商品学及商品养护技术课件项目八金属商品的锈蚀及防锈.ppt

《商品学及商品养护技术课件项目八金属商品的锈蚀及防锈.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《商品学及商品养护技术课件项目八金属商品的锈蚀及防锈.ppt（150页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、项目八 金属商品的锈蚀及防锈,项目八 金属商品的锈蚀及防锈,任务一 金属商品的锈蚀,任务一 金属商品的锈蚀,老房木板上的生锈的铁钉、铁护栏的生锈、锡罐头盖的生锈、钢筋的锈蚀、轮船设备的锈蚀、腐蚀的自来水管道流出黄色的水、输油输气管道、开水管道、大雁塔广场上铜雕塑上的铜绿、秦始皇的铜车马、兵马俑、银首饰的变色、塑料的硬脆、橡胶轮胎的老化、古籍纸质的发黄变脆、丝绸的化丝、朽木、涂料的褪色、脱落、牙齿的坏烂、石头的风化等等。,老房木板上的生锈的铁钉、铁护栏的生锈、锡罐头盖的生锈、,锈蚀的定义,广义的锈蚀指材料与环境间发生的化学或电化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现象。狭义的锈蚀是指金属与环境间的

2、物理-化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属，环境及其构成系功能受到损伤的现象。,锈蚀的定义广义的锈蚀指材料与环境间发生的化学或电化学相互作用,材料（通常是指金属）或材料的性质由于他所处的环境的反应而恶化变质。一、材料：金属、非金属。二、环境：介质、温度、流速、压力。三、反应：反应的种类及过程。金属材料主要是发生化学或电化学反应，非金属材料与环境发生溶胀、溶解、老化等反应。出于物理原因造成的破坏不称为腐蚀，而称为磨损或磨耗等等。但实际情况下腐蚀和物理损伤是伴随发生的，物理损伤更是加速了腐蚀的进度。,材料（通常是指金属）或材料的性质由于他所处的环境的反应而恶化,金属腐蚀的定义的变化,50年代

3、，腐蚀的定义只局限于金属的腐蚀：“金属在周围介质作用下，由于化学变化、 金属在周围介质作用下，由于化学变化、 电化学变化或物理溶解而产生的破坏。 电化学变化或物理溶解而产生的破坏。” 50年代后，随着非金属材料的发展，腐蚀 定义扩大到所有的材料 定义扩大到所有的材料: 1、 “由于材料和它所处的环境发生反应 使材料和材料的性质发生恶化的现象 使材料和材料的性质发生恶化的现象” 2、 “腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产生的破坏”,金属腐蚀的定义的变化,严格讲，所有环境都有一定的锈蚀性，所以周围介质就称之为锈蚀环境。锈蚀环境对于锈蚀影响很大，如在无氧的盐酸中，铁会发生腐蚀而铜不发生腐蚀；在含氧的

4、盐酸中，铁和铜都会发生腐蚀，但是铁的腐蚀速度大于铜的腐蚀速度。 苛刻的锈蚀环境：高温、高压、交流电场、低温、粉尘、酸、碱、盐等。,锈蚀程度和速度与腐蚀环境、作用时间、材质、结构、化学组成、形状、表面状况、受力情况等密切相关。,严格讲，所有环境都有一定的锈蚀性，所以周围介质就称之,腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失.这种损失可分为直接损失和间接损失.直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗,以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用.由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的30%,造成地球上的有限资源日益枯竭.全世界每

5、90s就有1 t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月 。,锈蚀与防护的重要性,腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失.这种损失可分为直,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大，甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产，产品质量下降，大量有用有毒物质的泄漏、爆炸，以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡，直接威胁着人民群众的生命安全。,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比,普遍性和广泛性：腐蚀无处不在。天上地下、陆上水下；金属、非金属。航天器的生物腐蚀、大气腐蚀；轮船、航空母舰的海水腐蚀。

6、 持续性：腐蚀无时不在。腐蚀的发生是一个持续、累积过程。有可能在无任何征兆条件下突然发生破坏。不是不爆，时候未到！腐蚀在我们身边每时每刻悄悄地发生着，它吞噬着人们的劳动成果，改变了历史的原貌。悄悄进行的破坏金属腐蚀曹楚南院士的科普著作。 非线性：腐蚀的速度并非总是线性过程，会随外界条件的变化而变化。 自发性：腐蚀的发生完全是一个自发过程，就像水向低处流一样。我们控制腐蚀就像要阻止水向低处流。从化学的角度来说就是从不稳定态向稳定态转化的过程。金属的腐蚀是金属提纯的逆向过程。,腐蚀的特性 普遍性和广泛性：腐蚀无处不在。天上地下、陆上水下,危害性和严重性：很大。 危害性：腐蚀会影响设备的使用寿命，严

7、重的会危及设备安全及人身安全，因而不可等闲视之。腐蚀造成的直接损失，如人员的伤亡、设备的破坏、装置的损毁等造成直接的经济损失，大家是有目共睹的。但更为重要的是，腐蚀所造成的相关间接损失也非常惊人。如一个电厂由于腐蚀而导致突然停电，将导致大批的工厂的巨大损失。桥梁、压力容器、锅炉、贮有剧毒、放射性物质的金属容器、贮存核废料的金属容器等。腐蚀停车停产该厂经济损失连锁反应其他相关厂经济损失国内的经济损失国际的经济损失总的经济损失。,危害性和严重性：很大。,儿歌: 锈了一枚铁钉，坏了一只蹄铁；坏了一只蹄铁，折了一匹战马；折了一匹战马，损了一员大将；损了一员大将，输了一场战役；输了一场战役，亡了一个帝国

8、。 铁钉帝国,据统计，全世界每年因腐蚀而报废的钢材约占钢材年产量的1/4，每年腐蚀的金属超过1亿吨。在这类损失中，约有15只需应用目前已有的防腐蚀技术就可以避免。,儿歌: 锈了一枚铁钉，坏了一只蹄铁；坏了一只蹄铁，折了一匹战,严重性： a）造成资源、能源的巨大浪费，加剧了资源、能源的匮乏。据估计，每年有大约30%的金属由于腐蚀而遭到报废。腐蚀掉的金属还得由重新冶炼来的金属补充，消耗电力、煤炭、石油等能源。 b）造成环境污染（掉头发、猝死、怪病、非正常死亡、残废、患病），而且环境污染有的还具有长效性，如核污染（日本偷袭珍珠港后广岛、长崎的核污染导致日后岛上居民患各种癌症而死亡）、DDT(滴滴涕，

9、一种难以降解的杀虫剂，曾获得过1948年诺贝尔生理医学奖)，,严重性：,c）造成产品污染，影响产品质量和企业的经济效益。如少量的铜盐就可以毁坏整缸肥皂液，会加速肥皂变质，缩短肥皂的贮用时间。皂液盒绝对不能用铜瓶、或镀铜的瓶子灌装！ d）引发灾难性事故，如中毒、火灾、爆炸等。腐蚀是引发石油化工企业“跑、冒、滴、漏”的主要原因及诱发灾难性事故的源头。轻者造成装置停车，重者引发安全事故。,震惊世界的印度博帕尔公害事件：1984年12月3日凌晨，印度博帕尔市郊的联合碳化杀虫剂厂一贮罐的安全阀由于腐蚀发生毒气泄漏事故。1小时后有毒烟雾袭向这个城市，形成了一个方圆25英里的毒雾笼罩区。近邻的两个小镇上，有

10、数百人在睡梦中死亡。火车站里的一些乞丐死亡。一周后，有2500人死于这场污染事故，另有1000多人危在旦夕，3000多人病入膏肓，20多万人双目失明。博帕尔的这次公害事件是有史以来最严重的污染事故惨案。,c）造成产品污染，影响产品质量和企业的经济效益。如少量的,1967年12月，美国俄亥俄大桥由于应力腐蚀和腐蚀疲劳突然掉入河中，致使46人丧生。 1982年9月一架日航DC-8喷气客机在我国上海降落时，由于飞机刹车系统的高压气瓶发生应力腐蚀爆炸，致使刹车失灵，飞机冲出跑道，致使数十人受伤。 1985年8月12日一架日航波音747客机由于发生应力腐蚀开裂而坠毁，死亡500多人。 1980年3月北海

11、油田的亚历山大基兰德号采油平台发生腐蚀疲劳破坏，致使 123人丧生。2004年8月9号，日本美滨核电站3号反应堆涡轮机房配水管发生腐蚀穿孔，引起高温高压水蒸气泄漏，导致4死7伤的生产事故。,1967年12月，美国俄亥俄大桥由于应力腐蚀和腐蚀疲劳突然,腐蚀事故举例,1966年某天然气井的套管发生硫化物应力腐蚀开 ，造成井喷和特大爆炸，人员伤亡，日产百万立方米的高产气井报废。1971 某天然气管线发生腐蚀断裂，产生爆炸， 直接经济损失达 直接经济损失达7000 万元1985 日本的一架波音 747客机，由于应力腐蚀 客机，由于应力腐蚀断裂而坠毁，死亡 500余人。1997年某化工厂 18个乙烯原料

12、储罐由于硫化物腐蚀引起大火，停产半年，直接损失达2 2亿多元，间 亿多元，间接损失巨大。,腐蚀事故举例1966年某天然气井的套管发生硫化物应力腐蚀开,“挑战者号” 失事 1986年1月28日美国“挑战者号”航天飞机在这寒冷的天气条件下，升空不到73s就发生了爆炸，造成机毁人亡，7名机组人员全部遇难，世界为之震惊。美国航空太空总署（NASA）之后的事故调查原因得出的结论是由于低温腐蚀导致火箭助推器燃料罐O型密封圈失效，使燃料发生泄漏而爆炸！由于火箭助推器长达38.4m，铁路无法运输，因此不得不分成几部分运输，在发射现场进行组装。在各部分的接合处采用O型密封圈来防止热气跑出。在航天飞机设计准则明确

13、规定了推进器工作的温度范围为432，而那天航天飞机系统周围的环境温度为-0.637。但所有的橡胶密封圈从来没有在10以下测验过，这主要是因为这种材料是用来承受燃烧热气的，而不是用来承受冬天寒气的。气温降低后，这些O圈就变得非常坚硬，伸缩就更加困难，造成密封不严。“挑战者”原定1月25日发射，但因为天气恶劣，发射已被推迟了5次。两名飞船设计高级工程师未能说服宇航局高层的冒险发射计划，最终导致悲剧的发生。“挑战者”平稳地离开了发射台升空了！博伊斯乔利转向埃比林：“我们刚刚躲过了一颗原子弹！”因为按他的分析，“挑战者”会在平台上爆炸。,“挑战者号” 失事,e）阻碍科学技术的发展。如硝酸工业在不锈钢问

14、世之后才得以实现大规模生产；尿素的工业化生产在其中试之后过了50年才得以实现，就是由于熔融尿素对钢材的腐蚀问题迟迟得不到解决；法国的拉克气田1951年因设备发生H2S应力腐蚀开裂问题得不到解决，推迟到 1957年才得以全面开发。,复杂性：腐蚀过程是一个非常复杂的物理、化学过程，涉及化学、电化学、物理学、材料学、表面科学、工程力学、冶金学、生物学等多个学科。现在尽管取得了长足的进步，但还有相当一部分仍旧不明了，还只能靠经验、事后总结。腐蚀的可利用性：集成电路板工业、玻璃雕刻、干电池放电等。（任何事物都有两面性）,e）阻碍科学技术的发展。如硝酸工业在不锈钢问世之后才得以,材料腐蚀带来的经济损失约占

15、国民生产总值的 1.8 4.2左右 1975年，美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，为当年国民生产总值的4.2， 是当年水灾、火灾、地震、飓风等自然灾害损 失（125亿美元）的 5倍多。 我国1980年十家化工企业由于腐蚀造成的经济 年十家化工企业由于腐蚀造成的经济 损失约为当年生产总值的 损失约为当年生产总值的3.9 3.9，这个数值与许 多国家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相 多国家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相当。2002年中国工程院的调查结果表明，我国腐蚀 损失（包括直接和间接损失）达到 损失（包括直接和间接损失）达到4979.2 亿元。,商品学及商品养护技术课件-项

16、目八-金属商品的锈蚀及防锈,为了预防和减轻腐蚀的危害,人们不得不付出相当的代价。这种代价称之为腐蚀损失(),即国民经济为解决腐蚀问题而付出的总费用。以合理的代价取得所需要的腐蚀防护效果是腐蚀控制工程的任务。由于腐蚀问题已经成为影响国民经济和社会可持续发展的重要因素之一,目前,经济发达国家和地区正在以大幅度提高能源效率、资源效率和环境效率作为国家发展的战略目标和前瞻性投资的依据。,为了预防和减轻腐蚀的危害,人们不得不付出相当的,腐蚀与防护学科的内容和任务,一、内容：是一门综合性很强的边缘学科。古老又年轻。二、任务：研究结构材料的腐蚀过程和腐蚀控制机理，采取适当措施延长结构材料的使用寿命，正确地选

17、用材料及采取适当的防腐措施。,腐蚀与防护学科的内容和任务一、内容：是一门综合性很强的边缘学,金属腐蚀研究的发展,早在公元前3世纪,中国已采用金汞齐鎏金术在金属表面镀金以增加美观并可防腐蚀。在秦始皇陵墓中发掘出来的箭镞有的迄今仍毫无锈蚀，在这些箭镞（zu）表面上有一层致密的黑色氧化层，其中含铬2左右,而青铜基体本身并不含铬。这一现象尚待研究。,金属腐蚀研究的发展 早在公元前3世纪,中国已采用,越王勾践剑,这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑身丝毫不见锈斑。它千年不锈的原因是什么呢？ 湖北省博物馆、省考古所研究员后德俊撰文认为，该剑出土时并不是绝对没有生锈，只是其锈蚀的程度十分轻微，人们难以

18、看出。其次，出土至今还不足40年，该剑的表面已经不如出土时明亮，说明在目前这样好的保管条件下，锈蚀的进程也是难以绝对阻止的。 越王勾践剑主要成分为铜，出土的墓室曾经长期被地下水浸泡，剑完全隔绝氧气是其不锈的主要原因。,越王勾践剑这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑身丝毫,历史：春秋战国时期的剑、戟等武器；秦始皇铜车马、青铜器、出土的箭镞毫无腐蚀，研究发现表面用铬酸盐和重铬酸盐处理过，而基体不含铬的氧化物。没有铁器！学科发展： a) 1840年法拉第发现了电化学腐蚀下来的金属的量与通过的电流之间的定量关系，提出了铁形成钝化膜的历程及金属溶解过程的电化学本质学说。 b) 20世纪初，逐渐形成

19、了独立的金属腐蚀学科。特别是英国的科学家、现代腐蚀科学的奠基人埃文斯及其同事对腐蚀学科创建、发展做出了卓越的贡献。 c) 之后，世界各国的腐蚀科学家都对腐蚀学科的发展、完善做出了卓有成效的贡献。,.腐蚀与防护的发展概况 历史：春秋战国时期的剑、戟等武器；秦,世界范围的发展趋势 随着科学技术的发展和人们对腐蚀问题的日益重视，腐蚀科学作为一门边缘学科已经逐步建立和发展起来。如已经建立了腐蚀的教学、研究机构、腐蚀专著、刊物、文摘、手册、国际腐蚀与防护交流会议、腐蚀工程师协会，腐蚀的理论研究和应用研究发展迅速，新的耐腐蚀材料（合金、非金属）的研究方面也非常活跃，近代新的技术手段引入到腐蚀科学的研究中来

20、，如放射性示踪原子、俄歇电子能谱AES、X射线-光电子能谱XPS、椭圆偏振光测试技术、低频电化学噪音和振幅频谱等等。 腐蚀科学是一门高度交叉性的综合学科，涉及化学、物理学、材料学、表面科学、工程力学、冶金学、生物学等多个学科，它也将随着这些学科的发展而不断发展前进。腐蚀科学的基础理论研究和应用研究都取得了长足的发展，创造出了巨大的经济效益和社会效益。并形成了许多边缘腐蚀学科的分支，如腐蚀电化学、腐蚀工程力学、腐蚀金属学、腐蚀材料学、生物腐蚀学和防护系统工程等。目前腐蚀与防护学科正向更加广泛的科学技术领域中延伸。,世界范围的发展趋势,我国腐蚀学科的发展：建国初期，国家科委在机械学科内成立了腐蚀与

21、防护分组，在制定国家科技发展规划时，腐蚀科学也被列入发展规划之中。1961年国家科委单独成立了国家腐蚀科学学科组，召开了多次全国性的腐蚀与防护学术会议，大大促进了腐蚀科学的发展。 1979年12月成立了中国腐蚀与防护学会，20世纪80年代后成立了国家腐蚀与防护重点实验室及国家金属腐蚀控制工程技术研究中心，国家973项目等大力支持腐蚀与防护科学的发展，显著缩小了我国与世界先进国家之间在腐蚀与防护技术方面的差距。,我国腐蚀学科的发展：,19992002年间，柯伟院士负责的中国工程院咨询项目“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策”调查研究表明，在我国因腐蚀造成的直接损失达2000亿元，包括间接损失，

22、总费用达5000亿元，约占国民经济总产值的5%。腐蚀问题已经受到国务院、科学技术部、教育部等有关部门的高度重视。我国已经成立了国家材料环境腐蚀试验站专家组，批准建立了28个国家材料环境腐蚀野外台站和一个国家综合研究中心，设立国家层面上的腐蚀领导小组，并已将腐蚀与防护问题列入国家中长期经济、国防和科技发展规划。2005年9月，第16届世界腐蚀大会首次在北京进行，我国在腐蚀与防护技术领域的进步已得到世界同行的普遍认可。,19992002年间，柯伟院士负责的中国工程院咨询项目“中,世界著名腐蚀学术与研究机构：世界腐蚀理事会：http:/www.icc-net.org欧洲腐蚀联合会：http:/www

23、.efcweb.org中国腐蚀与防护协会：http:/中国化工防腐蚀协会：http:/中国科学院金属研究所：http:/中国科学院海洋研究所： http:/钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所：http:/中船重工725所（腐蚀与防护国防科技重点实验室） ： http:/,世界著名腐蚀学术与研究机构：,金属腐蚀过程的本质,金属在腐蚀过程中所发生的化学变化， 从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。 矿石的本质金属化合物。金属的腐蚀过程金属回复到其自然状态矿石的过程。金属腐蚀的原因：金属自发地转化为低能量状态。金：自然界中一以单质存在，不易被腐蚀。,金属腐蚀过程的本质金属在腐蚀过程中所发生的化学变化

24、， 从根本,腐蚀的类型,1、大气腐蚀2、水和蒸汽腐蚀3、土壤腐蚀4、化学介质（酸、碱、盐腐蚀）,1、化学腐蚀2、电化学腐蚀,按照腐蚀反应的机理分类,按照腐蚀的环境分类,1、全面腐蚀2、局部腐蚀应力腐蚀破裂 点蚀（小孔腐蚀）晶间腐蚀 电偶腐蚀缝隙腐蚀,按照腐蚀形态分类,腐蚀的类型1、大气腐蚀1、化学腐蚀按照腐蚀反应的机理分类按照,化学腐蚀：指金属和非电解质发生化学作用而引起的破坏。反应特点是只有氧化还原反应，无电流产生。属干腐蚀，速率较慢。,电化学腐蚀：指金属和电解质溶液因发生电化学作用而产生的破坏，反应过程包括阳极反应和阴极反应两个过程，腐蚀过程中有电流流动（电子和离子的运动）,一、按照腐蚀反

25、应的机理分类,化学腐蚀：指金属和非电解质发生化学作用而引起的破坏。反应特点,电化学腐蚀,如果我们把铜和锌两块金属直接接触在一起并浸入电解质溶液中(如硫酸中)，将发生类同原电池的变化(图1)。此时，锌和铜可视为电池的两极，锌为阳极，所失的电子流到与锌相连接的铜（阴极）并在其表面上为溶液中的H+离子所接受,于是锌不断地变成Zn2+离子转入溶液中去而遭受腐蚀。这种原电池叫做腐蚀原电池或腐蚀电池。,电化学腐蚀 如果我们把铜和锌两块金属直接接触在,同一块金属，不与其他金属相接触，单独置于电解质溶液中也会产生腐蚀电池。例如，工业锌中含有少量杂质（如杂质Fe以FeZn7的形式存在）,杂质的电位较锌的电位高。

26、此时，锌为阳极，杂质为阴极，于是形成腐蚀电池（图2）。,结果锌遭受腐蚀，氢则成为气泡在杂质（阴极）表面上逸出。金属在电解质溶液中于其表面上形成的这种微小的原电池称为腐蚀微电池。引起这类微电池的原因是化学成分、金属组织结构、金属表面膜和金属物理状态的不均匀性等。,同一块金属，不与其他金属相接触，单独置于电解,二、按照腐蚀环境分类,1、化学介质腐蚀： 化学介质腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其反应历程的特点为在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物，即氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。,二、按照腐蚀环境分

27、类1、化学介质腐蚀：,2、大气腐蚀： 大气腐蚀是在大气环境下的化学或电化学反应引起的金属材料腐蚀。参与大气腐蚀过程的主要是氧和水分、其次是二氧化碳。但是当今全球大气中还含有象二氧化硫、硫化氢、氯气等腐蚀性的气体，这些气体的存在加剧了对金属的腐蚀。,二、按照腐蚀环境分类,2、大气腐蚀：二、按照腐蚀环境分类,3、海水腐蚀： 海水是自然界中数量最大且具有很强腐蚀性的天然电解质，常用的金属和合金大多受海水和海洋大气的腐蚀。因此研究海水腐蚀的规律，探讨防腐蚀的措施就显得尤为重要。,二、按照腐蚀环境分类,3、海水腐蚀：二、按照腐蚀环境分类,4、土壤腐蚀： 金属在土壤中的腐蚀是金属严重腐蚀问题之一。埋设在地

28、下的各种金属构件，如埋设在地下输油、气、水管线及电缆在土壤作用下常发生腐蚀。研究土壤腐蚀的规律，寻找有效的防腐蚀途径具有很重要的意义。,二、按照腐蚀环境分类,4、土壤腐蚀：二、按照腐蚀环境分类,三、按照腐蚀的形态分类,全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也可以是不均匀的。,局部腐蚀：腐蚀主要集中在金属表面某些极小的区域，由于这种腐蚀分布、深度很不均匀，常在整个设备较好的情况下，发生局部穿孔或破裂而引起严重事故。如应力腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀等。虽然重量损失比均匀腐蚀小，但因可导致金属结构的不紧密或穿漏现象，故其危险性较大。,三、按照腐蚀的形态分类全面腐蚀：腐蚀分布

29、在整个金属表面上，可,应力腐蚀,材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等）下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%。,应力腐蚀材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、,应力,当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变（Strain）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方

30、向相反的反作用力抵抗外力应力是反映物体一点处受力程度的力学量。在外力作用下物体内部产生分布内力应力即单位面积上的内力 。,应力当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发,2008年2月26日，火箭对战公牛前一天，球队如同往常一样进行了训练，队医进行着常规性检查。然而就是这一天，在毫无征兆的情况下，姚明被查出左脚脚踝应力性骨折。“ 长期、反复、轻微的直接或间接外力集中作用在骨骼的某一点上，受到反复力的刺激可出现应力性骨折（stress fracture），又称疲劳骨折。应力性骨折经常是在长距离行军或长跑运动后发生，部位多是在承受身体重量和一些经常受肌肉力量反复作用于其上的骨骼，例如

31、：第2跖骨及腓骨下13处，另外，腰椎、肋骨。,2008年2月26日，火箭对战公牛前一天，球队如同往常一样进,应力腐蚀,应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性；二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。,应力腐蚀应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定,应力腐蚀,应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果，使裂纹生核；第二阶段为腐蚀裂纹发展时期，

32、当裂纹生核后，在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展；第三阶段中，由于拉应力的局部集中，裂纹急剧生长导致零件的破坏。在发生应力腐蚀破裂时，并不发生明显的均匀腐蚀，甚至腐蚀产物极少，有时肉眼也难以发现，因此，应力腐蚀是一种非常危险的破坏。,应力腐蚀应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在,局部腐蚀的一种。沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化, 不能经受

33、敲击，所以是一种很危险的腐蚀。通常出现于黄铜、硬铝合金和一些不锈钢、镍基合金中。不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工厂的一个重大问题。,晶间腐蚀,不锈钢的晶间腐蚀:不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。,局部腐蚀的一种。沿着金属晶粒间的分界面向内部,点 蚀,点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。点蚀经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。由于金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，当介质中含有某些活性阴离子（如Cl）时，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时

34、，金属表面就发生腐蚀。这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活性钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。,点 蚀点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下,在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%25%。流动不畅的含活性阴离子的介质中容易形成活性阴离子的积聚和浓缩的条件，促使点蚀的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易发生点蚀。PH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。氧化性金属离子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促进点蚀的产生。但某些含氧阴

35、离子（如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等）能防止点蚀。点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严重事故，危险性很大。点蚀会使晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型腐蚀的起源。,在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%25%。流,缝隙腐蚀,许多金属构件是由螺钉、铆、焊等方式连接的，在这些连接件或焊接接头缺陷处可能出现狭窄的缝隙，其缝宽（一般在0.0250.1mm）足以使电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈的腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。,缝隙

36、腐蚀许多金属构件是由螺钉、铆、焊等方式连接的，在这些连接,电偶腐蚀,两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀，又称接触腐蚀或双金属腐蚀。电偶腐蚀原理右图。发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。 防止方法：避免异种金属接触；结构上避免大阴极对小阳极；设计易更换阳极部件的结构；两种不同金属接触面间采用电绝缘。,电偶腐蚀两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相,任务二 影响金属锈蚀的因素 金属锈蚀是金属与周围环境作用而引起的破坏。影响金属腐蚀行为的因素很多，它既与金属本身的因素有关，又与腐蚀环境相连。 了解这些因

37、素，可以帮助我们去解决油气田生产中的腐蚀问题，弄清影响腐蚀的主要因素，从而有效地采取防腐措施，做好油气田防腐工作。,任务二 影响金属锈蚀的因素,1. 金属材料的影响 金属的化学稳定性 金属耐腐蚀性的好坏，首先与其性能有关。各种金属的热力学稳定性可近似地用其标准平衡电位来评定。电位越正，金属稳定性越高，金属越耐腐蚀，反之，金属离子化倾向越高，金属就越易腐蚀。但是也有些金属如铝等，虽然活性大，由于其表面易生成保护膜，所以具有良好的耐腐蚀性能。 金属的电极电位和其耐腐蚀性只是在一定程度上近似地反应其对应关系，并不存在严格的规律。,1. 金属材料的影响, 金属成分的影响 纯金属具有较高的化学稳定性，但

38、由于纯金属不能满足工业需要，因此在实际应用中多采用它们合金。合金又分单相合金和多相合金。 单相合金 单相固溶体合金，由于组织均一，具有较高的化学稳定性，因而耐腐蚀性就较高，如不锈钢等。, 金属成分的影响,单相合金的腐蚀速度与稳定的贵金属组分的加入量有一特殊的规律叫“n/8”(原子分数)定律(n为正整数，一般为1,2，4，6)，也就是当贵金属(或化学稳定性较高的金属)组分的含量占合金的 12.5%、25%、50%、75%时，合金的耐腐性才突然提高。,单相合金的腐蚀速度与稳定的贵金属组分的加入量有一, 两相或多相合金 由于各相的化学稳定性不同，与电解质溶液接触，在合金表面上形成许多腐蚀微电池，所以

39、比单相合金容易遭受腐蚀。但也有耐腐蚀性很高的多相合金，如硅铸铁、硅铅合金等。合金的腐蚀速率与以下三点有关： 当合金各组分存在较大电位差时，合金就易腐蚀；, 两相或多相合金, 若合金中阳极以夹杂物形式存在且面积较小时，阳极首先溶解，使合金成为单相，对腐蚀不产生明显的影响； 若合金中阴极相以夹杂物形式存在，阳极作为合金的基底将受腐蚀，且阴极夹杂物分散性越大，腐蚀就越强烈。, 若合金中阳极以夹杂物形式存在且面积较小时，阳极首先溶解, 金属表面状态的影响 表面光滑的金属材料表面易极化，形成保护膜。而加工粗糙不光滑的金属表面容易腐蚀，如金属的擦伤、缝隙、孔穴等部位都是天然的腐蚀源。 粗糙的表面易凝聚水滴

40、，造成大气腐蚀，而深洼部分则易造成氧浓度差电池而受腐蚀。总之，金属工件加工应平滑。, 金属表面状态的影响, 金相组织与热处理的影响 金属的耐腐蚀性能取决于金属及合金的化学组分，而金相组织与金属的化学密切相关。当合金的成分一定时，随加热和冷却能进行物理转变的合金，其金相组织与热处理密切关系，它将随温度变化产生不同的金相组织，而后者的变化又影响了金属的耐腐蚀。, 金相组织与热处理的影响, 变形和应力的影响 金属在加工过程中变形，产生很大的内应力，其中拉应力能引起金属晶格的扭曲而降低金属电位，使腐蚀过程加速，而应力则可降低腐蚀破裂的倾向。, 变形和应力的影响,2. 环境的影响 介质酸碱性对腐蚀的影响

41、 介质的pH值变化对腐蚀速率的影响是多方面的。因为氢离子是有效的阴极去极剂，所以当pH值变小时，将有利于腐蚀的进行。另外pH值的变化对金属表面膜的溶解及保护膜的生成均有影响，因而也影响到金属的腐蚀速率。,2. 环境的影响,介质酸碱性对腐蚀速度的影响有以下三类：, 标准电极电位校正，稳定性高的金属，如金、银、铂等，腐蚀速度小，pH值的影响就小，如图1a。,介质酸碱性对腐蚀速度的影响有以下三类： 标准电极电, 两性金属，如锌、铝、铅等，表面膜在酸性和碱性溶液中均可溶，只有在中性溶液中才具有较小的腐蚀速率，如图1b。, 两性金属，如锌、铝、铅等，表面膜在酸性和碱性溶液中均可溶, 一般金属，如铁、镁等

42、，其保护膜只溶于酸而不溶于碱。, 一般金属，如铁、镁等，其保护膜只溶于酸而不溶于碱。, 介质的成分及浓度的影响 不同成分和浓度的介质，对金属腐蚀有不同的影响。在非氧化性酸中(如盐酸)，金属随介质浓度的增加，腐蚀速度加大。而在氧化性酸中，当浓度增大到一定数值时，表面生成钝化膜，腐蚀就生成一个峰值，即使再增加浓度，腐蚀速度也不会增大。如碳钢、不锈钢等在浓度为50%左右的硫酸中的腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀速率反而急剧下降。, 介质的成分及浓度的影响, 介质的温度、压力对腐蚀的影响 温度升高，介质扩散速度增大，电解液电阻下降，阴极过程和阳极过程均被加速，腐蚀加剧。温度对钝化膜也有影响

43、，往往在一个温度生成的膜在另一温度便会溶解，高温使钝化变得困难，腐蚀就加剧。 但在有些情况下，腐蚀速度与温度的关系较复杂。随温度增加，氧分子溶解度减小，氧浓度下降，腐蚀速率亦下降。, 介质的温度、压力对腐蚀的影响,压力的增加，可使溶液中的溶解氧的浓度增大，而加速腐蚀。如在高压锅炉内，只要有少量氧存在，便可引起剧烈反应。,压力的增加，可使溶液中的溶解氧的浓度增大，而加速腐蚀, 介质流动速度对腐蚀的影响 流速对腐蚀的影响是复杂的，这主要取决于金属和介质的特性。在多数情况下，流速越高，腐蚀越大。因为溶液较快流动时，可带来更多的活性物质(如氧)，加速阴极去极化过程，从而加速腐蚀进行，而当流速继续增大时

44、，氧化能力使金属达到钝态，腐蚀反而会下降。, 介质流动速度对腐蚀的影响,而有些金属如铝在稀硫酸中，可在表面生成厚的保护膜，但加大流速可使膜遭到破坏，结果使金属在高流速状态的介质中腐蚀加剧。 总之流速过大是有害的，它会破坏金属避免而引起严重的冲击腐蚀。,而有些金属如铝在稀硫酸中，可在表面生成厚的保护膜，但, 电偶的影响 在实际生产中，不同的金属和合金与腐蚀介质三者接触时将产生电偶效应，电位较低的金属在电偶中成为阳极，被强烈腐蚀。 电偶腐蚀的动力是两金属间的电位差，差距越大腐蚀就越严重。, 电偶的影响, 环境的细节和可能变化的影响 环境对金属的影响是多方面的，一些细节和可能的变化对其有影响。 如:

45、浓硫酸用碳钢作槽子，耐腐蚀性尚好，但当酸液排空，槽壁上的酸液会吸附大气中的水分而稀释，因而引起严重的腐蚀，因此让槽子总是充满酸液。, 环境的细节和可能变化的影响,再者开车、停车和运行状态是不同的，往往因为温度和介质浓度不一，腐蚀状态也不一样。有些因素即使是微量的，也能引起大的事故，如几个mg/L的氯离子，就可以引起1Gr18Ni9Ti不锈钢的应力腐蚀破坏。 因此，在生产中，这些都应予以注意。,再者开车、停车和运行状态是不同的，往往因为温度和, CO2对腐蚀的影响 CO2腐蚀的产生是由于CO2气体在水中溶解产生的H2CO3与铁表面发生反应的结果。也就是说，不是直接与气态的CO2发生反应。平衡状态

46、下，液相中CO2的浓度直接于气体中CO2的分压有关。 国内外专家对金属表面无产物膜存在时，二氧化碳分压对腐蚀速度的影响作了详细的研究。并根据试验研究结果归纳出碳钢及低合金钢CO2腐蚀速率与的对数关系式：, CO2对腐蚀的影响,由于伴随着CO2腐蚀往往有许多综合的因素，影响CO2腐蚀的主要因素有以下几项： 金属材料、结构； 温度和CO2分压； H2S含量及分压； 水的化学成分：Cl-、HClO3-； 腐蚀产物； pH值； 流体流速、流态和冲蚀介质。,由于伴随着CO2腐蚀往往有许多综合的因素，影响C, 硫化氢对腐蚀影响 硫化氢的腐蚀机理： 阳极反应：Fe -2e Fe2+ Fe2+不容易水解，在钢

47、管表面聚集，使阳极过程受到阻滞，所以该反应是腐蚀过程的控制步骤。 阴极反应：2H+ 十 2e 2H 2H H2 由腐蚀产生的Fe2+与产出液中溶解的H2S反应： x Fe2+ H2S FexSy 2yH+, 硫化氢对腐蚀影响, 硫化氢腐蚀特点硫化氢离解产物对金属腐蚀有加速作用，它们吸附在金属表面上，不仅会形成加速电化学腐蚀的吸附复合物离子，而且还会使铁原子间的键的强度减弱，使铁更容易进入溶液，加速了阳极反应，因此，使金属电化学失重腐蚀的速度加快。, 硫化氢腐蚀特点,硫化氢的腐蚀产物硫化铁如果是致密的硫化铁膜，则可起到较好的保护作用，防止金属进一步发生腐蚀；如果是呈黑色疏松分层状或粉末状，不但没

48、有保护作用，反而会加速金属腐蚀的深入。硫化氢可引起多种类型的金属腐蚀，如氢脆和硫化物应力破裂等。,硫化氢的腐蚀产物硫化铁如果是致密的硫化铁膜，则可起到较好, 影响硫化氢对钢管腐蚀的因素 影响H2S对钢管腐蚀的因素主要有H2S水溶液浓度、天然气的含水量、钢管的温度和压力。 试验研究表明，溶液中H2S浓度在0150mg.L-1范围内，管道钢腐蚀速度随H2S浓度的增加而提高，在150 mg.L-1左右达到最高点；当浓度大于150 mg.L-1后腐蚀速度反而降低；当H2S浓度超过600 mg.L-1后，腐蚀速度基本不变。, 影响硫化氢对钢管腐蚀的因素,水是引起钢质管道腐蚀破坏的主要因素之一。 国内外专

49、家研究认为，天然气相对湿度低于60%时，即使含有高浓度的H2S，也基本不会引起钢的严重腐蚀和应力腐蚀，在相对湿度为80%左右达到最高点。当管内有凝析水时，除产生较高的液相腐蚀外，水线腐蚀和坑蚀更加严重。 温度对腐蚀有严重的影响。一般来说，当温度升高时，腐蚀速度加快。但在较高温度下，溶解在水中的H2S、二氧化碳的量减少，腐蚀速度呈下降的趋势。,水是引起钢质管道腐蚀破坏的主要因素之一。,任务三 金属锈蚀的防护1. 概述 腐蚀破坏的形式是很多的，在不同的条件下引起的金属腐蚀的原因是各不相同的，而且影响因素也非常复杂，因此，根据不同的条件采用的防护技术也是多种多样的。在实践中常用的是以下几类防腐技术：

50、,任务三 金属锈蚀的防护, 合理选材：根据不同介质和使用条件，选用合适的金属材料和非金属材料； 介质处理：包括除去介质中促进腐蚀的有害部分(例如锅炉给水的除氧)、调节介质的pH值及改变介质的程度等；, 合理选材：根据不同介质和使用条件，选用合适的, 阴极保护：利用电化学原理，将被保护的金属设备进行外加阴极极化降低或防止腐蚀； 阳极保护：对于钝化溶液和易钝化的金属组成的腐蚀体系，可采用外加阳极电流的方法，使被保护金属设备进行阳极钝化以降低金属的腐蚀； 添加缓蚀剂：向介质中添加少量能阻止或减慢金属腐蚀的物质以保护金属；, 阴极保护：利用电化学原理，将被保护的金属设, 金属表面覆盖层：在金属表面喷、