第二章1材料腐蝕原理備課講稿

均勻(jūnyún)腐蝕程度的評定方法1局部腐蝕程度的評定方法2Content：第一頁，共26頁。腐蝕的分類(fēnlèi)-腐蝕形態(tài)1.普遍性腐蝕（或全面腐蝕）(GeneralCorrosion)腐蝕分布在整個金屬的表面，可以是均勻的或不均勻的。這類金屬的危險性較小，也較容易控制，并且依據腐蝕速率可進行結構腐蝕控制設計和使用壽命預測。2.局部腐蝕(LocalizedCorrosion)局部可以是部分的也可以是成分的：前者包括坑，斑點，焊接區(qū)，縫隙區(qū)，金屬與導電體接觸區(qū)，表面下及晶間腐蝕等；后者較明顯的實例是黃銅的脫鋅破壞。局部腐蝕較普遍性腐蝕更具危險性，更容易導致機械產品腐蝕失效。3.應力腐蝕應力作用下的腐蝕斷裂即材料在應力和腐蝕性環(huán)境介質協(xié)同作用下發(fā)生的開裂及斷裂失效現(xiàn)象。當材料在外力作用下不能產生位移時，它的幾何形狀和尺寸(chǐcun)將發(fā)生變化，這種形變稱為應變（Strain）。材料發(fā)生形變時內部產生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應力（Stress）。

第二頁，共26頁。一、材料腐蝕(fǔshí)程度的評定方法材料的腐蝕傾向由其熱力學穩(wěn)定性決定，熱力學上不穩(wěn)定的材料具有腐蝕自發(fā)性，然而，腐蝕造成的破壞狀況和程度大小則取決于腐蝕的動力學。腐蝕的類型不同，所采用的評定方法也不同。主要為兩種評定方法：均勻(jūnyún)腐蝕程度的評定方法局部腐蝕程度的評定方法

第三頁，共26頁。1.重量(zhòngliàng)法2.深度(shēndù)法3.電流密度表征(biǎozhēnɡ)法

均勻腐蝕對于全面腐蝕情況下的均勻腐蝕，通常采用這三種方法來表征腐蝕的平均速率平均腐蝕速率：averagecorrosionrate

一.均勻腐蝕程度的評定方法第四頁，共26頁。1.重量(zhòngliàng)法重量法（確切講應該為質量法）靈敏、有效、用途廣泛，是最基本的定量評定方法之一。是根據腐蝕前后的重量變化(增加或減少)來表示腐蝕的平均速率(sùlǜ)。增重法：若腐蝕產物全部牢固地附著于試樣表面，或雖有脫落但易于全部收集，則常用增重法來表示。失重法：如果腐蝕產物完全脫落或易于全部清除、則往往采用失重法。第五頁，共26頁。計算公式：平均腐蝕速率(單位時間、單位面積的重量(zhòngliàng)變化)的計算公式為：

式中，υw為腐蝕速率(g／(m2．h))；W＝|W-W0|，為試樣腐蝕前重量W0和腐蝕后重量W的變化(biànhuà)量(g)；S為試樣的表面積(m2)；t為試樣腐蝕的時間(h)。第六頁，共26頁。注意事項假定整個試驗周期內腐蝕始終以恒定(héngdìng)的速率進行，而實際常并非如此S通常是利用試樣腐蝕前的表面積，當試樣周期內腐蝕導致的試樣表面積變化明顯(míngxiǎn)時將會影響數(shù)據真實性采用失重法時，應按照標準規(guī)定的方法去除試樣表面(biǎomiàn)的殘余腐蝕產物

條件表面積S

操作注意事項：第七頁，共26頁。2.深度(shēndù)法從工程應用角度上看，影響結構或設備壽命和安全的重要指標是腐蝕后構件的有效(yǒuxiào)截面尺寸。因此，用深度法表征腐蝕程度更有實際意義。特別是對衡量不同密度的材料的腐蝕程度，目前該方法已被納入有關標準(如我國國標GBl0124《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》，美國材料試驗協(xié)會標準ASTMG1，ASTMG3等)。方法：直接測量腐蝕前后或腐蝕過程中某兩時刻的試樣厚度．就可以得到深度法表征的腐蝕速率(失厚或增厚)。第八頁，共26頁。計算公式：深度法表征的腐蝕速率可以(kěyǐ)由重量法計算出的腐蝕速率換算得到，換算公式為：?Vd=Vw/8.76

式中υd,υw分別為深度法和重量法表示的腐蝕速率，單位(dānwèi)分別為mm/a和g/m2h。對于腐蝕減薄情況,為腐蝕材料的密度；對于增厚情況，應為腐蝕產物的密度。但實際中腐蝕產物密度的準確值難以確定，因而式一般僅用于減薄情況，的單位(dānwèi)為g/cm3。第九頁，共26頁。根據深度法表征的腐蝕速率大小，可以(kěyǐ)將材料的耐蝕性分為不同的等級:第十頁，共26頁。υd：>1.0mm/aυd：0.1~1.0mm/aυd<0.1mm/a

耐蝕（1級）不可(bùkě)用（3級）可用（2級）其他(qítā)方法：三級分類法不管按幾級分類，僅具有相對性和參考性，科學地評價(píngjià)腐蝕等級還必須考慮具體應用背景。第十一頁，共26頁。3.電流密度表征(biǎozhēnɡ)法：金屬的電化學腐蝕是由陽極溶解導致的、因而電化學腐蝕的速率可以用陽極反應的電流密度來表征。法拉第定律指出，當電流通過電解質溶液時，電極上發(fā)生電化學變化的物質的量與通過的電量(diànliàng)成正比，與電極反應中轉移的電荷數(shù)成反比。第十二頁，共26頁。法拉第定律(dìnglǜ)：設通過(tōngguò)陽極的電流強度為I，通電時間為t，則時間t內通過(tōngguò)電極的電量為It，相應溶解掉的金屬的質量M為A為1mol金屬的相對(xiāngduì)原子質量，單位為g/mol；n為金屬陽離子的價數(shù),F為法拉第常數(shù)．其值約為96500C/mol。第十三頁，共26頁。腐蝕(fǔshí)速率計算公式：對于均勻腐蝕情況．陽極面積為整個(zhěnggè)金屬表面S，因此腐蝕電流密度icorr為I/S。這樣就可以得到重量法表示的腐蝕速率υw和電流密度之間的關系：同樣可以(kěyǐ)得到以深度法表征的腐蝕速率與腐蝕電流密度的關系為第十四頁，共26頁。腐蝕(fǔshí)速率計算公式：當電流密度icorr的單位取A/cm2，其他量的單位同前面規(guī)定時,重量法所表示的腐蝕速率υw：υw=3.73×10-1Aicorr/n深度(shēndù)法所表示的腐蝕速率υd可以換算為？？？前面所介紹的腐蝕速率表征方法均適用于均勻腐蝕情況。而對于非均勻腐蝕，即便是全面腐蝕，上述方法也不適用，這時需要借助其他方法來評定腐蝕程度。第十五頁，共26頁。二.局部(júbù)腐蝕程度的評定方法包括應力作用下腐蝕在內的廣義局部腐蝕的特點是，材料的質量損失(sǔnshī)很小，但是，材料局部腐蝕可能會很嚴重。因此，評價局部腐蝕程度不能簡單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法，這時需要根據具體腐蝕類型，以及對材料或結構安全可靠性的影響等來選擇適用的評定方法。第十六頁，共26頁。

應力作用下的腐蝕

多數(shù)局部腐蝕點蝕密度，平均點蝕深度，最大點蝕深度測量電阻率的改變斷裂壽命，斷裂時間法點腐蝕(fǔshí)評價局部腐蝕程度不能簡單地采用前面介紹的適用(shìyòng)于均勻腐蝕的方法，這時需要根據具體腐蝕類型，以及對材料或結構安全可靠性的影響等來選擇適用(shìyòng)的評定方法。局部腐蝕程度的評定(píngdìng)方法第十七頁，共26頁。計算公式：測定腐蝕前后試件機械強度或斷裂延伸率的變化，不僅適用于全面腐蝕（均勻的或不均勻的），更有利于評價局部腐蝕。假設試件腐蝕前、后的抗拉強度分別為b和b’，延伸率分別為f和f’，則在規(guī)定腐蝕時間內，評定腐蝕程度(chéngdù)的指標抗拉強度損失K和延伸率損失K可分別表示為第十八頁，共26頁。宏觀與微觀腐蝕(fǔshí)電池金屬(jīnshǔ)的電化學腐蝕腐蝕傾向(qīngxiàng)的熱力學判據腐蝕原電池電極與電位1234第十九頁，共26頁。絕大多數(shù)金屬均處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，有自動發(fā)生腐蝕的傾向，研究腐蝕現(xiàn)象需要從兩個方面著手，一方面是看腐蝕的自發(fā)傾向大?。硪环矫媸强锤g進程的快慢，前者需要用熱力學原理進行分析，后者則要借助動力學理論。對于金屬腐蝕和大多數(shù)化學反應來說，一般都是在恒溫(héngwēn)、恒壓的敞開體系條件下進行的，在這種情況下，用系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)吉布斯(Gibbs)自由能判據來判斷反應的方向和限度較為方便。吉布斯自由能用G表示、它被定義為物質系統(tǒng)的焓減去它的絕對溫度(juéduìwēndù)與熵的乘積。腐蝕(fǔshí)傾向的熱力學判據第二十頁，共26頁。腐蝕傾向(qīngxiàng)的熱力學判據對于等溫、等壓并且沒有非膨脹功的過程，物質(wùzhì)系統(tǒng)的平衡態(tài)對應于吉布斯自由能G為最低的狀態(tài)G的負值的絕對值越大，該腐蝕的自發(fā)(zìfā)傾向就越大。第二十一頁，共26頁。金屬原子(yuánzǐ)態(tài)和化合態(tài)自由能狀況第二十二頁，共26頁。腐蝕與環(huán)境(huánjìng)的關系例：判斷那種情況下會發(fā)生腐蝕：(1)銅在純鹽酸(yánsuān)(pH＝0)中，則有Cu+2H+Cu2++H2↑00≈65.520(2)銅在含有溶解氧的鹽酸(yánsuān)(PH＝0，pO2＝21278Pa)中，則有Cu+1/2O2+2H+Cu2++H2O