第1章 金屬腐蝕的基本概念

1、（Corrosion of Metals）第第1 1章章 金屬腐蝕的基本概念金屬腐蝕的基本概念w金屬在周圍介質(zhì)作用下，由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理溶解而產(chǎn)生的破壞。1.11.1金屬腐蝕的定義金屬腐蝕的定義發(fā)生化學(xué)腐蝕發(fā)生電化學(xué)腐蝕1.2 金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類1.2.1 按腐蝕機(jī)理分類： 化學(xué)腐蝕（Chemical corrosion） 電化學(xué)腐蝕（Electrochemical corrosion） （1 1）化學(xué)腐蝕）化學(xué)腐蝕 金屬表面金屬表面 + +高溫氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)高溫氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用引起的腐蝕，稱為化學(xué)腐蝕。作用引起的腐蝕，稱為化學(xué)腐蝕。特點(diǎn)：化學(xué)腐

2、蝕特點(diǎn)：化學(xué)腐蝕進(jìn)行時(shí)沒有電流產(chǎn)生。進(jìn)行時(shí)沒有電流產(chǎn)生。返回大氣層后的回收艙（2 2）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕 金屬表面在介質(zhì)如潮濕空氣、金屬表面在介質(zhì)如潮濕空氣、電解質(zhì)溶液等中，因形成微電池而發(fā)生電化學(xué)電解質(zhì)溶液等中，因形成微電池而發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕稱作電化學(xué)腐蝕。作用而引起的腐蝕稱作電化學(xué)腐蝕。ZnPtHClelectrons以析氫腐蝕為例以析氫腐蝕為例水膜酸性較水膜酸性較強(qiáng)強(qiáng)(1) (1) 析氫腐蝕析氫腐蝕 H2OCO2 H2CO3 HHCO3- 正極正極(C)2H2e-H2Fe2e-Fe2負(fù)極負(fù)極 (Fe)正極正極 (C)：O2負(fù)極負(fù)極(Fe)： Fe - 2e- = Fe2+2

3、H2O + O2 + 4e- = 4OH-2Fe - 4e- = 2Fe2+*鐵銹的生成鐵銹的生成Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2（白色）4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3-x)H2O生成的Fe2O3xH2O就是鐵銹 的主要成分。電流電流例如例如 條件條件 種類種類 本質(zhì)本質(zhì) 有微弱的電流有微弱的電流 無無 鋼鐵腐蝕鋼鐵腐蝕 2Fe3Cl22FeCl3 不純金屬或合金跟不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸發(fā)電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生原電池反應(yīng)生原電池反應(yīng) 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 較活潑金屬被氧化較活潑金屬被氧化 金屬

4、被氧化金屬被氧化 金屬與非電解金屬與非電解質(zhì)等直接發(fā)生質(zhì)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較 1.2 金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類1.2.2 按腐蝕特征分類： 全面腐蝕（Uniform Corrosion） 局部腐蝕（Localized Corrosion) （1）全面腐蝕（Uniform Corrosion）腐蝕分布在整個(gè)金屬表面上。（2）局部腐蝕（Localized Corrosion)腐蝕主要集中于金屬表面某一區(qū)域，而表面的其他部分幾乎未被破壞。Uniform CorrosionUniform Corrosionw局部腐蝕(Localized

5、Corrosion)局部腐蝕有很多類型：1.應(yīng)力腐蝕破裂（Stress corrosion cracking）2.孔腐蝕（Pitting Corrosion）3.縫隙腐蝕(Crevice Corrosion)4.電偶腐蝕(Galvanic Corrosion )5.選擇性腐蝕（Selective corrosion）6.氫脆（Hydrogen embrittlement）7.晶間腐蝕（intergranular corrosion ）孔腐蝕孔腐蝕Pitting Corrosion孔蝕孔蝕 Pitting CorrosionPitting corrosion is a localized for

6、m of corrosion usually associated with formation of pits in the presence of chloride.縫隙腐蝕縫隙腐蝕 Crevice Corrosion Crevice corrosion is a localized form of corrosion usually associated with a stagnant solution on the micro-environmental level.縫隙腐蝕縫隙腐蝕 Crevice Corrosion金屬材料和結(jié)構(gòu)縫隙中發(fā)生的一種局部腐蝕。金屬與金屬或金屬與非金屬相接

7、觸時(shí)會(huì)形成縫隙。 電偶腐蝕電偶腐蝕Galvanic Corrosion Galvanic Corrosion Galvanic corrosion refers to corrosion damage induced when two dissimilar materials are coupled in a corrosive electrolyte. It occurs when two (or more) dissimilar metals are brought into electrical contact under water. When a galvanic couple fo

8、rms, one of the metals in the couple becomes the anode and corrodes faster than it would all by itself, while the other becomes the cathode and corrodes slower than it would alone. Stress corrosion crackingApril 28 or 22?, 1988, Kahului to Hawaii, USA , a 19 year old Boeing 737-297 lost a major port

9、ion of the upper fuselage while cruising at 24,000 feet.敞篷客機(jī)，乘客：89人，機(jī)組人員：6人，遇難1人。在茂宜島成功迫降，唯一的遇難者是在失壓瞬間被吸出機(jī)艙的空姐辛蘭。 頭等艙外殼不翼而飛Stress corrosion cracking應(yīng)力腐蝕破裂應(yīng)力腐蝕破裂（SCC)Mechanical stress combined with corrosive attack can lead to a mechanism known as stress corrosion cracking. At the crack tip, hydrogen

10、 formed by the cathodic reaction can diffuse into the material and render it brittle, facilitating crack propagation.金屬和合金材料在環(huán)境介質(zhì)與張應(yīng)力協(xié)同作用下發(fā)生的腐蝕裂開。 微生物腐蝕微生物腐蝕 Microbiologically Induced Corrosion (MIC) -ne-ne- -金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)金屬原子金屬原子M M金屬陽離子金屬陽離子Mn+1.4金屬腐蝕速度的表示法w在一定環(huán)境中的金屬試樣，在單位時(shí)間、單位表面積的重量變化來表示金屬的腐蝕速度t

11、SmV失V失： 腐蝕速度（gm2 h）；m：試樣腐蝕前后的質(zhì)量變化（g）；S ： 試樣表面積（m2）；t ： 腐蝕時(shí)間（h）。w金屬試樣在單位時(shí)間、單位表面積的重量變化測量金屬腐蝕速度的金屬試樣測量金屬腐蝕速度試樣金相試樣磨光機(jī) 金相試樣磨光機(jī)的水源部分金相試樣磨光機(jī)的電源開關(guān)部分金相試樣磨光機(jī)金相試樣磨光機(jī) 失重法計(jì)算腐蝕速度公式：失重法計(jì)算腐蝕速度公式：tSmtSmmV10失V失：腐蝕速度（gm2 h）；m0：試樣腐蝕前的質(zhì)量（g）；m1：試樣清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量（g）；S ： 試樣表面積（m2）；t ： 腐蝕時(shí)間（h）。增重法測量金屬的腐蝕速度V增：腐蝕速度(g/m2h)；tSmmV02

12、增m2：帶有腐蝕產(chǎn)物的試樣的質(zhì)量（g）增重法測量金屬的腐蝕速度增重法適用于均勻腐蝕，及腐蝕產(chǎn)物不容易從試樣表面清除掉的情況。重量指標(biāo)的優(yōu)、缺點(diǎn)：重量指標(biāo)的優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：直觀，準(zhǔn)確；優(yōu)點(diǎn)：直觀，準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)間較長，沒有把腐蝕深度表示出來缺點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)間較長，沒有把腐蝕深度表示出來 ，無法衡量不同密度的金屬的腐蝕程度無法衡量不同密度的金屬的腐蝕程度 1.3.2 以腐蝕深度表示的腐蝕速度以腐蝕深度表示的腐蝕速度另一種金屬腐蝕速度表示法。單位時(shí)間內(nèi)金屬被腐蝕掉的厚度。時(shí)間通常取1年。thv深h：金屬被腐蝕的厚度，mmt：腐蝕的時(shí)間，a深度指標(biāo)實(shí)際上就是重量指標(biāo)的單位換算，經(jīng)常用于工程上。 重量指

13、標(biāo) 深度指標(biāo)g / m2h mm/a 重量指標(biāo)和深度指標(biāo)的換算重量指標(biāo)和深度指標(biāo)的換算V失m /St = Sh /St= V /St = h /th/t = V深t= 243658760h失深VV76. 8 V深：以腐蝕深度表示的腐蝕速度，(mm/a )V失：失重腐蝕速度，(g/m2 h)為金屬的密度，(為g/cm3) 8.76：單位換算系數(shù)例1：鐵的密度為7.87 g/cm3，鋁的密度為2.7 g/cm3，當(dāng)他們的腐蝕質(zhì)量指標(biāo)均為1g/m2h時(shí)，求Fe和Al以腐蝕深度表示的腐蝕速度？V(Fe)=1.113mm/a，V(Al)=3.244mm/a，1.3.3 電流密度表示的腐蝕速度電流密度表示

14、的腐蝕速度電流指標(biāo)：金屬腐蝕基本上是電化學(xué)腐蝕，可以通過電化學(xué)儀器測試金屬的腐蝕速度。用符號(hào)icorr表示腐蝕速度。美國產(chǎn)：2273電化學(xué)綜合測試儀德國產(chǎn)：電化學(xué)工作站荷蘭產(chǎn)：電化學(xué)綜合測試儀上海產(chǎn)：CHI660B電化學(xué)工作站天津產(chǎn)：電化學(xué)工作站大連理工大學(xué)：CP6電化學(xué)綜合測試儀江蘇儀器廠：MCP-1恒電位儀電流密度指標(biāo)電流密度指標(biāo)icorr和重量指標(biāo)和重量指標(biāo)V失失的關(guān)系的關(guān)系法拉第定律：Faradays law of electrolysisFnMItm m: 溶解金屬質(zhì)量（kg）；I: 金屬通過的電流（A）；M：金屬的摩爾質(zhì)量(kg/mol) ；n：為電極反應(yīng)計(jì)量方程式中電子的計(jì)量系數(shù)

15、 ； F：法拉常數(shù)，( F96500Cmol電子)。 SnMIStnMItStmVFF失SIicorr 電流密度corrFinMV失重量指標(biāo)與電流密度指標(biāo)的關(guān)系 若icorr的單位取A/cm2，金屬密度的單位取g/cm3，則以不同單位表示的腐蝕速度為：)hm/g(1073. 32corr4nMiV失實(shí)驗(yàn)1 失重法測量碳鋼的腐蝕速度一、目的要求一、目的要求 1掌握失重法測定金屬腐蝕速度的原理和方法。 2用失重法測定碳鋼在稀硫酸中的腐蝕速度。 二、基本原理二、基本原理(略)三、儀器和藥品三、儀器和藥品 碳鋼試件（如 20 5） 1個(gè)金相試樣磨光機(jī) 1臺(tái)游標(biāo)卡尺 1個(gè)EDTA的鹽酸水溶液(15%) 200mL耐水砂紙材料溶液時(shí)間溫度備注鋁合金70HNO323min室溫 隨后輕輕擦洗銅及其合金15%20%HCl23min室溫 隨后輕輕擦洗鋼和鐵含0.15%(v/v)有機(jī)緩蝕劑的15%的HCl溶液幾分鐘室溫 可除去鋼表面的氧化皮鎂及其合金15%CrO3, 1%AgCrO4溶液15min沸騰常見金屬清除腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)方法試 樣 編 號(hào)試樣尺寸(cm)長寬高表面積試樣質(zhì)量(g)腐蝕前m0腐蝕后m2去除腐蝕后m1重量損失(g):m0m1腐蝕速度V失 (gm2h )V增 (gm2h )V深 (