材料的腐蚀2 2、有机非金属材料（高分子材料）的腐蚀、有机非金属材料（高分子材料）的腐蚀物理腐蚀物理腐蚀化学腐蚀化学腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀应力腐蚀应力腐蚀腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理一、腐蚀防护设计一、腐蚀防护设计1 1、腐蚀防护设计、腐蚀防护设计正确选材正确选材防蚀方法的选择（材料选择、电化学保护、涂层保护、防蚀方法的选择（材料选择、电化学保护、涂层保护、改变环

39、境）改变环境）防蚀结构设计防蚀结构设计防蚀强度设计防蚀强度设计满足防蚀要求的加工方法满足防蚀要求的加工方法腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（1 1）防蚀结构设计）防蚀结构设计原则：原则：构件形状尽量简单、合理构件形状尽量简单、合理 简单的简单的结构件易于采取防腐措施、排除故障，便结构件易于采取防腐措施、排除故障，便于维修、保养于维修、保养和检查。和检查。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 避免残留液和沉积物造成腐蚀避免残留液和沉积物造成腐蚀 应力求将容器、设备内部的液体排净，避免滞留应力求将容器、设备内部的液体排净，避免滞留的液体、沉积物遗留在出口管及底部造成浓差腐的液体、沉积物遗留在出

40、口管及底部造成浓差腐蚀或沉积物腐蚀。蚀或沉积物腐蚀。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 防止电偶腐蚀防止电偶腐蚀 材料相同；电偶序相近；大阳极小阴极的有利材料相同；电偶序相近；大阳极小阴极的有利结合，避免大阴极小阳极的危险连接。结合，避免大阴极小阳极的危险连接。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 防止缝隙腐蚀防止缝隙腐蚀 连接除焊接外还有铆接、销钉连接、螺栓连接、连接除焊接外还有铆接、销钉连接、螺栓连接、法兰连接等。法兰连接等。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理为了防止缝隙腐蚀，可采用如下措施：为了防止缝隙腐蚀，可采用如下措施：以焊接代替铆接以焊接代替铆接。改善铆接状况改善铆接状况。在铆

41、缝中可填入一层不吸潮的垫片。在铆缝中可填入一层不吸潮的垫片。容器底部的处置容器底部的处置。不要直接与多孔基础（如土壤）。不要直接与多孔基础（如土壤）接触，要用支座等与之隔离开。接触，要用支座等与之隔离开。法兰连接处垫片法兰连接处垫片不宜过长不宜过长，尽量采用，尽量采用不吸湿的材料不吸湿的材料作垫片作垫片。避免加料时溶液飞溅到器壁，引起沉积物下的缝隙避免加料时溶液飞溅到器壁，引起沉积物下的缝隙腐蚀。因此腐蚀。因此加料口应尽量接近容器内的液面加料口应尽量接近容器内的液面。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 防止液体的湍流腐蚀防止液体的湍流腐蚀 设计时应注意避免过度的湍流、涡流。设计时应注意避免过

42、度的湍流、涡流。避免外形和形状的突变，会引起超流速与湍流的发避免外形和形状的突变，会引起超流速与湍流的发生。生。管线的弯曲半径应尽可能大，避免直角弯曲。管线的弯曲半径应尽可能大，避免直角弯曲。在高流速接头部位，不要采用在高流速接头部位，不要采用T T型分叉结构，应采用型分叉结构，应采用曲线逐渐过渡结构。曲线逐渐过渡结构。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 避免应力过分集中避免应力过分集中尖角以圆角过渡；施焊时把焊口加工成相同的厚度。尖角以圆角过渡；施焊时把焊口加工成相同的厚度。减少聚集的、交叉的和闭合的焊缝；施焊时保证被焊减少聚集的、交叉的和闭合的焊缝；施焊时保证被焊接金属结构能自由伸缩。接

43、金属结构能自由伸缩。内孔焊接法比涨管法好，既减少缝隙，又减小应力腐内孔焊接法比涨管法好，既减少缝隙，又减小应力腐蚀破裂。蚀破裂。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 设备和构筑物的位置要合理设备和构筑物的位置要合理 设备装置的布置应尽量避免相互之间可能产生的不利设备装置的布置应尽量避免相互之间可能产生的不利或有害影响，如贮液设备、液体输送设备或排泄设备或有害影响，如贮液设备、液体输送设备或排泄设备应与电控设备留有一定的安全距离。应与电控设备留有一定的安全距离。电气控制等设备应尽可能避开具有腐蚀性的环境，如电气控制等设备应尽可能避开具有腐蚀性的环境，如在含有或可能泄漏在含有或可能泄漏ClCl2

44、2、HClHCl、H H2 2S S等腐蚀性和有毒性等腐蚀性和有毒性气体的局部环境中，要尽量避免布置电气设备或未做气体的局部环境中，要尽量避免布置电气设备或未做防腐处理的其他设备。防腐处理的其他设备。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（2 2）防蚀强度设计）防蚀强度设计 主要考虑材料的主要考虑材料的腐蚀裕量腐蚀裕量、局部腐蚀强度局部腐蚀强度和和材料腐蚀材料腐蚀强度变化强度变化。腐蚀裕量的选择：腐蚀裕量的选择：根据材料腐蚀速度取恰当裕量。根据材料腐蚀速度取恰当裕量。局部腐蚀的强度设计：局部腐蚀的强度设计：对于晶间腐蚀、孔蚀、缝隙对于晶间腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀等，正确选材或控制环境介质，注意结构设

45、计等。腐蚀等，正确选材或控制环境介质，注意结构设计等。对于应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳，有可能做出合适可靠的对于应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳，有可能做出合适可靠的设计。设计。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 材料耐蚀强度特性的变化材料耐蚀强度特性的变化 在加工及施工处理时，可能会引起材料耐蚀强度在加工及施工处理时，可能会引起材料耐蚀强度特性的变化，应加以注意。如某些不锈钢在焊接时，特性的变化，应加以注意。如某些不锈钢在焊接时，由于敏化温度影响而造成晶间腐蚀，使材料强度下由于敏化温度影响而造成晶间腐蚀，使材料强度下降，可能会在使用中造成断裂事故。降，可能会在使用中造成断裂事故。（3 3）其它防蚀设计）其

46、它防蚀设计 使用防蚀涂料、电化学保护、缓蚀剂或电镀、化使用防蚀涂料、电化学保护、缓蚀剂或电镀、化学镀、化学转化膜学镀、化学转化膜等其它工艺性防腐蚀措施等。等其它工艺性防腐蚀措施等。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理二、设备的电化学保护二、设备的电化学保护根据金属根据金属电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理对金属设备进行保护的一种对金属设备进行保护的一种有效方法。有效方法。按照作用原理不同，分为按照作用原理不同，分为阴极保护阴极保护和和阳极保护阳极保护。（1 1）阴极保护）阴极保护使被保护的金属设备发生使被保护的金属设备发生阴极极化阴极极化以减小或防止阳极以减小或防止阳极的溶解速度，。的溶解速度，。阴

47、极保护通常有两种：阴极保护通常有两种：外加电流的阴极保护外加电流的阴极保护和和牺牲阳牺牲阳极的阴极保护极的阴极保护。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理阴极保护的原理阴极保护的原理就是向被保护的金属通入阴就是向被保护的金属通入阴极电流，消除金属因成分不同造成的电位差，极电流，消除金属因成分不同造成的电位差，使腐蚀电流降为零，从而保护金属免遭电化使腐蚀电流降为零，从而保护金属免遭电化学腐蚀学腐蚀 。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 外加电流的阴极保护外加电流的阴极保护优点：优点：可用在要求大保护电流的条可用在要求大保护电流的条件下，当使用不溶性阳极时，其装件下，当使用不溶性阳极时，其装置耐用

48、。置耐用。缺点：缺点：经常维护、检修，要配备直经常维护、检修，要配备直流电源设备；附近有其它金属设备流电源设备；附近有其它金属设备时可能产生干扰腐蚀，需要经常的时可能产生干扰腐蚀，需要经常的操作费用操作费用。辅助阳极辅助阳极被保护设备被保护设备直流电源直流电源腐蚀性介质腐蚀性介质外加电流阴极保护示意图外加电流阴极保护示意图（箭头表示电流方向）（箭头表示电流方向）腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理 牺牲阳极阴极保牺牲阳极阴极保护护优点：优点：不用外加电流；施工不用外加电流；施工简单，管理方便，对附近设简单，管理方便，对附近设备没有干扰，适用于安装电备没有干扰，适用于安装电源困难、需要局部保护的

49、场源困难、需要局部保护的场合。合。缺点：缺点：只适于需要小保护电只适于需要小保护电流的场合。且电流调节困难，流的场合。且电流调节困难，阳极消耗大，需定期更换。阳极消耗大，需定期更换。连接螺栓连接螺栓绝热层绝热层腐蚀性介质腐蚀性介质牺牲阳极牺牲阳极被保护设备被保护设备 屏蔽层屏蔽层 牺牲阳极保护示意图牺牲阳极保护示意图（箭头表示电流方向（箭头表示电流方向）腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理使用阴极保护时应考虑以下几方面的问题使用阴极保护时应考虑以下几方面的问题腐蚀介质必须是电解质溶液，能够离子导电。腐蚀介质必须是电解质溶液，能够离子导电。被保护设备在其腐蚀介质中要易于阴极极化被保护设备在其腐蚀

50、介质中要易于阴极极化.钝态金属设备不宜采用阴极保护。钝态金属设备不宜采用阴极保护。结构、形状复杂的金属设备不宜采用阴极保护。结构、形状复杂的金属设备不宜采用阴极保护。由氢脆敏感性材料制作的金属设备不宜采用阴极保由氢脆敏感性材料制作的金属设备不宜采用阴极保护。护。腐蚀与防护基本原理腐蚀与防护基本原理（2 2）阳极保护）阳极保护将被保护的金属设备进行将被保护的金属设备进行阳极极化阳极极化，使其，使其由活化态由活化态转入钝化态转入钝化态，从而减轻或，从而减轻或防止金属设备腐蚀。防止金属设备腐蚀。阳极保护适用于那些电位阳极保护适用于那些电位正移时，金属设备在所处正移时，金属设备在所处的介质中有的介质中