1、12 2.1金属腐蚀的定义金属腐蚀的定义 材料腐蚀材料腐蚀 材料受环境介质的化学、电化学或物理作用而破坏的现象。材料受环境介质的化学、电化学或物理作用而破坏的现象。金属腐蚀金属腐蚀 金属和它所处的环境介质之间发生金属和它所处的环境介质之间发生化学化学或或电化学电化学作用而作用而引起的变质和破坏称为金属腐蚀，同时包括上述因素与机械引起的变质和破坏称为金属腐蚀，同时包括上述因素与机械因素或生物因素的共同作用。因素或生物因素的共同作用。不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴，例如钢不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴，例如钢索断裂，这是材料本身性能的失效。索断裂，这是材料本身性能的失效。腐蚀的
2、定义及分类腐蚀的定义及分类32.2 金属发生腐蚀的特点金属发生腐蚀的特点(帮助我们判断腐蚀状况帮助我们判断腐蚀状况)破坏总是从金属表面逐渐向内部深入（因金属腐蚀的过破坏总是从金属表面逐渐向内部深入（因金属腐蚀的过程发生在金属与介质面上的多相反应）程发生在金属与介质面上的多相反应）金属在发生腐蚀过程时，一般也同时发生外貌变化（如金属在发生腐蚀过程时，一般也同时发生外貌变化（如疡斑、小孔、表面有腐蚀产物、金属材料变薄）疡斑、小孔、表面有腐蚀产物、金属材料变薄）金属的机械性能，组织结构发生变化（如金属变脆，强金属的机械性能，组织结构发生变化（如金属变脆，强度降低，金属组织结构发生相变）度降低，金属组
3、织结构发生相变）金属还没有腐蚀到严重变质的程度，但足以造成设备事金属还没有腐蚀到严重变质的程度，但足以造成设备事故或损坏故或损坏 腐蚀的定义及分类腐蚀的定义及分类42.3 金属腐蚀环境金属腐蚀环境 腐蚀的实质腐蚀的实质金属材料和环境的反应过程金属材料和环境的反应过程 材料所处的介质、温度、压力材料所处的介质、温度、压力 几乎所有介质都有一定的腐蚀几乎所有介质都有一定的腐蚀 一般：温度和压力升高会使腐蚀加剧，介质一般：温度和压力升高会使腐蚀加剧，介质的流速也是影响腐蚀的重要因素的流速也是影响腐蚀的重要因素。腐蚀的定义及分类腐蚀的定义及分类52.4 金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类 按腐蚀机理按腐蚀机
4、理 电化学腐蚀电化学腐蚀金属与介质发生电金属与介质发生电 化学反应的腐蚀化学反应的腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀发生化学反应的腐蚀发生化学反应的腐蚀 腐蚀的定义及分类腐蚀的定义及分类6按腐蚀形态划分按腐蚀形态划分全面腐蚀全面腐蚀（General Corrosion）腐蚀分布在整个金属表面上（均匀腐蚀分布在整个金属表面上（均匀/不均匀不均匀)局部腐蚀局部腐蚀(Localized Corrosion）腐蚀主要集中在金属表面某一区域腐蚀主要集中在金属表面某一区域点蚀（点蚀（Pitting）电偶腐蚀（电偶腐蚀（Galvanic corrosion）氢脆氢脆 应力腐蚀开裂（应力腐蚀开裂（SCC）晶间腐蚀晶间腐蚀
5、选择性腐蚀（选择性腐蚀（Selective leaching)等等金属腐蚀的的分类金属腐蚀的的分类7图图2.1 2.1 腐蚀形态示意图腐蚀形态示意图按腐蚀形态分类按腐蚀形态分类 发生在金属表面局部区域，点蚀形成后迅发生在金属表面局部区域，点蚀形成后迅速向深处发展，最后穿透金属。出现后就及时速向深处发展，最后穿透金属。出现后就及时磨光或涂漆，避免进一步深入。不锈钢，铝及磨光或涂漆，避免进一步深入。不锈钢，铝及其合金，钛及其合金在氯离子介质中易发生。其合金，钛及其合金在氯离子介质中易发生。腐蚀作用以基本相同的速度在整个金属表面同时腐蚀作用以基本相同的速度在整个金属表面同时进行。危害性小，可估计腐蚀
6、速度。例：碳钢在强酸进行。危害性小，可估计腐蚀速度。例：碳钢在强酸中的腐蚀中的腐蚀在金属材料晶界部位的腐蚀。腐蚀沿晶间进行，使晶在金属材料晶界部位的腐蚀。腐蚀沿晶间进行，使晶粒之间的结合力大大削弱，机械强度急剧降低。不锈粒之间的结合力大大削弱，机械强度急剧降低。不锈钢，铝镁合金。钢，铝镁合金。材料在静拉伸应力与腐蚀介质作用下材料在静拉伸应力与腐蚀介质作用下发生的破坏现象。主要是晶间，脆断。也发生的破坏现象。主要是晶间，脆断。也有穿晶。在氮化物，碱性氮氧化物或其它有穿晶。在氮化物，碱性氮氧化物或其它水溶性介质中常有发生。水溶性介质中常有发生。电解质溶液中，不同的金属接触时，由于腐蚀电电解质溶液中
7、，不同的金属接触时，由于腐蚀电位差引起电位低的金属在接触部位腐蚀的现象。位差引起电位低的金属在接触部位腐蚀的现象。如碳钢与黄铜在海水中接触。如碳钢与黄铜在海水中接触。金属在交变应力和腐蚀介质的作用下发生。产生金属在交变应力和腐蚀介质的作用下发生。产生腐蚀坑和大量裂纹，显著降低钢的疲劳强度腐蚀坑和大量裂纹，显著降低钢的疲劳强度 8图图2.2 2.2 点蚀照片点蚀照片点蚀（点蚀（Pitting）又称小孔腐蚀。这种破坏又称小孔腐蚀。这种破坏常集中在某些活性点上，并向常集中在某些活性点上，并向金属内部深处发展，通常其腐金属内部深处发展，通常其腐蚀深度大于其孔径，严重时可蚀深度大于其孔径，严重时可使金属
8、穿孔。如不锈钢在含有使金属穿孔。如不锈钢在含有氯离子的溶液中常呈现这种破氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。坏形式。局部腐蚀局部腐蚀9应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking)它在局部腐蚀中居首它在局部腐蚀中居首位。根据腐蚀介质的性质位。根据腐蚀介质的性质和应力状态的不同，裂纹和应力状态的不同，裂纹特征会有所不同，显微裂特征会有所不同，显微裂纹呈穿晶、晶界或两者混纹呈穿晶、晶界或两者混合形式，裂纹呈树枝状，合形式，裂纹呈树枝状，其走向与所受拉应力的方其走向与所受拉应力的方向垂直。向垂直。钢制轻烃罐的腐蚀开裂钢制轻烃罐的腐蚀开裂局部腐蚀局部腐蚀10氢脆（氢脆（H
9、ydrogen embitterment）在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子可在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发生脆裂。渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发生脆裂。如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。局部腐蚀局部腐蚀11按腐蚀温度划分按腐蚀温度划分低温腐蚀低温腐蚀高温腐蚀高温腐蚀按腐蚀介质的状态划分按腐蚀介质的状态划分干腐蚀干腐蚀一般为化学腐蚀一般为化学腐蚀 湿腐蚀湿腐蚀一般为电化学腐蚀一般为电化学腐蚀金属腐蚀的的分类金属腐蚀的的分类12按腐蚀介质的种类划分按腐蚀介质的种类
10、划分化学介质腐蚀化学介质腐蚀 大气腐蚀大气腐蚀 海水腐蚀海水腐蚀土壤腐蚀土壤腐蚀 工业水腐蚀工业水腐蚀 高温腐蚀高温腐蚀液态金属腐蚀液态金属腐蚀 熔盐腐蚀熔盐腐蚀 燃气腐蚀燃气腐蚀 重点讨论：按作用原理划分重点讨论：按作用原理划分化学腐蚀化学腐蚀(气体腐蚀、在非电解质溶液中的腐蚀）气体腐蚀、在非电解质溶液中的腐蚀）电化学腐蚀（一个短路的原电池电极反应的结果）电化学腐蚀（一个短路的原电池电极反应的结果）金属腐蚀的的分类金属腐蚀的的分类13 化学腐蚀化学腐蚀 金属的化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯金属的化学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。化学作用而引起的破坏。化学
11、腐蚀是在一定的条件下，非化学腐蚀是在一定的条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，即氧电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，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。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金反应点上完成的。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行，因而没有电流发生。过去，普属与氧化剂之间直接进行，因而没有电流发生。过去，普遍的观点认为，金属的高温氧化属典型的化学腐蚀。遍的观点认为，金属的高温氧化属典型的化学腐蚀。按作用原理分类按作用原理分类14电化学腐蚀电化学腐蚀 电
12、化学腐蚀指金属与电解质因发生电化学反应而产生电化学腐蚀指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并与流过金属内部的电有一个阳极反应和一个阴极反应，并与流过金属内部的电子流和介质中定向迁移的离子联系在一起。子流和介质中定向迁移的离子联系在一起。阳极反应阳极反应是金是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程。程。阴极反应阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原过程。
13、还原过程。按作用原理分类按作用原理分类15电化学腐蚀的特点：电化学腐蚀的特点：介质为离子导电的电解质。介质为离子导电的电解质。金属电解质界面反应过程必须包括电子和离子在金属电解质界面反应过程必须包括电子和离子在界面上的转移。界面上的转移。界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化和还原过程。和还原过程。电流的产生。电流的产生。按作用原理分类按作用原理分类162.5 金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法2.5.1均匀腐蚀的腐蚀速度均匀腐蚀的腐蚀速度 均匀腐蚀或全面腐蚀程度一般采用均匀腐蚀或全面腐蚀程度一般采用平均腐蚀速率平均腐蚀速率表示。表示
14、。平均腐蚀速率又有平均腐蚀速率又有腐蚀率腐蚀率和和侵蚀率侵蚀率两种表达方法。单位时两种表达方法。单位时间内单位面积上的腐蚀量称为腐蚀率间内单位面积上的腐蚀量称为腐蚀率(重量法，厚度法）；重量法，厚度法）；单位时间内侵入的深度称为侵蚀率。单位时间内侵入的深度称为侵蚀率。AtWWV1金属试件的初始重量，金属试件的初始重量，g消除腐蚀产物后的金属试件重量，消除腐蚀产物后的金属试件重量，g腐蚀进行的时间，腐蚀进行的时间，h试件表面积，试件表面积，m2重量法重量法1 1：腐蚀的定义及分类腐蚀的定义及分类17AtWWV02带有腐蚀产物的金属试件经腐蚀后的重量，带有腐蚀产物的金属试件经腐蚀后的重量，g消除腐
15、蚀产物后的金属试件重量，消除腐蚀产物后的金属试件重量，g腐蚀进行的时间，腐蚀进行的时间，h试件表面积，试件表面积，m2重量法重量法2：金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法18厚度法厚度法：单位时间内单位面积耗损金属的厚度：单位时间内单位面积耗损金属的厚度 76.810100243652VVVt(mm/a)金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法19 用腐蚀电池中阳极金属的溶解表示，即：腐蚀电用腐蚀电池中阳极金属的溶解表示，即：腐蚀电流的大小能代表金属的腐蚀速度流的大小能代表金属的腐蚀速度 法拉第定律法拉第定律 FnSIAK3600腐蚀电流腐蚀电流A金属原子量金属原子量金属的表面积金
16、属的表面积m2金属溶解为离子价数金属溶解为离子价数法拉第常数法拉第常数 96.500腐蚀速度腐蚀速度（g/m2.h）金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法202.5.2 局部腐蚀的腐蚀速度局部腐蚀的腐蚀速度 局部腐蚀程度评定较为复杂，没有统一的定量评定标准。金属的局部腐蚀形式很多，反映在物理和机械性能方面的变化也各不相同。例如小孔腐蚀，只在小孔处反映出腐蚀深度的变化，而其他部位并无明显改变。又如晶间腐蚀，虽然金属的重量和外形尺寸并没有发生多大变化，但其机械强度却下降很大。金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法21 评价局部腐蚀不能用简单的重量变化或外形尺评价局部腐蚀不能用简单的重量
17、变化或外形尺寸的变化来进行评定，需要根据腐蚀形式采用合适寸的变化来进行评定，需要根据腐蚀形式采用合适的物理、机械性能变化指标来进行评定。目前对点的物理、机械性能变化指标来进行评定。目前对点蚀的评价采用点蚀密度、平均点蚀深度、最大点蚀蚀的评价采用点蚀密度、平均点蚀深度、最大点蚀深度等指标进行综合评价。晶间腐蚀和应力腐蚀则深度等指标进行综合评价。晶间腐蚀和应力腐蚀则采用腐蚀前后机械强度的损失来进行评定。采用腐蚀前后机械强度的损失来进行评定。局部腐蚀的腐蚀速率局部腐蚀的腐蚀速率22%100121强度降低率强度降低率 强度降低率，强度降低率，%金属材料腐蚀后的强度极限，金属材料腐蚀后的强度极限，MPa局部腐蚀的腐蚀速率局部腐蚀的腐蚀速率
