00 化工腐蚀与防护 绪论Word格式.docx

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师生互相问好，教师清点人数。

日常生活中，人们常看到的腐蚀现象？

铁生锈

铜生铜绿等

以上提到的所有腐蚀现象都是金属材料的腐蚀现象，除此之外，广义的腐蚀还包括非金属材料的老化变质等。

橡胶的老化发粘

塑料的老化变脆

涂料的老化脱落

0.1腐蚀的定义

广义的腐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。

狭义的腐蚀是指金属与环境间的物理-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。

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

●金属材料

●非金属材料。

二、环境

日常生活中的铁制品的保存方法

日常生活中的塑料、橡胶制品的保存方法

干燥大气中的铁制品；

阴暗潮湿环境下的铁制品

实验室中金属与酸碱盐的化学反应：

●介质

⏹自然环境：

大气、水、土壤

⏹化学介质：

◆氧化剂：

溶解氧

◆酸：

H+

◆碱：

OH-

◆盐：

●氧化性金属离子Fe3+、Cu2+

●氧化性酸根离子SO42-、NO3-、Cl-

●温度

⏹铁+冷的浓硫酸；

铁+加热的浓硫酸

●流速

●压力。

三、反应

⏹化学反应

⏹电化学反应

●非金属材料

⏹溶胀

⏹溶解

⏹老化

0.2腐蚀与防护的重要性

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90s就有1t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。

0.3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，正确地选用材料及采取适当的防腐措施。

金属腐蚀研究的发展

所谓汞齐就是汞与一种或几种其他金属所形成的合金，那金汞齐顾名思义就是汞与金化合所形成的合金。

起先金汞齐被用在铁器的镀金方面，后来经过多方面的研究，发现形成汞齐后的汞是无毒的，便开始用作补牙材料。

所以说金汞齐用于填镶牙齿,这对身体是无害的。

1830～1840年间英国法拉第（Μ.Faraday）确立了阳极溶解的金属量与所通过电量的关系，提出了关于铁的钝化膜生长和金属溶解过程的电化学本质的假设。

后来又有人在锌溶解于硫酸的研究中，明确地提出了微电池理论。

这些研究对电化学腐蚀理论的发展都极为重要。

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。

0.4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。

0.5腐蚀的类型

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

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。

此时，锌为阳极，杂质为阴极，于是形成腐蚀电池（图2）。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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（stressfracture），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：

第2跖骨及腓骨下1/3处，另外，腰椎、肋骨。

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，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。

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，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。

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。

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0.025~0.1mm）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。

电偶腐蚀