3材料腐蚀与防护-动力学(上海交大材料)
材料腐蚀与防护ppt课件
二:腐蚀的定义
(1) 电偶腐蚀(Galvanic Corrosion) (2)点蚀(Pitting) (3)缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) (4)晶间腐蚀(Intergranular Corrosion)
(5)剥蚀(Exfoliation)
(6)选择性腐蚀(Selective Corrosion) (7)丝状腐蚀(Filiform Corrosion)
2 金属氧化物的蒸气压
物质在一定温度下都具有一定的蒸气压。当固体氧化物 的蒸气压低于该温度下相平衡蒸气压时，则固体氧化物蒸发。 蒸气压与标准自由能的关系：
X (s) X ( g )
蒸发热愈大，蒸气压愈小，固态氧化物愈稳定
2.金属氧化物的熔点 一些金属氧化物的熔点低于该金属的熔点，因此，当 温度低于金属熔点以下，又高于氧化物熔点以上时，氧 化物处于液态，不但失去保护作用，而且还会加速金属 腐蚀。
五：研究材料腐蚀的重要性及控制
第一章 金属与合金的高温氧化
重点：
1. Ellingham平衡图 2. 金属高温氧化的历程，物质在氧化膜内的传输途径
3. 氧化膜的P-B比
4.氧化膜的晶体缺陷 哈菲原子价规则 5. Wagner理论 6.合金的氧化形式 7.提高金属抗氧化途径
引言 一：高温氧化定义
其中以在干燥气态介质中的腐蚀行为的研究历史最 久，认识全面而深入，本章重点介绍金属(合金)高温氧 化机理及抗氧化原理。
材料腐蚀与防护：第二章 腐蚀电化学理论基础 (2)
2.3.3 极化的种类和原因
— 电化学极化 — 浓差极化 — 电阻极化 — 混合极化
电化学极化（活化极化）
阳极电化学极化（活化极化）：阳极过程控制步骤=电化学步骤
电子从阳极流走（流向阴极）的速度
＞金属离子进入溶液的速度（电化学反应速度）
金属表面由于电子流失 比反应快而积累正电荷
——电位升高
电化学极化（活化极化）
E Ec0
2 1
I Ec0 Ea0 Pa Pc R
Ea0 I1
I2 I
Pc1 Pc2： I1 I2
• 氢过电位对腐蚀电流影响：
析氢腐蚀，阴极反应（H++e→H2）
在不同金属的表面上，极化程度有很大不 +E
同，即过电位不同，导致腐蚀电流不同；
Fe ia
Fe
2
2e
ic
• 处于平衡态时： ia = ic = i0
i0：交换电流密度
• 溶解速度>沉积速度，相当于阳极溶解反应，
ia > ic Fe ia Fe2 2e
– 形成净阳极电流 ia (净)= ia − ic 阳极溶解
– 电位向正方向移动，阳极极化
– 过电位ηa＝Ea－E0
• 溶解速度<沉积速度，相当于阴极还原反应，
2.3.1 腐 蚀 速 率
• 单位时间内，单位面积上的金属失重为：
∆g It ⋅ N 1 ( I / S ) ⋅ N i ⋅ N
υ失重 = S ⋅ t = F S ⋅ t = F
=F
– i 腐蚀电流密度 mA/cm2 – 腐蚀电池的电流密度越大，金属腐蚀速率越大
• 我们了解了腐蚀速率与腐蚀电流密度的关系，那么实际 的腐蚀速率究竟如何呢？
材料腐蚀与防护 第二章
例如，氧或氢离子到达阴极的速度不足反应速度的需 要，造成电子积聚，引起极化。
消除阴极极化的作用，叫做阴极去极化。与阳极去极化 一样，阴极去极化同样可以加速腐蚀过程。
去极化
凡是在电极上吸收电子的还原反应都能起到去极化的作用 最常见最重要的阴极去极化过程有二： 1.氢离子放电逸出H 2
当金属电极上只有惟一的一种电极反应，并且该反应处
于动态平衡时，金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度电 极获得了一个不变的电位值，通常称该电位值为平衡电极电 位----可逆。
平衡电极电位可用能斯特公式计算：
2.非平衡电极电位
Zn浸泡在硫酸锌和Zn浸泡在稀硫酸中是否具有相同的电 极反应？
Zn Zn2 2e
2)不同的金属与同一电解质溶液相接触。
3)浓差电池。
同一种金属浸入同一种电解质溶液中，若局部的浓 度(或温度)不同，即可形成腐蚀电池。
2 微电池：
由于金属表面的电化学不均匀性，在金属表面上出现 许多微小的电极由此而构成的电池称为微电池。
肉眼难以辨别电极的极性
产生原因：
•化学成份不均匀性
将一块工业纯锌浸入稀硫酸溶液中，由于工业纯锌 中合有少量的杂质(如铁)，因为杂质Fe(以FeZn7的形式 存在)的电位较纯锌为高，此时锌为阳极，杂质为阴极， 于是构成腐蚀电池，锌被腐蚀。此时构成的腐蚀电池位 于局部微小的区域内，故称之谓微电池。
(2)浓差极化 金属溶解时，在阳极过程中产生的金属离子首先进入阳极
表面附近的溶液中，如果进入溶液中的金属离子向外扩散得很 慢，结果就会使得阳极附近的金属离子浓度逐渐增加，阻碍金 属继续溶解(腐蚀)，必然使阳极电位往正的方向移动，产生阳 极极化。从能斯特方程式
材料腐蚀与防护
材料腐蚀与防护一、名词解释：1. 腐蚀：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。
2. 高温腐蚀：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生反应而遭受破坏的过程称为高温氧化，亦称高温腐蚀。
3. 极化：由于电极上有净电流通过，电极电位（ΔEt）显著地偏离了未通净电流时的起始电位（ΔE0）的变化现象。
4. 去极化：能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的叫作去极化。
5. 非理想配比：是指金属与非金属原子数之比不是准确的符合按化学分子式的比例，但仍保持电中性。
6. 全面腐蚀: 全面腐蚀：指暴露于腐蚀环境中，在整个金属表面上进行的腐蚀。
7. 点腐蚀：（孔蚀）是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式，简称点蚀。
8. 应力腐蚀（SCC）：是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。
9. 腐蚀疲劳：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。
10. 干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀。
11. 潮大气腐蚀：指金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在看不见的薄的液膜层发生的腐蚀。
12. 湿大气腐蚀：是指金属在相对湿度大于100%的大气中，表面存在肉眼可见的水膜发生的腐蚀。
13. 缓蚀剂：是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境（介质）地，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物质。
14. 钝化：电化学腐蚀的阳极过程在某些情况下会受到强烈的阻滞，使腐蚀速度急剧下降，这种现象叫金属的钝化。
15. 平衡电极电位（可逆电极电位）E：当金属电极上只有惟一的一种电极反应，并且该反应处于动态平衡时，金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，电极所获得的不变电位值。
16. 非平衡电极电位（不可逆电极电位）：金属电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与的电化学反应，当动态平衡时，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的情况，这种情况下的电极电位称为非平衡电极电位。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
材料科学基础上海交大第三版
材料科学基础上海交大第三版介绍材料科学是研究材料结构、组成、性能和制备方法的学科，具有重要的理论基础和实际应用。
本文将探讨《材料科学基础上海交大第三版》这本教材的内容和意义。
教材概述《材料科学基础上海交大第三版》是由上海交通大学材料科学与工程学院编写的教材。
该教材系统地介绍了材料科学的基本概念、原理和技术。
它以全面、详细和深入的方式讲解了各种材料的结构、性能、制备和应用。
该教材的第三版相对于前两版进行了进一步的修订和更新，新增了一些最新的科研成果和实践经验。
重要章节第一章：材料科学基础该章介绍了材料科学的基本概念、发展历史和研究方法。
它讲解了材料的分类、性能评价和性能调控等内容。
通过学习该章，读者可以对材料科学有一个整体的认识。
第二章：金属材料该章主要讲解了金属材料的结构和性能。
它详细介绍了金属晶体结构、缺陷和相变等基本概念，以及金属的力学、热学和电学性能。
同时，该章还介绍了金属材料的制备方法和应用领域。
第三章：陶瓷材料该章介绍了陶瓷材料的结构和性能。
它详细讲解了陶瓷的晶体结构、缺陷和相变等基本概念，以及陶瓷的力学、热学和电学性能。
此外，该章还介绍了陶瓷材料的制备方法和应用领域。
第四章：高分子材料该章主要介绍了高分子材料的结构和性能。
它详细阐述了高分子的聚合反应、分子构象和玻璃化转变等基本概念，以及高分子的力学、热学和电学性能。
同时，该章还介绍了高分子材料的制备方法和应用领域。
第五章：复合材料该章介绍了复合材料的结构和性能。
它详细讲解了复合材料的基体材料、增强材料和界面等基本概念，以及复合材料的力学、热学和电学性能。
此外，该章还介绍了复合材料的制备方法和应用领域。
重要实验实验一：金属的晶体结构研究该实验旨在通过实际操作，观察金属的晶体结构，并了解金属的晶体缺陷。
通过该实验，学生可以进一步理解金属的结构与性能之间的关系。
实验二：陶瓷材料的力学性能测定该实验旨在通过实验测定方法，了解陶瓷材料的力学性能。
(完整版)修订版材料腐蚀与防护(修订版)
第一章绪论重点1. 金属的腐蚀:：金属腐蚀后失去其金属特性，往往变成更稳定的化合物。
金属腐蚀是普遍存在的一种自然规律，是不可避免的自然现象。
2. 均匀腐蚀速度的评定重量法g/(m2•h)深度法mm/ a容量法电流密度法目录P9 腐蚀的定义P10-11 腐蚀的过程及特点P13 腐蚀的危害P18-20 腐蚀的防护方法：隔离控制、热力学控制、动力学控制P29-30 按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀P31-38 按腐蚀形态分类：全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀P39 按材料类型分类：金属材料、非金属材料P41 腐蚀速度的评定P42-49 均匀腐蚀的评定：重量法、深度法、容量法、电流密度表征法第二章金属腐蚀电化学理论基础重点1. 电极系统：一个有电子导体相和离子导体相组成的，有电荷通过相界面在两个相之间转移的系统。
2. 电极反应：在电极系统中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应。
3. 阳极反应：从还原体的体系向氧化体的体系转化（失电子）阴极反应：从氧化体的体系向还原体的体系转化（得电子）4. 绝对电极电位：金属电极板浸入其盐溶液中，电子导体相（金属）与离子导体相之间的内电位差称为电极系统的绝对电极电位，用Φ表示。
相对电极电位：研究电极与参比电极组成的原电池电动势称为该电极的相对（电极）电位，用E表示。
5. 双电层结构：金属极板表面上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受负电荷吸引，较多地集中在金属极板附近，形成所谓双电层结构。
6. 原电池与腐蚀电池的区别：原电池将化学能转化为电能，对外界做实际有用功，都十点吃由化学能转换为热能，做的实际有用功为0，，即腐蚀电池只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
7. 化学位，单位摩尔数的物质M加入到相P所引起的吉布斯自由能的变量电化学位：将单位摩尔的正离子Mn+移入相P时，引起的吉布斯自由能变化8. 平衡绝对电极电位的计算9. 相对电极电位和电动势10. 标准电位E⦵：电极反应的各组分活度(或分压)都为1，温度为25o C时，压力为1 atm 时的平衡电位Ee等于E⦵，E⦵称为标准电位。
材料腐蚀与防护-第四章-电化学腐蚀动力学
• 分类：表观极化曲线和理想极化曲线。 • *理想极化曲线----以单电极反应的平衡电位作为起始 电位的极化曲线。 • *表观极化曲线或实测极化曲线---- 由实验测得的腐蚀 电位与外加电流之间关系曲线。 • • 注意：表观极化曲线的起始电位只能是腐蚀电位而不 是平衡电极电位。
在金属腐蚀与防护研究中，测定金属电极表观极化曲线是 常用的一种研究方法。
第一节 第二节 第三节 第四节
本章主要内容 极化现象 极化 去极化 腐蚀极化图
第一节 极化
• 问题：因为具有很大腐蚀倾向的金属不一定必然对应着高 的腐蚀速度。 如：Al的平衡电极电位很负，从热力学上看它的腐蚀倾向很 大，但在某些介质中铝却比一些腐蚀倾向小的金属更耐蚀 。 • 因此，认识电化学腐蚀动力学规律及其影响，在工程上具 有更现实的意义。
2.2 去极化的方法： • 在溶液中增加去极剂（H+、O2-等）的浓度、升温、搅拌 以及其他降低活化过电压的措施，都将增强阴极去极化作 用； • 在溶液中加入络合物或者沉淀剂，它们会与金属离子形成 难溶的络合物或沉淀物，不仅可以使金属表面附近溶液中 的金属离子浓度降低，并能一定程度地减弱阳极极化作用 。 • 在溶液中升温、搅拌等均会加快金属离子进入溶液的速度 ，从而减弱阳极极化作用。 • 如果在溶液中加入某些活性阴离子，就有可能使已经钝化 的金属重新处于活化状态。
2）确定金属的腐蚀速度 • 利用极化曲线外延法求自腐蚀电流Icorr ，一种电化学技术 确定金属腐蚀速度的方法之一。
3.3 腐蚀速度计算及耐蚀评价
• 1）腐蚀速度计算 • 用腐蚀电池的腐蚀电流表征 • 电化学腐蚀过程严格遵守电当量关系。即一个一价的金属 离子在阳极区进入溶液，必定有一个一价的阴离子在阴极 获得一个电子；一个二价的金属的金属离子在阳极区进入 溶液，也必然有一个二价或两个一价的阴离子或中性分子 在阴极取走两个电子，如此类推。 • 金属溶解的数量与电量的关系遵循法拉第定律，即电极上 溶解（或析出）1mol的物质所需的电量为96500c,因此， 已知腐蚀电流或电流密度就能计算出所溶解（或析出）物 质的数量。
材料的腐蚀与防护重点
1.腐蚀：⑴材料的腐蚀：指材料体系与环境之间发生作用而导致材料的破坏或变质的现象⑵金属材料的腐蚀：金属受到环境的高温化学氧化、电化学溶解等作用，使金属单质变为化合物（冶金的逆过程），导致金属受到损失和破坏的现象自然条件下，金属总是存在着自发回归低能稳定态的倾向——与周围介质（通常为氧）反应形成低能态的化合物，在这个过程中，金属失去电子被氧化，发生腐蚀，因此可以将金属腐蚀理解为冶金的逆过程⑶非金属材料的腐蚀：非金属受到环境的化学或物理作用，导致非金属构件变质或破坏的现象。
2.材料体系与环境的作用包括化学反应、电化学反应、物理溶解等。
3.金属及其合金的腐蚀主要是化学和电化学作用引起的破坏，有时伴随有机械、物理或生物作用。
4.材料的破坏：材料的重量损失、开裂、穿孔、溶解、溶胀等。
材料的变质：材料的服役性能变差，如力学强度下降，弹性降低、韧性减小、脆性增大。
5.金属腐蚀：⑴危害：①腐蚀造成重大的直接经济损失②间接经济损失③人身伤亡和环境污染④阻碍了科学技术的发展⑵控制方法：①合理的结构设计②正确选材和发展新型耐蚀材料③研究可行的表面处理工艺④改善环境和使用合适的缓蚀剂⑤电化学保护⑶有利的一面：①电化学加工②制备信息硬件的印刷线路③腐蚀金相试样6.腐蚀分类：⑴按照腐蚀环境：干燥气体腐蚀（干腐蚀）、电解液中的腐蚀、非电解质中的腐蚀、熔融金属的腐蚀（物理腐蚀）⑵按照腐蚀机理：化学腐蚀（化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学反应而引起的破坏）、电化学腐蚀（金属的电化学腐蚀指的是金属在水溶液中与离子导电的电解质发生电化学反应产生的破坏）⑶按照腐蚀形态：①普遍性（全面）腐蚀：全面腐蚀是指发生在金属表面的全部或大部损坏，也称普遍性腐蚀②局部腐蚀：局部腐蚀是指只发生在金属表面的狭小区域的破坏。
其危害性比均匀腐蚀严重得多分类：小孔腐蚀（又称坑蚀和点蚀，在金属表面上极个别的区域被产生小而深的孔蚀现象)、缝隙腐蚀（在电解液中金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的缝隙，缝隙内离子的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而使金属局部破坏的现象）、电偶腐蚀（两种电极电位不同的金属或合金互相接触，并在一定的介质中发生电化学反应，使电位较负的金属发生加速破坏的现象）、晶间腐蚀（金属在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶界出现的腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏现象）、选择性腐蚀（多元合金在腐蚀介质中，较活泼的组分优先溶解，结果造成材料强度大大下降的现象）③应力作用下的腐蚀断裂：应力腐蚀是金属在特定的介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力等）下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象磨损腐蚀：是由机械因素（湍流、漩涡、多相流体冲击、空化作用、微振摩擦等）和腐蚀介质联合作用而产生的金属材料破坏现象7.阳极反应：金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程。
材料腐蚀与防护-第十一章-无机非金属材料的腐蚀
随着这一水化反应的进行，破璃中脆弱的硅氧网络 被破坏，从而受到侵蚀。但是反应产物Si(OH)4是一种极 性分子，它能使水分子极化．而定向地附着在自己的周围， 成为Si(OH)4·nH20。这是一个高度分散的Si02—H2O系 统．称为硅酸凝胶，其除一部分溶于溶液外，大部分附着 在材料表而，形成硅胶薄膜。随着硅胶薄膜的增厚，H+与 Na+的交换速度越来越慢，从而阻止腐蚀继续进行，此过 程受H+向内扩散的控制。
第十一章 无机非金属材料的腐蚀
9.1 概述
1）定义：无机非金属材料-----是以某些元素的氧 化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸 盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。除有 机高分子材料和金属材料以外的固体材料。
无机非金属材料是20世纪40年代以后,随着现代科学 技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金 属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料 之一。
铸石：含质量分数为55％左右的Si02 ，而它的耐 蚀性却很好。因为铸石中的Si02 、A12O3、Fe2O3等在高温 下形成耐腐蚀性很强的矿物——普通辉石，所以虽然Si02 的质量分数低于55％却有很强的耐腐蚀性。
红砖：Si02的含量很高，质量分数达60％-80％， 却没有耐酸性。因为红砖中Si02的以无定型状态存在，没 有耐酸性。
新型无机非金属材料的特性
（1）耐高温、强度高。
氧化铝陶瓷（人造刚玉） ①高熔点；②高硬度；③可制成透明 主要特性 陶瓷；④无毒、不溶于水，强度高；
⑤对人体有较好的适应性 高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠 主要用途 灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心 瓣膜、人造关节等
《材料腐蚀与防护》课程笔记
《材料腐蚀与防护》课程笔记第一章绪论1.1 材料腐蚀学科特点材料腐蚀学科是研究材料在环境作用下性能退化的一门科学，它具有以下特点：- 多学科交叉：腐蚀现象涉及化学反应、电化学过程、材料科学、物理学、生物学等多个领域，因此材料腐蚀学科是一门典型的交叉学科。
- 实践性强：腐蚀问题无处不在，从日常生活到工业生产，都存在着材料腐蚀的问题，这要求腐蚀学科的研究具有很强的实践性和应用性。
- 复杂性：腐蚀过程往往受多种因素的影响，如环境条件、材料性质、应力状态等，这些因素的相互作用使得腐蚀问题非常复杂。
- 经济影响大：材料腐蚀会导致设备损坏、结构失效，从而造成巨大的经济损失和安全风险。
1.2 材料腐蚀学科的发展材料腐蚀学科的发展可以分为以下几个阶段：- 古代认知阶段：在古代，人们就已经意识到金属会随着时间的推移而腐蚀，但由于科学技术的限制，只能采取一些简单的防护措施，如涂油、包裹等。
- 近代科学阶段：19世纪末到20世纪初，随着化学和物理学的发展，科学家们开始系统地研究腐蚀现象，提出了电化学腐蚀理论。
- 现代技术阶段：20世纪中叶，随着电子技术、材料科学和电化学技术的进步，腐蚀学科得到了快速发展，出现了许多新的腐蚀防护技术和方法。
- 当代综合管理阶段：21世纪初，腐蚀学科进入了综合管理阶段，强调腐蚀控制的系统性和科学性，发展了腐蚀监测、风险评估和管理信息系统。
1.3 腐蚀的定义腐蚀是材料在环境介质的化学、电化学或物理作用下，其表面或内部发生变质，从而导致材料性能下降、结构破坏的过程。
这个过程通常伴随着能量的变化。
1.4 腐蚀的分类腐蚀可以根据不同的标准进行分类：- 按照腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。
- 按照腐蚀环境分类：大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀、高温腐蚀等。
- 按照腐蚀形态分类：均匀腐蚀、局部腐蚀（如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等）、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。
1.5 腐蚀速度表示方法腐蚀速度是衡量材料腐蚀程度的重要参数，常用的表示方法有：- 质量损失法：通过测量材料在一定时间内的质量损失来计算腐蚀速度，单位通常是毫克/平方厘米·小时（mg/cm²·h）。
上海交通大学-材料科学与工程学院
材料科学与工程学院“材料科学与工程”专业学术型博士研究生培养方案（201309版）一、学科简介上海交通大学材料科学与工程一级学科为首批国家一级重点学科，涵盖了材料学、材料加工工程和材料物理与化学三个二级学科，其中"材料学"和"材料加工工程"均系全国重点学科，分布在材料科学与工程学院、化学化工学院、微纳科学技术研究院等部门，具有一级学科博士学位授予权，并设有一级学科博士后流动站，是我国首批被列入"世行贷款"、"211工程"、"985工程"和设立长江计划特聘教授岗位的重点建设学科点。
一级学科师资力量雄厚，现有博士生导师60余名，其中包括在国内外享有很高声誉的著名学者徐祖耀院士、周尧和院士、阮雪榆院士和潘健生院士以及一批在国内外有一定影响的中青年专家。
材料科学与工程一级学科依托金属基复合材料国家重点实验室、模具CAD国家工程研究中心、轻合金精密成型国家工程研究中心、激光加工及材料改性上海市重点实验室、上海镁材料及应用工程技术研究中心、中国机械工业联合会先进热处理与表面改性工程技术研究中心、上海焊接技术研究所和高分子材料实验室,以材料热力学与动力学、材料科学基础、材料加工原理等为理论基础，运用现代材料制备加工技术和分析测试新技术，长期以来承担国家重点工程项目、国家重大科技攻关、国家自然科学基金、"863"、"973"、省部级科研项目和大中型骨干企业横向课题，并与国内外著名大学和公司建立了广泛的科技合作和学术交流，定期选派部分优秀学生通过校际交流的方式前往美、英、法、德、日、韩等国的知名院校攻读硕士、博士学位或短期交流。
二、培养目标博士学位获得者应能系统性地掌握材料科学与工程学科坚实宽广的基础理论知识，深入了解学科的进展、动向和最新发展前沿；具有独立从事科学研究的能力，并在本学科领域取得理论或实践上的创造性研究成果；能熟练阅读本专业的外文资料，具有一定的写作能力和进行国际学术交流的能力；能胜任高等院校教学、科学研究、工程技术或科技管理等工作。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
材料腐蚀与防护-复习题
第一章耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。
腐蚀性：指环境介质腐蚀材料的强弱程度。
高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。
毕林—彼得沃尔斯原理或P-B 比：氧化时所生成的金属氧化膜的体积2MeO V 与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积Me V 之比。
腐蚀过程的本质：金属 → 金属化合物(高温）热腐蚀：指金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在其工作表面上的沉积盐及周围工作气体发生总和作用而产生的腐蚀现象称为热腐蚀.p 型半导体：通过电子的迁移而导电的半导体；n 型半导体：通过空穴的迁移而导电的半导体。
n 型：加Li （低价），导电率减小，氧化速度增加；加Al （高价），导电率增加，氧化速度降低。
p 型：加Li （低价），导电率增加，氧化速度降低；加Cr （高价），导电率减小，氧化度增加。
腐蚀的危害1)造成巨大的经济损失；2)造成金属资源和能源的浪费造成设备破坏事故,危及人身安全；3)引起环境污染。
金属一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素1)界面反应速度，包括金属／氧化物界面以及氧化物/气体两个界面上的反应速度；2)参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。
（这两个因素实际上控制了继续氧化的整个过程，也就是控制了进一步氧化速度。
在氧化初期，氧化控制因素是界面反应速度，随着氧化膜的增厚，扩散过程起着愈来愈重要的作用，成为继续氧化的速度控制因素）反映物质通过氧化膜的扩散，一般可有三种传输形式1)金属离子单向向外扩散；2)氧单向向内扩散；3)两个方向的扩散。
反应物质在氧化膜内的传输途径1)通过晶格扩散：温度较高，氧化膜致密，而且氧化膜内部存在高浓度的空位缺陷的情况下，如钴的氧化；2)通过晶界扩散。
在较低的温度下，由于晶界扩散的激活能小材料腐蚀与防护于晶格扩散，而且低温下氧化物的晶粒尺寸较小，晶界面积大，因此晶界扩散显得更加重要，如镍、铬、铝的氧化；3)同时通过晶格和晶界扩散。
《腐蚀与防护》征稿格式要求
第41卷第12期 2020年12月腐蚀与防护CORROSION PROTECTIONVol. 41 No. 12December 2020《腐蚀与防护》征稿格式要求《腐蚀与防护》创刊于1980年，是中文核心期刊，是中国学术期刊综合评价数据库来源期刊、中国科学引文数据库来源期刊、中文科技期刊数据库(全文版)收录期刊和《中国期刊网》《中国学术期刊（光盘版）》全文收录期刊•系上海材料研究所与上海市腐蚀科学技术学会联合主办，由上海市科学技术协会主管的专业技术期刊，已有33年的出版史.在行业中具有较高的声誉和知名度.是腐蚀与防护工作者的良师益友和必读刊物。
我刊报道范围包括:腐蚀与防护、电化学、电厂化学、电镀、化学镀、转化膜、涂料与涂装、表面改性、激光涂覆、电子电镀、电极材料等领域。
作者和读者主要来自于:大学及科研单位的科研、教学人员及研究生、防腐蚀工程技术人员、发电厂、油田、石油化工、化工厂、电镀厂、矿山的工程技术人员和工程管理、设备管理人员。
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2稿件写作格式(1) 题名题名应简明、具体、确切•概括文章的要旨。
中文题名一般不超过20个汉字，并尽量避免使用“试验、研究、探索”等词语作为结束用语。
题名中应避免使用非公知公用的缩略语、字符、代号以及结构式和公式。
英文题名要与中文题名相对应。
(2) 作者姓名及单位作者人数一般不超过6人，要有准确的作者单位名称及所在城市地名和邮政编码，单位名称与市名之间应用逗号“，”分隔。
化工材料的腐蚀与防护
化工材料的腐蚀与防护摘要：所有的化工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，研究与解决化工材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。
文章分析了化工材料腐蚀的现象，介绍了腐蚀的分类，并给出了化工材料防护的基本途径。
关键词：腐蚀；防护措施；化工设备引言化工材料腐蚀是全世界面临的一个严重问题。
腐蚀不仅消耗了人们创造的宝贵财富，而且破坏了生产、生活等许多活动的正常运行。
腐蚀和环境污染的关系也越来越引起人们的关注。
化工材料腐蚀是化工材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象，因此腐蚀也包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。
其具有自发性、普遍性和隐蔽性的特点。
1.化工材料腐蚀与防护内容基本介绍1.1 腐蚀的分类由于化工材料腐蚀是一个十分复杂的过程，化工材料构件、化学成分、表面状态等差异，所处环境的不同，以及不同的受力状态，所以存在着各种不同的腐蚀分类方法，对于非金属化工材料分为高分子化工材料的腐蚀和无机化工材料的腐蚀。
（1）根据化工材料的类型：可分为金属化工材料和非金属化工材料的腐蚀；（2）根据腐蚀的反应机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀；（3）根据腐蚀过程进行的条件，可以把腐蚀分成高温腐蚀和常温腐蚀。
对于金属化工材料，根据化工材料所处的环境状态可将腐蚀分为：（1）在自然环境中的腐蚀：大气腐蚀、土壤腐蚀、淡水和海水腐蚀、微生物腐蚀。
（2）在工业环境介质中的腐蚀：在酸性溶液中的腐蚀、在碱性溶液中的腐蚀、在盐类溶液中的腐蚀、在工业水中的腐蚀、在熔盐中的腐蚀、在液态金属中的腐蚀。
根据腐蚀形态可将腐蚀分为：（1）全面腐蚀：均匀全面腐蚀、不均匀全面腐蚀。
（2）局部腐蚀：电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀及其特例丝状腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀。
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二、Evans极化图的应用
1、极化值和极化率 2、 影响腐蚀速度的因素
（1）起始电位的影响 （2）极化、去极化的影响 （3）内阻R内的影响
用Evans极化图表示各种因素对腐蚀电流的影响
E E Eoc
E
Pc
Eoa
Icor
I
Icor
I
Icor
I
（a）阳极初始电位负移
E E
(b)阴极初始电位正移
E E
两种曲线的内在联系：
阳极极化： （实验）外加电流(E1M) = （真实）阳极电流(E1M”)- （真实）阴极电流(E1M’) 用失重法测定
阴极极化： （实验）外加电流(E2N) = （真实）阴极电流(E2N”) – (真实）阳极电流(E2N’) 用容积法测定
举例：铁在稀盐酸中被腐蚀放出氢气。
E E0 H2/H+
电位与电极反应活化能的关系为： 对于氧化反应来说，电位变正时，金属晶格中的原子具有更 高的能量，容易离开金属表面进入溶液。因此，氧化反应活化能 下降，氧化反应速度加快。当电极电位比平衡电位高△E时，则 电极上金属溶解反应的活化能将减小nF△E。 对于还原反应则相反，将使还原反应的活化能增加nF△E。
E0 Fe/Fe2+
I’ I2 2 I1 I1 ’ I1 “ Icorr I3 ’ I3 I2 “
通电，阴极极化 …… ……
I3“
极化→
腐蚀电流降低→
腐蚀速度减小 ?
??
??
到底是为什么 ?
四、极化原因和类型
腐蚀电极反应的基本步骤
金属腐蚀过程是典型的复相 反应，一个电极反应至少需包括 如下连续步骤： (1) 液相传质：溶液中的反应物 向电极界面迁移。 (2) 电子转移 ( 放电 ) ：反应物在 电极界面上发生电化学反应。
第三章 腐蚀过程动力学
• • 极化作用 腐蚀极化图
•
•
混合电位理论
腐蚀反应动力学方程
• 电化学腐蚀中的阴极过程
第一节 极化作用
一、极化现象
Zn Cu
H2SO4
试问：将面积各为10cm2的一Cu块和一块Zn 片分别浸在盛3%NaCl溶液的同一容器中，外电路 导通后，该腐蚀电池的电动势（腐蚀电流）将如 何变化？ 已知： Cu、Zn在该溶液中的开路电位分别 是Eec = 0.05V，Eea = -0.83V，R外 = 110Ω ，R 内 = 90Ω。 电路导通前， R外→ ∞，I = 0
极化曲线。 用腐蚀电池自身电流测定极化曲线的不足：
（1）只能用于宏观腐蚀电池； （2）测出的极化曲线不能相交，而交点“S”的 坐标是极为重要的测定参数。
用外加电源法测得的极化曲线称为 实验极化曲线或实测极化曲线。 该极化曲线起点是Ecorr，阴、阳极化曲 线的起点相同。（因为实际金属一进入溶液 就成为极化了的电极）
极化曲线的斜率，反映任一电流密度 下电位变化的趋势。
dE d R p di di
极化率有量纲，又称极化电阻。
极化曲线越陡，则Rp越大，表明电极反 应过程阻力越大，电极反应难以顺利进行。
三、用外加电源法测定极化曲线
用腐蚀电池自身电流测定极化曲线
（构成腐蚀过程的两个电极反应的电极电位与电 流密度的关系）称为：真实极化曲线或理论
1、恒电流法
E = f(i) 不能用以测量E = f(i)是多值函数的极化曲线
2、恒电位法
i = f(E) 通常使用该方法。
测定方法：
调节 “电源” 的输
出电压，电流计G 测
得电流 I ，电位计跟
踪待测电极的电势。
得到 E待测 I 曲线。
参比电极离待测电极很 近，使两极间的IR可忽略
实验极化曲线和真实极化曲线的关系示意图
（反应活化能：使分子发生有效碰撞所必须具备的能量。）
RO ne x
势 能
W0R → O
活化能
W0O→R
∆G=nFE
αnF•∆E
βnF•∆E
始态
终态
电位变化△E对反应活化能影响
电位与反应活化能关系：
W+ = Wo＋ - nF•E W- = Wo- + nF•E 式中， W+和W-分别表示氧化和还原反应的活化能； Wo＋和 Wo-分别表示平衡电位下氧化和还原反应的活化能。α和β为动 力学参数(传递系数)，分别表示电位变化对还原反应和氧化 反应活化能影响的程度： + ＝1，也就是说，由于电位变 化引起的电极能量的变化为nF△E，其中部分用于改变还原 反应的活化能，部分用于改变氧化反应的活化能。α和β可由 实验求得，一般取＝＝0.5。
在两个电极反应耦合成共轭反应时，平衡电位高的电 极反应成为阴极反应，平衡电位低的成为阳极反应。 由于两个耦合的电极电位不同，彼此互相极化，它们 偏离各自的平衡电位，极化到了一个共同的电位 Emix ，称 为混合电位。 混合电位既是阳极反应的非平衡电位，又是阴极反应 的非平衡电位，且Eea < Emix < Eec 。当电极系统达到稳定 时，其混合电位保持不变，称稳定电位。 如果在这个共轭反应中，阳极反应是金属的溶解，结 果导致金属的腐蚀，这时混合电位又叫腐蚀电位Ecorr 。相 应于腐蚀电位下的阳极溶解电流称为腐蚀电流Icorr或腐蚀电 流密度icorr 。
金属溶解（腐蚀）速度；ia = ia1 - ic1
氢析出的速度；
ic = ic2 – ia2
因该腐蚀体系没有外接电路，即没有电流进出， 所以金属溶解和析氢速度相等
icorr = ia = ic
在一个孤立电极上同时以相等速度进行着一个阳 极反应和一个阴极反应的现象，称为电极反应的耦合。 互相耦合的反应，称为共轭反应。 相应的腐蚀体系，称为共轭体系。
Evans(1889-1962)
Evans极化图的数学表达式
Eec Ec Ec Ea Ea Eea Eec Eea ( ) Icorr Icorr Icorr Icorr
Eec Ec 是阴极极化曲线的斜率的绝对值，叫阴极 Icorr 极化率，记为Pc，表示阴极反应的阻力。
(3) 液相传质或新相生成：产物 如果是离子，向溶液内部迁移；
如果是固体或气体，有新相生成。
速度控制步骤
在稳态条件下，各步骤(串联)的速度应相等，其 中阻力最大的步骤决定了整个电极反应的速度，称为 速度控制步骤，简记为RDS。
极化种类
1. 电化学极化（活化极化）；电子转移步骤的阻力 所造成的极化。 2. 2. 浓差极化（浓度极化）：液相传质步骤的阻力 所造成的极化。 3. 电阻极化（欧姆极化）：表面生成致密覆盖膜， 对金属离子迁移起阻挡作用。 • 各步骤具有不同的特征和规律性
实 验 结 果
电路导通瞬间，有一个很大的起始电流
I始 = (0.05+0.83)/(110+90) = 4.4×10-3A 随后，电流很快减小。数分钟后达到一个稳定值 I稳 =1.5×10-4A 。减小为开始的1/30。
Ec Ea I R
R不变, 只能是 Ec – Ea << Eec - Eea
极化作用---由于通过电流而引起腐蚀电
池两极间电位差减小，并因而引起电池工 作电流降低的现象。
阳极极化和阴极极化 阳极极化：电位偏离初始电位正移。 阴极极化：电位偏离初始电位负移。
腐蚀电池的极化包括阳极极化和阴极极化， 不过两者的极化程度不相同。
二、极化曲线
极化曲线：同一电极上电极电位与电流密度之间
(1)阴极极化控制：Pc >> Pa , R可以忽略 (2)阳极极化控制：Pa>> Pc , R可以忽略 (3)欧姆电阻控制：R >>Pa , Pc
第三节 混合电位理论 （共轭体系的反应耦合）
一种金属腐蚀过程中，腐蚀电极界面上至少同时 进行着两个电极反应：一个是金属的氧化反应，一个 是去极化剂的还原反应。由于两者平衡电位不同，它 们将彼此互相极化 。 举例：铁在稀盐酸中被腐蚀放出氢气。
（主要按阳极反应进行→）
（主要按阴极反应进行←）
E0
H2
H2/H+
2H+ +2e
混合电位概念
Fe Fe2++2e H2 2H+ +2e
Ecorr
E0 Fe/Fe2+
io,H2/ H+ io Fe/ Fe
Fe Fe2++2e
i corr
lg i
（单电极：ia1=ic1） （单电极：ia2=ic2 ）
Ecorr — 稳定电位/混合电位/自腐蚀电位/腐蚀电位 — 腐蚀状态 Icorr — 腐蚀电流或自腐蚀电流 — 腐蚀速度
ia1 + ia2 = ic1 + ic2
说明在共轭体系中，总的阳极反应速度和总的阴极 反应速度相等。 混合电位的概念可以推广到多个电极反应在同一个电极 上耦合的情况，形成多电极耦合系统。
发生阳极极化的三种情况（原因） — 电位正移：
M
M n+
M
n+
e
M n+
M
M
表面积累正电荷 (电化学极化)
界面积累正电荷 (浓差极化)
钝化膜阻止电荷转移 (电阻极化)
阴极极化（产生原因） — 电位负移
M
M
电荷交换速度慢，负电荷积累 (电化学极化)
氧化剂传输较慢，负电荷积累 (浓度极化)
第二节 腐蚀极化图及其应用
电化学反应电流密度与电极反应速度关系：
一、Evans极化图
-E
Eea
欧姆电阻压降iR
-E Eea Ecorr Eec
E
a
Ec
Ee
c
Icorr I
i imax