1、材料腐蚀与防护导论,Introduction to Corrosion and Protection of Materials,厦门大学材料科学与工程系,目 录,第一章 绪论 （2h) 1.1 腐蚀的基本概念1.2 研究腐蚀的重要性1.3 腐蚀的分类及破坏形式1.4 腐蚀的速度表示方法1.5 研究腐蚀的内容和任务第二章 金属腐蚀的热力学概念(2h) 2.1 电极电位2.2 金属腐蚀倾向的判断2.3 电位- pH图 2.4 腐蚀原电池模型第三章 金属腐蚀过程动力学(4h) 3.1 腐蚀速度与极化现象3.2 电化学极化3.3 浓度极化,3.4 电阻极化3.5 阳极极化与阴极极化第四章 金属的钝性(
2、2h) 4.1 金属钝化现象4.2 金属钝化理论4.3 影响金属钝化的因素第五章 金属局部腐蚀 (6h) 5.1 电偶腐蚀5.2 点腐蚀5.3 缝隙腐蚀5.4 晶间腐蚀5.5 应力腐蚀开裂5.6 氢脆5.7 腐蚀疲劳5.8 磨损腐蚀,目 录（续）,第六章 若干重要环境中的腐蚀(4h) 6.1 大气腐蚀6.2 海水腐蚀6.3 土壤腐蚀6.4 化工环境下的腐蚀第七章 非金属材料的腐蚀(4h) 7.1 有机聚合物的腐蚀7.2 无机材料的腐蚀,第八章 金属腐蚀的控制方法 (6h) 8.1 合理的选材8.2 合理的设计8.3 电化学保护8.4 表面处理和表面涂覆8.5 环境的介质处理8.6 缓蚀剂8.7
3、 衬里8.8 综合保护,30h,第一章 绪论,材料腐蚀与防护基本概念材料腐蚀与防护重要性腐蚀速度的表示学科的发展慨况,1.1 腐蚀的基本概念历史悠久 古希腊Herodus和古罗马Plinins在2000年前已提出用锡防止铁生锈； 我国商代（3000年前）发明锡青铜；出土铁器可见古人防蚀成就。18世纪工业发展 腐蚀与防护学科形成、发展。,普遍性 材料腐蚀司空见惯，无所不在，无时不有, 十分普遍. 材料的腐蚀与防护的重要性已成共识。,必然性热力学观点，一切材料在环境作用下, 将逐渐自发地腐蚀、变质、退化。 金属 由元素状态转变成金属化合物 (生锈)，有机/无机材料 化学变化（老化/风化)。,传统腐
4、蚀定义 金属与周围环境介质之间发生的化学或电化学作用而引起腐蚀破坏； 广义腐蚀定义 材料和材料性质在与其所处的环境介质作用下发生退化变质的现象。,矿石 （稳定）,金属 （不稳定）,冶炼 (能量),腐蚀（能量） 自发过程,能量差 腐蚀驱动力,材料的源泉和归宿 资源/环境,腐蚀破坏,资源/环境负荷,1.2 研究腐蚀与防护的重要意义直接损失 材料、构件、设备的直接腐蚀破坏；防止腐蚀或延缓腐蚀的投入（高耐腐蚀材料、表面处理、涂覆、电化学保护、环境介质处理等），可估算。 据国际权威统计 -金属年产量的1/3受腐蚀报废，其中2/3尚可回炉, 即约10金属永久腐蚀损失。 全世界金属产量约为10亿吨，损失1亿
5、吨/年 我国金属年产量达1亿吨，损失0.1亿吨/年 据权威报告 (英国Hoar报告和美国NBS报告)估计： 每年因腐蚀造成的经济损失占国民经济总值2-4%,表1. 工业发达国家1984年腐蚀损失统计,表2. 美国腐蚀损失逐年增加,人均损失：1100美元/人.年3000亿中2000亿美元可避免,美元（亿）,1995年,局部地区行业（化工机械）调查 腐蚀损失达4%GNP。国家科委对化工调查 1980年腐蚀损失为3.9% GNP 专家估计 我国每年腐蚀损失约4000亿元。应用现有技术可挽回30损失（1200亿元）沿海或海岛城市的腐蚀比内陆城市的腐蚀严重5-10倍。材料腐蚀破坏造成的损失所有自然灾害造
6、成的损失。,我国状况,间接损失,停工停产、泄漏导致成品流失、产品质量下降、突发事故、人身安全、技术故障、环境污染 。(1979我国石油液化气罐泄漏爆炸，亡几十人，直接损失630万；1985.8.12日本波音747 飞机因SCC机毁，亡500余人) 电厂锅炉一根热交换管价值不高，但因为腐蚀引起爆炸可导致停电，使大片工厂停工停产，损失巨大。 金属结构远比金属材料昂贵， 如汽车、船舶、飞机、精密仪器、大规模集成电路等腐蚀破坏造成的损失更为惨重 间接损失难估算，间接损失直接损失。,材料腐蚀破坏的危害,腐蚀 人力、财力、资源耗歇； 腐蚀 环境污染、生态破坏 腐蚀 自然资源破坏； 腐蚀 阻碍新技术发展 （
7、三大合成、飞船登月）； 腐蚀 突发事故、人身安全； 腐蚀 影响人类文明进步及可持续发展。,全球资源枯竭时间预测,全球矿物能源储量及开采年数预测,973、863、国家基金重大项目. 国家战略计划,材料腐蚀破坏,局 部 腐 蚀,均 匀 腐 蚀,点腐蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 电偶腐蚀 选择性腐蚀 .,无机材料腐蚀,高分子材料腐蚀,氧化/水解/取代/交联 溶胀/溶解 应力开裂 环境老化 渗透溶解(增塑/稳定） 生物腐蚀 ,表面腐蚀 内部腐蚀 SiO2NaSiO3/ SiF4 Ca(OH)2Ca(CO)3,化学腐蚀,电化学 腐蚀,大气腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 化工腐蚀 生物腐蚀 高温腐蚀,应力腐蚀开裂 氢
8、致开裂 腐蚀疲劳 磨损腐蚀 摩擦腐蚀,1.3 腐蚀的分类及腐蚀形式,金属材料腐蚀,环境 大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、化工腐蚀 状态 干腐蚀、湿腐蚀 力学 应力腐蚀开裂、疲劳腐蚀、磨损腐蚀 本质 化学腐蚀、电化学腐蚀 温度 高温腐蚀、常温腐蚀,电化学腐蚀 最普遍，金属与导电介质发生电化学作用而破坏。其特点：阴、阳反应相对独立，同时进行，阴、阳极区电荷传递，产生等量电流, 满足法拉第定律。,化学腐蚀 金属与非电介质直接发生纯化学反应而破坏，有电荷转移但不产生电流。,Al,AlCl4,CCl4,Me,Men+,H+-H2,e,e,Al CCl4 AlCl4,导电介质,非导电介质,（1）应力腐蚀破裂
9、:内/外应力作用腐蚀开裂，沿晶/穿晶腐蚀 开裂; （2）小孔(点腐蚀):腐蚀集中在小点位置，深部发展，可穿孔; （3）晶间腐蚀:腐蚀发生在晶粒边界并沿晶界发展; （4）电偶腐蚀:不同电极电位金属接触，某金属优先快速腐蚀; （5）缝隙腐蚀:腐蚀选择地发生在缝隙内或结构隐蔽位置; （6）选择性腐蚀:合金中某些组分优先溶解，如黄铜脱锌。 （7）氢脆:H原子渗入金属内部，金属变脆，应力下发生脆裂。,局部腐蚀 腐蚀集中，阴、阳极区明显可分,均匀腐蚀 - 阴、阳极区交替发生，不可区分,1.4 金属腐蚀速度的表示法,材料腐蚀重量、厚度、表面状态、力学性能、组织结构及电极过程等发生变化。可表示平均腐蚀率：1.
10、 重量指标：W1 W2 Vw= g/ m2.hS T,Vw 重量指标的腐蚀速率，克/平方米.小时 W1 腐蚀前重量 W2 腐蚀后重量（去除腐蚀产物） S 样品面积 T 腐蚀时间,2. 深度指标：L1L2V1 = mm/ yt Vl 深度指标的腐蚀速率，毫米/年，L1 腐蚀前深度, L2 腐蚀后深度，t 腐蚀时间。Vw与V1互换：24365V1 = VW g/ m2.h = 8.76 VW / (mm/y )10 3 材料密度 (g/cm3 ),根据年腐蚀深度，材料耐蚀性可分三级：一级 耐蚀 1.0 mm/y,3. 电流指标：由法拉第定律： W = Q = It W 电极产出量, 克; = M
11、/ n F 电化学当量, 克/库仑; Q 电量, 库仑; I 电流，安培；t 时间，秒W = I t = M I at/ n F Vi = W/ t Vi = M Ia/ n F = (M ia/ n x 26.8 )x 104 g/ m2.h Ia = Vi(n/M)26.810 -4 （A/ cm2）,举例：Fe Fe2+ +2e已知：I：1.0 mA, A：10 cm2 , M = 55.8 gVi = 55.8g1.0 mA/ 226.8 A.h10 cm2104 = 1.04 g/ m2.h,F 法拉第（ 96500库仑）或26.8 A.H，M原子量； n化合价; A 单位面积。,1
12、.5 学科概况、研究内容及任务,交叉性综合性复杂性多学科,材料腐蚀科学/ 防护技术,材料科学,金属学,工程力学,电化学,高聚物,计 算 机,数 理,化 学,生 物,表面科学,固体物理,无机材料,学科的形成与发展,U.R.Evans(英)现代腐蚀科学奠基人A.H.pymkinh (苏)P.B.Akumob (苏)M. Pourbaix (比) 现代腐蚀科学作出卓越贡献H. Ulihg (美)C.Wagner (德)T.P.Hoar (英),50年代 腐蚀与防护分组，列入国家发展规划 60年代国务院学科组，制定学科发展规划，列入重点学科 70年代中国腐蚀与防护学会 80年代中国科学院腐蚀与防护研究
13、所 现从事材料腐蚀与防护高校，研究所有数十家，学者及工程师达数千人。,课程与人才,高校必修课物理化学、材料学、化工、冶金等,国际腐蚀控制会议（ICC）,每三年一次亚太腐蚀控制会议（APCCC）,每二年一次美国腐蚀工程师会议（NACE),每年一次欧洲腐蚀联盟会议（EC),每年一次国际电化学会议（ISE),每年一次美国电化学会议（ECS),每年二次海峡两岸材料腐蚀与防护会议,每年二次中国腐蚀与防护专业学术会议,每年二次,学术会议,Corrosion Science British Corrosion Journal Corrosion Prevention and Control Anti-Cor
14、rosion Electrochimica Acta CorrosionMaterials Performance Journal of the Electrochemical Society Oxidation of Metals Progress in Organic Coatings Journal of Materials Science Corrosion Abstracts 日本防蚀技术 材料与环境 防钴管理等,中国腐蚀与防护学报 腐蚀与防护 石油化工设备 材料保护(武汉) 腐蚀科学与防护技术 化工新材料 化工腐蚀与防护 防护包装 化工机械 化工防腐蚀咨询服务 物理化学 金属学报
15、材料科学进展 电化学 防腐蚀,英：腐蚀科学学会、金属学会、腐蚀工艺学会、电化学会；美：腐蚀工程师协会(NACE)、电化学会、材料学会、日本：防蚀协会、防锈技术协会等；欧洲：欧洲腐蚀联盟。,材料腐蚀与防护学科的主要研究内容及任务：,1研究材料在不同环境条件下腐蚀破坏的本质机理和规律性（1） 现代腐蚀电化学理论（2） 新体系(新材料/新环境)的腐蚀行为（3） 局部腐蚀（4） 高温腐蚀（5） 表面涂覆条件下的腐蚀（6） 研究方法,2研究如何有效控制材料腐蚀破坏（1） 高耐蚀材料研制 非晶，多相，无机，高聚物（2） 选材，工艺和设计（3） 电化学保护（4） 添加剂（5） 涂覆与衬里（6） 环境处理,参考书籍：,1. 魏宝明等，金属腐蚀理论及应用化学工业出版社，19842. 黄永昌，金属腐蚀与防护原理上海交大出版社，19893. 曹楚南，腐蚀电化学原理化学工业出版社，19854. 曹楚南，腐蚀电化学化学工业出版社，19945. 陈正均，耐蚀非金属材料及应用化学工业出版社，19856.中国腐蚀与防护学会，腐蚀与防护全书化学工业出版社， 19907. 徐 坚，金属腐蚀与防护原理上海交大出版社，19898. D.A.Jones, Principles and Prevention of Corrosion, Prentice Hall, 1996.,
