金属腐蚀与防护复习

1、金属腐蚀与防护复习：1、 金属腐蚀的定义、分类、金属腐蚀速度的表示及测定方法定义：金属在周围介质（最常见的是液体和气体）作用下，由于化学变化、电化学变化和物理溶解而产生的破坏分类：按腐蚀环境分类：化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀按腐蚀过程的特点分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀按金属被腐蚀的基本特征分类：全面腐蚀、局部腐蚀 （局部腐蚀的种类很多，如应力腐蚀破裂、小孔腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀等）腐蚀速度的表示： 1.重量指标： 金属因腐蚀发生的重量变化，换算成相当于单位金属表面积在单位时间中的重量变化的数值。 可以用减重（V-）表示，也可以用增重（V+）表示 单位：克/米2·

2、;小时 2.深度指标： 将金属的厚度因腐蚀而减少的量以线量单位表示，并换算成相当于单位时间的数值。 单位：毫米/年 3.电流指标： 以金属电化学腐蚀过程的阳极电流的大小来衡量金属的电化学腐蚀速度。 单位：安培/厘米2测定方法：塔菲尔直线外推法、线性极化法2、 金属腐蚀与防护学科的研究内容、目的和意义 内容： 1. 研究并确定金属在介质的物理化学作用下被破坏的普遍规律 2. 研究在各种条件下使用金属构件时控制腐蚀的方法目的： 减少金属工件制品在各种条件下的服役损耗，减少或消除因机械零件腐蚀而造成的工伤事故，节约使用材料和提高机械零件的使用寿命意义：通过研究腐蚀过程中的理化反应，制定出合理的经济的

3、防护手段，避免或减少机械零件在使用过程中的腐蚀与消耗三、具有保护性的金属氧化膜应该具有的特点： 1. 膜必须是紧密的、完整的、能把金属表面全部遮盖 2. 膜在介质中是稳定的 3. 膜和主体金属结合力要强，有一定的塑性和强度 4. 膜具有与主体金属相近的热膨胀系数四、促进金属氧化膜增长的动力以及膜增厚的方式五、腐蚀电池的构成、类型以及其工作原理+PPT电池表达式（-）电极材料|电解质溶液1|电解质溶液2|电机材料（+）电极表达式电极材料|电解质溶液 电极的两种概念：电子导体和粒子导体形成的一种体系仅仅指电子导体而言的导电体系电极电位：指相对于氢标电极的电位高低。 标准氢电极的电位称为电极电位的氢

4、标度六、用电极电位判断金属电化学腐蚀的倾向金属电化学腐蚀倾向的判断： 1. 用热力学函数判断 可以用自由焓判据 (G)T,P0 2. 可以用化学势判断 ii0用标准电极电位判断腐蚀倾向： 1. 标准电极电位表也称为电动次序表，可以用电动次序表近似判断其腐蚀倾向 2. 用电偶序判断腐蚀倾向的准确性要比使用电动序高，其原因在后面介绍。用电动序也好，电偶序也好，都是一个近似的判断，因为金属的活泼性与腐蚀难易程度不仅 和金属的本性有关，还和金属的表面状态等很多的因素有关。七、平衡电极电位、非平衡电极电位、腐蚀电位、稳态电位 平衡电极电位：在标准状态下，将各种电极分别与标准氢电极组成一个电池，测得的可逆

5、电池的电动势就是该电极的标准相对平衡电极电位0e,I非平衡电极电位：在非可逆电极的表面形成的具有一定固定的数值的电极电位值，此电极电位值就是非平衡电位。 腐蚀电位： 稳态电位：在共轭系统中，电极电位不随时间而变的电位称为稳定电位（也称为混合电位）八、铁-水系统的电位-pH图的结构及在防腐研究中的应用应用：九、极化的概念、引起原因，极化曲线的含义、类型、应用极化的概念：由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象称为极化 通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象，称为阳极极化通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象，称为阴极极化消除或减弱极化作用的电极过程称为去极化作

6、用或去极化过程能消除或减弱极化作用的物质叫去极化剂极化曲线的意义： 1. 从极化曲线的形状可以看出电极极化的程度，从而判断电极过程的难易。 极化曲线陡，极化率较大，电极反应过程阻力大 极化曲线平，极化率较小，电极反应过程阻力小 2. 极化曲线是考察金属腐蚀过程机理和探讨控制腐蚀的措施的重要依据，测定极化曲线是金属腐蚀与防护中的重要基本方法腐蚀极化图的应用： 1. 比较各项阻力的控制程度以确定主要的控制因素 2. 解释腐蚀现象 3. 分析腐蚀过程的性质及影响因素 4. 判断添加剂的作用机理 5. 计算多电极系统的腐蚀问题极化过程的三个主要步骤： 1. 液相传质步骤 反应物由相的内部向相界移动的过

7、程 2. 电化学步骤 反应物在电极表面进行电子得失过程 3. 生成新相步骤 产物离开电极表面向溶液相内部疏散的过程极化原因与类型： 1. 电化学极化： 控制步骤：电化学步骤 极化原因：由于电极反应所需的活化能较高造成，因此，电极电位就要相应的向正移或向负移 稳态极化：在阴极电流密度和阳极电流密度相等的状态称为稳态在稳态时的极化称为稳态极化最典型的外部特征是外电流为恒定值 2. 浓度极化： 控制步骤：液相传质步骤（包含过程：对流扩散电迁移） 极化原因：由于电极表面和溶液深处的反应物和产物的浓度出现差别，这种浓度的差别导致的极化十、析氢腐蚀、吸氧腐蚀的概念、发生过程、极化曲线特点及主要影响因素氢去

8、极化腐蚀：是指以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀。 过程： 1. 金属原子离开金属晶格成为吸附在金属表面上的吸附原子2. 溶液组分在金属表面上的吸附3. 水合金属离子的形成4. 水化金属离子离开金属表面附近的溶液层向溶液深处扩散氢去极化腐蚀的特征(影响因素)：阴极反应的浓度极化较小，一般可以忽略，原因： 迁移速度和扩散速度大 去极化剂浓度大 产物以气泡形式离开，使金属（电极）表面附近的溶液得到教充分的附加搅拌作用与溶液的pH值关系很大与金属材料的本质及表面状态有关与阴极面积有关，阴极区的面积增加，氢过电位减小，阴极极化率减小与温度有关，温度升高使氢过电位减小氧去极化腐蚀：是指以氧分子还原反应为阴

9、极过程的腐蚀。 过程： 1. 氧向金属表面的输送过程 2. 氧离子化反应过程极化曲线特点：此图是氢作为唯一去极化剂的时候的典型曲线在氢的平衡电位没有氢气析出氧去极化腐蚀的一般规律氧去极化腐蚀的影响因素： 1. 溶解氧的浓度的影响： 溶解氧的浓度增大，氧的极限扩散电流密度将增大，氧离子化反应速度也将加快，导致氧去极化腐蚀的速度增大， 氧的浓度大到一定程度，当腐蚀电流密度增大到腐蚀金属的致钝电流密度，而使金属由活性溶解状态转为钝化状态时，金属的腐蚀速度将要显著降低 2. 溶液流速的影响： 在氧浓度一定的条件下，极限扩散电流密度与扩散层厚度成反比 溶液流速越大，扩散层厚度越小，氧的极限扩散电流密度就

10、越大，腐蚀速度越大 搅拌作用相当于提高流速 3. 盐浓度的影响： 盐浓度的加大，提高了溶液的导电性，腐蚀速度会有所上升 盐浓度的加大，降低了氧气的溶解量，使金属的腐蚀速度下降十一、钝化的概念、极化曲线的特点，从极化曲线的关系判断钝化形成条件 第三讲 钝化的概念：在金属电极电位发生正移之后，因为金属表面状态的突变而使金属的腐蚀速度大幅降低的状态。极化曲线：钝化形成的条件：12、 局部腐蚀的类型（重点电偶腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀） PPT电偶腐蚀的概念异种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的腐蚀。而电位较高的金属，溶解速度反而

11、减小，这就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀电偶腐蚀发生的场合在设计中使用了不同种材料的连接在设备或工件上异种金属没有直接连接，但是可以有其他的间接接触而造成的接触电池电偶腐蚀中的阳极部位电位较低的金属电偶腐蚀的原理 最简单的理解就是异种金属接触之后构成腐蚀电池，电位低的金属充当电池的阳极，其腐蚀过程加剧差异效应腐蚀着的电池，由于外加阳极极化引起其内部腐蚀微电池电流的改变，这种现象称为差异效应正差异效应 外加阳极极化引起腐蚀微电池电流减小的现象负差异效应 外加阳极极化引起腐蚀微电池电流增大的现象对于差异效应的判断主要是考虑在与另一个金属的接触前后其本身电极反应量是增大还是减小，而不是总的反应

12、量电偶序（P145）与电偶腐蚀倾向提出原因在判断金属的电偶腐蚀中，用标准电极电位判断差异太大形式在不同的腐蚀环境，金属的电化学表现差别很大，因此，电偶序采用相对电位高低来表示表的上方为阳极体作用的材料，下方的材料则是充当阴极体电偶序是根据金属（或合金）在一定条件下测得的的稳定电位的相对大小排列而成的表能说明的问题当两种材料在列表的腐蚀环境中组成偶对时，位于表上方的材料起到阳极体的作用，另一个材料充当阴极体组成偶对的材料如果在表中相隔较远，则发生较严重的腐蚀在材料相距较近的情况下，用电偶序判断腐蚀倾向时需要注意腐蚀环境的条件，因为这样的偶对有出现反向的现象位于表中同一行的材料，在腐蚀过程中其腐蚀

13、速度较小，基本可以忽略不计利用电偶序判断倾向时是利用热力学的数据对腐蚀的方向和限度的预期，其中没有考虑动力学的因素，腐蚀发生和腐蚀速度的大小主要决定于极化因素，因此，只有在将热力学和动力学的因素统一考虑才是比较全面准确的电偶腐蚀的控制尽量避免异种金属的接触在必需使用异种金属接触的场合，必需注意不同材料间的绝缘问题避免采用大阴极小阳极的结构在需要接触的异种材料的表面采用不同的表面处理技术，形成表面绝缘层影响因素面积比 随阴极和阳极面积比增加，作为阳极体的金属的腐蚀速度加快介质的导电率介质的导电率越大，金属腐蚀速度越大在电导率较低的介质中，由于导电能力较低，因此在腐蚀过程中金属腐蚀的范围较小，相当

14、于减小了金属阳极的面积，使金属的腐蚀溶解速度加快孔蚀的概念在金属表面的局部地区，出现向深处发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀很轻微，这种腐蚀状态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或点蚀具有自钝化特性的金属（合金），如不锈钢、铝等材料易于发生孔蚀孔蚀的特征蚀孔小且深孔的位置分布不均匀，有的集中，有时分散孔口一般有腐蚀产物覆盖，少数呈开放式腐蚀开始之前具有诱导期，诱导期的时间长短随材料不同及腐蚀条件不同而不同，长的可达几年，短的可以是以小时计算孔蚀通常沿着重力方向或横向方向发展，朝上的面是其起点面，一旦开始之后具有深挖能力孔蚀机理孔蚀核 氯离子优先吸附于钝化膜表面，将氧离子排挤开，形成氯化物使基体金属显露，

15、生成的小蚀坑孔蚀源 孔蚀核继续长大之后，到达一定的临界尺寸之后，在金属表面形成宏观可见的蚀孔，蚀孔出现的特定点“深挖” 是指在形成了蚀孔之后，在外界条件的作用下，腐蚀向材料内部纵深方向发展的过程自催化酸化作用是指在形成闭塞电池以后，孔内酸化从而加速腐蚀的作用，此现象称为自催化酸化作用影响孔蚀的因素金属或合金的性质自钝化能力越强则敏感性越强表面杂质、缺陷越多越易于形成孔蚀介质含有氧化性金属阳离子的氯化物是强烈的孔蚀促进剂溶液的pH值对孔蚀的发生影响不大温度温度升高使孔蚀加速流速孔蚀适宜于在静止状态下进行，流速增大，加大了氧气向表面的输送，使钝化易于形成另一方面减少沉积物在金属表面沉积的机会孔蚀的

16、控制合金化精炼减少介质中的孔蚀促进剂循环体系中增加缓蚀剂表面钝化处理电化学保护缝隙腐蚀的概念金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞流状态，引起缝隙内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀缝隙腐蚀发生的条件缝隙腐蚀发生的缝隙一般是宽度在0.025-0.1mm范围内的几乎所有的金属都可以发生缝隙腐蚀，自钝化倾向越大的金属发生缝隙腐蚀的倾向越大在所有的介质条件下都可以发生缝隙腐蚀，以充气的含活性阴离子的中性介质为重比较项目缝隙腐蚀小孔腐蚀发生条件材料表面特小缝隙孔蚀核环境介质任意含活性阴离子腐蚀过程蚀坑形成已有缝隙，较快形成闭塞电池通过腐蚀形成小孔，

17、进而成为闭塞电池闭塞程度小大击穿电位较低，易于发生较高，不易发生二次钝化前的表现原有的可以继续，也可以发生新的腐蚀点原有的可以发展，不产生新的孔蚀腐蚀形态广而浅 深而窄影响缝隙腐蚀的因素金属材料特性介质中的活性阴离子的含量氧气含量温度缝隙腐蚀的控制采用高钼铬镍不锈钢可以耐缝隙腐蚀改变连接方式，避免产生缝隙的部位不宜采用吸湿性的垫片和隔离材料采用电化学防护方法晶间腐蚀的概念腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微，这种腐蚀称为晶间腐蚀晶间腐蚀不易发现，发生晶间腐蚀的金属，其机械性能大大降低，腐蚀严重的可使金属的机械性能完全丧失不锈钢、镍基合金、铝合金、镁合金等都是晶间腐

18、蚀敏感性高的材料晶间腐蚀的机理贫化锂论晶界杂质选择溶解理论杂质在达到一定的含量以后，会经偏析过程富集于晶界处，在强氧化性介质的作用下便发生溶解钢在经过敏化处理以后，由于在晶界出形成的一些化合物或碳的首先偏析限制和抑制了其他杂质如磷等杂质的偏析，因此，其晶界腐蚀反倒不易发生以上的两种机理，各自适用的场合是不一样，并不互相矛盾，而是互相补充晶间腐蚀的控制重新固溶处理稳定化处理采用超低碳不锈钢采用双相钢十三、自然环境中的腐蚀特点（重点大气腐蚀及海水腐蚀） PPT大气腐蚀的概念金属在大自然环境条件下的腐蚀称为大气腐蚀金属材料的大气腐蚀机制主要是材料受大气中所含的水分、氧气和腐蚀性介质（包括雨水中杂质、

19、烟尘、表面沉积物等）的联合作用而引起的破坏大气腐蚀的电化学特征阴极过程是氧的去极化作用阳极过程是金属的溶解和水化大气腐蚀的特点 干的大气腐蚀 过程比较简单，由纯化学过程引起 腐蚀速度小 破坏性较小湿的大气腐蚀金属在电解液膜下进行腐蚀腐蚀过程类似金属在电解质溶液中的过程，但是又有所区别，和液膜厚度、液膜性质类型的关系较大腐蚀过程通过电池进行，主要是微观腐蚀电池作用潮的大气腐蚀在电解质液膜下发生，但与湿的大气腐蚀相比其大气相对湿度小于100液膜极薄，氧气透过比较容易，氧去极化腐蚀为主要过程腐蚀产物膜在干湿交替的过程中，会发生腐蚀产物的氧化还原过程，在腐蚀中得到的高价金属离子在无氧的情况下，被还原成

20、低价，然而在干燥情况下，被大气中的氧氧化到高价，这种过程促进了金属的腐蚀发生海水腐蚀的特点海水腐蚀为电化学腐蚀；海水腐蚀的阳极极化阻滞对大多数金属（铁、钢、铸铁、锌等）都很小，因而腐蚀速度相当大;海水氯离子含量很高，Cl-破坏钝化膜，因此大多数金属在海水中不能建立钝态，在海水中由于钝化的局部破坏，很容易发生空隙和缝隙腐蚀等局部腐蚀。不锈钢在海水中也遭到严重腐蚀；多数金属阴极过程为氧去极化作用，少数负电性很强金属（Mg）及合金腐蚀时发生阴极氢去极化作用；海水电导率很大，海水腐蚀电阻性阻滞很小，所以海水腐蚀中不仅腐蚀微电池的活性大，腐蚀宏电池的活性也很大。 海水的电阻率很小，因此异种金属

21、接触能造成的显著的电偶腐蚀。其作用强烈，作用范围大14、 涂层的作用，涂料的组成涂层的作用： 1. 保护作用 主要是机械的隔离作用，将介质和基体分隔开，起到一定的保护作用 2. 装饰作用 涂料可以有丰富的色彩和表观质感，具有很好的装饰作用 很多情况下主要就是利用其装饰作用，其他作用都是次要的 3. 特殊作用主要是涂料中的次要成膜物质产生，如防污、绝缘、伪装等涂料的组成：1. 主要成膜物质：油料（干性油、半干性油）+ 树脂（天然树脂、合成树脂）2. 次要成膜物质：颜料（着色颜料、防锈颜料、体质颜料）3. 辅助成膜物质：稀释剂（溶剂、稀释剂）+ 辅助料（催化剂、固化剂、增塑剂、触变剂）十五、实施金

22、属覆盖层的基本方法（重点电镀、化学镀、喷镀） PPT电镀是利用电解过程将其他种类的金属镀覆到被保护的金属基体表面的工艺电镀工艺过程除油液除油液一般是使用碱性溶液在加热条件下进行化学除油，也可以附加电解过程除油液配方主要成分是碳酸盐和碳酸氢盐表面活性剂有时还需添加一些特殊的组分酸洗液酸洗主要是除锈的作用，一般在电镀过程中有两步酸洗，强侵蚀和弱浸蚀强浸蚀的作用主要是去锈弱侵蚀的作用主要是活化金属表面和去掉在强浸蚀之后，进入镀液之前在金属表面生成的浮锈酸洗液的成分盐酸硫酸缓蚀剂电镀液电镀液是实施电镀的主要溶液电镀液的主要成分主盐 提供被镀离子缓冲剂 维持电镀液的pH值配合剂 控制溶液中的被镀离子的浓

23、度助剂 改善电流分布、提高电流效率、改善镀层外观质量后处理后处理不是每种镀层都需要的主要作用封闭镀层孔隙 提高耐蚀能力改变工件外观 美化成品应用可镀单一种类的金属可以镀合金注意在工件形状比较复杂的时候要考虑阳极的位置和个数金属离子的浓度不要太大化学镀化学镀是不需要外加电源，直接利用氧化还原反应，在金属表面形成金属覆盖层的工艺化学镀的优势可以处理任意形状的工件镀层厚度均匀不需要电源工艺操作简单化学镀配方主盐 提供被镀离子还原剂 能够还原被镀离子的化合物缓冲剂 维持镀液pH值配合剂 稳定被镀离子，控制被镀离子浓度稳定剂 稳定镀液不发生自分解反应助剂应用获得金属覆盖层作为非导电性材料的表面电镀处理的基础喷镀