材料防护与资源效益：1腐蚀的定义、特点.ppt

2024/9/16材料防护与资源效益1. 腐蚀的定义2. 金属腐蚀的特点3. 金属腐蚀的分类4. 腐蚀速度2024/9/16材料防护与资源效益1.腐蚀的定义腐蚀的定义 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起的材料作用而引起的材料变质或破坏变质或破坏2024/9/16材料防护与资源效益•为准确掌握腐蚀定义，希望大家把握下面5点：点： 1）发生腐蚀的是发生腐蚀的是材料材料材料材料2024/9/16材料防护与资源效益材料金属(为主、常见)非金属非金属无机材料非金属有机材料（高分子材料）水泥或混凝土、陶瓷、玻璃：它们的主要成分为SiO2，并含有多种碱金属或碱土金属氧化物，具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差木材、塑料、橡胶和纤维，其腐蚀过程主要是化学过程，而不是电化学过程，包括：①在介质中的溶解②化学腐蚀：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应力腐蚀应力腐蚀2024/9/16材料防护与资源效益•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；铁锈斑斑铁锈斑斑2024/9/16材料防护与资源效益 金属铜在潮湿的空气中会慢慢形成一层金属铜在潮湿的空气中会慢慢形成一层薄薄的薄薄的薄薄的薄薄的绿色铜绿色铜锈，俗称锈，俗称“铜绿铜绿”，，主要成分主要成分主要成分主要成分CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3。

(2Cu+OCu+O2 2+H+H2 2O+O+ COCO2 2 CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3)2024/9/16材料防护与资源效益 银首饰在空气中受到微量硫化物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，逐的作用，表面会生成硫化银薄层，逐渐失去光泽渐失去光泽2024/9/16材料防护与资源效益 2）材料的腐蚀是材料的腐蚀是周围环境周围环境周围环境周围环境引发的引发的，引发材料腐蚀的周围环境包括与水有关的环境：自然环境(大气、土壤、海洋等)、工业介质(包括酸、碱、盐溶液，工业水等)，和与水无关的环境：熔盐、燃气、非电解质溶液(包括四氯化碳、苯、醚等非极性的有机溶剂) 关于自然环境和工业介质引发金属腐蚀的情况，给大家布置一个作业去体会(作业1)：设计铁钉在自然环境--空气和工业介质--自来水、氯化钠盐溶液、醋酸溶液中发生腐蚀的试验并比较铁钉在各介质中腐蚀的差异2024/9/16材料防护与资源效益 作业作业1 设计铁钉在自然环境设计铁钉在自然环境--空气和工业介质空气和工业介质--自来水、氯化自来水、氯化钠盐溶液、醋酸溶液中发生腐蚀的试验并比较铁钉在各介质钠盐溶液、醋酸溶液中发生腐蚀的试验并比较铁钉在各介质中腐蚀的差异。

中腐蚀的差异 A. 只只与与水水接触，接触，不不与与空气空气接触接触 B. 不不与与水水接触，接触，只只与与空气空气接触接触 C. 既既与与水水接触，接触，又又与与空气空气接触接触 D. 既既与与NaCl溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 E. 既既与与CH3COOH溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触•请大家先设计，看怎样能做到满足上述介质条件，然后再比请大家先设计，看怎样能做到满足上述介质条件，然后再比较腐蚀程度较腐蚀程度（到公共邮箱：clfh_zyxy@（keywords：666666）中去找：作业1）2024/9/16材料防护与资源效益 例例1：：铝在极性溶剂如乙醇中、镁和钛在极性溶剂如甲醇中的腐蚀 这是由于醇中的－OH是极性键，它能解离出一定的H+，因此醇与水类似，可与活泼的金属镁、铝等作用生成醇镁和醇铝，同时放出氢气2ROH + Mg →RO－Mg－OR + H2↑ 2HOH + 2Na → 2NaOH + H2↑至于非电解质溶液引发的腐蚀，下面举例说明2024/9/16材料防护与资源效益 例2 镁在非极性有机溶剂如四氯化碳、三氯甲烷等卤代烃中的腐蚀。

这是金属镁原子对卤代烃的碳卤键 C－－X进行插入反应，生成高活性的金属有机镁的卤化物的反应 CCl4 + Mg → Cl3C－Mg－Cl（格氏试剂）1912年，诺贝尔化学奖授予法国化学家维克多·格林尼亚他发现了格氏试剂——一类非常有用的有机合成中间体2024/9/16材料防护与资源效益 3）周围环境引发材料腐腐蚀的的根本原因根本原因是是材料与周围环境发生了化学或化学或电化学反化学反应 当然，物理作用、生物活动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，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）2024/9/16材料防护与资源效益 化学反应分类：化学反应分类： 1.按反应前后反应物和生成物组成的变化反应前后反应物和生成物组成的变化反应前后反应物和生成物组成的变化反应前后反应物和生成物组成的变化将其分为化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应 2.按反应过程中电子得失与否反应过程中电子得失与否反应过程中电子得失与否反应过程中电子得失与否，将其分为氧化还原反应和非氧化还原反应。

3.按腐蚀过程中是否有电流产生腐蚀过程中是否有电流产生腐蚀过程中是否有电流产生腐蚀过程中是否有电流产生，将腐蚀过程中有电流产生的反应称为电化学反应，腐蚀过程中无电流产生的反应称为化学反应2024/9/16材料防护与资源效益         4）腐腐蚀会会带来来后果后果，最直接的后果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 铁管生锈了铁管生锈了2024/9/16材料防护与资源效益四川省宜宾市城区的南门大桥四川省宜宾市城区的南门大桥钢铁吊索钢铁吊索生锈生锈造成大桥造成大桥断裂断裂！！20012001年断裂年断裂2024/9/16材料防护与资源效益•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）注意腐注意腐蚀与断裂、磨与断裂、磨损的区的区别• 磨损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/2024/9/16材料防护与资源效益 2.￿2.￿金属腐金属腐蚀的特点的特点￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ 1）金属材料的腐蚀往往是悄悄进行的，意思是说金属材料的腐蚀往往进进行行得得很很慢慢慢慢，人们难以以觉察察，出了事故才发现。

￿￿￿￿      2）金属材料的腐蚀往往是自自自自发进发进行行行行的从表面上看，自发反应就是不需要人为干预，也不需要人为提供能量就自动发生的反应，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                     本质上，一个反应会不会自发发生，可根据理论判断2024/9/16材料防护与资源效益 金属材料的腐蚀金属材料的腐蚀是否是否自发自发发生发生的理论判据的理论判据: （1）对于等温等压条件下发生的反应，如果其吉布斯自由变   GG   0 0，则该反应是自发发生的，由于腐蚀反应往往在等温等压条件下发生，而且通过计算可得知其G0，所以腐蚀反应是自发发生的 （2）腐蚀反应大多是电化学反应，在等温等压条件下，如果其电动势E E   0 0，则该反应自发发生对于等温等压条件下发生的腐蚀电化学反应，也通过计算可知其E0，这也说明腐蚀反应是自发发生的2024/9/16材料防护与资源效益 3）金属材料的腐蚀是冶金的逆冶金的逆过程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。

2024/9/16材料防护与资源效益铁的冶炼原理铁的冶炼原理铁的冶炼原理铁的冶炼原理铁的冶炼铁的冶炼2024/9/16材料防护与资源效益 在在实实验验室室用用一一氧氧化化碳碳（（ CO ））还还原原氧氧化化铁铁（（ Fe2O3 ））时时，，用用酒酒精精喷喷灯灯给给氧氧化化铁铁加加热热一一段段时时间间后后，，会会看看到到固固体体由由____色色变变成成____色色，，这这时时氧氧化化铁铁变变成成了了____，，实实验验中中石石灰灰水水会会变变_________，，用用酒酒精精灯灯点点燃燃尾尾气的作用是气的作用是_____________________暗红暗红黑黑铁铁白色浑浊白色浑浊防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气 请写出相关的化学方程式：请写出相关的化学方程式：Fe2O3+3CO →→ 2Fe+3CO22024/9/16材料防护与资源效益 早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元从公元1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料也就是说从那时起我们的祖先就知道炼铁了。

也就是说从那时起我们的祖先就知道炼铁了2024/9/16材料防护与资源效益•设备设备：高炉高炉•原料原料：铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石•原理原理：利用焦炭与氧气反应生成的一氧化利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳在高温下把铁从铁矿石里还原出来碳在高温下把铁从铁矿石里还原出来现代工业炼铁现代工业炼铁2024/9/16材料防护与资源效益上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉2024/9/16材料防护与资源效益为纪念为纪念1996年中国钢产量突破年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票亿吨而发行的邮票2024/9/16材料防护与资源效益Ø世界铁矿资源集中在世界铁矿资源集中在澳大利亚、巴西、印度、澳大利亚、巴西、印度、俄罗俄罗 斯、乌克兰、哈萨克斯坦、美国、加拿大、南非等国；斯、乌克兰、哈萨克斯坦、美国、加拿大、南非等国；Ø中国是世界第一大铁矿石进口国中国是世界第一大铁矿石进口国2024/9/16材料防护与资源效益★赤赤铁矿￿ ￿主要成分主要成分是是FeFe2 2O O3 3磁磁铁矿￿ ￿主要成分主要成分FeFe3 3O O4 4黄黄铁矿￿ ￿主要成分是主要成分是FeSFeS2 2菱菱铁矿￿ ￿主要成分主要成分为FeCOFeCO3 3 铁铁矿矿种种类类2024/9/16材料防护与资源效益￿￿4）腐蚀普遍普遍发生生，可以说有金属存在的地方，就有可能发生腐蚀。

时间上：自古￿￿就有目前中国发现的最早期的青铜酒器之一目前中国发现的最早期的青铜酒器之一铜爵（夏代）铜爵（夏代）2024/9/16材料防护与资源效益空间上：各行各业空间上：各行各业都存在腐蚀，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。