金属腐蚀与防护

金属腐蚀理论及腐蚀控制卢俊峰

11.26

报告主要内容金属腐蚀研究的意义和重要性金属腐蚀学的研究内容金属腐蚀控制形成腐蚀的原因腐蚀的危害2.造成巨大的经济损失4.造成金属资源和能源的浪费3.造成设备的破坏事故1.阻碍新技术的发展高温燃料电池是一种新型能源，但由于高温及电化学腐蚀使电池寿命达不到要求，若不能有新的耐蚀材料的出现，高温燃料电池就不会进入实用阶段。阻碍新技术的发展腐蚀的危害全世界每年因腐蚀而报废的钢铁估计约占全年总产量的三分之一，每年造成重大的经济损失。2004年,全球粗钢产量10亿吨,钢材消费9.5亿吨,均创历史新高。2005年中国钢材产量将突破3亿吨。每吨钢材价格2000-3000元腐蚀年损失通常占国民生产总值的5%左右，其中25%可以避免举例◆1975年美国芝加哥一个大的炼油厂一根15cm的不锈钢弯管破裂引起爆炸和火灾，停车6周，这次腐蚀事故总维修费50万美元，停车造成的税收损失高达500万美元。美国：1949年55亿美元

1960～1969年150～200亿美元

1975年700亿美元

1982年1269亿美元

1995年8000亿美元英国：1969年13.65亿英镑（27.3亿美元）概念★什么是腐蚀？定义：金属材料和周围环境发生化学或电化学的作用而破坏。工程材料和周围环境发生相互作用而破坏。三个基本要素腐蚀的对象腐蚀的性质腐蚀的后果◆耐蚀性指材料抵抗环境介质腐蚀的能力◆腐蚀性指环境介质腐蚀材料的强弱程度◆腐蚀过程的本质金属→金属化合物△G﹤0自发过程不可逆过程金属腐蚀学的研究内容2.研究在各种条件下防止或控制金属腐蚀的方法与措施3.研究金属腐蚀速率的检测技术和方法，特别是现场快速检测和监控的方法研究并确定金属材料和环境介质发生的物理化学反应的普遍规律1.从热力学方面研究各种金属与不同介质发生腐蚀的可能性2.从动力学方面研究各种金属在不同介质中的腐蚀机理和腐蚀速率以及影响腐蚀的因素研究并确定金属材料和环境介质发生的物理化学反应的普遍规律1.金属的稳定性及其影响因素和过程2.如何控制与金属腐蚀过程有关的各种参数，从而达到把腐蚀速度控制在一个合理的程度上研究在各种条件下防止或控制金属腐蚀的方法与措施1.研究金属腐蚀速率的检测技术和方法，特别是现场快速检测和监控方法2.研究出评定金属腐蚀的标准研究金属腐蚀速率的检测技术和方法腐蚀的分类按环境分类：大气腐蚀土壤腐蚀海水腐蚀高温气体腐蚀化工介质腐蚀按形态分类：全面腐蚀局部腐蚀按相互作用的性质：电化学腐蚀物理腐蚀形成腐蚀电池的原因金属方面□成分不均匀□组织结构不均匀□表面状态不均匀□应力和形变不均匀□热处理差异环境方面

金属离子浓度差异

氧含量的差异

温度差异半浸在海水中的金属，在金属浸入面处，因氧的扩散途径短，故氧的浓度高，而在水的内部，氧的扩散途径长，氧的浓度低。

ab三、金属的防蚀1．改善金属的本质2．形成保护层3．改善腐蚀环境4．电化学保护法

5.腐蚀的应用1．改善金属的本质根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀金，或在金属中添加合金元素；提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。2．形成保护层工业上普遍应用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。用化学方法，物理方法和电化学方法实现的。

(1)金属的磷化处理

(2)金属的氧化处理

(3)电化学氧化法

(4)非金属涂层

(5)金属保护层(1)金属的磷化处理钢铁制品去油、除锈后，放人特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。(2)金属的氧化处理将钢铁制品加到NaOH和NaN03的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5―1.5m的蓝色氧化膜(主要成分为Fe304)，以达到钢铁防蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。特点：较大的弹性和润滑性，不影响零件精度。常用于精密仪器的部件的处理。(4)非金属涂层用非金属物质涂覆在金属表面上形成保护层。

(5)金属保护层以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上形成保护镀层。前一种金属称镀层金属。3．改善腐蚀环境在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)的防蚀方法叫做缓蚀剂法。

(1)无机缓蚀剂

(2)有机缓蚀剂

(1)无机缓蚀剂在中性介质中使用的无机缓蚀剂有NaNO2、K2Cr2O7、Na3PO4等。在碱性介质中使用的NaNO2、NaOH、Na2CO3、Ca(HCO3)2等。作用原理:Ca(HCO3)2在碱性介质中发生如下反应：Ca2+十2HCO3-十2OH-＝CaCO3(s)十CO32-十2H2O生成的难溶碳酸盐覆盖于阳极表面，成为具有保护性的薄膜，阻滞了阳极反应，降低了金属的腐蚀速率。(2)有机缓蚀剂在酸性介质中，通常使用有机缓蚀剂。如琼脂、糊精、动物胶、六次甲基四胺以及含氮、硫的有机物等。作用原理:

金属将缓蚀剂的离子或分子吸附在表面上，形成一层难溶而腐蚀性介质又难透过的保护膜，阻碍了H+得电子的阴极反应，因而减慢了腐蚀。4．电化学保护法牺牲阳极保护法外加电流法牺牲阳极保护法

牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图牺牲阳极的阴极保护法示意图图3-18