1-腐蚀定义、分类、特点-简略版.ppt

一、腐蚀的定义、特点、分类、危害、防止方法主讲人：武汉大学动力与机械学院水质工程系 谢学军 教授信 箱：xiexuejun@电 话：13627126390*思考题：1.什么是腐蚀（=何谓腐蚀）？腐蚀的定义？2.什么东西会发生腐蚀？3.为什么会发生腐蚀？4.腐蚀有什么特点？5.要不要对腐蚀进行分类？6.腐蚀有什么危害？腐蚀有没有利？7.怎样使腐蚀不发生（=如何防止腐蚀）？防止腐蚀的措施或方法？Date1.腐蚀的定义“腐蚀”一词源自拉丁文“Corrdere”，原意是“腐烂”、“损坏”的意思目前，国际上公认的腐蚀定义是腐蚀是腐蚀是材料材料与周围与周围环境环境发生发生化学或电化学化学或电化学作用而引作用而引起的材料的起的材料的变质或破坏变质或破坏Date• 为准确把握腐蚀定义，希望大家掌握下面5点：1）发生腐蚀的是材料材料。

Date• 最常见的是金属材料的腐蚀；除金、铂外，大多数金属都会发生腐蚀如铁器使用时间较长会生锈；铁锈斑斑Date金属铜在潮湿的空气中会慢慢形成一层薄薄的绿色铜锈，俗称“铜绿”，主要成分Cu2(OH)2CO32Cu+O2+H2O+ CO2 Cu2(OH)2CO3)Date银首饰在空气中受到微量硫化物 的作用，表面会生成硫化银薄层，逐 渐失去光泽Date材 料金属（为主）非金属非金属 无机材料非金属有机 材料（主要 是高分子材 料）水泥或混凝土、陶瓷、玻璃硅酸盐、搪瓷釉的主要成分为SiO2，并含有多种 碱金属或碱土金属氧化物它具有很好的耐酸性 ，而耐碱性相对较差木材、塑料、橡胶和纤维，其腐蚀过程主要 是物理的或化学作用，而不是电化学过程： ①物理溶解：在介质中的溶解 ②化学腐蚀：活性基团与特定的介质发生水 解、氧化、取代和交联等化学反应，造成材 料的老化或者裂解破坏 ③微生物腐蚀：微生物（包括真菌、霉菌及 细菌）作用引起的腐蚀 ④应力腐蚀如电力系统常用金属材料：碳钢、合金钢、不锈钢、铜合金、钛合金等Date2）周围环境周围环境引发材料的腐蚀，引发材料腐蚀的周围环境包括自然环境(大气、土壤、海洋、生物和微生物等)和工业介质(酸、碱、盐、工业水、熔盐、燃气等)，非电解质溶液，甚至包括四氯化碳、苯、醚等非极性的有机溶剂。

Date3）周围环境引发材料腐蚀的根本原因是材料与周围环境发生了化学或电化学反应化学或电化学反应物理作用、生物活动过程以及机械载荷也可能成为腐蚀发生的导火索，如微生物腐蚀，但并非微生物本身腐蚀金属，而是它们生命活动的结果直接或间接地对金属腐蚀过程产生影响（加速）Date4）腐蚀会带来后果后果，最直接的后果就是材料的变质或破坏，严重时会给人类带来巨大的经济损失、资源浪费、环境损害和社会危害 铁管生锈了Date四川省宜宾市城区的南门大桥钢铁吊索生锈造成大桥断裂！2001年断裂Date• •断裂断裂是金属构件受力超过其弹性极限而 发生的破坏，单纯由受力引起，无环境介 质引起的化学或电化学作用5）注意腐蚀与断裂、磨损的区别• 磨损是金属表面与其相接触的物体或环境介质发生相对运动，因摩擦而产生的损耗或破坏，单纯由摩擦引起，也无环境介质引起的化学或电化学作用/Date2. 金属腐蚀的特点1）金属材料的腐蚀是悄悄进行的，意思是说金属材料的腐蚀往往进行的很进行的很慢慢，人们往往难以觉察，不当回事，往往出了事故才后悔2）金属材料的腐蚀往往是自发进行自发进行的（可以从理论上判定）从表面上看，自发反应不需要人为干预，也不需要人为提供能量。

有些看得到，没什么危险，但有危害，如铁生锈；有些是看到时已悔之晚矣，如由于腐蚀泄漏而导致的氢氧混合物的爆炸Date3）金属材料的腐蚀是冶金的逆过程冶金的逆过程冶金过程是通过人为提供能量，将金属由其化合态（许多就是氧化态）转变为金属单质的过程，而腐蚀是不需要人为提供能量、金属由其单质转变为化合态（大多是氧化态）的过程，恰好互为逆过程，如铁的冶炼与腐蚀Date4）腐蚀普遍发生，可以说有金属存在金属存在的地方，就有可能发生腐蚀时间上：从古 就有目前中国发现的最早期的青铜酒器之一铜爵（夏代）Date空间上：各行各业都存在腐蚀，包括冶金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、信息、农业、食品、医药、海洋开发和基础设施等如经常听说的石油、化工、电力等行业中，其设备、管道、开关等的跑、冒、漏、滴现象，许多就是金属被腐蚀了而产生的后果再如在电力系统经常听说的“四管爆漏”、凝汽器泄漏，许多就是金属被腐蚀产生的后果（四管指省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管）Date3. 腐蚀分类3.1 按腐蚀环境分类根据腐蚀环境不同，金属腐蚀可分为下列几类：（1）干腐蚀（Dry Corrosion）干腐蚀是金属在干燥气体介质中发生的腐蚀，主要是指金属与环境介质中的氧反应而生成金属氧化物，所以又称为金属的氧化。

Date（2）湿腐蚀（Wet Corrosion）湿腐蚀主要指金属在潮湿环境和含水介质中的腐蚀它又可分为：1）自然环境中的腐蚀，如大气腐蚀（Atmospheric Corrosion）、土壤腐蚀（Soil Corrosion）、海水腐蚀（Corrosion in Sea Water）等；2）工业介质（如酸、碱、盐溶液，工业水等）中的腐蚀Date（3）熔盐腐蚀熔盐腐蚀是指金属在熔融盐中的腐蚀，如锅炉烟气侧的高温腐蚀（碳钢-熔融硫酸盐）4）有机介质中的腐蚀有机介质中的腐蚀是指金属在无水的有机液体和气体（非电解质）中的腐蚀，如铝在四氯化碳、三氯甲烷等卤代烃中的腐蚀，铝在乙醇中、镁和钛在甲醇中的腐蚀等Date3.2 按腐蚀机理分类根据腐蚀过程的特点，金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀电解质、非电解质？金属、溶液各靠什么导电？（1）化学腐蚀（Chemical Corrosion）化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用（无电流产生的氧化还原反应）而引起的破坏Date化学腐蚀的特点是，在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子发生氧化还原反应而形成腐蚀产物这样，在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，所以没有电流产生。

Date（2）电化学腐蚀（Electrochemical Corrosion）金属的电化学腐蚀是指不纯的金属或合金接触到电解质溶液后发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化引起的腐蚀，特点是有电流产生1）什么是原电池？为什么有电流产生？把化学能转化为电能的装置，叫原电池Date原电池的工作原理负极正极负(阳)极：__失去电子，被_____电极反应: 正(阴)极：__得到电子，被_____电极反应:总总反应应：Zn － 2e－ = Zn2+2H+ + 2e－ = H2↑Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑Zn氧化H+还原流过金属内部的电子流和电解质 中的离子流形成电流回路，原电 池的化学能转化为电能在原电池工作期间，作为负极的锌片不断被腐蚀，而溶液中的H+离子则不断被还原；Date构成原电池的条件：①活泼性不同的两个电极（活泼性不同的金属 或金属和非金属）②两电极都接触电解质溶液（酸、碱、盐）③形成闭合回路Date何谓电极和电极反应？何谓正、负极和阴、阳极或怎么区分正、负极和阴、阳极？Date要求活泼性不同的两个电极，活泼性不同如何判别？牵涉到电位（电极电位）何谓电极电位？Date金属具有独特的结构型式，它的晶格可以看成是由许多整齐地排列着的金属正离子和在各正离子之间游动着的电子组成。

假使把一种金属浸入水溶液中，则在水分子的作用下它的正离子会和水分子形成水化离子，从而转入溶液中现以金属铁为例，将其转化过程简单表示如下：Fe + nH2O  Fe2+nH2O + 2e（金属） （在溶液中）（在金属上）Date其结果是有若干金属离子转入溶液中，并且有等电量的电子留在金属表面上发生这种过程后，金属表面带负电，水溶液带正电这样，在金属表面和与此表面相接的溶液之间形成了双电层，如图1（a）所示Date图1 双电层的示意 （a）金属带负电荷；（b）金属带正电荷Date双电层的正负电荷之间存在着吸引力，所以转入溶液中的水化离子不会远离金属表面而且，转入溶液中离子的量通常也极其微小，因为留在金属上的电子又会吸引溶液中的水化离子到金属表面上去，这个过程和前一个过程传递电荷的方向相反如果这两个过程进行的速度相等，就会建立起平衡，这样离子转入溶液的过程就被自动抑制了由于金属表面和溶液间存在着双电层，所以有电位差，这种电位差称为该金属在此溶液中的电极电位Date当金属放在它的盐溶液中时，金属也可以从溶液中吸附一部分该金属正离子，因而其表面带正电、溶液带负电，形成双电层，如图1（b）所示。

Date由此可见，与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于它的腐蚀历程可分为两个相对独立、并且同时进行的反应过程由于阳极反应和阴极反应在被腐蚀金属表面上不同区域（阳极区和阴极区）进行，腐蚀反应过程中电子的传递可通过金属从阳极区流向阴极区，结果是有电流产生这种因电化学腐蚀而产生的电流与反应物质的转移可通过法拉第定律定量地联系起来DateØm——电解析出物质的质量（g）ØM——析出物质的摩尔质量（g·mol -1）Øn——电极反应中的电子转移数ØF——法拉第常数 96485c ·mol-1, 即1mol质子的电荷ØQ——通过电解池的电量Øi——通过电解池的电流强度（A）Øt——电解进行的时间（S）FaradayFaraday’s Law’s Law在电极界面上发生化学变化物质的质量与流经的电量成正比Date常见的电化学腐蚀发的电在哪？ Date3.3 按腐蚀形态分类金属被腐蚀之后的外观特征怎样？也即金属被破坏的形式如何？这是我们研究腐蚀时首先观察到的一些现象一般根据金属被破坏的基本特征可把腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类Date（1）全面腐蚀（General Corrosion） 腐蚀作用发生在整个金属表面上，它可能是均匀的(Uniform Corrosion)，也可能是不均匀的，如图(a)、(b)所示。

其特征是腐蚀分布在整个金属表面，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏Date纯金属及成分、组织均匀的合金在均匀的纯金属及成分、组织均匀的合金在均匀的环境介质中表现出全面腐蚀形态；碳钢在非氧环境介质中表现出全面腐蚀形态；碳钢在非氧化性酸溶液中通常发生均匀腐蚀化性酸溶液中通常发生均匀腐蚀全面腐蚀，尤其是均匀腐蚀的危险性相对而言全面腐蚀，尤其是均匀腐蚀的危险性相对而言比较小，因为我们若知道了金属材料的腐蚀速比较小，因为我们若知道了金属材料的腐蚀速度和设备的使用寿命之后，便可估算出材料的度和设备的使用寿命之后，便可估算出材料的腐蚀容差，并在设计时将此因素考虑在内腐蚀容差，并在设计时将此因素考虑在内/ /Date（2）局部腐蚀（Localized Corrosion）腐蚀集中在金属表面局部区域，而其它大部分表面几乎不腐蚀局部腐蚀特征：Ø 明晰固定的腐蚀电池阳极、阴极区Ø 面积相对较小的阳极区Ø 电化学过程具有自催化性腐蚀事例中局部腐蚀占腐蚀事例中局部腐蚀占80%80%以上以上, ,工程中的重大突工程中的重大突发腐蚀事故多是由于局部腐蚀造成的发腐蚀事故多是由于局部腐蚀造成的 *八大局部腐蚀形态八大局部腐蚀形态l电偶腐蚀（Galvanic Corrosion）l点腐蚀（Pitting Corrosion）l缝隙腐蚀（Crevice Corrosion）l晶间腐蚀（Intergranular Corrosion）l选择性腐蚀（Select。