材料腐蚀与防护00002Word格式文档下载.docx

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8.平衡绝对电极电位的计算

9.相对电极电位和电动势

10.标准电位E⦵：

电极反应的各组分活度（或分压）都为1，温度为25oC时，压力为1atm时的平衡电位Ee等于E⦵，E⦵称为标准电位。

11.Nernst方程求平衡电位

12.电化学腐蚀的热力学判据：

EM，e<

EO，e,ΔG<

0,腐蚀自发进行；

EM，e>

EO，e,ΔG>

0,腐蚀不能自发进行；

EM，e=EO，e,ΔG=0,腐蚀反应达到平衡；

13.电动序：

将各种金属的标准电位􀡱

⦵的数值从小到大排列起来，就得到“电动序”或标准电位序。

电动序可以用来粗略地判断金属的腐蚀倾向

14.电位-pH图（Ee-pH图）：

是描绘电极的平衡电位与溶液pH值间的曲线。

重点：

氧电极和氢电极的电位-pH图、Fe-H2O系的电位-pH图

15.极化作用：

由于通过电流而引起腐蚀电池两极间电位差减小，并因而引起电池工作电流降低的现象

16.交换电流密度：

当电极反应达到平衡时，反应速度为交换反应速度，阳极反应和阴极反应具有相同的电流密度，称为交换电流密度

17.电极反应动力学方程

18.外侧电流密度：

19.Tafel方程式

20.极限扩散电流密度

21.扩散控制的动力学方程

22.混合电位：

由于两个耦合的电极电位不同，彼此互相极化，它们偏离各自的平衡电位，极化到了一个共同的电位E，称为混合电位。

23.腐蚀电位和腐蚀电流：

如果在共轭反应中，阳极反应是金属的溶解，结果导致金属的腐蚀，这时混合电位又叫腐蚀电位Ecorr。

相应于腐蚀电位下的阳极溶解电流称为腐蚀电流Icorr或腐蚀电流密度icorr。

腐蚀电流密度

23.外测电流密度也称为极化电流密度

极化电流密度

24.腐蚀电流密度的影响因素

1）i0,a和i0,c,交换电流密度越大，腐蚀电流密度越大

2）塔菲尔斜率，βa，βc越大，icorr越小

3）平衡电位之差，Ee,a－Ee,c越大，icorr越大

一、腐蚀电池

P3-4电极系统和电极反应的定义

P5-6电极反应的分类

P8-9电极反应的书写

P11-13绝对电极电位、相对电极电位、平衡电极电位

P13-17双电层结构（平板模型、扩散双电层模型）

P18-20原电池、电解池、腐蚀电池的定义及对比

P22-23原电池与腐蚀电池的区别

P24-26腐蚀电池的过程

二、电化学腐蚀热力学

P30-31化学位与电化学位

P34-36电化学位的计算

P38平衡绝对电极电位的计算

P39-44相对电极电位以及电动势的计算

P46-51Nernst方程求平衡电极电位

P48标准电位E⦵的定义，标准电位和平衡电位的区别

P54-56电化学腐蚀的热力学判据

P57-60由电极电位判断腐蚀发生的可能性的计算

P63电动序的定义及意义

P65-67氧电极和氢电极的电位-pH图

P69-75Fe-H2O系的电位-pH图

P77电位—pH图的局限性

三、电化学腐蚀动力学

P81-83极化作用

P84过电位的定义

P85-86电极反应步骤和速度控制步骤（电化学极化、浓差极化）

P88化学反应速率方程

P93电化学反应速率方程

P94-95交换电流密度

P96电化学反应动力方程

P97外测电流密度

P97-98极化曲线和极化率

P99-101Tafel方程式

P103极限扩散电流密度

P104-105扩散过程动力学方程

P109-113混合电位理论

P114-118腐蚀电流密度icorr

P119-121腐蚀电流密度的影响因素

P125极化电流密度

四、析氢腐蚀与吸氧腐蚀

P132析氢腐蚀的原理

P137-140影响析氢腐蚀的因素

P141减缓析氢腐蚀的途径

P142吸氧腐蚀的原理

P147-149影响吸氧腐蚀的因素

P150析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

第三章金属常见腐蚀形态及机理

1.按材料腐蚀形态分类

全面腐蚀：

均匀腐蚀、不均匀腐蚀

局部腐蚀：

点蚀、缝隙腐蚀及丝状腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀

2.电偶腐蚀

定义：

异种金属接触，在一定条件下（电解质溶液或大气中），电位较负的腐蚀加速，电位较正的金属腐蚀减慢的现象称为电偶腐蚀，（亦称之为双金属腐蚀或接触腐蚀）。

机理：

两种金属构成宏电池，产生电偶电流，使电位较负的金属（阳极）产生阳极极化，溶解速度增加；

电位较正的金属（阴极）产生阴极极化，溶解速度减小。

阴阳极面积比增大，介质电导率减小，都使阳极腐蚀加重。

影响因素：

电化学因素、介质条件、表面面积

3.点蚀

点蚀又称孔蚀，是一种腐蚀集中在金属表面的很小范围内，并深入到金属内部的小孔状腐蚀形态，蚀孔直径小、深度深，其余地方不腐蚀或腐蚀很轻微。

第一阶段蚀孔成核（钝化膜破坏理论和吸附理论）；

第二阶段蚀孔生长（基于闭塞电池的活化-钝化腐蚀电池的自催化理论）

介质类型、介质浓度、介质温度、溶液pH、介质流速

4.缝隙腐蚀

有电解质溶液存在，金属表面因存在异物或结构上的原因而形成缝隙，从而导致狭缝内的金属腐蚀加速的现象。

初期阶段缝内缺氧、缝外富氧，氧浓差电池；

后期阶段闭塞电池自催化效应

几何因素、环境因素、材料因素

5.晶间腐蚀

金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。

产生原因：

多晶体的金属和合金本身的晶粒和晶界的结构和化学成分存在差异产生了形成腐蚀微电池的物质条件；

在晶界和晶粒构成的腐蚀原电池中，晶界为阳极，晶粒为阴极。

由于晶界的面积很小，构成“小阳极－大阴极”

（1）贫化理论－晶界碳化物析出

（2）阳极相理论－晶界相析出并溶解（3）吸附理论－杂质原子在晶界吸附

热处理制度；

合金成分；

腐蚀介质

6.选择性腐蚀

多元合金中较活泼组分的优先溶解，这个过程是由于合金组分的电化学差异而引起的

锌的选择性溶解；

溶解-沉积

组织结构和成分、温度、腐蚀介质

P2腐蚀形态的分类

P3全面腐蚀及其危害

P4局部腐蚀及其危害

P5局部腐蚀的原因

P6全面腐蚀与局部腐蚀的对比

P8电偶腐蚀的定义

P10-12电偶序

P13电偶腐蚀的机理

P14-16电偶腐蚀的影响因素

P17-18电偶腐蚀的评价方法和防止措施

P20-22点蚀的定义、特点和形貌

P23-25点蚀发生的条件

P26-42点蚀的机理

P43-46点蚀的影响因素

P47-50点蚀的评定方法

P51点蚀的防止措施

P53-55缝隙腐蚀的定义、形成以及特征

P56-60缝隙腐蚀的影响因素

P64缝隙腐蚀的评价方法

P65-68丝状腐蚀的定义、特征、机理以及影响因素、防止措施

P69-71垢下腐蚀的定义、特征、机理以及影响因素

P72点蚀与缝隙腐蚀的比较

P73防止缝隙腐蚀的措施

P75晶间腐蚀的定义和特点

P76晶间腐蚀产生的原因

P77-82晶间腐蚀的机理

P83-87晶间腐蚀的影响因素

P88晶间腐蚀的评定方法

P89特殊的晶间腐蚀

P90防止晶间腐蚀的措施

P92-94选择性腐蚀的定义

P95选择性腐蚀的机理

P96-97选择性腐蚀的影响因素

P98选择性腐蚀的评定方法

第四章应力作用下的腐蚀

1.应力腐蚀开裂

受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性断裂现象

特征：

1）典型的滞后破坏

2）裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型

3）SCC开裂是一种低应力的脆性断裂

4）裂纹扩展速度比均匀腐蚀快约106倍

2.门槛应力σSCC：

将无裂纹试样加恒应力σ，放入腐蚀介质。

当外加应力σ小于某一临界值σSCC时，试样在规定的时间内不发生应力腐蚀断裂。

将σSCC称为门槛应力。

σSCC是衡量应力腐蚀开裂敏感性的定量参量之一，σSCC越小，应力腐蚀越敏感。

3.门槛应力场强度因子KISCC：

当KI降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂（即材料有无限寿命），此时的KI就叫做应力腐蚀临界应力场强度因子，以KISCC表示

4.腐蚀疲劳

腐蚀疲劳（CF）是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。

破坏比单纯疲劳破坏或单纯腐蚀破坏严重。

1）空气中存在疲劳极限，而腐蚀疲劳不存在疲劳极限

2）腐蚀疲劳（CF）与应力腐蚀断裂（SCC）比较

3）疲劳腐蚀强度与耐蚀性有关

4）CF裂纹多源于表面蚀坑或缺陷，往往成群出现

5）CF断口

5.第一类氢脆：

不可逆氢脆，加载前内部已有氢脆源，应力加快裂纹的形成与扩展

第二类氢脆：

根据应变速率与氢脆敏感性的关系分类，加载前内部不存在裂纹源，H

与应力交互作用形成裂纹源。

6.磨损腐蚀：

金属表面与腐蚀介质之间的相对运动，引起金属的加速破坏。

7.冲刷腐蚀：

金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动引起的金属损伤。

是流体冲刷与腐蚀协同作用的结果。

8.空泡腐蚀：

高速流体和腐蚀共同作用下，引起的气蚀过程

9.摩擦副磨损腐蚀：

摩擦副接触表面的机械磨损与周围环境介质化学或电化学腐蚀的共同作用，导致表层材料流失的现象。

10.微动腐蚀：

是指在有氧气或其它腐蚀介质存在的条件下，沿着受压载荷而紧密接触的界面上有轻微的振动或微小振幅的往返相对运动，导致在接触面上出现小坑、细槽或裂纹的现象。

也称微震腐蚀。

P4-5应力腐蚀开裂的定义和产生条件

P13应力腐蚀开裂的特征

P14-17应力腐蚀开裂的机理

P18应力腐蚀开裂的影响因素

P19-25应力腐蚀开裂的研究方法（门槛应力σSCC、门槛应力场强度因子KISCC）

P26应力腐蚀开裂的防止措施

P28腐蚀疲劳的定义

P29-31腐蚀疲劳的特征

P32-34腐蚀疲劳的机理

P35-38腐蚀疲劳的影响因素

P39-40腐蚀疲劳的评定方法

P41腐蚀疲劳的防止措施

P43-44氢的来源和存在形式

P45氢的扩散和富集

P47-49第一类氢脆

P51-52第二类氢脆

P53-57氢致开裂的机理

P58降低氢致开裂的途径

P59应力腐蚀和氢脆的关系

P61磨损腐蚀的定义和影响因素

P62冲刷腐蚀的定义和影响因素

P63空泡腐蚀的定义和过程

P64摩擦副磨损腐蚀的定义和机理

P65-66微动腐蚀的定义、形态和理论

P67-68磨损腐蚀的研究方法和防止措施

第五章自然环境中的腐蚀

1.大气腐蚀：

由于金属材料与空气中的水和氧发生化学和电化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。

2.土壤腐蚀：

埋在土壤中的金属及构件的腐蚀。

3.水环境中的腐蚀：

一般包括淡水腐蚀、盐湖水腐蚀、海水腐蚀。

4.太空环境腐蚀：

太空环境是诱发航天材料腐蚀和航天器故障的主要原因之一。

P3-4大气腐蚀的定义和分类

P5-7大气腐蚀的机理

P8大气腐蚀的影响因素

P9大气腐蚀的研究方法

P11-12土壤腐蚀的定义和分类

P13-14土壤腐蚀的影响因素

P15土壤腐蚀的研究方法

P18-20水环境中的腐蚀机理

P24-25太空环境中的腐蚀机理、影响因素、研究方法

第六章典型工业环境中的腐蚀

P29-32石油开采过程中的腐蚀环节、影响因素及防护

P33-37石油加工过程中的腐蚀环节、影响因素及防护

P40-41无机酸腐蚀

P42有机酸腐蚀

P43碱腐蚀

P44盐腐蚀

P46-49核电工业的腐蚀环境和腐蚀行为

P51-53航空航天装备的腐蚀

第七章金属的高温腐蚀

1.金属高温腐蚀热力学判据

pO2’为氧化物的分解压，pO2为气相中氧的分压

2.金属氧化物的性质

1）氧化物的熔点：

氧化物熔点低，不利于稳定；

两种氧化物形成共晶时，熔点降低

2）氧化物的挥发性：

易挥发，氧化物膜对基体无保护作用蒸气压越小，氧化物越稳定

3）氧化物与金属的体积比（PBR）:

PBR>

1，金属氧化膜是完整的，具有保护性;

PBR过大，如大于2.5时，内应力过大，易使膜破裂,保护性差；

PBR<

1，金属氧化膜是疏松多孔的，保护性差

4）氧化物间的溶解性：

合金氧化时，可形成完全互溶的氧化物固溶体，如Al2O3-Cr2O3,Fe2O3-Cr2O3

5）氧化物间的固相反应：

两种氧化物反应生成复合反应物，通常为致密的尖晶石结构，提高抗氧化性

3.金属氧化的动力学规律：

金属氧化的动力学曲线大致遵循直线、抛物线、立方、对数及反对数五种规律

4.高温合金氧化的机理

1）合金的选择氧化

2）合金的内氧化和外氧化

3）掺杂对合金氧化的作用

4）活性元素效应

5.高温合金氧化的影响因素

1）温度的循环：

促进氧化物剥落

2）微量元素:

镍基、钴基高温合金中，S、P、B、C有害；

Fe既无害也无益；

Zr、Si、Mg、Mn、Y、Th、RE，有益

3）表面质量：

增加表面变形促进内部氧化；

铸造合金的表面变形比变形合金的表面变形影响更显著

4）施加应力：

高于临界应力时，氧化加快

5）高速气流环境：

产生热腐蚀

6.提高高温合金抗氧化的途径

1）改变合金的组织结构，采用特殊工艺制备

2）抗氧化保护涂层

P2高温腐蚀的定义

P4-5金属高温腐蚀热力学判据

P7-8其他类型高温腐蚀热力学：

高温硫化

P11-12金属氧化物的基本结构

P13金属氧化物的基本性质

P14-15金属氧化物的缺陷

P17-18金属高温氧化的过程

P19-23金属氧化的动力学规律

P24-25金属氧化的机理

P27高温合金氧化的特征

P28-44高温合金氧化的机理

P45高温合金氧化的影响因素

P46提高高温合金抗氧化的途径

P47-51其他类型环境金属高温腐蚀

第八章金属腐蚀的防护与控制方法

1.正确选材与合理结构设计

2.缓蚀剂保护：

向腐蚀介质中添加某些少量的化学药品，能显著地阻止或减缓金属的腐蚀速度。

这些少量的添加物质即所谓缓蚀剂

3.缓蚀剂分类

Ø

按照电化学理论分类

✓阳极型缓蚀剂在钝化区起作用；

✓阴极型缓蚀剂主要对金属的活性溶解起缓蚀作用；

✓混合型缓蚀剂

按照形成的保护膜分类

✓氧化（膜）型缓蚀剂

✓沉淀（膜）型缓蚀剂

✓吸附型缓蚀剂

4.电化学保护：

电化学保护是指通过施加外电动势将被保护金属的电位移向免蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。

这是一项经济而有效的防护措施。

5.阴极保护：

金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa减小，反应速度减小，这种金属腐蚀速度减小的现象，称为阴极保护效应。

1）外加电流阴极保护：

所需保护电流是由直流电源（如蓄电池、直流发电机、整流器等）提供的；

2）牺牲阳极保护：

所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的

6.阳极保护：

对具有活态—钝态转变而不能自钝化的腐蚀体系，通过外加阳极极化电流，使金属的电位正移到稳定钝化区内，金属的腐蚀速度就会大幅度降低，这种防护方法称为阳极保护。

1）金属的致钝：

整体致钝法；

逐步致钝法；

低温致钝法；

化学致钝法；

涂料致钝法；

脉冲致钝法

2）金属的维钝：

固定槽压法；

恒电位法

7.金属镀层：

阳极镀层、阴极镀层

阳极镀层：

在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的电位负，比如铁表面上用锌作覆层。

在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，覆层是阳极，能够对基体金属起到阴极保护作用。

阳极性覆层常用作防护性覆层

阴极镀层：

在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的电位正，如铁表面上覆盖铬、镍。

如果覆盖存在缺陷，将加速基体金属的腐蚀。

因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙，才能起机械隔离作用。

8.非金属涂层：

四种化学转化膜（铬酸盐膜、磷化膜、钢铁的化学氧化膜、铝及铝合金的阳极氧化膜）

P5-6正确选材与合理结构设计

P8缓蚀剂保护定义和特点

P9-17缓蚀剂的分类

P18-19缓蚀剂的选用原则

P21电化学保护的定义

P22-25阴极保护的原理和保护参数

P26-27阴极保护的两种方法

P30两种阴极保护的比较

P31-32阳极保护的原理和保护参数

P33阳极保护的方法（致钝、维钝）

P34-36阴极保护和阳极保护的对比

P40-41金属镀层（阳极性镀层、阴极镀层）

P42-49金属镀层技术

P51-55非金属镀层的化学转化膜

第九章典型无机非金属材料的腐蚀及防护

1.玻璃腐蚀的机理：

溶解、水解、选择性腐蚀、应力腐蚀

2.玻璃腐蚀的影响因素：

化学组成、材料孔隙与结构、腐蚀介质、热处理、表面状态、温度与压力

3.玻璃腐蚀的防护

开发铝磷酸基的耐氢氟酸腐蚀的玻璃

开发耐碱的Na2O-ZrO2-SiO2基的玻璃

表面涂层处理：

用含Zr、Ti、Hf、La等盐类的改性处理纤维，用醋酸铍处理后形成表面沉积层。

4.混凝土腐蚀的机理：

溶出型腐蚀、分解型侵蚀、膨胀型腐蚀、碱-骨料反应腐蚀（碱集性反应）、微生物腐蚀、钢筋锈蚀

5.混凝土腐蚀的影响因素：

混凝土的化学成分、混凝土的孔隙率或密实度、环境因素

6.混凝土腐蚀的防护

混凝土材料的优选

混凝土表面涂层保护

添加钢筋阻锈剂

阴极保护法

P2硅酸盐材料的腐蚀

P6-9玻璃腐蚀的机理

P10-12玻璃腐蚀的影响因素

P13玻璃腐蚀的防护

P15-16混凝土腐蚀的特点和危害

P17-23混凝土腐蚀的机理

P24混凝土腐蚀的影响因素

P25-26混凝土腐蚀的防护

第十章高分子材料的腐蚀及防护

1.高分子材料的腐蚀：

高分子材料由于环境因素的物理作用、化学作用或生物作用，导致其物理化学性能和机械性能逐渐退化，以至最终丧失其使用功能的现象称为高分子材料的腐蚀，俗称老化。

2.高分子材料老化的评价方法：

自然环境老化试验、实验室模拟加速老化试验

3.高分子材料腐蚀的防护

加入抗老化剂。

如在塑料和橡胶生成过程中加入稳定剂、抗老化剂

改进聚合和后处理工艺。

改进成型加工和后处理工艺。

改性，共聚、共混、添加增强剂或改性剂等

物理防护，涂镀层等

P3-4高分子材料的腐蚀的定义、途径和破坏形式

P5-15高分子材料的腐蚀机理

P16-17高分子材料老化的评价方法

P18高分子材料腐蚀的防护

第十一章功能材料的腐蚀与防护

信息材料的腐蚀与防护

1.电子器件的环境腐蚀特点（电子器件的腐蚀主要为大气腐蚀）

温度：

低温脆断、高温失效、温差引起应力

湿度：

吸附的水汽加速腐蚀

氧气：

金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀

盐雾：

海水进入空气中形成的盐雾，与实验室的盐雾试验不同

2.镁合金的表面涂层技术：

化学转化涂层：

铬酸盐涂层等，有机涂层的前处理

阳极氧化膜层：

形成致密的MgO涂层

金属镀层：

形成的镀层必须致密，否则发生电偶腐蚀

扩散涂层：

形成冶金结合

有机涂层：

树脂、油漆等，耐蚀和美观

生物医用材料的腐蚀

3.生物环境：

具有很强的腐蚀性

生理环境：

模拟体液

生物生理环境：

生理条件+血清蛋白

生物环境：

生物生理环境+细胞

细胞周围环境

纳米材料腐蚀与防护