材料保護-第1章 緒論

材料保護

MaterialsProtection

付朝陽化學與化工學院金屬腐蝕與防護研究所材料化學與服役失效湖北省重點實驗室

中國腐蝕與防護學會緩蝕劑專業(yè)委員會

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E-mail:cyfu@主要參考書目李曉剛主編.材料腐蝕與防護.長沙：中南大學出版社，2009吳繼勛主編.金屬防腐蝕技術.北京：冶金工業(yè)出版社,2002董允,張廷森,林曉娉編著.現代表面工程技術.北京：機械工業(yè)出版社,2000化學工業(yè)部化工機械研究院編著.耐蝕金屬材料及防蝕技術.北京：化學工業(yè)出版社,1990本課程的考核方式： 課堂小練習+結業(yè)習題Chapter1緒論1.1引言金屬材料是現代最重要的工程材料。

可以毫不夸張地說，人類社會的發(fā)展是與金屬材料的制取工藝的進步與加工工藝的改進有著極密切的關系。良好的機械性能：強度高，塑性好，耐腐蝕，耐磨損。良好的導熱性、導電性及某些特殊的物理性能。良好的工藝性能：鑄造、焊接、鍛造、機加工。人類的文明和進步與材料的發(fā)展休戚相關人類發(fā)展的腳步石器時代陶器時代青銅器時代鐵器時代現代金屬材料半導體材料功能、納米材料

眾所周知，金屬材料制品在使用時會受到不同形式的直接或間接的損壞。最重要、最常見的損壞形式是：斷裂：受力超過彈性極限、塑性極限而最終的破壞。磨損：機械摩擦而引起的逐漸損壞。腐蝕：在環(huán)境介質作用下，逐漸產生的損壞或變質現象。金屬材料支撐的地球文明腐蝕：多元的交叉學科環(huán)境材料力學腐蝕材料制備、表面改性環(huán)境分析、環(huán)境處理與控制機械力學流體力學電磁效應金屬腐蝕的領域和損失腐蝕幾乎涉及所有的環(huán)境（太空、海洋、地上/地下；自然環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、生物環(huán)境等）腐蝕損失

占國民生產總值(GDP)的比例

美國約4%；歐洲2.0～3.5%；日本約1.5%；

中國4～5%（2003～2005年全國調查：每年損失近5000億）腐蝕控制

利用已有的知識、采用已有的防護技術可將腐蝕損失減少1/3腐蝕控制是技術問題，更是管理問題，也是教育問題國家腐蝕防護領導組：國家發(fā)改委、科技部、國防科工委、國家自然

科學基金委、國家質量技術監(jiān)督局電解系統(tǒng)鹽水裝置和管道的腐蝕40℃85℃碳鋼碳鋼A3鋼鋼襯膠管不銹鋼-銅管（1）美國：1995年3000億美元，占國民經濟總產值4.21%；（2）英國：1969年13.65億英鎊，占國民經濟總產值3.5%;（3）日本：1997年39376.9億日元；（4）前蘇聯(lián)：1985年400億盧布；（5）前聯(lián)邦德國：1982年450億馬克；（6）瑞典：1986年350億瑞典法郎；（7）印度：1985年400億盧比；（8）澳大利亞：1982年20億美元；（9）中國：2000年600億美元，占國民生產總值6%

2008年中國的腐蝕損失超過9000億元人民幣腐蝕損失經濟損失1.2.2間接損失——資源和能源的損失金屬儲量/百萬噸年消耗增加率/%可用年數樂觀計算年數每公斤材料能耗/kW.hFe1×1061.310931916-30Al11705.13591約80Cu3083.4249530-40Zn1232.51810115-20Ti1472.751152約200

全世界每90s就有1t鋼腐蝕成鐵銹，而煉制1t鋼所需的能源則可供一個家庭用3個月！1.2.3安全事故

1979年我國某市液化石油氣貯罐腐蝕爆炸起火，傷亡幾十人，直接經濟損失達630余萬元。1985年8月日本的一架波音747客機，由于應力腐蝕斷裂而墜毀，死亡500余人。1986年4月26日切爾諾貝利核電站泄漏事故：損失2000億美元；12.5萬人死亡操作失誤？連接頭設計不當，引發(fā)摩擦磨蝕造成泄漏？2003年2月1日哥倫比亞號航天飛機事故：

損失130億美元；7名航天員遇難高溫防護層防熱瓦損壞，引發(fā)提前失效1986年1月28日“挑戰(zhàn)者”號航天飛機爆炸：

損失55億美元；7名航天員遇難燃料箱O型密封橡膠圈低溫脆化（老化）1988年7月6日英北海油田帕爾珀阿爾法石油鉆塔事故：

損失34億美元；167名工人遇難液化氣安全閥失效（腐蝕或磨蝕？）2008年2月23日美B-2轟炸機墜毀：

損失14億美元；外部傳感器受潮失效（電子設備的環(huán)境適應性）材料保護——腐蝕控制的方法和技術阻斷金屬與環(huán)境的接觸：涂層、鍍層、覆蓋層、

金屬轉化膜、緩蝕劑提高金屬“回歸”的能壘：緩蝕劑、鍍層、金屬轉化膜降低金屬相對于環(huán)境的勢能：電化學保護腐蝕系統(tǒng)設計和腐蝕監(jiān)檢測腐蝕科學與腐蝕工程面臨的挑戰(zhàn)復雜性、滯后性、相關學科發(fā)展的制約（現象、實驗數據、經驗→工學、科學）材料在極限條件下的服役失效（環(huán)境行為）宏觀的極限條件：深地、深海、太空、極強腐蝕性工業(yè)環(huán)境微觀的極限條件：微機電系統(tǒng)（MEMS）材料保護重要性

金屬材料的腐蝕防護有很長的歷史：秦始皇的寶劍、中國大漆（1515年）、1882年防銹漆、

1885年紅丹底漆、1830-1850年英國煤焦油、瀝青焦油、

1919年美國供水管內部涂瀝青、1875年陰極保護等等

防護的科學性防護可減少經濟損失30-40%。

管理與教育腐蝕教育材料控制構造控制金屬材料腐蝕環(huán)境界面控制

裝置腐蝕環(huán)境安全保護環(huán)境控制材料管理利用度控制裝置管理成本控制中國腐蝕與防護學會及其專業(yè)委員會腐蝕電化學及測試技術專業(yè)委員會（浙江大學）緩蝕劑專業(yè)委員會（華中科技大學）氫脆及應力腐蝕專業(yè)委員會（北京科技大學）耐蝕金屬材料專業(yè)委員會（北京鋼鐵總院）防腐蝕施工與技術專業(yè)委員會（北京科技大學）涂料涂裝及表面保護技術專業(yè)委員會（武漢材保所）水環(huán)境專業(yè)委員會（青島七二五所）化工過程專業(yè)委員會（化工機械研究院）航空航天專業(yè)委員會（北京航空材料研究院）建筑工程專業(yè)委員會（冶金建筑總院）高溫專業(yè)委員會（中科院金屬所）能源工程專業(yè)委員會（清華大學）土壤專業(yè)委員會（大慶油田設計院）熱浸鍍專業(yè)委員會（鋼鐵研究總院）非金屬材料專業(yè)委員會（北京化工大學）我校該學科的發(fā)展和歷史沿革50年代：以葉康民教授為代表的課題組開始了陰極保護的研究70年代：研究室全面開始了腐蝕與緩蝕劑研究和應用1983年：中國石油工業(yè)部科技司與我校在該研究室的基礎上共同建立了

“油田腐蝕與防護研究室”1995年：湖北省重點學科方向（材料學/腐蝕與防護）2001年：材料與環(huán)境化學研究所2006年：材料化學與服役失效湖北省重點實驗室2007年：國家一級重點學科方向（材料科學與工程/材料服役失效與防護）相關領域的學科地位教育部材料物理與化學教學指導委員會委員中國腐蝕與防護學會副理事長（郭興蓬）中國腐蝕與防護學會緩蝕劑專業(yè)委員會主任委員中國石油學會腐蝕與防護專業(yè)委員委副主任會員中國腐蝕與防護學會非金屬材料專業(yè)委員會副主任委員中國腐蝕與防護學會土壤腐蝕專業(yè)委員會委員（邱于兵）中國腐蝕與防護學會水處理與環(huán)境專業(yè)委員會委員（劉宏芳）中國腐蝕與防護學會腐蝕電化學專業(yè)委員會委員（董澤華）海洋腐蝕與防護國防科技重點實驗室學術委員會委員CNPC材料力學與環(huán)境行為重點實驗室學術委員會委員國際腐蝕大會、亞太腐蝕大會分會主席《中國腐蝕與防護學報》、《材料保護》編委化學學報、化工學報、物理化學學報、ElectrochimcaActa,J.AppliedElectrochemistry,AppliedSurfaceScience,JournalofMaterialsScience…審稿人有關腐蝕/表面防護領域——我國的主要研究機構介紹中科院金屬所 柯偉院士、盧柯院士（金屬材料）、韓恩厚研究員、王福會研究員（金屬腐蝕與防護國家重點實驗室、中國腐蝕與防護學報、腐蝕科學與防護技術）浙江大學

曹楚南院士（腐蝕電化學）、張鑒清教授北京科技大學 肖紀美院士（應力腐蝕）、喬利杰教授、李曉剛教授、路民旭教授

孫冬柏教授裝甲兵工程學院 徐濱士院士（裝備再制造）中科院蘭州化物所

薛群基院士（表面潤滑）廈門大學

田昭武院士（電化學）、林昌健教授武漢大學

查全性院士（電