金属工艺学第12章课件

1、1金属腐蚀与防护技术知识目标了解金属腐蚀的基本概念；了解几种常见的金属的局部腐蚀形态；掌握防止金属腐蚀的方法。2技能目标结合实际，能够分析金属腐蚀的机理，并能有效地防止金属腐蚀。金属腐蚀与防护技术12.1金属腐蚀的定义及分类12.1.1金属腐蚀的定义 金属材料与环境介质作用以后，由于它们之间所产生的化学、电化学反应，或者由于物理溶解作用而引起材料的损坏或变质称为金属腐蚀。1.根据腐蚀反应机理的不同分12.1金属腐蚀的定义及分类12.1.2金属腐蚀的分类 1）金属的化学腐蚀 2）金属的电化学腐蚀12.1金属腐蚀的定义及分类金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的比较12.1.2金属腐蚀的分类2.根据腐蚀破环

2、时的基本特征分12.1金属腐蚀的定义及分类（1）全面腐蚀（2）局部腐蚀12.1.2金属腐蚀的分类3.根据腐蚀时材料所处的环境分12.1金属腐蚀的定义及分类自然环境腐蚀（1）工业环境腐蚀（2）12.1.2金属腐蚀的分类12.2金属腐蚀的基本概念12.2.1电极与电位1.电极 电子导体（金属等）与离子导体（液、固体电解质等）相互接触，并有电子在两相之间迁移而发生氧化还原反应的体系，称为电极。如在丹尼尔电池（英国丹尼尔发明的电池）中，Cu与Zn分别插入了CuSO4和ZnSO4电解质溶液中，就构成了Cu电极和Zn电极。12.2金属腐蚀的基本概念12.2.1电极与电位2.电极电位 在电极和溶液界面上进行

3、的电化学反应称为电极反应。电极反应可以导致在电极和溶液界面上建立起离子双电层，而双电层两侧的电位差就是所谓的电极电位。12.2金属腐蚀的基本概念12.2.1电极与电位3.平衡电位 当金属电极浸入含有该金属离子的溶液中的时候，金属失电子而溶解于溶液的反应和金属离子得电子而析出金属的逆反应应同时存在，即： Mn+ne-M。 金属实际发生腐蚀时，电极上可能同时存在着两种或两种以上的不同物质参与的电化学反应，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的状态，此时的电极电位称为非平衡电极电位。12.2金属腐蚀的基本概念12.2.1电极与电位4.非平衡电极电位12.2.2极化与腐蚀1.极化（3） 活化极

4、化 浓差极化 电阻极化（2）（1）12.2金属腐蚀的基本概念132.氢去极化腐蚀12.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念（1）水化氢离子脱水：HnH2OHnH2O。（2）形成吸附氢原子：HM（e-）MH（电化学步骤）。（3）吸附氢原子脱附：MHMHH22M（脱附步骤）。（4）氢分子形成气泡，从表面逸出。1）氢去极化腐蚀的过程1412.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念2）影响氢去极化腐蚀的主要因素（1）金属材料的形状、本质、表面状态及金属内 的杂质等都会影响到金属的氢去极化腐蚀。（2）溶液的pH值会影响到金属的氢去极化腐蚀。（3）阴极区的面积会影响到金属的氢去极化腐蚀。（4）温

5、度会影响到金属的氢去极化腐蚀。3.氧去极化腐蚀12.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念1）氧去极化腐蚀的过程（1）氧通过空气/溶液界面 溶入溶液。（2）溶解氧通过对流扩散分布在溶液中。（3）氧以扩散方式通过电极表面的扩散层，到达金属的表面。 （4）氧在金属表面进行还原反应。12.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念（1）阳极材料电极电位降低则氧去极化腐蚀的速度增大。（2）溶解氧浓度增大，氧去极化速度随之增大。 （3）溶液流速越大，腐蚀速度也就越大。 （4）盐浓度增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所增大。 （5）温度升高，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

6、升高腐蚀速度增大。2）影响氧去极化腐蚀的主要因素4.钝化12.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念 金属与某些腐蚀介质作用以后，在金属表面形成了一层极薄的膜，使金属由活化状态变为钝态，从而使金属的阳极过程受到了明显阻碍，这一现象称为钝化。1812.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念（1）成相膜理论认为：当金属溶解时，可在金属表面生成一层致密的、覆盖性良好的固体产物。这些产物作为一个独立相存在，把金属和溶液机械地隔离开来，从而使金属的溶解速度大大降低，金属由活化态转入钝态。1912.2.2极化与腐蚀12.2金属腐蚀的基本概念 （2）吸附理论认为，引起金属钝化并不一定要形成固相膜，而

7、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。这种吸附层改变了金属/溶液表面的结构，使金属反应的活化能显著升高，故金属同腐蚀介质的化学反应速度将显著减小。12.3.1应力腐蚀开裂12.3金属的主要局部腐蚀形态1.应力腐蚀开裂的定义 金属材料在拉伸应力的作用下，在某些特定的腐蚀介质中发生的脆性断裂称为应力腐蚀开裂，简称为应力腐蚀。应力腐蚀是危害最大的局部腐蚀形态之一，它是电化学腐蚀和应力机械破坏相互促进裂纹的生成和扩展的过程。12.3.1应力腐蚀开裂12.3金属的主要局部腐蚀形态2.应力腐蚀开裂的特征（1）合金比纯金属更容易发生应力腐蚀开裂。（2）每种合金的应力腐蚀开裂只是对某些特定的介质

8、环境敏感。（3）必须有拉伸应力的作用。（4）应力腐蚀开裂的裂纹主要有穿晶型、晶间型和混合型，裂纹扩展途径与具体的金属环境体系有关。2212.3.1应力腐蚀开裂12.3金属的主要局部腐蚀形态3.应力腐蚀开裂的机理 应力腐蚀开裂的机理目前主要有：阳极溶解机理和氢脆机理两种。23 一些金属材料接触某种溶液后，表面上会产生点状腐蚀，形成的蚀孔随时间延长向深度方向发展直至穿孔，这种腐蚀形式称为点腐蚀（孔蚀）。通常点腐蚀的蚀孔很小，深度很深，直径比深度小得多。12.3.2点腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态1.点腐蚀的定义12.3.2点腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态2.点腐蚀的产生条件（1）点腐蚀多发

9、生于表面生成钝化膜的金属材料上（不锈钢、铝合金等）。（2）点腐蚀发生于有特殊离子的介质中，如不锈钢对卤素离子特别敏感，其作用顺序为Cl、Br、I，这些阴离子在合金表面不均匀吸附导致膜的不均匀破坏。（3）点腐蚀发生在某一临界电位以上，该电位称为点蚀电位或击破电位。12.3.2点腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态3.点腐蚀的机理 点腐蚀的形成可分为：蚀孔形核和蚀孔发展两个阶段。 缝隙腐蚀是指金属与金属、金属与非金属的表面间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加速腐蚀的一种破坏形式。12.3.3缝隙腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态1.缝隙腐蚀的定义12.3.3缝隙腐蚀12.

10、3金属的主要局部腐蚀形态2.缝隙腐蚀的特征（1）（2）（3）（4）缝隙腐蚀可发生在所有的金属与合金上，特别是易钝化的金属或合金上。介质是任意的可以是：酸、碱、盐而含有Cl的溶液最容易引起缝隙腐蚀。对同一种合金来说，缝隙腐蚀比点腐蚀更容易发生。发生缝隙腐蚀的金属，在缝隙内呈现出深浅不一的蚀坑或深孔。12.3.3缝隙腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态3.缝隙腐蚀的机理 缝隙腐蚀可分为：初期阶段和后期阶段。2912.3.3缝隙腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态缝隙腐蚀的机理图解 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，也是一种常见的局部腐蚀形式。12

11、.3.4晶间腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态1.晶间腐蚀的定义12.3.4晶间腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态2.晶间腐蚀的机理 晶间腐蚀：是一种由组织电化学不均匀性引起的局部腐蚀，这主要是由于晶粒与晶界之间存在着电位差所致。此外，晶界处存在杂质时，在一定介质中也会引起晶间腐蚀。晶间腐蚀的机理主要是合金元素在固溶体中贫化。 当两种或两种以上具有不同电极电位的金属处于同一电解质溶液中时引起的电化学腐蚀，称为电偶腐蚀，又称为接触腐蚀或双金属腐蚀。12.3.5电偶腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态1.电偶腐蚀的定义12.3.5电偶腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态2.影响电偶腐蚀速度的因素（1）

12、 所形成的电偶间的电极电位差。电位差越大，理论上电偶腐蚀的电流也越大，腐蚀也越快。（2） 腐蚀介质的电导率。介质的电导率高，则加速电偶腐蚀。12.3.5电偶腐蚀12.3金属的主要局部腐蚀形态（3） 金属表面的极化和由于阴、阳极反应生成表面膜或腐蚀产物的影响。（4）电偶间的空间布置等。3512.4.1合金化12.4防止金属腐蚀的方法（1）加入合金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗腐蚀能力。一般来说，钢中加入铬、镍、硅等元素均能提高其电极电位。（2）加入合金元素使钢的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合牢固的钝化膜，从而提高钢的耐腐蚀能力。（3）加入合金元素使钢在常温时能以单相状态存在

13、，减少微电池数目，从而提高钢的耐蚀性。如加入足够数量的铬或铬镍，使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。3612.4.1合金化12.4防止金属腐蚀的方法（4）加入钼、铜等元素，提高抗腐蚀能力。（5）加入钛、铌等元素，消除铬的晶间偏析，从而减轻晶间腐蚀倾向。（6）加入锰、氮等元素，代替部分镍获得单相奥氏体组织，同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。3712.4.2阴极保护1.阴极保护的定义 采用一定的方法使被保 护金属设备发生阴极极化，以 减小或防止其腐蚀的方法称为阴极 保护。实现阴极保护的方法通常有： 外加电流的阴极保护和牺牲阳极 的阴极保护两种。12.4防止金属腐蚀的方法3812.4.2

14、阴极保护2.阴极保护的适用条件和特点12.4防止金属腐蚀的方法（1）腐蚀介质必须是电解质溶液，能够进行离子导电。（2）被保护设备在其腐蚀介质中要易于阴极极化。（3）钝态金属设备不宜采用阴极保护。（4）结构、形状复杂的金属设备不宜采用阴极保护。（5）由氢脆敏感性材料制作的金属设备不宜采用阴极保护。3912.4.2阴极保护3.阴极保护的主要参数12.4防止金属腐蚀的方法最小保护电位（1）最小保护电流密度（2）12.4.3阳极保护1.阳极保护的定义 将被保护的金属设备与外加 直流电源的正极相连，在一定的电解 质溶液中将金属进行阳极极化达到一定的 电位，如果在此电位下金属能建立起钝态并 维持钝态，则阳极过程受到抑制，而使金 属的腐蚀速度显著降低，设备因此而得 到保护，此种防护方法称为 阳极保护。12.4防止金属腐蚀的方法12.4.3阳极保护2.阳极保护的特点12.4防止金属腐蚀的方法 （1）某些活性阴离子含量高的介质中不宜采用阳极保护，因为这些活性离子，如Cl在高浓度下能局 部地破坏钝化膜并 造成点腐蚀。 （2）与阴极保护一样，阳极保护也存在遮蔽效应。若阴、阳极布局不合理，可能造成有的地方已钝化，有的地