1、2022-6-71中国石油大学材料物理系中国石油大学材料物理系版权所有：中国石油大学材料物理系版权所有：中国石油大学材料物理系 Copyright 2007 China University of Petroleum. All rights reserved.胡松青胡松青2022-6-72防腐蚀工程技术防腐蚀工程技术 第一章 绪论 第二章 腐蚀破坏形式 第三章 油田腐蚀环境及控制 第四章 金属腐蚀防护技术 第五章 腐蚀测量技术 第六章 防腐蚀工程技术应用实例 2022-6-73中国石油大学材料物理系中国石油大学材料物理系版权所有：中国石油大学材料物理系版权所有：中国石油大学材料物理系 Copy
2、right 2007 China University of Petroleum. All rights reserved.2022-6-741-1 腐蚀现象及危害腐蚀现象及危害 本章主要内容本章主要内容1-2 腐蚀的定义和分类腐蚀的定义和分类 1-3 腐蚀腐蚀科学的任务和内容 第一章 绪论2022-6-75第一章第一章 绪论绪论 人类的文明进步都是与应用和发展与人类的文明进步都是与应用和发展与日新月异的材料分不开的。历史学家甚至日新月异的材料分不开的。历史学家甚至用材料的名称标记不同的时代，如石器时用材料的名称标记不同的时代，如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。代、青铜器时代、铁器时代等。
3、当今世界，哪一项技术发展不是以材料当今世界，哪一项技术发展不是以材料发展作为前提和保证呢？发展作为前提和保证呢？ 但材料有一大公敌但材料有一大公敌腐蚀！腐蚀！ 腐蚀在我们身边每时每刻悄悄地发生着，腐蚀在我们身边每时每刻悄悄地发生着，它吞噬着人们的劳动成果，改变了历史的它吞噬着人们的劳动成果，改变了历史的原貌。原貌。2022-6-761-1-1 腐蚀现象腐蚀现象人们对腐蚀的认识：人们对腐蚀的认识： 最早是从腐蚀产物感性地认识到腐蚀最早是从腐蚀产物感性地认识到腐蚀的存在。的存在。 从棕黄色的从棕黄色的“铁锈铁锈”FeO(OH)或或F e2O3 H2O 及及 “ 铜铜绿绿”CuSO43Cu(OH)2
4、分别认识了铁分别认识了铁与铜的腐蚀。与铜的腐蚀。1-1 腐蚀现象及危害腐蚀现象及危害 第一章第一章 绪论绪论2022-6-77第一章第一章 绪论绪论 码头上浮船及锚链的腐蚀码头上浮船及锚链的腐蚀2022-6-78第一章第一章 绪论绪论 水中打捞的摩托车的锈蚀状况水中打捞的摩托车的锈蚀状况2022-6-79第一章第一章 绪论绪论 某居民楼水管腐蚀状况某居民楼水管腐蚀状况2022-6-710第一章第一章 绪论绪论 管道内的腐蚀状况管道内的腐蚀状况2022-6-711第一章第一章 绪论绪论 管道内壁腐蚀管道内壁腐蚀2022-6-712第一章第一章 绪论绪论 下水道局部腐蚀状况下水道局部腐蚀状况202
5、2-6-713第一章第一章 绪论绪论 管道外壁局部腐蚀状况管道外壁局部腐蚀状况2022-6-714第一章第一章 绪论绪论 齿轮片的腐蚀表面齿轮片的腐蚀表面2022-6-715第一章第一章 绪论绪论 人工关节表面的微孔结构可能引发腐蚀人工关节表面的微孔结构可能引发腐蚀2022-6-716第一章第一章 绪论绪论 酸雨腐蚀的文物雕像表面酸雨腐蚀的文物雕像表面 2022-6-717第一章第一章 绪论绪论 硫酸车翻倒，硫酸车翻倒， 300米路面遭到腐蚀米路面遭到腐蚀 2022-6-718第一章第一章 绪论绪论使用使用5年的燃气灶火嘴年的燃气灶火嘴 放在南极已差不放在南极已差不多多90年食品罐头年食品罐头
6、2022-6-719第一章第一章 绪论绪论 1-1-2 腐蚀的危害腐蚀的危害（1）巨大的经济损失）巨大的经济损失 发达国家每隔一段时间都进行发达国家每隔一段时间都进行一次有关金属腐蚀方面的调查。一次有关金属腐蚀方面的调查。 2022-6-720第一章第一章 绪论绪论 工业发达国家每年由于金属腐蚀而引起的直接工业发达国家每年由于金属腐蚀而引起的直接经济损失约占全年国民经济总产值的经济损失约占全年国民经济总产值的24%，1995年美国的最新统计数字为全年腐蚀损失年美国的最新统计数字为全年腐蚀损失3000亿美亿美元，美国全国腐蚀工程师协会（元，美国全国腐蚀工程师协会（NACE）主席）主席Holtsb
7、aum称人均损失称人均损失1100美元；我国美元；我国1988年腐年腐蚀直接损失约为蚀直接损失约为300600亿元，亿元，1995年的腐蚀损失年的腐蚀损失为为1500亿元，每天亿元，每天4亿元，人均约亿元，人均约120元。元。 这是由于工业发展，造成环境污染，大气中这是由于工业发展，造成环境污染，大气中酸性氧化物的含量增多，时常出现酸雨，对金属酸性氧化物的含量增多，时常出现酸雨，对金属的破坏性更强。据国外统计，金属腐蚀的年损失的破坏性更强。据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，约为失的总和，约为6倍。这其中还不
8、包括由于停工停倍。这其中还不包括由于停工停产，火灾、爆炸等造成的间接损失。产，火灾、爆炸等造成的间接损失。2022-6-721第一章第一章 绪论绪论 关于金属腐蚀损失的研究，人们提出了关于金属腐蚀损失的研究，人们提出了很多模型。很多模型。 美国腐蚀学家尤力格第一个将腐蚀损失美国腐蚀学家尤力格第一个将腐蚀损失分为直接损失和间接损失（可预测）。直分为直接损失和间接损失（可预测）。直接损失是指采用各种防腐蚀材料和技术的接损失是指采用各种防腐蚀材料和技术的费用，而间接损失值因停工减产、产品降费用，而间接损失值因停工减产、产品降级、效率降低等造成的经济损失。（不可级、效率降低等造成的经济损失。（不可预测
9、）预测）2022-6-722第一章第一章 绪论绪论 （2）安全、环境的危害）安全、环境的危害 一些局部腐蚀，如孔蚀、应力腐蚀、破裂一些局部腐蚀，如孔蚀、应力腐蚀、破裂等，常常是突发性的，可能引起事故，造成意等，常常是突发性的，可能引起事故，造成意外的危险。外的危险。 腐蚀还对环境产生很大的影响：设备和管腐蚀还对环境产生很大的影响：设备和管道因腐蚀而泄漏，有毒有害物料进入大气、土道因腐蚀而泄漏，有毒有害物料进入大气、土壤和水源，既污染了环境又造成生产原料浪费。壤和水源，既污染了环境又造成生产原料浪费。为了减轻腐蚀，保护设备，使用某些涂料和缓为了减轻腐蚀，保护设备，使用某些涂料和缓蚀剂（如水处理中
10、的铬酸盐、聚磷酸盐），这蚀剂（如水处理中的铬酸盐、聚磷酸盐），这对环境有害。当腐蚀导致失火、爆炸、桥梁坍对环境有害。当腐蚀导致失火、爆炸、桥梁坍塌、飞机坠毁、核反应堆泄漏等重大事故，其塌、飞机坠毁、核反应堆泄漏等重大事故，其后果更是灾难性的。后果更是灾难性的。2022-6-723第一章第一章 绪论绪论 1971年年5月，四川天然气输送管线因发生硫月，四川天然气输送管线因发生硫化氢应力腐蚀而爆炸，引起特大火灾，死化氢应力腐蚀而爆炸，引起特大火灾，死亡亡24人。人。 1985年年8月，日本一架波音月，日本一架波音747客机由于发客机由于发生应力腐蚀破裂而坠毁，一次死亡生应力腐蚀破裂而坠毁，一次死亡
11、500多人。多人。 1997年年6月，北京某化工厂月，北京某化工厂18个乙烯原料储个乙烯原料储罐因硫化物腐蚀发生火灾，直接经济损失罐因硫化物腐蚀发生火灾，直接经济损失达达2亿多元。亿多元。2022-6-724第一章第一章 绪论绪论 警示：警示：7070万吨废铁万吨废铁锈透龙水镇锈透龙水镇重庆晚报重庆晚报 20042004年年4 4月月1616日日2022-6-725第一章第一章 绪论绪论 报道：报道： 大足县龙水镇号称全国最大的废旧金属交易中心，全国各大足县龙水镇号称全国最大的废旧金属交易中心，全国各地的生锈废铁源源不断涌到这里，年交易量达地的生锈废铁源源不断涌到这里，年交易量达70多万吨，相
12、关多万吨，相关交易额交易额14亿元。亿元。 生锈废铁在创造巨大经济效益的同时，也给龙水发展环境生锈废铁在创造巨大经济效益的同时，也给龙水发展环境带来巨大难题带来巨大难题老百姓不愿在镇里购房安家，投资者不愿在老百姓不愿在镇里购房安家，投资者不愿在此投资。此投资。 走进龙水镇废旧金属交易市场，记者首先感到铁锈的无孔走进龙水镇废旧金属交易市场，记者首先感到铁锈的无孔不入。各种各样的锈蚀废铁杂乱堆在一个个门面前，有的弯曲不入。各种各样的锈蚀废铁杂乱堆在一个个门面前，有的弯曲如麻花，有的像稻草。如麻花，有的像稻草。 地上淌着铁锈染黄的脏水，空气中弥漫着浓烈的锈腥味道，地上淌着铁锈染黄的脏水，空气中弥漫着
13、浓烈的锈腥味道，经营者衣服上，也沾满铁锈痕迹。经营者衣服上，也沾满铁锈痕迹。 更多的铁锈没有飘在空中，而是侵入到地下。更多的铁锈没有飘在空中，而是侵入到地下。10多名经营多名经营户因为担心铁锈污染了自来水，自己花钱打了井，然后用水泥户因为担心铁锈污染了自来水，自己花钱打了井，然后用水泥把井口封死，只留一个抽水的洞口。但，从这些井里抽上来的把井口封死，只留一个抽水的洞口。但，从这些井里抽上来的水依然有一股淡淡的腥味。环保专家为此担心，井水重金属超水依然有一股淡淡的腥味。环保专家为此担心，井水重金属超标。标。2022-6-726第一章第一章 绪论绪论 （3） 阻碍新技术的发展阻碍新技术的发展 一项
14、新技术、新产品的产生过程，往往会一项新技术、新产品的产生过程，往往会遇到需要克服的腐蚀问题，只有解决了这遇到需要克服的腐蚀问题，只有解决了这些问题，新技术、新产品、新工业才得以些问题，新技术、新产品、新工业才得以发展。发展。 比如，不锈钢的发明和应用大大促进了比如，不锈钢的发明和应用大大促进了硝酸和合成氨工业的发展。硝酸和合成氨工业的发展。氨与二氧化碳合成氨与二氧化碳合成尿素尿素2022-6-727第一章第一章 绪论绪论 又比如，当年美国的的阿波罗空间计划中，又比如，当年美国的的阿波罗空间计划中，氧化剂氧化剂N2O4的储罐是用高强度钛合金制造的，的储罐是用高强度钛合金制造的，这是通过应力腐蚀试
15、验选出的。但在运行前的这是通过应力腐蚀试验选出的。但在运行前的模拟试压（压力为规定值的模拟试压（压力为规定值的1.5倍）中很快发倍）中很快发生破裂，原因是腐蚀试验中使用的生破裂，原因是腐蚀试验中使用的N2O4是不纯是不纯的，含有的，含有NO，而模拟实际使用的，而模拟实际使用的N2O4纯度高，纯度高，不含不含NO。经分析研究加入。经分析研究加入0.6%NO之后才得之后才得以解决。以解决。 美国著名的腐蚀学专家方坦纳认为，如果找美国著名的腐蚀学专家方坦纳认为，如果找不到这个解决办法，登月计划会推迟若干年。不到这个解决办法，登月计划会推迟若干年。 这说明试验介质和实际工作介质不同必然造这说明试验介质
16、和实际工作介质不同必然造成材料腐蚀行为的不同。成材料腐蚀行为的不同。2022-6-728第一章第一章 绪论绪论 （4）自然资源的巨大消耗）自然资源的巨大消耗 地球上只有一层薄薄的外壳储藏着可用地球上只有一层薄薄的外壳储藏着可用的矿藏，金属矿的贮量是有限的，腐蚀使的矿藏，金属矿的贮量是有限的，腐蚀使金属变成了无用的、无法回收的散碎的氧金属变成了无用的、无法回收的散碎的氧化物等。化物等。 例如，每年花费大量资源和能源生产的钢铁，例如，每年花费大量资源和能源生产的钢铁，有有40%左右被腐蚀，而腐蚀后完全变成铁锈不能左右被腐蚀，而腐蚀后完全变成铁锈不能再利用的约为再利用的约为10%。我国每年腐蚀掉的不
17、能回收。我国每年腐蚀掉的不能回收利用的钢铁达利用的钢铁达1000多万吨，大致相当于宝山钢铁多万吨，大致相当于宝山钢铁厂一年的产量。因而会加速自然资源的损耗，这厂一年的产量。因而会加速自然资源的损耗，这是不可逆转的。是不可逆转的。2022-6-729第一章第一章 绪论绪论 1-2 腐蚀的定义和分类腐蚀的定义和分类1-2-1 什么是腐蚀？什么是腐蚀？ 对于对于“腐蚀腐蚀”一词，人们并不陌生。一词，人们并不陌生。 辞海辞海汇集了汇集了“腐蚀腐蚀”在医学、人品、物质在医学、人品、物质三方面的含义：三方面的含义： “在医学方面，有某些化学物质或药物引起的在医学方面，有某些化学物质或药物引起的组织破坏现象
18、，也称作腐蚀组织破坏现象，也称作腐蚀”。 “比喻坏的思想、环境使人逐渐蜕变堕落的恶比喻坏的思想、环境使人逐渐蜕变堕落的恶影响影响”，叫做腐蚀。，叫做腐蚀。 “物质的表面因发生化学或电化学反应而受到物质的表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象破坏的现象”，叫作腐蚀。，叫作腐蚀。2022-6-730第一章第一章 绪论绪论 英国著名腐蚀科学家伊文思英国著名腐蚀科学家伊文思(Evans)提出提出 ： “金属腐蚀是金属从元素态转变为化合金属腐蚀是金属从元素态转变为化合态的化学变化及电化学变化态的化学变化及电化学变化”。 物理化学及统计力学中，研究的对象叫物理化学及统计力学中，研究的对象叫做系统，系统
19、以外的部分叫做环境。某做系统，系统以外的部分叫做环境。某“事件事件”可定义为可定义为“系统系统”与与“环境环境”作作用的用的“现象现象”。腐蚀可表述为：。腐蚀可表述为： “物质（或材料）的腐蚀时物质（或材物质（或材料）的腐蚀时物质（或材料）受环境介质的化学或电化学作用而破料）受环境介质的化学或电化学作用而破坏的现象坏的现象”。2022-6-731第一章第一章 绪论绪论 这样，材料腐蚀的各个要素可用下列框图表示：这样，材料腐蚀的各个要素可用下列框图表示：(1)环境环境(a)介质介质(b)能量能量(2)材料材料(3)作用作用(a)化学化学(b)物理物理(4)破坏破坏害害利利外因外因内因内因变化变化
20、效应效应2022-6-732第一章第一章 绪论绪论 目前，广泛理解和接受的材料目前，广泛理解和接受的材料腐蚀的定义是：腐蚀的定义是： 材料腐蚀是材料受环境介质的材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象。化学作用而破坏的现象。即上述框图中：即上述框图中：(1a)(2)(3a)(4)2022-6-733第一章第一章 绪论绪论 腐蚀的定义：腐蚀的定义： 材料腐蚀是材料受环境介质的材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象。化学作用而破坏的现象。 或者：或者： 材料腐蚀是材料受环境介质的材料腐蚀是材料受环境介质的化学或电化学作用而破坏的现象。化学或电化学作用而破坏的现象。2022-6-734
21、第一章第一章 绪论绪论 1-2-2 腐蚀类型腐蚀类型 1. 依据环境介质划分依据环境介质划分 （1） 自然环境腐蚀自然环境腐蚀 （2） 工业环境腐蚀工业环境腐蚀 两者还可以根据具体介质特性在细分，两者还可以根据具体介质特性在细分，比如，自然环境腐蚀可分为大气、土壤、比如，自然环境腐蚀可分为大气、土壤、海水腐蚀三种。海水腐蚀三种。2022-6-735第一章第一章 绪论绪论 2. 依据受腐蚀材料的类型划分依据受腐蚀材料的类型划分 （1） 金属腐蚀金属腐蚀 （2） 非金属材料腐蚀非金属材料腐蚀 3. 依据腐蚀机理划分依据腐蚀机理划分 （1） 化学腐蚀化学腐蚀 （2） 电化学腐蚀电化学腐蚀2022-6
22、-736第一章第一章 绪论绪论 在化学、电化学腐蚀中，根据介质的不在化学、电化学腐蚀中，根据介质的不同可分为：同可分为：1气体腐蚀气体腐蚀2非电解液中腐蚀非电解液中腐蚀3大气腐蚀大气腐蚀4土壤腐蚀土壤腐蚀5电解液中腐蚀电解液中腐蚀化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀 在上述五种介质中，还会有其它因素影响到腐蚀在上述五种介质中，还会有其它因素影响到腐蚀的发生，形成如下五种其他因素作用下的腐蚀类型：的发生，形成如下五种其他因素作用下的腐蚀类型：2022-6-737第一章第一章 绪论绪论 在气体、液体、土壤等五种介质中，在外部在气体、液体、土壤等五种介质中，在外部电流、应力、生物作用等因素影响下的腐
23、蚀：电流、应力、生物作用等因素影响下的腐蚀：6外部电流腐蚀外部电流腐蚀7接触腐蚀接触腐蚀8应力腐蚀应力腐蚀9摩擦腐蚀摩擦腐蚀10生物腐蚀生物腐蚀2022-6-738第一章 绪论 腐蚀分类框图：电化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀54321液体液体土壤土壤大气大气电解液电解液非电解液非电解液液体液体气体气体109876细菌细菌摩擦摩擦应力应力接触接触电流电流其它因素其它因素 介介 质质 类类 型型2022-6-739第一章 绪论 4. 依据腐蚀的形态划分依据腐蚀的形态划分 （1） 普遍性腐蚀普遍性腐蚀 腐蚀分布在整个金属的表面，可以是腐蚀分布在整个金属的表面，可以是均匀的，也可以是不均匀的。在均
24、匀的普均匀的，也可以是不均匀的。在均匀的普遍性腐蚀情况下，依据腐蚀速率可进行相遍性腐蚀情况下，依据腐蚀速率可进行相关金属构件的设计。关金属构件的设计。2022-6-740第一章第一章 绪论绪论 （2） 局部腐蚀局部腐蚀 腐蚀出现在金属的局部区域，腐蚀出现在金属的局部区域， 可以是可以是部位的，也可以是成分的。部位的，也可以是成分的。 部位的，表现为：脓疮、斑点、点、焊部位的，表现为：脓疮、斑点、点、焊接区、表面下、晶间腐蚀。接区、表面下、晶间腐蚀。 成分的，主要以失去金属中的某种元素成分的，主要以失去金属中的某种元素造成腐蚀破坏。如黄铜脱锌破坏；铸铁石造成腐蚀破坏。如黄铜脱锌破坏；铸铁石墨化；
25、等。墨化；等。2022-6-741第一章第一章 绪论绪论 （3） 应力腐蚀开裂（断裂）应力腐蚀开裂（断裂） 应力与腐蚀的协同作用，导致材料的开应力与腐蚀的协同作用，导致材料的开裂及断裂。裂及断裂。 长输油气管道。长输油气管道。2022-6-742第一章第一章 绪论绪论 1-3 腐蚀科学的任务和内容腐蚀科学的任务和内容 在自然界中，大多数金属通常以矿石形式存在自然界中，大多数金属通常以矿石形式存在，即以化合态形式存在，如铁矿在，即以化合态形式存在，如铁矿Fe2O3的形的形式存在。而铁的腐蚀产物式存在。而铁的腐蚀产物铁锈的主要成分为铁锈的主要成分为Fe2O3。大家都知道炼铁的过程（即。大家都知道炼
26、铁的过程（即Fe2O3Fe）需要大量的能量，其相反的是铁的腐蚀过程（即需要大量的能量，其相反的是铁的腐蚀过程（即Fe Fe2O3），这是铁恢复到它的自然状态的过），这是铁恢复到它的自然状态的过程。程。用下式表示：用下式表示： Fe Fe2O3自发自发能量能量2022-6-743第一章第一章 绪论绪论 19世纪，赫胥黎在捍卫达尔文的进化论世纪，赫胥黎在捍卫达尔文的进化论时，对于宇宙过程（即自然过程）说了一段时，对于宇宙过程（即自然过程）说了一段精辟而富有哲理的话：精辟而富有哲理的话： “大自然常常有这样一种倾向，就是讨大自然常常有这样一种倾向，就是讨回她的儿子回她的儿子人人从她那里借去而加以从她
27、那里借去而加以安排的、不为普遍的宇宙过程所赞同的东安排的、不为普遍的宇宙过程所赞同的东西西”。2022-6-744第一章第一章 绪论绪论 金属以其金属以其“物美价廉物美价廉”吸引着人们对金吸引着人们对金属的青睐，我们离不开金属。属的青睐，我们离不开金属。 金属从自然中获取，由自发地因腐蚀而金属从自然中获取，由自发地因腐蚀而消耗消耗回归于自然。回归于自然。 正是人们对金属的追求，以及金属将自正是人们对金属的追求，以及金属将自发毁损、消耗的属性，我们不得不研究金发毁损、消耗的属性，我们不得不研究金属的腐蚀行为，探索有效的防腐蚀措施。属的腐蚀行为，探索有效的防腐蚀措施。 金属腐蚀已由专题研究总结出理
28、论。命金属腐蚀已由专题研究总结出理论。命名多样：名多样：“腐蚀与腐蚀控制腐蚀与腐蚀控制”、“腐蚀科腐蚀科学与工程学与工程”、“腐蚀金属学腐蚀金属学”、“腐蚀科腐蚀科学学”，等等。，等等。2022-6-745第一章第一章 绪论绪论 1-3-1 腐蚀科学的任务腐蚀科学的任务 （1） 研究金属与环境相互作用而使金属研究金属与环境相互作用而使金属发生的破坏；发生的破坏； （2）研究破坏的现象、过程、机理和规）研究破坏的现象、过程、机理和规律；律； （3）提出防腐蚀的原理和在各种环境条）提出防腐蚀的原理和在各种环境条件下防腐蚀的方法和措施；件下防腐蚀的方法和措施； （4）为金属材料的合理使用提供理论依）
29、为金属材料的合理使用提供理论依据。据。2022-6-746第一章第一章 绪论绪论 1-3-2 腐蚀科学的内容腐蚀科学的内容 金属腐蚀与防护的内容图示：金属腐蚀与防护的内容图示：金 属金 属腐 蚀腐 蚀与 防与 防护护腐蚀科学腐蚀科学腐蚀防护腐蚀防护高温腐蚀高温腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀电化学保护电化学保护环境处理环境处理覆盖层保护覆盖层保护气体介质腐蚀气体介质腐蚀液体介质腐蚀液体介质腐蚀固体介质腐蚀固体介质腐蚀2022-6-747第一章第一章 绪论绪论参考书：参考书：金属腐蚀理论及应用金属腐蚀理论及应用 魏宝明魏宝明 主编主编金属腐蚀学金属腐蚀学 朱日彰朱日彰 等等 编写编写腐蚀电化学原理腐蚀电
30、化学原理 曹楚南曹楚南 编著编著腐蚀工程腐蚀工程 M.G.方坦纳方坦纳, N.D.格林格林 著著 左景伊左景伊 译译管线腐蚀控制管线腐蚀控制 A.W.皮博迪皮博迪 （原著）（原著） R.L.比安切蒂（主编）比安切蒂（主编） 2022-6-748第一章第一章 绪论绪论国内主要专业杂志国内主要专业杂志 中国腐蚀与防护学报中国腐蚀与防护学报 腐蚀与防护腐蚀与防护 腐蚀科学与防护技术腐蚀科学与防护技术 材料保护材料保护 表面技术表面技术 全面腐蚀控制全面腐蚀控制 四川化工与腐蚀控制四川化工与腐蚀控制2022-6-749第一章第一章 绪论绪论国外主要专业杂志国外主要专业杂志CorrosionMateri
31、al Performance National Association of Corrosion Engineers ， NACE（美国腐蚀工程（美国腐蚀工程 师协会）师协会）Corrosion ScienceBritish Corrosion Journal2022-6-750第一章第一章 绪论绪论第一章结束第一章结束2022-6-751中国石油大学材料物理系中国石油大学材料物理系版权所有：中国石油大学材料物理系版权所有：中国石油大学材料物理系 Copyright 2007 China University of Petroleum. All rights reserved.2022-6-7
32、52第二章 腐蚀破坏形式2-1 金属局部腐蚀金属局部腐蚀 本章主要内容本章主要内容2-2 金属在各种介质中腐蚀金属在各种介质中腐蚀 2022-6-753第二章 腐蚀破坏形式2-1 金属的局部腐蚀金属的局部腐蚀 局部腐蚀是指金属表面局部区域的腐蚀破局部腐蚀是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。 主要类型：主要类型： 电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、缝电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、隙腐蚀、小孔腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、氢损伤氢损伤
33、。2022-6-754第二章 腐蚀破坏形式 发生局部腐蚀的条件发生局部腐蚀的条件 （1） 金属方面或溶液方面存在较大的电金属方面或溶液方面存在较大的电化学不均一性，因而形成了可以明确区化学不均一性，因而形成了可以明确区分的阳极区和阴极区，它们遵循不同的分的阳极区和阴极区，它们遵循不同的电化学反应规律。电化学反应规律。 （2） 阳极区和阴极区的电化学条件差异阳极区和阴极区的电化学条件差异在腐蚀过程中一直保持下去，不会减弱，在腐蚀过程中一直保持下去，不会减弱，甚至还会不断强化，使某些局部区域的甚至还会不断强化，使某些局部区域的阳极溶解速度一直保持高于其余表面。阳极溶解速度一直保持高于其余表面。这是
34、局部腐蚀能够持续进行这是局部腐蚀能够持续进行(发展发展)的条件。的条件。 2022-6-755第二章 腐蚀破坏形式 2-1-1 电偶腐蚀电偶腐蚀 1、发生电偶腐蚀的几种情况、发生电偶腐蚀的几种情况(1) 异金属异金属(包括导电的非金属材料，如石墨包括导电的非金属材料，如石墨)部件的组合。部件的组合。 (2) 金属镀层。金属镀层。 (3) 金属表面的导电性非金属膜。金属表面的导电性非金属膜。 (4) 气流或液流带来的异金属沉积，也会导气流或液流带来的异金属沉积，也会导致电偶腐蚀问题。致电偶腐蚀问题。 2022-6-756第二章 腐蚀破坏形式 2 2、电偶腐蚀的影响因素、电偶腐蚀的影响因素 （1）
35、腐蚀电位差）腐蚀电位差 表示电偶腐蚀的倾向。表示电偶腐蚀的倾向。 两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差愈大，组成电偶对时阳极金属受到加速腐愈大，组成电偶对时阳极金属受到加速腐蚀破坏的可能性愈大。蚀破坏的可能性愈大。 将各种金属材料在某种环境中的腐蚀将各种金属材料在某种环境中的腐蚀电位测量出来，并把它们从低到高排列，电位测量出来，并把它们从低到高排列，便得到所谓电偶序便得到所谓电偶序(galvanic series) 。2022-6-757第二章 腐蚀破坏形式一些工业金属和合金在海水中的电偶序一些工业金属和合金在海水中的电偶序铂铂金金石墨石墨钛钛银银Chlorim
36、et 3(62Ni,18Cr,18Mo)Hastelloy C (62Ni,17Cr,15Mo)18-8Mo不锈钢不锈钢(钝态钝态)18-8不锈钢不锈钢(钝态钝态)1130%Cr不锈钢不锈钢(钝态钝态)Inconel(80Ni,13Cr,7Fe)(钝态钝态)镍镍(钝态钝态)银焊药银焊药Monel(70Ni,32Cu)铜镍合金铜镍合金(6090Cu,4011Ni)青铜青铜铜铜黄铜黄铜阴极性阴极性阳极性阳极性Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe)Hastelloy B (60Ni,30Mo,6Fe,1Mn)Inconel(活态活态)镍镍(活态活态)锡锡铅铅铅铅-锡焊药锡焊药18-8钼不
37、锈钢钼不锈钢(活态活态)18-8不锈钢不锈钢(活态活态)高镍铸铁高镍铸铁13%Cr不锈钢不锈钢铸铁铸铁钢或铁钢或铁2024铝铝(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu)镉镉工业纯铝工业纯铝(1100)锌锌镁和镁合金镁和镁合金2022-6-758第二章 腐蚀破坏形式（2 2） 极化性能极化性能 一般说来，在阴极性金属一般说来，在阴极性金属M1上去极上去极化剂还原反应愈容易进行，即阴极反应化剂还原反应愈容易进行，即阴极反应极化性能愈弱，阳极性金属极化性能愈弱，阳极性金属M2的电偶的电偶腐蚀效应愈大，造成的破坏愈严重。腐蚀效应愈大，造成的破坏愈严重。 析氢腐蚀析氢腐蚀 、吸氧腐蚀、吸氧腐蚀 。2022-
38、6-759第二章 腐蚀破坏形式（3）阴、阳极表面面积比）阴、阳极表面面积比S1/S2 随着阴极性金属随着阴极性金属M1面积增大，阳极面积增大，阳极性金属性金属M2的电偶电流密度增大，电偶腐的电偶电流密度增大，电偶腐蚀破坏加重。蚀破坏加重。 所以，大阴极小阳极的电偶组合是很所以，大阴极小阳极的电偶组合是很有害的，应当避免。有害的，应当避免。（4）溶液导电性）溶液导电性 溶液导电性对电偶电流的分布有很大溶液导电性对电偶电流的分布有很大的影响。的影响。 2022-6-760第二章 腐蚀破坏形式 3、电偶腐蚀防护措施、电偶腐蚀防护措施 (1) 要求避免异金属相接触或尽量采用电偶要求避免异金属相接触或尽
39、量采用电偶序中位置相近的材料搭配。序中位置相近的材料搭配。 (2) 在结构上切忌组成大阴极小阳极的面积在结构上切忌组成大阴极小阳极的面积比。比。 (3) 在异金属接触要采用绝缘措施。在异金属接触要采用绝缘措施。 (4) 设计时尽量使阳极的部件容易更换或加设计时尽量使阳极的部件容易更换或加大尺寸来延长寿命。大尺寸来延长寿命。 (5) 采用缓蚀剂或连上一块更活泼的金属进采用缓蚀剂或连上一块更活泼的金属进行保护。行保护。 2022-6-761第二章 腐蚀破坏形式 2-1-2 孔蚀孔蚀 孔蚀即小孔腐蚀，亦称点蚀。孔蚀即小孔腐蚀，亦称点蚀。 若金属大部分表面不发生腐蚀（或腐蚀若金属大部分表面不发生腐蚀（
40、或腐蚀轻微）只在金属表面的局部区域产生向深轻微）只在金属表面的局部区域产生向深处发展的小孔的腐蚀状态叫孔蚀。处发展的小孔的腐蚀状态叫孔蚀。 孔蚀破坏形态是金属表面局部位置形成孔蚀破坏形态是金属表面局部位置形成蚀孔或蚀坑，一般孔深大于孔径。蚀孔或蚀坑，一般孔深大于孔径。 2022-6-762第二章 腐蚀破坏形式 1、孔蚀的破坏特征、孔蚀的破坏特征 (1) 破坏高度集中破坏高度集中 (2) 蚀孔的分布不均匀蚀孔的分布不均匀(3) 蚀孔通常沿重力方向发展蚀孔通常沿重力方向发展 (4) 蚀孔口很小，而且往往覆盖有固体沉积蚀孔口很小，而且往往覆盖有固体沉积 物，物，因此不易发现。因此不易发现。 (5)
41、孔蚀发生有或长或短的孕育期孔蚀发生有或长或短的孕育期(或诱导期或诱导期)。 2022-6-763第二章 腐蚀破坏形式 2 2、孔蚀的引发、孔蚀的引发 孔蚀的形成可分为引发和成长孔蚀的形成可分为引发和成长(发展发展)两个阶两个阶段。段。 在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位置上形成，这些敏感位置置上形成，这些敏感位置(即腐蚀活性点即腐蚀活性点)包括：包括： (1) 晶界晶界(特别是有碳化物析出的晶界特别是有碳化物析出的晶界)，晶格缺，晶格缺陷陷 。(2) 非金属夹杂，特别是硫化物非金属夹杂，特别是硫化物,如如FeS、MnS，是最为敏感的活性点。是最为敏感的
42、活性点。 (3) 钝化膜的薄弱点钝化膜的薄弱点(如位错露头、划伤等如位错露头、划伤等)。 2022-6-764第二章 腐蚀破坏形式Fe2+CC间或有间或有C结晶结晶含含的酸的酸性氯化物溶液性氯化物溶液n2（）（）多孔锈层多孔锈层O 中性充气氯化钠溶液中性充气氯化钠溶液 因析氢偶而将锈层冲破因析氢偶而将锈层冲破 - 起源于硫化物夹杂的碳钢孔蚀机理示意图起源于硫化物夹杂的碳钢孔蚀机理示意图2022-6-765第二章 腐蚀破坏形式金属孔蚀的电化学条件金属孔蚀的电化学条件 金属在介质中必须达到某一临界电位金属在介质中必须达到某一临界电位即孔蚀电位或击穿电位即孔蚀电位或击穿电位Ebr才能发生孔蚀。才能发
43、生孔蚀。 EbrEcEopipiciE活化腐蚀（全面）活化腐蚀（全面）过钝腐蚀（全面）过钝腐蚀（全面）Cl-存在时局部腐蚀（孔蚀）存在时局部腐蚀（孔蚀）击穿电位击穿电位过钝电位过钝电位2022-6-766第二章 腐蚀破坏形式 3 3、孔蚀的影响因素、孔蚀的影响因素 （1）金属材料）金属材料 能够鈍化的金属容易发生孔蚀，能够鈍化的金属容易发生孔蚀，故不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高。故不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高。金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。孔蚀最容易发生在钝态不稳定的金属孔蚀最容易发生在钝态不稳定的金属表面。表面。 对不锈钢，对不锈钢，Cr、Mo和和N有利于提高
44、有利于提高抗孔蚀能力。抗孔蚀能力。 2022-6-767第二章 腐蚀破坏形式 （2） 环境环境 活性离子能破坏钝化膜，引发孔蚀。活性离子能破坏钝化膜，引发孔蚀。 一般认为，金属发生孔蚀需要一般认为，金属发生孔蚀需要 Cl- 浓度浓度达到某个最低值达到某个最低值(临界氯离子浓度临界氯离子浓度)。这个临。这个临界氯离子浓度可以作为比较金属材料耐蚀界氯离子浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界氯离子浓度高，金性能的一个指标，临界氯离子浓度高，金属耐孔蚀性能好属耐孔蚀性能好 。 缓蚀性阴离子缓蚀性阴离子 缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生。缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生。 2022-6-768第
45、二章 腐蚀破坏形式 （3） pH值值 在较宽的在较宽的pH值范围内，孔蚀电位值范围内，孔蚀电位Ebr与溶与溶液液pH值关系不大。当值关系不大。当pH10，随，随pH值升高，值升高，孔蚀电位增大，即在碱性溶液中，金属孔蚀倾孔蚀电位增大，即在碱性溶液中，金属孔蚀倾向较小。向较小。 （4） 温度温度 温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温度低于某个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度低于某个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度称为临界孔蚀温度度称为临界孔蚀温度(CPT) ，CPT愈高，则金愈高，则金属耐孔蚀性能愈好。属耐孔蚀性能愈好。 2022-6-769第二章 腐蚀破坏形式
46、（5） 流动状态流动状态 在流动介质中金属不容易发生孔蚀，而在流动介质中金属不容易发生孔蚀，而在停滞液体中容易发生，这是因为介质流在停滞液体中容易发生，这是因为介质流动有利于消除溶液的不均匀性，所以输送动有利于消除溶液的不均匀性，所以输送海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水排尽。排尽。 2022-6-770第二章 腐蚀破坏形式 4、防止孔蚀的措施、防止孔蚀的措施 (1) 研制和选择耐孔蚀的合金，如在奥氏体不锈钢研制和选择耐孔蚀的合金，如在奥氏体不锈钢中添加一定的氮或提高钼的含量即可改善耐蚀的中添加一定的氮或提高钼的含量即可改善耐蚀的性能。性能。 (2) 降低
47、介质中降低介质中Cl-及氧化剂的含量，并使其浓度均及氧化剂的含量，并使其浓度均匀。匀。 (3) 加入缓蚀剂。加入缓蚀剂。 (4) 降低介质温度，温度升高可使孔蚀电位明显降降低介质温度，温度升高可使孔蚀电位明显降低使孔蚀加速。低使孔蚀加速。 (5) 用阴极保护方法使金属的电极电位低于临界用阴极保护方法使金属的电极电位低于临界孔蚀电位。孔蚀电位。2022-6-771第二章 腐蚀破坏形式 2-1-3 缝隙腐蚀缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是指腐蚀破坏发生在金属表面上的缝隙腐蚀是指腐蚀破坏发生在金属表面上的缝隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态可以是缝隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态可以是蚀孔，蚀坑，也可能是全面
48、腐蚀。蚀孔，蚀坑，也可能是全面腐蚀。 缝隙种类缝隙种类 ：(1) 机器和设备上的结构缝隙机器和设备上的结构缝隙 (2) 固体沉积固体沉积(泥沙、腐蚀产物等泥沙、腐蚀产物等)形成的缝隙。形成的缝隙。 (3) 金属表面的保护模金属表面的保护模 (如瓷漆、清漆、磷化层、如瓷漆、清漆、磷化层、金属涂层金属涂层)与金属基体之间形成的缝隙。与金属基体之间形成的缝隙。 2022-6-772第二章 腐蚀破坏形式 造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝，一般认为其尺造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝，一般认为其尺寸在寸在0.025 0.1毫米范围。毫米范围。 宽度太小则溶液不能进入，不会造成缝内腐宽度太小则溶液不能进入，不会造成缝内腐
49、蚀；宽度太大则不会造成物质迁移困难，缝内腐蚀；宽度太大则不会造成物质迁移困难，缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。蚀和缝外腐蚀无大的差别。 影响因素：影响因素：（1）金属材料）金属材料 几乎所有的金属材料都会发生缝隙腐蚀，钝态几乎所有的金属材料都会发生缝隙腐蚀，钝态的金属对缝隙腐蚀最为敏感的金属对缝隙腐蚀最为敏感 。（2）环境）环境 几乎所有溶液中都能发生缝隙腐蚀，以含溶解氧几乎所有溶液中都能发生缝隙腐蚀，以含溶解氧的中性氯化物溶液最常见的中性氯化物溶液最常见 。 评定方法评定方法 （同孔蚀）（同孔蚀） 2022-6-773第二章 腐蚀破坏形式 闭塞腐蚀电池理论闭塞腐蚀电池理论 闭塞电池的概念：闭塞
50、电池的概念： 由于闭塞的几何条件（缝隙、孔蚀、由于闭塞的几何条件（缝隙、孔蚀、裂纹）造成溶液的停滞状态，使物质的迁裂纹）造成溶液的停滞状态，使物质的迁移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化，移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化，闭塞区内外电化学条件形成很大的差异，闭塞区内外电化学条件形成很大的差异，结果闭塞区内金属表面发生活性溶解腐蚀，结果闭塞区内金属表面发生活性溶解腐蚀，使孔蚀和缝隙腐蚀以很大的速度扩展。使孔蚀和缝隙腐蚀以很大的速度扩展。2022-6-774第二章 腐蚀破坏形式闭塞腐蚀电池的工作过程闭塞腐蚀电池的工作过程 （1）缝隙内氧的贫乏）缝隙内氧的贫乏 由于缝隙内贫氧，缝隙内外形成氧浓差由于
