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1、腐蚀-悄无声息的自然过程,张 波中国科学院金属研究所2016年11月22日 青岛,1,.,腐蚀的定义,材料与环境发生作用所引起的破坏或变质称为腐蚀。,金属材料的腐蚀无机非金属材料的腐蚀有机材料的腐蚀,2,.,腐蚀的类型,3,.,腐蚀的类型,4,.,腐蚀的类型,5,.,腐蚀造成的经济损失,美国：GDP 3%,6,.,腐蚀危害,7,.,腐蚀危害,8,.,腐蚀危害,9,.,腐蚀危害,10,.,金属发生腐蚀的根本原因,本质：电磁力的作用原因：从能量的观点来看，金属比氧化物的能量高,Fe-2e = Fe2+,Fe,O2 + 2H2O + 4e = 4OH-,阳极溶解,阴极还原,O2 + 2H2O + 2
2、Fe = 2Fe(OH)2,e,Fe2+ 2H2O Fe(OH)2+ 2H+,11,.,化学反应：反应粒子吸收能量，活化态电化学反应：反应粒子吸收能量，活化态，电极电势能改变活化能。,化学反应与电化学反应的异同,能量,化学反应,电化学反应,影响阳极反应速率关键因子,Fe + H2O Fe(H2O)ad,Fe(H2O)ad Fe(OH-)ad + H+,Fe(OH-)ad (FeOH)ad + e,(FeOH)ad FeOH+ + e 速控步骤,FeOH+ + H+ Fe2+ + H2O,n电子放电：,纯Fe阳极溶解的经典BDD模型,13,.,腐蚀的金属就是短路原电池,电极平衡电位,Nernst
3、方程,14,.,金属的电偶腐蚀,Zn和Cu连接产生电偶腐蚀,15,.,极化曲线测量,16,.,腐蚀电极极化曲线,H2 -2e = 2H+,Fe = Fe2+2e-,极化曲线,2H+2e-=H2,Fe-2e-= Fe2+,17,.,从热力学角度判断腐蚀程度,Pourbaix Diagrams,18,.,钝化体系的均匀腐蚀,Fe，Al，Stainless steel,点蚀机理（缝隙腐蚀）,O2 + 4H2O + 4e = 4OH-,局部酸化理论,Al-3e = Al3+,Al3+ + H2O = H+ + AlOH2+,Al(OH)Cl+ + H2O = Al(OH)2Cl + H+,Cl-,Cl
4、-,Cl-,Cl-,Cl-,H+,H+,H+,H+,AlOH2+,AlOH2+,H+,Cl-,Cl-,Cl-,Cl-,Cl-,H+,H+,H+,H+,合金相诱发点蚀示意图,21,阳极相,阴极相,e,e,2H2O+O2+4e=4OH-,H+,Al2O3,Cl-,阳极反应,阴极反应,H+,Cl-,Al,Al,微电偶腐蚀,1.材料因素（内因）金属的化学稳定性合金成分晶相组织与热处理金属表面状态变形应力,影响金属腐蚀的因素,2.环境因素（外因）pH值离子类型及浓度温度溶解氧浓度流速电偶缝隙,腐蚀控制方法,23,.,合理的防腐蚀设计,结构形式应尽量简单防止残留液腐蚀和沉积物腐蚀,尽可能不采用铆接结构而采
5、用焊接结构 尽可能采用对焊、连续焊而不采用搭接焊、间断焊,避免电偶和缝隙腐蚀,合理的防腐蚀设计,1000系 工业纯铝,2000系Al-Cu,3000系Al-Mn,4000系Al-Si,5000系Al-Mg,6000系Al-Mg-Si,7000系Al-Zn-Mg,8000系其他合金,9000系备用系别,1900年铝合金诞生,铝合金的腐蚀,27,纯Al耐蚀性好，但强度很低；加入合金元素，显著提高强度，但降低耐蚀性点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等,纯Al 电位-pH图,纯Al的热力学性质,合金相的电化学性质,阴极相阳极相,合金相诱发点蚀示意图,29,阳极相,阴极相,e,e,2H2O+O2+4e=4OH-,
6、H+,Al2O3,Cl-,阳极反应,阴极反应,H+,Cl-,Al,Al,2024铝合金的S相腐蚀,Al2CuMg（S相）中Mg、Al原子发生溶解,富Fe相,5xxx 铝合金晶间腐蚀,32,5218铝合金，4.5%Mg,3.5%NaCl, pH3, 72h,Al3Mg2,a,b,100 g/L (NH4)2S2O8 溶液分别刻蚀6h、2.5h、2h、2h,Al-Mg合金的晶间腐蚀,铝合金的应力腐蚀机理,晶粒A,晶粒B,晶内析出相,Mn+nH2OM(OH)n + nH+,H+eH,GB,氢致开裂,阳极溶解,34,.,铝合金的应力腐蚀敏感性,铝合金的应力腐蚀行为,峰值,过时效,过度过时效,216 m
7、,17 m,40 m,裂纹形貌观察,峰值时效,过时效,过度过时效,小 结,应力腐蚀和腐蚀疲劳试验设备,39,金属研究所简介,40,.,在岗人员总计 1400人，其中专业技术人员800人院士：8人 研究员：113人副高级职称：187人具有博士学位人员：180人具有硕士学位人员：80人研究生700人; 博士后 33人；工程硕士78人离退休人员 900人,人员状况,41,.,金属腐蚀与防护研究,主要研究方向自然环境腐蚀高温氧化与腐蚀力学/化学（环境）交互作用,金属所荣获国际腐蚀工程师协会2011年度杰出机构奖,防护技术 耐腐蚀材料 腐蚀防护涂层/镀层 材料表面改性 阴极保护 缓蚀剂 腐蚀监检测方法,42,.,
