第1章金属腐蚀的基本概念

1、（Corrosion of Metals）第第1 1章章 金属腐蚀的基本概念金属腐蚀的基本概念w金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破坏。1.11.1金属腐蚀的定义金属腐蚀的定义发生化学腐蚀发生电化学腐蚀1.2 金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类1.2.1 按腐蚀机理分类： 化学腐蚀（Chemical corrosion） 电化学腐蚀（Electrochemical corrosion） （1 1）化学腐蚀）化学腐蚀 金属表面金属表面 + +高温气体或非电解质溶液发生化学高温气体或非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀，称为化学腐蚀。作用引起的腐蚀，称为化学腐蚀。特点：化学腐

2、蚀特点：化学腐蚀进行时没有电流产生。进行时没有电流产生。返回大气层后的回收舱（2 2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 金属表面在介质如潮湿空气、金属表面在介质如潮湿空气、电解质溶液等中，因形成微电池而发生电化学电解质溶液等中，因形成微电池而发生电化学作用而引起的腐蚀称作电化学腐蚀。作用而引起的腐蚀称作电化学腐蚀。ZnPtHClelectrons以析氢腐蚀为例以析氢腐蚀为例水膜酸性较水膜酸性较强强(1) (1) 析氢腐蚀析氢腐蚀 H2OCO2 H2CO3 HHCO3- 正极正极(C)2H2e-H2Fe2e-Fe2负极负极 (Fe)正极正极 (C)：O2负极负极(Fe)： Fe - 2e- = Fe2+2

3、H2O + O2 + 4e- = 4OH-2Fe - 4e- = 2Fe2+*铁锈的生成铁锈的生成Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2（白色）4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3-x)H2O生成的Fe2O3xH2O就是铁锈 的主要成分。电流电流例如例如 条件条件 种类种类 本质本质 有微弱的电流有微弱的电流 无无 钢铁腐蚀钢铁腐蚀 2Fe3Cl22FeCl3 不纯金属或合金跟不纯金属或合金跟电解质溶液接触发电解质溶液接触发生原电池反应生原电池反应 电化学腐蚀电化学腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化 金属

4、被氧化金属被氧化 金属与非电解金属与非电解质等直接发生质等直接发生化学反应化学反应 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 1.2 金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类1.2.2 按腐蚀特征分类： 全面腐蚀（Uniform Corrosion） 局部腐蚀（Localized Corrosion) （1）全面腐蚀（Uniform Corrosion）腐蚀分布在整个金属表面上。（2）局部腐蚀（Localized Corrosion)腐蚀主要集中于金属表面某一区域，而表面的其他部分几乎未被破坏。Uniform CorrosionUniform Corrosionw局部腐蚀(Localized

5、Corrosion)局部腐蚀有很多类型：1.应力腐蚀破裂（Stress corrosion cracking）2.孔腐蚀（Pitting Corrosion）3.缝隙腐蚀(Crevice Corrosion)4.电偶腐蚀(Galvanic Corrosion )5.选择性腐蚀（Selective corrosion）6.氢脆（Hydrogen embrittlement）7.晶间腐蚀（intergranular corrosion ）孔腐蚀孔腐蚀Pitting Corrosion孔蚀孔蚀 Pitting CorrosionPitting corrosion is a localized for

6、m of corrosion usually associated with formation of pits in the presence of chloride.缝隙腐蚀缝隙腐蚀 Crevice Corrosion Crevice corrosion is a localized form of corrosion usually associated with a stagnant solution on the micro-environmental level.缝隙腐蚀缝隙腐蚀 Crevice Corrosion金属材料和结构缝隙中发生的一种局部腐蚀。金属与金属或金属与非金属相接

7、触时会形成缝隙。 电偶腐蚀电偶腐蚀Galvanic Corrosion Galvanic Corrosion Galvanic corrosion refers to corrosion damage induced when two dissimilar materials are coupled in a corrosive electrolyte. It occurs when two (or more) dissimilar metals are brought into electrical contact under water. When a galvanic couple fo

8、rms, one of the metals in the couple becomes the anode and corrodes faster than it would all by itself, while the other becomes the cathode and corrodes slower than it would alone. Stress corrosion crackingApril 28 or 22?, 1988, Kahului to Hawaii, USA , a 19 year old Boeing 737-297 lost a major port

9、ion of the upper fuselage while cruising at 24,000 feet.敞篷客机，乘客：89人，机组人员：6人，遇难1人。在茂宜岛成功迫降，唯一的遇难者是在失压瞬间被吸出机舱的空姐辛兰。 头等舱外壳不翼而飞Stress corrosion cracking应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂（SCC)Mechanical stress combined with corrosive attack can lead to a mechanism known as stress corrosion cracking. At the crack tip, hydrogen

10、 formed by the cathodic reaction can diffuse into the material and render it brittle, facilitating crack propagation.金属和合金材料在环境介质与张应力协同作用下发生的腐蚀裂开。 微生物腐蚀微生物腐蚀 Microbiologically Induced Corrosion (MIC) -ne-ne- -金属腐蚀的实质金属腐蚀的实质金属原子金属原子M M金属阳离子金属阳离子Mn+1.4金属腐蚀速度的表示法w在一定环境中的金属试样，在单位时间、单位表面积的重量变化来表示金属的腐蚀速度t

11、SmV失V失： 腐蚀速度（gm2 h）；m：试样腐蚀前后的质量变化（g）；S ： 试样表面积（m2）；t ： 腐蚀时间（h）。w金属试样在单位时间、单位表面积的重量变化测量金属腐蚀速度的金属试样测量金属腐蚀速度试样金相试样磨光机 金相试样磨光机的水源部分金相试样磨光机的电源开关部分金相试样磨光机金相试样磨光机 失重法计算腐蚀速度公式：失重法计算腐蚀速度公式：tSmtSmmV10失V失：腐蚀速度（gm2 h）；m0：试样腐蚀前的质量（g）；m1：试样清除腐蚀产物后的质量（g）；S ： 试样表面积（m2）；t ： 腐蚀时间（h）。增重法测量金属的腐蚀速度V增：腐蚀速度(g/m2h)；tSmmV02

12、增m2：带有腐蚀产物的试样的质量（g）增重法测量金属的腐蚀速度增重法适用于均匀腐蚀，及腐蚀产物不容易从试样表面清除掉的情况。重量指标的优、缺点：重量指标的优、缺点：优点：直观，准确；优点：直观，准确；缺点：试验时间较长，没有把腐蚀深度表示出来缺点：试验时间较长，没有把腐蚀深度表示出来 ，无法衡量不同密度的金属的腐蚀程度无法衡量不同密度的金属的腐蚀程度 1.3.2 以腐蚀深度表示的腐蚀速度以腐蚀深度表示的腐蚀速度另一种金属腐蚀速度表示法。单位时间内金属被腐蚀掉的厚度。时间通常取1年。thv深h：金属被腐蚀的厚度，mmt：腐蚀的时间，a深度指标实际上就是重量指标的单位换算，经常用于工程上。 重量指

13、标 深度指标g / m2h mm/a 重量指标和深度指标的换算重量指标和深度指标的换算V失m /St = Sh /St= V /St = h /th/t = V深t= 243658760h失深VV76. 8 V深：以腐蚀深度表示的腐蚀速度，(mm/a )V失：失重腐蚀速度，(g/m2 h)为金属的密度，(为g/cm3) 8.76：单位换算系数例1：铁的密度为7.87 g/cm3，铝的密度为2.7 g/cm3，当他们的腐蚀质量指标均为1g/m2h时，求Fe和Al以腐蚀深度表示的腐蚀速度？V(Fe)=1.113mm/a，V(Al)=3.244mm/a，1.3.3 电流密度表示的腐蚀速度电流密度表示

14、的腐蚀速度电流指标：金属腐蚀基本上是电化学腐蚀，可以通过电化学仪器测试金属的腐蚀速度。用符号icorr表示腐蚀速度。美国产：2273电化学综合测试仪德国产：电化学工作站荷兰产：电化学综合测试仪上海产：CHI660B电化学工作站天津产：电化学工作站大连理工大学：CP6电化学综合测试仪江苏仪器厂：MCP-1恒电位仪电流密度指标电流密度指标icorr和重量指标和重量指标V失失的关系的关系法拉第定律：Faradays law of electrolysisFnMItm m: 溶解金属质量（kg）；I: 金属通过的电流（A）；M：金属的摩尔质量(kg/mol) ；n：为电极反应计量方程式中电子的计量系数

15、 ； F：法拉常数，( F96500Cmol电子)。 SnMIStnMItStmVFF失SIicorr 电流密度corrFinMV失重量指标与电流密度指标的关系 若icorr的单位取A/cm2，金属密度的单位取g/cm3，则以不同单位表示的腐蚀速度为：)hm/g(1073. 32corr4nMiV失实验1 失重法测量碳钢的腐蚀速度一、目的要求一、目的要求 1掌握失重法测定金属腐蚀速度的原理和方法。 2用失重法测定碳钢在稀硫酸中的腐蚀速度。 二、基本原理二、基本原理(略)三、仪器和药品三、仪器和药品 碳钢试件（如 20 5） 1个金相试样磨光机 1台游标卡尺 1个EDTA的盐酸水溶液(15%) 200mL耐水砂纸材料溶液时间温度备注铝合金70HNO323min室温 随后轻轻擦洗铜及其合金15%20%HCl23min室温 随后轻轻擦洗钢和铁含0.15%(v/v)有机缓蚀剂的15%的HCl溶液几分钟室温 可除去钢表面的氧化皮镁及其合金15%CrO3, 1%AgCrO4溶液15min沸腾常见金属清除腐蚀产物的化学方法试 样 编 号试样尺寸(cm)长宽高表面积试样质量(g)腐蚀前m0腐蚀后m2去除腐蚀后m1重量损失(g):m0m1腐蚀速度V失 (gm2h )V增 (gm2h )V深 (