材料腐蚀理论---第一章-绪论概要

材料腐蚀理论参考资料1、魏宝明.金属腐蚀理论及应用.化学工业出版社，20012、何业东，材料腐蚀与防护概论，机械工业出版社，20053、翁永基.材料腐蚀通论,石油工业出版社，2004,4、刘道新.材料的腐蚀与防护,西北工业大学出版社,2006第一章绪论油泵腐蚀集输管线穿孔集输管线埋地弯头腐蚀轻烃站冷却器腐蚀油井管腐蚀一、腐蚀定义腐蚀(corrosion)源于拉丁文“corrdere”，意即“损坏”、“腐烂”20世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀狭义：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、环境及其构成的技术体系功能受到损伤（ISO8044-1999，GB/T10123）塑料发胀或开裂木头干裂或腐烂花岗岩风蚀水泥剥离脱落一、腐蚀定义泉州老君岩-风化水流多年腐蚀岩石形成的痕迹-土耳其浴场广义：材料与环境间发生化学或电化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现象材料：金属非金属高分子复合材料•腐蚀特征1）腐蚀指材料发生的现象：材料损伤2）腐蚀是一种材料和环境间的反应&电化学反应（大多数）&化学反应：Al在CCl4中的腐蚀&物理反应：金属在高温溶盐中的溶解3）腐蚀是材料的损伤&材料质量流失、强度退化&材料相、价态和组织变化4）腐蚀是逐渐发生的慢性过程二、腐蚀现象的特点1.自发性2.普遍性3.隐蔽性•自发性大多数腐蚀自发产生，不需要外力如钢铁腐蚀：腐蚀产物以水合氧化物为主，与自然界天然存在的铁矿石在结构上或形态上相似炼铁过程腐蚀过程钢铁矿石能级增大放出能量外加热、电能量二、腐蚀现象的特点1.自发性2.普遍性3.隐蔽性•普遍性•纯金属最低能级状态一般为其化合物（除Au、Pt）•普遍存在的空气和水是两类主要腐蚀环境（O2、H+）二、腐蚀现象的特点1.自发性2.普遍性3.隐蔽性•隐蔽性发展速度很慢不锈钢在海水中点蚀：10年孕育期表现形式很难被发现晶间腐蚀：表面光亮如新、内部漫布裂纹1）腐蚀的危害•材料腐蚀给国民经济带来巨大损失•腐蚀事故危及人身安全•腐蚀造成资源和能源的浪费•腐蚀引起环境污染三、研究腐蚀的意义•经济损失直接经济损失腐蚀造成的直接经济损失占国民生产总值的1—6%，全球每年因腐蚀造成的损失约7000亿美元中国：中国进口的石油管材每年花费约7亿美元，大部分因腐蚀而报废行业特点不同，经济损失有所差异。较严重部门：运输、海洋、建筑和石化每年仅腐蚀就造成经济损失：4%GDP材料服役失效造成的经济损失25-40%可以挽回2004年我国GDP＝13.7万亿元4%GDP损失＝5480亿元可挽回＝1360～2100亿元•交通运输钢轨的锈蚀、磨损机车底架：侧梁铆钉头被局部腐蚀穿透机车气缸：气缸套壁空泡腐蚀甚至穿透……带来极大的事故隐患!铁轨、机车部件的腐蚀和磨蚀飞机零部件的高温腐蚀和应力腐蚀船舶在海洋环境中的腐蚀海洋环境中：海水腐蚀介质、海洋大气腐蚀介质、海水冲刷、复杂波动载荷等船舶腐蚀：船体锈蚀、螺旋桨叶片电偶腐蚀、水线腐蚀、应力腐蚀等•能源电力水电：水轮机组的腐蚀、叶片空蚀火电：锅炉和管道的腐蚀核电站：高温、辐照、液态金属等腐蚀油气开采和运输：造成设备和管道的腐蚀•煤矿：井下潮湿，水质变化大氧气充分，多含SO2、CO、甲烷…井下设备磨损严重煤矿井筒装备：腐蚀速率0.17-0.25mm/y，平均寿命15年排水管、离心泵在酸性井下水中的腐蚀钢轨、金属支柱、支架的磨损和腐蚀…•石油天然气开采、集输和输运：油气田：O2、CO2、H2S、地层水的腐蚀；长输管道：内部多相流动腐蚀、外部土壤、微生物腐蚀海洋平台、海底管道…含硫输气管线沿着焊缝开裂失效城市天然气管道由于腐蚀造成的泄漏和爆炸化工工业（石化、造纸等）金属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒的物质泄漏，污染环境，危害人民的健康。化工设备：管道、锅炉、储存、阀门、冷凝；•民生：自来水管的锈蚀•环境污染…•安全方面1990年,美国轻水堆核电站由于腐蚀造成13亿美元经济损失,导致10000人被辐射1985年，日本波音747飞机由于腐蚀疲劳坠毁，500多人死亡1984年,美国联合碳化物公司在印度博帕尔市的农药厂泄漏45吨甲基异氰酸酯剧毒物,3500多人丧生,20多万人中毒1988年英国阿尔法平台因腐蚀破坏发生爆炸，造成166人死亡。导致北海油田年减产12%通过普及腐蚀与防护知识，推广应用先进的防腐蚀技术，腐蚀造成的经济损失可减少30％～40％。腐蚀损失与防护间关系的示意图2）腐蚀有利的一面腐蚀铜雕腐蚀画腐蚀金属字•金属蚀刻装饰板及其制造方法•大理石和玻璃上蚀刻字画的工艺•玻璃表面蚀刻字、画的方法美国阿波罗登月计划：6%NO缓蚀剂避免储存N2O4推进剂高压容器的应力腐蚀破裂四、腐蚀的分类1、按照腐蚀过程的特点2、按照腐蚀形式分类3、按照腐蚀环境分类•应力腐蚀开裂•腐蚀疲劳•磨损腐蚀（冲击、振动）•氢致腐蚀•空泡腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀：高温氧化电化学作用电化学+机械作用电化学+生物作用物理溶解腐蚀：Fe在液体钠中的腐蚀按照腐蚀过程的特点•电化学腐蚀电化学腐蚀是腐蚀电池的电极反应的结果电化学腐蚀的本质是形成了腐蚀电池电化学腐蚀反应具有一般电化学反应的特征：1.金属/电解质之间存在带电的界面层与界面层结构有关的因素均影响腐蚀过程2.金属失电子与氧化剂得电子一般不在同一地点发生金属内部与电解质局部有电流通过3.反应产物可在近处或远离表面处生成电化学腐蚀间接进行两个独立过程一般在不同部位是化学腐蚀直接进行同一过程不可分割否化学腐蚀与电化学腐蚀被氧化金属电子交换被还原物质氧化过程还原过程是否产生电流四、腐蚀的分类1、按照腐蚀过程的特点2、按照腐蚀形式分类3、按照腐蚀环境分类局部腐蚀全面腐蚀•均匀腐蚀•不均匀腐蚀按材料腐蚀形态•点蚀（孔蚀）•缝隙腐蚀及丝状腐蚀•电偶腐蚀（接触腐蚀）•晶间腐蚀•选择性腐蚀四、腐蚀的分类1、按照腐蚀过程的特点2、按照腐蚀形式分类3、按照腐蚀环境分类按照腐蚀环境分类1)干腐蚀2)湿腐蚀大气腐蚀土壤腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀酸、碱、盐介质中的腐蚀工业水中的腐蚀自然环境下的腐蚀工业环境中的腐蚀8%2%6%8%11%1.2%19%23%22%全面腐蚀腐蚀疲劳应力腐蚀断裂氢腐蚀及氢脆点蚀晶间腐蚀磨蚀高温腐蚀其他各种腐蚀所占比例材料类型高分子材料玻璃与陶瓷混凝土腐蚀类型或表现化学氧化水解应力腐蚀生物腐蚀辐照分解热、光氧化分解溶胀溶解水解酸、碱侵蚀风化选择性腐蚀应力腐蚀溶解浸蚀分解型腐蚀膨胀型腐蚀非金属材料的腐蚀类型2天10天15天纯环氧树脂涂层/16Mn体系，5%KCl溶液，60℃条件腐蚀前130℃，1MPa130℃，3.5MPa175℃，3.5MPa200℃，9MPa外观微观结构强度MPa15.212.56.33.50氟橡胶耐H2S腐蚀性试验时间/小时720h氯离子腐蚀酸雨腐蚀混凝土酸雨腐蚀五、腐蚀速度的表示法1.均匀腐蚀（材料全部表面发生同样程度的腐蚀）1)物质流失明显过程重量指标深度指标电流指标重量指标定义：把金属腐蚀后重量变化换算成金属表面积与单位时间内的重量变化来表示包括：失重法增重法单位：g/(m2.h)g/(m2.d)(gmd)•失重法tSWWv10V-：失重时的腐蚀速度(g/m2.h)W0：试样的初始重量(g)W1：清除腐蚀产物后试样的重量(g)S：试样的表面积(m2)t：腐蚀时间(h)•增重法V+：增重时的腐蚀速度(g/m2.h)W0：试样的初始重量(g)W2：试样腐蚀后的重量(g)S：试样的表面积(m2)t：腐蚀时间(h)tSWWv02深度指标（VL）•定义：将试样的厚度因腐蚀而减小的量用腐蚀深度表示•单位：mm/aipy•重量指标与深度指标的换算关系ammVVVL/76.810100365242V-:g/m2.h电流指标（ia）以金属电化学腐蚀过程的阳极电流密度（A/cm2）大小来衡量金属腐蚀速度的程度法拉第定律W：析出或溶解的物质的量，gM：原子量I：电流强度，At：通电时间，sF：法拉第常数（1F96500C/mol=26.8A.h）单位：A/cm2A/m2FnMItW•电流指标与重量指标换算关系通电时间以h，电极面积以m2表示)(117.1)./(8.2636002gmdnMihmgnMiFnMiFnStMItStWvaa2）材料强度性能变化明显的腐蚀过程塑料、橡胶、混凝土强度损失率强度保有率强度：抗拉、抗压、抗弯强度%10000PPP%1000PP2、非均匀腐蚀（局部腐蚀或腐蚀程度不均匀的全面腐蚀）均匀腐蚀指标不足于描述腐蚀过程增加一个反映不均匀程度的指标点蚀点蚀系数p—实际测到的最深点深度d—平均腐蚀深度dp•作业1.Mg在海水中的腐蚀速率为1.45gmd，用mm/a单位表示时为多少？（=1.74g/cm3）2.在某工业废水溶液中，某种合金材料的实验室腐蚀实验结果为：失重40gmd，点蚀因子为1，=2.7g/cm3，计算该材料一年后的最大浸蚀深度（mm）