腐蚀与防护-第七章_腐蚀的形态及其防护.ppt

腐蚀的形态及其防护,金属腐蚀破坏的形态,,应力腐蚀开裂,ï,ï,ï,ï,î,ï,ï,ï,ï,í,ì,ï,ï,ï,î,ï,ï,ï,í,ì,选择性腐蚀,晶间腐蚀,缝隙腐蚀,点腐蚀,电偶腐蚀,局部腐蚀,全面腐蚀,按形态分类,ï,ï,ï,î,ï,ï,ï,í,ì,磨损腐蚀,腐蚀疲劳,氢脆,应力作用下的腐蚀,腐蚀事故所占比例,（1）定义：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 （2）电化学特点：腐蚀电池的阴、阳极面积非常小，微电极的位置变化不定，整个金属处于活化状态，只是各点随时间有能量起伏，能量高时为阳极，能量低时为阴极 （3）例子：暴露在大气中的桥梁、设备、管道以及其它钢结构的腐蚀,一、全面腐蚀,（4）全面腐蚀的危害：全面腐蚀往往造成金属的大量损失，但从技术观点看，这类腐蚀并不可怕，不会造成突然的事故，其腐蚀速率较易测定 （5）全面腐蚀的防护措施：工程设计时考虑合理的腐蚀裕度合理选材涂附保护层这是使用最广泛＆普遍的方法加入缓蚀剂电化学保护,二、局部腐蚀,（1）定义：腐蚀集中在金属表面局部地区，而其它大部分表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀 （2）特点：腐蚀电池的阴、阳极一般是截然分开的。

可以用肉眼或微观检查方法加以区分和辨别 （3）危害：材料的总质量损失虽然不大，但危害性大，为突发性破坏，导致的事故较多，控制也较困难,（3）发生局部腐蚀的条件,① 金属方面或溶液方面存在较大的电化学不均一性 ② 阳极区和阴极区的电化学条件差异在腐蚀过程中一直保持下去异种金属接触引起的宏观腐蚀 同一金属上的自发微观电池，如：点蚀、晶间腐蚀等 由差异充气电池引起的局部腐蚀 金属离子浓度差异电池引起的局部腐蚀 由膜-孔电池或活性-钝性电池引起的局部腐蚀 由杂散电流引起的局部腐蚀,,三、全面腐蚀与局部腐蚀比较,,项目,,全面腐蚀,,局部,腐蚀,,,,,,,,,腐蚀形貌,,腐蚀分布在整个金属表面上,,腐蚀集中,在一定的区域,,,,,,,,,腐蚀电池,,阴阳极在表面上随机变化，,且不可分辨,,阴阳极在宏观上可分辨,,,,电极面积,,阳极面积等于阴极面积,,阳极面积远小于阴极面积,,,,腐蚀产物,,可能对金属具有保护作用,,无保护作用,,,,,,,,,,极化图,,,项目,,全面腐蚀,,局部,腐蚀,,,,,,,,,电位,,EC = EA= Ecorr,,EC > EA,,,,,,,,,质量损失,,大,,小,,,,预测性,,容易预测,,难以预测,,,,评价方法,,重量法、深度法、 电流密度表征法,,局部最大腐蚀深度法、 强度损失法,,,,,,,,,,失效事故率,低,高,（1）定义异种金属在同一介质中接触，电位较低的金属溶解加快，造成接触处的局部腐蚀，电位较高的金属溶解速度减小，这就是电偶腐蚀，又称接触腐蚀或双金属腐蚀,1.电偶腐蚀,（2）条件,具有不同腐蚀电位的材料。

即同时存在两种不同电位的金属或非金属导体 存在离子导电支路有电解质溶液存在 存在电子导电支路两种金属（或非金属导体）通过导线连接或直接接触,（3）发生电偶腐蚀的几种情况① 异金属部件的组合 ② 金属镀层 ③ 金属表面的导电性非金属膜 ④ 气流或液流带来的异金属沉积案例： 英国皇家海军“鹞”式飞机的镁合金轮与不锈钢轴承因发生电偶腐蚀导致失效 1962年，英国潜艇一蒸发器上的钢制螺栓固定铜合金板出现严重的电偶腐蚀,（4）电偶腐蚀的原理,电偶腐蚀效应越大，则电偶腐蚀越严重,（5）影响电偶腐蚀的因素,① 腐蚀电位差 表示电偶腐蚀的倾向两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差愈大，组成电偶对时阳极金属受到加速腐蚀破坏的可能性愈大将各种金属材料在某种环境中的腐蚀电位测量出来，并把它们从低到高排列，便得到所谓电偶序(galvanic series)电偶序与标准电极电位的区别,一些工业金属和合金在海水中的电偶序,,铂 金 石墨 钛 银 Chlorimet 3(62Ni,18Cr,18Mo) Hastelloy C (62Ni,17Cr,15Mo) 18-8Mo不锈钢(钝态) 18-8不锈钢(钝态) 11~30%Cr不锈钢(钝态) Inconel(80Ni,13Cr,7Fe)(钝态) 镍(钝态) 银焊药 Monel(70Ni,32Cu) 铜镍合金(60~90Cu,40~11Ni) 青铜 铜 黄铜,,阴极性,,阳极性,Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe) Hastelloy B (60Ni,30Mo,6Fe,1Mn) Inconel(活态) 镍(活态) 锡 铅 铅-锡焊药 18-8钼不锈钢(活态) 18-8不锈钢(活态) 高镍铸铁 13%Cr不锈钢 铸铁 钢或铁 2024铝(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu) 镉 工业纯铝(1100) 锌 镁和镁合金,注意：,比较腐蚀电位从而确定电偶对中哪个金属是阳极时绝不能离开环境条件。

不仅环境条件不同，异金属组合的电位关系不同，即使在同一环境中，随着腐蚀过程的进行，两种金属的腐蚀电位相对关系也会改变③ 阴、阳极表面面积比S1/S2,随着阴极性金属M1面积增大，阳极性金属M2的电偶电流密度ig都增大，电偶腐蚀破坏加重 所以，大阴极小阳极的电偶组合是很有害的，应当避免② 金属特性的影响偶合金属材料的电化学特性（如：极化、钝化等）会影响其电位,,,,,,,,,,,,,E`g,Eg,E`g,Eg,Lg|i|,Lg|i|,Lgi`g,Lgig,阴极面积 Sl,E,E,阴极面积Sl对电偶腐蚀电流密度的影响(活化极化控制腐蚀体系),④ 环境因素,介质的组成电位有可能逆转 温度温度不仅影响腐蚀速率，有时还可能改变金属表面膜或腐蚀产物的结构，电位有可能逆转如：钢铁镀锌后热水洗的温度不允许超过70℃,电解质电阻影响离子的传导过程一般导电性低的介质中，电偶腐蚀轻 溶液pH值可能改变电极反应，也可能改变电偶金属的极性如：Al-Mg合金在中性氯化钠溶液中，随Mg的溶出，溶液变为碱性，Al有原来的阳极变为阴极 搅拌可使向阴极提供氧的速率加快，加速腐蚀此外，搅拌能改变溶液的充气状况，有可能改变金属的表面状态，甚至改变电偶的极性,（6）电偶腐蚀的控制措施,设计时，尽量避免由异种材料或合金相互接触；若不可避免，尽量选用电位差小的材料 设计时选用容易更换的阳极部件，或将它加厚以延长使用寿命 避免大阴极、小阳极面积比的组合 施工中可考虑异种材料连接处或接触面采取绝缘措施 采用适当的涂层或金属涂层进行保护 采用电化学方法 在封闭系统或条件允许的条件下，向介质中加入缓蚀剂。

如暖气系统中2.点蚀,（1）定义在金属表面局部区域，出现向深处扩散的腐蚀小孔，其余区域不腐蚀或腐蚀很轻微的腐蚀现象，又称孔蚀一般孔深大于孔径2）点蚀的破坏表现 破坏高度集中 蚀孔的分布不均匀 蚀孔通常沿重力方向发展 蚀孔口很小，而且往往覆盖有固体沉积物，因此不易发现 点蚀发生有或长或短的孕育期(或诱导期)3）点蚀特征或条件 多发生在表面生成钝化膜的金属材料上（如：不锈钢、铝、铝合金、镁合金、钛及钛合金）或表面有阴极性镀层的金属上（如：碳钢表面镀铜、锡和镍） 点蚀发生在有特殊离子的介质中即有氧化剂（如：空气中的氧），和同时有活性阴离子存在的钝化液中如不锈钢对含有卤素离子的腐蚀介质特别敏感，其作用顺序为：Cl- > Br- > I-,金属点蚀倾向的电化学指标,环状阳极极化曲线上的特征电位Eb和Ep可以用来表示金属的孔蚀倾向Eb称为击穿电位，或点蚀电位Ep’称为点蚀保护电位或再钝化电位当金属的电位小于Ep’而仍处于钝化区时，不会生成点蚀孔Eb、 Ep’愈正，则金属材料发生点蚀的倾向愈小，耐点蚀性能愈好 Eb与Ep’相差愈小(滞后环面积愈小)，表明金属钝化膜的修复能力越强,（4）案例 某油田生产设备、管线的腐蚀是非常严重，腐蚀失效已成为金属管线、储罐等设备报废的主要原因，管线的腐蚀穿孔还容易造成腐蚀污染。

1994年发生6次腐蚀穿孔，赔款183.1万元，一些管线因发生腐蚀，建设使用4～5年就被迫更换,（4）点蚀机理 闭塞电池，钝化膜、腐蚀膜或覆盖膜（如结垢等）局部有缺陷而形成活性区或点，在活性离子作用下向深处加速发展，最终导致腐蚀穿孔点蚀可分为两个阶段：点蚀成核（发生）阶段和蚀坑生长（发展）阶段,成核理论：钝化膜破坏理论、吸附理论 点蚀敏感位置(即腐蚀活性点) （1）晶界(特别是有碳化物析出的晶界)，晶格缺陷 （2）非金属夹杂，特别是硫化物,如FeS、MnS，是最为敏感的活性点 （3）钝化膜的薄弱点(如位错露头、划伤等) 孕育期孕育期长短取决于介质中氯离子的浓度、pH值及金属的纯度，一般时间较长,点蚀成核（发生）阶段,蚀坑生长（发展）阶段自催化理论（闭塞电池）,闭塞电池的概念由于闭塞的几何条件造成溶液的停滞状态，使物质的迁移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化，闭塞区内外电化学条件形成很大的差异，结果闭塞区内金属表面发生活性溶解腐蚀，使点蚀以很大的速度扩展Fe2+,,ＦｅCｌ２ ＨCｌ Ｈ２Ｓ,间或有ＦｅCｌ２．４Ｈ２Ｏ结晶,含Ｈ２Ｓ的酸性氯化物溶液,ＭｎＳ＋２Ｈ＋Ｍ２＋ｎ＋Ｈ２Ｓ,ｅ,Ｃｌ－,Ｃｌ－,,,,ｅ,ＦｅＦｅ２＋＋２ｅ,Ｆｅ２＋＋Ｈ２ＯＦｅＯＨ＋＋Ｈ＋,２Ｈ＋＋２ｅＨ２,ｅ,Ｆｅ（ＯＨ）３,多孔锈层,Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ４０Ｈ－,Ｏ２,Ｏ２,,中性充气氯化钠溶液,Ｏ２,Ｏ２,Ｏ２,Ｏ２,Ｏ２,Ｏ２,因杵氢偶而将锈层冲破,Ｈ２,Ｏ２,Ｏ２,ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋Ｆｅ３Ｏ４←３ＦｅＯＯＨ＋ｅ,起源于硫化物夹杂的碳钢孔蚀机理示意图,,,,,Cl-,Cl-,Cl-,Cl-,Cl-,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Fe2+,Fe2+,Fe2+,Fe2+,Fe2+,Fe2+,Cl-,Fe,,,e,e,,电中性,pH值,闭 塞 电 池,自催化酸化作用,（5）点蚀的影响因素,材料因素 ① 金属本性能够鈍化的金属容易发生点蚀，故不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高。

金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好点蚀最容易发生在钝态不稳定的金属表面 合金元素对不锈钢，Cr、Mo和N有利于提高抗点蚀能力抗点蚀当量：,三种不锈钢的点蚀电位（3.5%NaCl）,1.00.50,几种不锈钢的点蚀电位与海水温度的关系(敞口体系),,1.61.20.80.40,10 20 30 40,点蚀电位（伏）,,Cr （%）,,,,点蚀临界Cl-离子浓度与Cr含量的关系[H+]=iN,铬含量（%）,点蚀临界Cl-离子浓度（N）,Fe Fe-5.6Cr Fe-11.6Cr Fe-20Cr Fe-24.5Cr Fe-29.4Cr,0.0003 0.017 0.069 0.1 1.0 1.0,点蚀电位与Fe-Cr合金中Cr含量的关系 试验溶液: 0.1NNacl. PH=2,室温,③ 表面状态光滑和清洁的表面不易发生点蚀；而冷加工使金属表面产生冷变硬化时，会导致耐点蚀能力下降 ④ 热处理状态对应不锈钢和铝合金，某些温度下的回火或退火处理能够生成沉淀相，从而增加点蚀倾向，不锈钢焊缝容易发生点蚀与此有关但是奥氏体不锈钢经过固溶处理后具有最佳的耐点蚀能力,环境因素,① 活性离子能破坏钝化膜，引发点蚀。

一般认为，金属发生孔蚀需要Cl-浓度达到临界氯离子浓度这个浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界氯离子浓度高，金属耐孔蚀性能好 ② 缓蚀性阴离子 缓蚀性阴离子可以抑制点蚀的发生对于18－8不锈钢，抑制点蚀的顺序为OH->NO3->SO42->ClO4-；抑制铝点蚀的顺序为 NO3- >ClO4- > SO42-,。