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1、1,腐 蚀 与 防 护,Tel: 010-62333972 13681205463E-mail: 北京科技大学腐蚀与防护中心2010.11.8,柳 伟,2010级硕士研究生课程教学,2,教材和参考书,教材：腐蚀和腐蚀控制原理，林玉珍，杨德均，中国石化出版社，2007金属腐蚀理论及应用，魏宝明主编，化学工业出版社，1984金属腐蚀学，杨德钧，冶金工业出版社，1999 参考书：Principles and prevention of corrosion, Denny A. Jones，Pretice-Hall, 1996 (USA)腐蚀电化学原理，曹楚南编著，化学工业出版社，1985材料腐蚀与防护
2、概论，何业东主编，机械工业出版社，2005材料腐蚀与控制，白新德主编，清华大学出版社，2005,3,主要内容,腐蚀的概述腐蚀电化学基本理论全面腐蚀和局部腐蚀的机理和特征应力作用下的腐蚀种类、机理和特征自然环境腐蚀种类、机理和特征耐蚀合金设计基本原理和途径防腐蚀原理和主要方法,4,材料的损坏或失效种类： 最重要、最常见、基本的损坏种类：腐蚀、磨损和断裂，决定了材料的寿命； 材料在服役损坏过程中，腐蚀与磨损、腐蚀与断裂往往协同进行，有时三种失效形式同时发生。,一、腐蚀的概述,磨损腐蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀等,5,6,有金属（材料）存在的地方就会有腐蚀问题悄悄进行的破坏,7,例：油轮钢腐蚀,最大均匀腐
3、蚀速率0.1mm/y,最大点蚀速率4mm/y,25,干湿交替,50,8,例：油气工业采集和输送过程中使用大量弯头、三通等复杂部件，其多以高温高压流体的冲刷腐蚀失效为主,水下油气田生产设施,油气田中出现的冲刷腐蚀失效,9,腐蚀的定义,50年代，腐蚀的定义仅指金属的腐蚀： “在周围介质作用下，由于化学反应、电化学反应或物理溶解而产生的金属破坏。” 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: “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” “腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产生的破坏”,非金属材料老化,10,腐蚀的定义,定义：腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和
4、物理作用产生的损坏或变质现象, 包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用；根据反应类型划分腐蚀种类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解腐蚀腐蚀的定义包括了化学、电化学、物理学的内容，腐蚀的发生往往与磨损、断裂等的同时进行；腐蚀学是交叉学科（边缘学科），涉及到金属学、电化学、物理化学、流体力学、固体力学等，是一门应用性很强的学科。,11,铁的自然循环,炼钢,矿化,铁矿石,钢铁生锈,钢铁,热力学自发过程（热力学第二定律）,铁锈,金属为何会发生腐蚀？,12,炼铁、炼钢过程,腐蚀过程,钢铁,矿石,能级增大,磁铁矿：Fe3O4,赤铁矿：Fe2O3,腐蚀是自发进行的现象向自然界的回归,13,腐蚀的影响,
5、1、在化学工业、炼油、石油化工、造纸等工业中，金属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒的物质泄漏，污染环境，危害人民的健康 2、每年由于腐蚀可使大约1020的金属损失掉了。2003年世界的钢产量达到9.625亿吨，中国的钢产量高达2.2亿吨，美国的钢产量为0.914亿吨 3、世界每年腐蚀掉的钢大于美国的钢产量；中国一年就有2200万吨钢被腐蚀掉了，相当于腐蚀掉一个大型钢铁企业的年产量,14,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裂，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年某天然气管线发生腐蚀断裂，产生爆炸，直接经济损失达7000万元。1
6、985年日本的一架波音747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个乙烯原料储罐由于硫化物腐蚀引起大火，停产半年，直接损失达2亿多元，间接损失巨大。,15,16,腐蚀损失调查数据,材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1.84.2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损失约为当年生产总值的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当。 2002年中国工程院的调查结果表明，我
7、国腐蚀损失（包括直接和间接损失）达到4979.2亿元。,17,国外腐蚀损失调查结果,2004年公布数据,18,腐蚀与防护内容和目的,金属腐蚀的原因和过程腐蚀热力学（本质原因：腐蚀进行的方向）和金属腐蚀的过程腐蚀动力学（机理：腐蚀进行过程）环境因素对腐蚀发生和发展的影响规律通过机理和规律的研究，研制适宜的耐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，达到防止或控制腐蚀的目的，延长设备的寿命，降低设备的成本。,通过综合研究材料在环境介质中，表面或界面上发生的各种物理化学、电化学反应，探求它们对材料组织结构损坏的普遍及特殊规律，提出材料或其构件在各种不同条件下，控制或防止腐蚀的措施。,19,腐蚀防护意义减少损
8、失和降低防腐成本、延长服役寿命,通过普及腐蚀与防护知识，推广应用先进的防腐蚀技术，腐蚀造成的经济损失可减少3040。,腐蚀损失和防护费用与防腐蚀程度关系,总费用最低：腐蚀损失和防腐成本的最少,防腐蚀：成本支出腐蚀：导致设备损失，停工损失等,20,腐蚀防护的基本途径,（1）提高金属本身的耐蚀性：如不锈钢、镍基合金 从材料的热力学稳定性和控制腐蚀动力学两个角度出发提高材料的抗蚀性；（2）改变环境（介质处理）： 降低环境的腐蚀性，如除去大气中的SO2，在水溶液中除O2，改变溶液的pH值，在环境中加入缓蚀剂等；（3）采用覆盖层： 采用金属和非金属涂层、改变材料的表面结构，使材料表面具有耐蚀的特性； 采
9、用衬里、防锈油、防锈纸等，将材料与腐蚀介质隔开，,21,腐蚀防护的基本途径,（4）采用电化学保护（电保护）： 对于金属的电化学腐蚀可通过阴极极化降低氧化反应速度，或通过实现阳极钝化来以达到防腐目的；（5）正确选材和合理设计： 为了防止腐蚀发生，必须重视正确选材和合理设计，设计时做到材料匹配和结构合理、结构间连接应尽可能防止缝隙产生等； (6) 腐蚀与防护的管理与教育: 主观上重视。加强对腐蚀与防护的管理，提高各类人员对腐蚀与防护的重视，需要建立相应的教育体制，广泛开展腐蚀与防护的教育工作，提高腐蚀与防护的自觉性。,22,Galvanlized Iron- iron with zinc coat
10、ing,23,腐蚀为交叉学科腐蚀工程师的专业背景多样,金属学，化学、电化学、流体和固体力学等,24,金属（电化学）腐蚀的分类,1.自然环境腐蚀（1）大气腐蚀 最普通的腐蚀（2）土壤腐蚀 最复杂的腐蚀（3）水环境（淡水和海水）腐蚀 最苛刻的腐蚀 （4）微生物腐蚀无处不在2.工业环境腐蚀 （1）在酸性溶液中的腐蚀； （2）在碱性溶液中的腐蚀； （3）在盐类溶液中的腐蚀； （4）在工业水中的腐蚀； （5）在熔盐中的腐蚀； （6）在液态金属中的腐蚀（物理溶解腐蚀）,按照腐蚀环境划分,25,金属（电化学）腐蚀的分类,1.全面腐蚀（也称为均匀腐蚀） 均匀的全面腐蚀 不均匀的全面腐蚀2.局部腐蚀 电偶腐蚀
11、点腐蚀（孔蚀、点蚀） 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀 氢致开裂（也称氢脆） 应力腐蚀断裂（也称为应力腐蚀） 腐蚀疲劳 磨损腐蚀 。,按照腐蚀形态划分,26,主要的局部腐蚀示意图,27,Failure Statistics in Germany (a) & USA (b),28,重量指标： 金属因腐蚀而发生的重量变化，换算成相当于单位金属表面积于单位时间内重量变化的数值, 常用单位：mg/cm2h,深度指标： 金属的厚度因腐蚀而减少的量，以长度单位表示，并换算成单位时间的数值，常用单位：mm/a,电流指标： 用腐蚀金属的阳极电流密度的大小，衡量金属 腐蚀速度的快慢，常用单位：mA/cm2,金属腐
12、蚀速度的表示法,29,法拉第定律Faradays law,Faradays law of electrolysis cells and electrochemical cells state that the amount of any substance that is deposited or dissolved in cells is directly proportional to the total passed electric charge. It can be expressed as,F is Faraday constant.F = 96485.309 Cmol-1 = 1 Faraday.,cathode,anode,
