讲义水工金属结构电化学腐蚀知识讲义

电化学腐蚀的几个问题1.腐蚀现象及其定义2.腐蚀的重要地位及意义3.腐蚀的分类4.电化学腐蚀的本质5.电化学腐蚀的几个概念6.电化学腐蚀发生的三个条件7.水工金属结构的防腐蚀保护措施8.金属在自然环境下的腐蚀金属腐蚀的定义金属腐蚀的定义关于腐蚀的定义，学术界存在很多的争议。早期的提法是：“金属和周围介质发生化学或电化学作用而导致的无谓消耗或破坏，称为金属的腐蚀。”这一定义的缺陷是没有包括非金属材料。事实上，非金属材料如混凝土、塑料、橡胶等，它们在介质的作用下也会发生腐蚀。另外，也有人认为生物作用和某些物理作用引起的破坏也属于腐蚀的范畴。目前腐蚀界多数人采用的定义是：“材料在环境作用下引起的破坏或性能下降称为腐蚀”。除此之外，国外还有人采用下面两个定义：“除了单纯机械破坏以外的材料的一切破坏”；“冶金的逆过程”。国际标准化组织为统一学术界的交流，对于腐蚀一词赋以新的定义，我国石油部标准SYJ30-87等效采用了ISO标准对腐蚀一词所下的定义，同时还包括了环境所受到的破坏，定义腐蚀为“金属与环境间的物理-化学的相互作用，造成金属性能的改变，导致金属、环境或由其构成的一部分技术体系功能的损坏。腐蚀与防护的意义金属腐蚀遍及国民经济的各个领域，从日常生活到工农业生产，凡是使用金属的地方都不同程度的存在着腐蚀，它带来了巨大的经济损失，造成了灾难性的事故，耗费了宝贵的资源与能源，污染了环境，危害甚大。每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济生产总值的3.5%-4%左右。每年由于腐蚀造成钢铁损失约10%-30%。化学、农药制酸等工厂由于金属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏，使许多有毒物质污染了环境，危害人们的生命安全。尤其近两年发生的石油、化工厂发生的爆炸。中石油吉林石化发生连续爆炸、油船泄漏等。腐蚀科学技术的发展确认腐蚀进行的电化学历程的基本规律。从金属腐蚀扩大到混凝土、陶瓷及高分子材料。防腐向医学、计算机、航空航天等尖端领域发展腐蚀工艺的研究、发展现代防护观念与防腐技术的发展防腐蚀的现代观点:

·腐蚀是不可避免的,但腐蚀是可以控制的。（腐蚀控制）工程构件的腐蚀问题，不要等到出现后才去解决，应在设计、建设（制造、施工、安装…..）阶段就着手解决，腐蚀问题要以“预防”为主。解决腐蚀问题不能“孤立”地进行，应作为“整体”问题，“过程”问题去解决。对于大型工程中的腐蚀问题，要用系统的观点，系统工程的方法去解决（大型工程系统防护）防腐蚀问题是个系统工程问题，它涉及到勘测、设计、制造、施工、运行、管理等各个环节的相互配合（防护系统工程）防腐蚀问题不是单纯的经济问题，而是关系到保护资源，节约能源、减少事故、保护环境等重大社会问题，因此要通过制订“国家政策”科技立法“来解决腐蚀的分类从腐蚀的形貌看：全面腐蚀和局部腐蚀全面腐蚀：均匀腐蚀，或整体腐蚀，是指与环境相接触的材料表面均匀因腐蚀而受到损耗。腐蚀的结果是金属表面以近似相同的速度变薄，重量减轻。但要注意的一点是：绝对均匀的腐蚀是不存在的，厚度的减薄并非处处相同。局部腐蚀：腐蚀的发生局限在结构的特定区域或部位上。局部腐蚀又可分为以下几类。局部腐蚀的类型1.点蚀发生在金属表面极为局部的区域内，造成洞穴或坑点并向内部扩展，甚至造成穿孔。若坑口直径小于点穴深度时，称为点蚀；若坑口直径大于坑的深度时，又称坑蚀。实际上，点蚀和坑蚀没有严格的界限。铝和不锈钢在含氯化物的水溶液中发生的腐蚀就是点蚀的典型例子。点蚀形状：

点蚀的影响因素：1.表面结构的不均匀性如夹杂等2.溶液成份如氯离子溶液3.含氧化性金属离子的氯化物溶液的影响含氧化性金属离子的氯化物（CuCl2及FeCl3）溶液对金属材料的点蚀大于含有非金属离子的氯化物如（NaCl，CaCl2）4.溶液流速静止溶液易点蚀5.金属成分钝性金属耐点蚀性低

在点蚀发生的初始阶段，由于阳极溶解下来的金属离子发生水解而生成H+,因此蚀孔中溶液的pH值下降，具有强酸性，这样又加速了金属的溶解，从而造成了蚀孔的扩大与加深。随着腐蚀的不断进行，在蚀孔上形成了腐蚀产物，致使蚀孔内的物质迁移难以进行。这样一来，蚀孔内金属盐愈益浓缩，因水解而使pH值降低，同时为了维持电荷平衡，Cl-不断通过腐蚀产物向蚀孔内迁移，导致了Cl-进一步富集。形成了点蚀的自催化过程。2.缝隙腐蚀腐蚀发生在缝隙处或邻近缝隙的区域。这些缝隙是由于同种或异种金属相接触，或是金属与非金属材料相接触而形成的。缝隙处受腐蚀的程度远大于金属表面的其他区域。这种腐蚀通常是由于缝隙中氧的缺乏、缝隙中酸度的变化、缝隙中某种离子的累积而造成的。缝隙腐蚀是一种很普遍的腐蚀现象。几乎所有的金属材料都可能发生缝隙腐蚀。法兰联接面、螺母紧压面、焊接气孔、锈层下以及沉积在金属表面的淤泥、积垢、杂质都会形成缝隙而引发缝隙腐蚀。浸蚀区砂粒浸蚀区3.浓差腐蚀由于靠近电极表面的腐蚀剂的浓度的差异而导致电极电位不同所构成的腐蚀电池。差异充气电池就是腐蚀电池的一种。引起腐蚀的推动力是由于溶液（或土壤）中某一处与另一处的氧含量不同导致电极电位不同而构成的腐蚀电池。氧浓度低的部位将构成阳极区，腐蚀将加速进行。实际上，缝隙腐蚀与浓差电池的腐蚀机理有雷同之处，但浓差腐蚀电池有更明显的阴极和阴极区。钢桩O2铁锈空气水线液体4.电偶腐蚀当一种不太活泼的金属（阴极）和一种比较活泼的金属（阳极）在同一种环境中相接触时，组成电偶并引起电流的流动，从而造成电偶腐蚀。电偶腐蚀也称双金属腐蚀或接触腐蚀。

(电解质溶液）

FeCuFeCu

当需要用不同金属彼此接触并在同一导电性溶液中使用时，作为一般性原则，应尽量选择在电位序中相靠近的那些金属。特别应指出的是面积的影响在电偶腐蚀中极为重要。大阴极和小阳极是最不利的面积比例。铜板上的钢铆钉比钢板上铜铆钉的腐蚀要严重的多。5.晶间挺腐蚀晶间颗腐蚀五是在译晶粒央或晶诊体本寄身未易受到小明显抱侵蚀健的情舱况下此，发恋生在颠金属升或合喘金电房诚晶界素处的卵一种侄选择标性腐抛蚀。连晶间样腐蚀核会导歼致强很度和敌延性犁的剧彩降，小因而恭造成费金属值结构系的损屯坏甚剪至引狂发事段故。翠晶间株腐蚀挂的原杂因是袋在某傅些条赴件下塘晶界跟非常难活泼释，如启晶界酒处有藏杂质胳，或盯晶界匙区某棚一合崖金元保素增孔多或吩减少混。锌宏含量虑在黄笑铜的凶晶界辱处比卫较高梯，或千不锈允钢在曲晶界丙处贫苦铬时硬，将飞引起仓晶间亲腐蚀提。6.应力免腐蚀应力绝腐蚀颗是拉场应力未和特恐定腐继蚀介召质共画存时昏引起呢的店腐蚀胞破裂腔。此聚时应字力可幅以是馆外加百应力曲，也帖可以射是金触属内炭部的趴残余烂应力虏。残幅余应夏力可笨能谢产生扩于加掌工制鲁造时平的形要变。毅也可芹能产扛生于龟升温役后冷撕却时喇降温确不均关匀，跨还可例能是朗因为鸭内部卷结构掩改变蚂引起涛的体掌积变翅化造别成的调。铆项合、烦螺栓洽紧固芽、压暗入配闻合、徒冷缩扁配合还引起鸭的应捷力也惊属于标残余护应力恐。当积金属蒸表面嗓的拉定应力鲁等于宁屈服局应力眠时，伍肯定控会导红致应安力腐中蚀破制裂。眨每种露合金医体系艇有其暂特定炸的产壶生应桃力腐从蚀破鱼裂的承环境名条件围。冷撕作黄状铜在勒氨中截的破曲裂，产钢在穴碱液酬中的硬碱脆摔破裂名，就限是应泰力腐邪蚀破风裂的欣实例恢。7.选择购性腐事蚀也称秤分金揭腐蚀击或脱颜合金四腐蚀秆。这象种形鸡式的畅腐蚀举是指机合金矩中稿某一竿组分乐由于辨腐蚀屿作用骄而被很脱除染。黄致铜脱顶锌是留选择剑性腐耐蚀最瓶典型侧的例拖子。裤黄铜滩脱锌蹲有两努种类副型，樱一种碧是塞喷型，钱一种行是普办通型气。前妻者的刘形状川像许蛙多被浅脱锌屡塞堵杆住的岁小孔瞒，后牙者则茶是在畅未受讨腐蚀砖的黄地铜核牢心外夹面环绒绕着俊连续政的腐瓣蚀层泻。铸砌铁有荡时也袄会出艇现选雅择性勺腐蚀桥，铁即被选侄择性壁浸出泉，剩轻下石宅墨网话状体玩，这曾种现立象也倚称之宗为石报墨化图。8.磨损痕腐蚀磨损孔腐蚀萄是金舒属受滑到液毯流或态气流寨（有考无固该体悬途浮物涛均包查括在维内）任的磨垒耗与捎腐蚀觉共同劫作用煌而产殿生的辩破坏况。包猛括高党速流钳体冲堆刷引巧起的宰冲击败腐蚀开；金俗属间命彼此估有滑陷移引为起的竞磨振恳腐蚀产；流玩体中笛瞬时涛形成漆的气滩穴在悔金属兄表面叼爆发迷时导翼致的遗空泡扔腐蚀宽。9.氢腐宗蚀由于彩化学渐或电锦化学幕反应碰（包举括腐盛蚀反病应）偿所产宅生的磨原子再态氢予扩散沫到金围属内奸部引贩起的榆各种雅破坏族，包围括氢赤鼓泡材、氢踏脆和偏氢蚀背三种滥形态余。氢鼓苦泡是宗由于朵原子长态氢急扩散决到金仪属内垃部，挡并在猜金属庆内部德的微坝孔中音形成狗分子怎氢。陪由于箭氢分锯子不健能扩叮散，麦就会露在微悉孔中鼓累积均而形乎成巨达大的至内压崖，使损金属贡鼓泡径，甚遣至破训裂。氢脆纳是由遭于原掘子氢胁进入苏金属淡内部兰后，足使金再属晶街格产戴生高俘度变岩形，下因而段降低饿了金充属的砖韧性免和延童性，厅导致稻金属篇脆化燥。氢蚀救则是母由于寸原子肚氢进喘入金挎属内制部后阶与金扒属中务的组海分或机元素寺反应豆，例秘如氢盆渗入沟碳钢揉并与纵碳钢须中的挪碳反给应生初成甲慎烷，警使钢射的韧况性下柱降，递而钢避中碳贡的脱壤除，首又导建致强辅度的荐下降樱。金属州腐蚀松的其赔他分较类方堆法1.根据物反应参机理径分：漫化学炉腐蚀楚和电症化学圣腐蚀化学陕腐蚀却是指锯金属形和非志电解吴质直岛接发位生纯歌化学苍作用利而引浊起的舱金属块损耗糠，如遗金属瞎的高竭温氧仍化。电化现学腐崇蚀是析指金修属和避电解军质发撑生电贪化学狠作用亩而引公起的死金属组损耗我。在打电化拉学腐骨蚀过葛程中孔，同狭时存唤在着旷两个肾相对乏独立月的反磨应过早程——阳极似反应睡和阴拥极反懒应，晋并有匪电流售产生昼。电环化学六腐蚀奏是最艘普遍联的腐臂蚀现事象。冻在酸荣、碱俭、盐译的水躲溶液归以及订海水赶、河世水、晚湖水哨、潮夹湿的责土壤钞中所咸发生墨的腐革蚀均附属于跃这种阳类型湖。水工治金属吉结构墓的腐太蚀也生属于洁电化收学腐含蚀。2.按腐酬蚀的蛙环境币分：啄大气镜腐蚀脂，海站水腐虎蚀，筛土壤话腐蚀腹，淡该水腐绑蚀及驶化学筝介质叫腐蚀访。电化挽学腐湾蚀的所本质以盐建水滴猫实验鼻来说敏明电端化学茶腐蚀限的本桂质：显将一葱滴含薯有少追量铁溜羟指幸示剂柿（酚困酞氰返化钾恨）并墨为空快气所厘饱和障的Na恰Cl溶液批，滴证放在者干净让的铁勇板上陡，溶孔液覆纪盖的采整个渐区域扩立即砌出现跟粉红船色和柏蓝色激的小犁斑点竟。稍至等片违刻，干液滴埋中心宫变为例蓝色因，边悼缘为抢粉红鞠色，鼓而两勇者之槽间有痒一棕伏色圆腐环。（a）初义生分隆布勤（b）次德生分队布在开伤始阶抗段，音溶液拐中的抓氧含口量是还均匀抄的，饮而金腹属表趣面在肝制造座过程踏中或广多或仰少有昼些划森痕（亡或纹张路）聪，因佛此阳不极小扶点是吹沿纹汗路出染现的脚，而浑周围攻的粉槽红斑妹点是奋阴极庄区，贤说明梦，这蜓时的怕腐蚀滩是由浅于腥金属吼表面勒结构杀的不希均匀岭而引颗起的帝。这马种情伤况称信之为胀初生截分布乎。初生改情况态持续货不久千，当陵溶液铜中的屿氧被傲逐渐督消耗辉，需山要从娘空气友中补共充氧嫩时，逢腐蚀阴介质甚（液遗滴）外出现小了含恐氧量虎不均巴匀的运情况栽，液也滴中匠心部全位由托于伤液层汇较厚畏，氧挨的扩删散路沙程较缘瑞长，族故供斑氧较情慢。趁反之辞，液管滴边起缘层俘较薄脂，氧涂扩散罢较快彼，造虚成边杂缘富廊氧，潮这时呢阴极喇反应船在边警缘较拔易进景行，它即产梅生较尸多的OH换-，使宵边缘中呈粉突红色歼。而侦液滴攻中心只阳极汉反映应占叶优，Fe尤2+及阴本极产虽物OH盏-，由号于扩慌散和用电迁边移的轨结果铸，在产中间抄地带球相遇感，首乏先形欧成Fe（OH）2，之目后税又被贯大气冷中的投氧氧碑化为砍棕褐攻色的监铁锈Fe爹(O尿H)泄3，并透称之骆为腐亮蚀的杆二次午产物雄，这蛙一阶叼段的毯腐蚀腐主要幼是介墓质的倾不均宵匀性巩引起躲的。在该峰体系貌中，厦铁作狭为阳挎极被惑腐蚀非生成谣阳极循反应引：与指君示剂宣中的厅作用胞生成涛蓝色掩沉淀锯物，而骑阴极酬区的肌反应怖为：pH升高评，使禾酚酞竖呈红症色。电化沾学腐眼蚀的欢几个雹概念1.电解扬质2.原电宏池3.电极笑电位4.腐蚀乳微电稼池（1）阳虚极过补程（2）阴渔极过石程（3）电舒流流滔动电解魂质电解披质就挪是在良其溶打液或溜溶融司状态掩下能跪导电辱的物惰质，真如酸栋、碱固、盐自都是迅电解蚁质。吃水工昨金属凶结构亦所接删触的忠水，俊无论喇河、蹲海、轰湖水系，还钉是工连业污撒水，暑都是肚可以租导电赵的。原电纹池借助匪于氧忽化还左原反缠应将胶化学标能转般化为泻电能嘱的装获置叫吸做原踩电池承。KC怪l盐桥ZnSO42-CuSO42-（-）Zn||冻Zn岗SO4||中Cu脾SO4||威Cu惯(+照)电极百电位金属丘晶格嚷是由怖按规肢则排笋列着初的金师属正东离子斯和其扑间流忽动着乐的自解由电欺子组裕成，挺能斯葛特理赚论认环为，嫂当金篮属浸委入电絮解质啦溶液茎中，诵金属扣表面永的正当离子株则受口到水淋的极辞性分尺子作天用，字有些衣离子家在振闯动中钥能克配服电烛子的浊引力贩形成断水化专离子少进入碧水溶荣液中桂，在处金属惩表面焦上留鸽下当隶量的敏电子岁。另一茶方面秘，水殖溶液狮中的脆水化饶金属虚离子氧也有保与金产属上雾过剩修电子坦结合忆而回摊到金旱属上食去。当两罚个过督程的呀速度两达到碧相等庭时，厌金属好溶解塔停止确，水明化金害属离犬子聚来集在丑荷电阅金属甘表面后的液亲层中皂，这槐样就惜在金俩属与庸电解拘质溶肯液界陵面上患形成午了所涌谓的“双电木层。+脸--怖+-言++舅-+--+金属金属金属电解必质溶泛液电解穴质溶筐液电解慎质溶砍液金属-溶液葬界面臭上双告电层允的建汽立，找使得社金属届与溶扁液之干间有闻电位倦差，碍这种熄电位聪差称为该器金属孤的电僵极电积位。不同杂金属掠材料诉的腐息蚀电畜位电极砍电位驴的意宇义（1）标践明了耕金属认的热镇力学限稳定停性，耳可以侄依此测判断此金属宣腐蚀壁的可诞能性赚。（2）可锋依其春分析昂金属取在某替些酸削性介岩质中仓的腐族蚀反踪蝶应。（3）当代两种压金属中接触渣时，吐可以丢根据围它们煤的电棕极电诸位值嘱大小嘱，判稼断何盘种金粗属被挨腐蚀柄，何耽种金霸属受今保护掉。腐蚀祥微电版池水工鸦金属探结构甲是由锤碳素粪钢和斧铸铁饭等材端料组酬成的晴，长巾期在俭河、沾海、哲湖水瘦和工热业污失水中法工作吉，由轻于钢窗铁在洁冶金满过程骑中不孕可避隙免地购要含落有金岭属杂造质或躬非金忧属导斧电杂号质，甩如Fe饱C和石寻墨等椅，在毙电解挖质溶悦液中今，这垂些极优微小立的杂匙质电阻极电肾位较篮高而蒙成阴跪极，神铁电法极电饲位电软位较玩低呈演阳极宪，从艺而在于局部让形成待许多劫腐蚀抵微电戒池，轻这些袜微电吉池发煮生着布与腐局蚀电确池类害似的悉腐蚀巴过程右。（1）阳逆极过邪程：（2）阴渴极过墙程：（3）电拴流的弹流动因为秆阳极星和阴谱极是牲互不籍依赖市的相迈对独堪立的苍过程袄。在虚金属萝中是怠依靠摊电子防从阳煮极流吸向阴顽极；侧而在年溶液抹中是笔依靠击离子蓬的迁范移，倚即阳堪离子蜓从阳刊极区亦向阴监极区傲移动袭，阴狮离子及从阴钉极区季向阳蹦极区践移动材。在腐估蚀微裕电池没中，港金属诞的腐粮蚀破麦坏将耳集中全地出役现在属阳极诞区。喂体现慰为阳陆极区风铁离蜂子的痛溶解模。水工衡金属岗结构给发生皂腐蚀旨的三割个条敞件钢铁遮表面勇存在蚂电位恳差阴极窑与阳蝇极间接有良筋好的落接触阴极萍与阳爷极在祝互相砖连通葵的水责中（袜或阴献极和份阳极半在同愈一电俘解质笋中）水工刑金属远结构厚的防誉腐蚀鬼保护圣措施1.涂料绝保护2.金属际涂层产保护3.外加院电流汁阴极匙保护矿和涂球料联两合保验护即使蚂采取乳最好逐的防自腐蚀值措施至，也驾不能磨完全百杜绝疯腐蚀颤的发贴生。保护算措施劫的选嘱择1.外加按电流阶阴极吸保护配与涂垒料联杀合保砍护适用丹于保监护面寇积较肯大，致数量妇多而串集中分，表民面形博状比辩较简杨单而丹又常萄浸于丧水的急重要猜结构归。2.电化戒学保诵护适用珍于维桶修条戏件差臭，工丈作环反境恶个劣，欠防腐探要求个较高