材料的腐蚀与防护.docx

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材料的腐蚀与防护

姓名：

贾永乐学号：

201224190602班级：

机械6班

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材料的腐蚀与防护

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中国知识资源总库——中国期刊全文数据库

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腐蚀与防护关键词：

材料相与

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1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关的其它技术和方法。

文献综述

1材料腐蚀与防护的发展史：

所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。

其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。

因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。

在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。

据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。

而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。

我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。

从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。

每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。

航空材料的腐蚀损失尤为巨大。

我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。

目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。

航空材料由于服役环境复杂多变,不同构成材料相互配合影响,导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀,增加了飞行器的运营成本,对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。

英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11000~55000美元之间【2】。

1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。

因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。

1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组（大气腐蚀专业组）副组长，承担了航空航天部分的调查任务。

1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。

1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。

1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。

由于这类钢材含有（0.2%~0.4%的Cu和约0.7%的P，因此其耐蚀性相对普通低碳钢有相当的改善，一般认为其寿命可延长一倍左右。

新近修订的铁道行业标准中规定【4】，采用周期浸润腐蚀试验方法【5】时，耐大气腐蚀钢的腐蚀速率应低于普碳钢Q235的65%到60%【6】。

2材料的腐蚀与防护现状

材料是现代科学技术和社会文明的重要支柱。

材料的使用离不开环境。

材料的腐蚀与防护学科就是研究材料在其周围环境作用下的腐蚀、变质行为及其控制的一门学科。

2.1材料的腐蚀

2.11化学腐蚀

化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接接触从而发生纯化学作用而引起的破坏。

特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂发生氧化还原反应,形成腐蚀产物。

腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。

飞机在服役和使用过程中，金属部件经常与其他介质接触，从而发生化学反应，导致金属部件的破坏，此过程为化学腐蚀。

如铝合金与空气接触一定时间后，其表面会因与空气中的氧发生氧化反应，从而在表面生成一层氧化膜。

又如铝合金部件与煤油或润滑油接触时，在高温下便会与其中的硫和硫化物发生化学反应，生成硫化铝。

再如飞机燃料燃烧后生成的水蒸气、二氧化硫气体均对金属有一定的化学腐蚀作用，其中，二氧化硫的腐蚀作用较强。

据报道，在1000摄氏度的高温下，二氧化硫与发动机的耐热合金钢接触，可以生成硫化镍，从而使其耐热性能降低【7】。

2.12点蚀

点蚀是在金属表面形成凹坑的非常局部的腐蚀。

一旦形成点蚀，则可能会引起材料的穿透，腐蚀速度的经验数据已不能用于估计设备寿命。

很多因素都可能导致点蚀的发生，形成蚀孔。

蚀孔的存在又引起腐蚀加速。

良好的加工表面能够减少点蚀。

另外，金属成分的不均匀，如焊缝中的夹渣也会引起点蚀。

耐点蚀当量数（PRE）与不锈钢耐局部腐蚀能力成正比【8】。

2.13晶间腐蚀

晶间腐蚀发生在晶粒边界处，并沿晶粒边缘向深处发展，使晶粒间的连接遭到破坏，显著降低材料的力学性能，外表不易发现，金属的破坏是突然性的。

这种腐蚀尽管材料的损失很小，然而对设备的危害极大。

可能引起不锈钢晶间腐蚀的环境必须是存在电解质的电化学腐蚀环境【9】。

其典型实例就是未经稳定化处理的不锈钢焊接接头的晶间腐蚀。

因为在焊接过程中，在I临近焊缝的区域内温度达到500～800℃，因而在晶粒边界处，析出了铬的碳化物。

为避免这种腐蚀，可以采取焊后热处理的办法或使用低碳（0．3％c）不锈钢或使用添加钛或铌，经稳定化处理的不锈钢。

2.14剥蚀

它是一种危害性很大的局部腐蚀，其主要表现形式是腐蚀从金属表面开始，并沿平行于表面的横向晶界向金属内部扩展，腐蚀产物使未腐蚀掉的金属楔开鼓起，以致从基体脱落，形成层状剥落。

2.15应力腐蚀

金属材料在使用过程中避免不了需要进行焊接改造，在对金属材料进行焊接过程中会使金属材料出现开裂现象。

导致金属材料出现裂缝的主要原因是在对金属材料进行焊接之前，金属材料表面有一些小的凹坑，在对金属材料进行焊接的时候，由于金属材料脆性很大，导致金属材料出现开裂现象。

金属材料的这种开裂程度会随着时间的延长现象越来越严重，带来的影响也会较大，尤其是对石油领域的破坏率更是严重【10】。

一般而言，在正常设计应力值范围内，腐蚀速度并没有明显改变，但是对于有某些特定金属，在腐蚀介质和温度组合条件下，就可能发生应力腐蚀破裂【11】。

2.2材料的防护

2.21钝化金属的表面技术

（1）添加缓蚀剂．加入少量其他特殊物质在腐蚀介质与腐蚀钧中．能够在一定程度上减缓金属的腐蚀速度．而这种特殊的物质叫做缓蚀刺。

它能够使不锈钢转化为钝态．同时促使表面形成一层保护膜．从而阻止介质的侵蚀。

（2）镀层金属表面的工艺处理常常有表面镀层、表面氧化镀层等等．其作用主要是提高金属的耐腐蚀能力．并改善其机械性能。

比较常用的有镀锌，镀铬以及氧化处理。

（3）涂层，长久以来石油沥青用作防腐蚀具有明显的优势．其绝缘性，粘接性和耐水性．以及抗剥能力都非常受人喜欢。

2.22阳极氧化防护膜

在金属材料的腐蚀防护方法中,利用阳极氧化膜防腐蚀是常用的方法。

阳极氧化防护膜要求材料表面导电性好,是防护铝最常用的方法。

铝基复合材料本身由于增强体的存在,其抗腐蚀性能降低,加之增强体多为陶瓷非导电体,用阳极氧化的方法不能在基体表面形成连续的阳极氧化膜【12】。

Aylor【13】等报道,SiCP/Al经硫酸阳极氧化和重铬酸盐封闭后,用喷涂技术在其表面涂覆环氧底漆和聚酯或聚氨酯面漆,其耐海水腐蚀性能远远好于单纯的硫酸阳极氧化膜,从而认为有机涂层是最有效的一种防护方法.Shahid【14】对SiCP/8090Al复合材料在Cl-和SO42-的水溶液中进行浸泡和盐雾实验,发现的硫酸阳极转化膜的材料腐蚀速率为超纯Al的21倍,而经H2SO4阳极氧化的腐蚀速率减小到可以忽略不计。

2.23阴极保护法

将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护【15】。

金属结构上，使结构上原来存在的腐蚀电池的阴极电位降至与阳极电位相等，从而使金属结构的腐蚀电池消失，达到完全保护结构物的方法。

近些年来，阴极保护法及其应用发展很快【16】。

如美国自70年代起，从事阴极保护的工程公司就有100多家，其涉及的应用范围渗透到工业各个部门，其中包括石油工业部门中远距离拾送石油，天然气的海底管线和煤气管道的防护；海洋工程设施中的钢浮码头；能源工业部门中的电厂热交换器的防护；城市建筑部门中的钢制水塔，自来水管、污水排水管的防护等等。

在国内，阴极保护的应用虽然起步稍晚，但也得到较快发展。

此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

3材料的腐蚀与防护发展趋势

腐蚀破坏遍及国民经济和国防建设的各个部门。

随着工业的发展，广泛的采用在高参数条件下的强化生产工艺【17】。

在这些生产工艺中，普遍涉及高温、高压、强腐蚀性介质、高负荷应力或高热流、高质流等高参数条件下的强化操作，从而对材料保护提出愈来愈高的要求。

腐蚀破坏不仅使设备早期失效，而且往往造成恶性事故，造成巨大经济损失。

而腐蚀保护不仅是安全生产的需求，而且往往是建立某些新型工业的先决条件。

因此，腐蚀科学与保护技术的研究与发展，将直接影响到国民经济与国防建设所有部门的安全保障、经济效益和发展水平。

随着我国科学技术日益发展，防止大气污染对金属的腐蚀方法必将愈来愈多，效果也会愈来愈好。

参考文献

【1】何业东，齐慧滨．材料腐蚀与防护概论．北京：

机械工业出

版社，2009．2—7．

【2】.蔡健平,陆峰,吴小梅.我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望[J].航空材料学报,2006,26（3）:

271-275.

【3】李金桂，航空用钢的腐蚀与防护，（北京航空材料研究院北京100095）

【4】TB/T1979-XXXX.铁道车辆用耐大气腐蚀钢订货技术条件（报批稿）

【5】TB/T2375-1993.铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法

【6】杨松柏铁道行业防腐蚀及涂装技术的发展（铁道科学研究院金化所，北京10081）

【7】张栋，钟培道，陶春虎.机械失效的实用分析[M］.北京：

国防工业出版社.1997.131~138.

【8】HG/T20581钢制化工容器材料选用规定[S]．北京：

中国计划出版社2011.

【9】赵麦群，雷阿丽．金属的腐蚀与防护[M]．北京：

国防工业出版社，2008

【10】袁海伦，浅谈金属材料的防腐蚀措施，国电大武口热电有限公司，753000

【11】李向欣。

孙立，那桂兰．关于金属应力腐蚀问题的分析[J]．中国氯碱，2004（3）．

【12】于兴文,曹楚南,林海潮等.铝合金表面转化膜研究进展[J].中国腐蚀与防护学报,2000,20（5）:

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【13】ZakiAhmad,AbdulAleemBJ.Degradationofaluminummetalmatrixcompositesinsaltwateranditscontrol[J].Mater.Des.2002（23）:

173-180【14】AylorDM,MoranPJ.Effectsofreinforcementonthepittingbehaviorofaluminum-basedmetalmatrixcomposites[J].Elec-trochem.Soc..1985,132（6）:

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【15】唐明华.油气管道阴极保护[M].北京：

石油工业出版社，1986:

34-36.

【16】赵应龙.金属腐蚀的运用[J].腐蚀防护报.1986（8）：

18-19.

【17】周静好.腐蚀与防护全书-防锈技术[M].北京：

化学工业出版社，1988:

62-63.

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