腐蚀与防护概论第四章 工业及自然环境中的腐蚀
腐蚀与防护基本知识
• 2．电化学腐蚀 • 金属材料与电解质溶液接触时，由于不同组分或 组成的金属材料之间形成原电池，其阴、阳两极 之间发生的氧化还原反应使某一组分或组成的金 属材料溶解，造成材料失效。这一过程称为电化 学腐蚀。 • 两种不同金属在溶液中直接接触，因其电极电位 不同而构成腐蚀电池，使电极电位较负的金属发 生溶解腐蚀，则称之为电偶腐蚀，或接触腐蚀。 工程上不乏不同金属材料间的接触，电偶腐蚀这 类电化学腐蚀屡屡发生。
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腐蚀与防护基本知识
目录
• • • • • • 第一节 工业腐蚀及其危害 第二节 工业腐蚀的典型类型 第三节 应力腐蚀裂纹 第四节 腐蚀监测技术 第五节 设计和选材的防腐考虑 第六节 腐蚀控制
第一节 工业腐蚀及其危害
• 一、工业腐蚀概述 • 腐蚀是指材料在周围介质作用下产生的破坏。腐蚀的原 因是多方面的，可以是化学的、物理的、生物的、机械 的等等。 • 工业腐蚀主要是由于原材料中含有的以及过程中生成的 腐蚀性成分造成的。大气中的杂质、水中的微量氯和溶 解氧也会产生腐蚀作用。 • 腐蚀的形式是多种多样的。按照腐蚀的环境或起因， 有大气腐蚀、土壤腐蚀、海洋腐蚀、生物腐蚀、水腐蚀、 非水溶液腐蚀等。按照腐蚀的结果或表现形式，有点腐 蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳、 磨损腐蚀等等。 • 腐蚀无处不在，种类繁多。为了制定防腐对策，需要对 装置选材、装置设计、原材料及冷却水中的杂质以及运 转条件等进行详尽研究，加大力度、综合治理，从而防 止或减缓腐蚀性破坏。
三、孔腐蚀
• 孔腐蚀是金属表面个别小点上深度较大的腐蚀，简称孔 蚀，也称作小点腐蚀。金属表面由于露头、错位、介质 不均匀等缺陷，使其表面膜的完整性遭到破坏，成为点 蚀源。点蚀源在某段时间内呈活性状态，电极电位较负， 与表面其他部位构成局部腐蚀微电池。在大阴极、小阳 极的条件下，点蚀源的金属迅速被溶解形成孔洞。 • 氯化物、溴化物、次氯酸盐等溶液，及含氯离子天然水 的存在，最易产生孔蚀。氯化亚铜、氯化亚铁或卤素离 子与氧化剂同时存在，则能加剧孔蚀。当介质中OH— 、 NO3—、SO42—、ClO4—等阴离子与溶液中的Cl—比值达一定 值时，对孔蚀有抑制作用，否则其作用相反。 • 增加溶液流速，能消除金属表面滞流状态，有降低孔蚀 作用的倾向。
《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。
人教版化学选修四第四章第四节《金属的电化学腐蚀与防护》
第四பைடு நூலகம்第四节
金属的电化学腐蚀与防护
思考探究
金属被腐蚀的有什么危害？
（1）外形、色泽、机械性能发生变化； （2）影响机器、仪表设备精度和灵敏度，以至报废； （3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌： （4）地下金属管道泄漏； （5）轮船船体损坏； （6）金属腐蚀还可能造成环境污染。
一、金属的腐蚀
1、什么是金属腐蚀？
如：铁与氯气直接反应而腐蚀， 钢管被原油中的含硫化合物腐蚀
更常见 (2)电化学腐蚀---原电池反应
不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较 活泼的金属失电子而被氧化。
如：钢铁在潮湿空气中生锈
二、钢铁的电化学腐蚀
1、金属腐蚀的类型有哪些？
(1)析氢腐蚀 金属在酸性条件发生电化学腐蚀（如钢铁被酸雨腐蚀）
习题巩固
2．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( C )
习题巩固
3．铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关 说法不正确的是( A )
A．正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑ B．此过程中还涉及的反应：
4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 C．此过程中铜并不被腐蚀 D．此过程中电子从Fe流向Cu
金属或合金与周围接触到的气体或液体发生氧化还原 反应而腐蚀损耗的过程。
2、金属腐蚀的本质是什么?
金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反 应。
即：M - ne- = Mn+
一、金属的腐蚀
3、金属腐蚀的类型有哪些？ ——根据与金属接触的介质不同
(1)化学腐蚀---直接反应
金属跟接触到的物质（如SO2、Cl2、O2等）直接发生化学反 应而引起的腐蚀。
三、金属的防护
腐蚀与防护-1讲
297
226 201 176
21.5
16.4 14.6 12.8
燃气和液化气输送管线，水路和港口，危险品储存， 机场，铁路，高速公路和桥梁
油气勘探和生产，石油炼化，化学，石油化工，制 药，采矿，造纸，电子，日用品，食品化工，农业
生产和制造 业
• 1975-1998年间美国的GNP约增长了4倍，由于从设计到维修边程中普及耐 蚀材料和采用了适宜的防蚀方法，腐蚀研究和防蚀技术的进步使整体损失由 占GNP4.9％减少到4.2％。
青铜剑、箭镞 —— 含铬表面涂层 大漆 —— 防腐涂料 金属的氧化、溶解、钝化 铁的钝化膜形成历程、金属溶解的电化学本质、 腐蚀微电池特征、金属在酸中溶解的动力学 独立学科，腐蚀历程的基本电化学规律，腐 蚀科学的基本理论：现代腐蚀科学
20世纪
腐蚀科学的发展历史
1748 罗蒙诺索夫 1790 凯依尔 1830 德.拉.里夫 1833 法拉第 1840 1881 卡杨捷尔 1913 1920金属的氧化 （质量不灭定律—推翻了“热素”说） 铁在硝酸中的钝化 金属腐蚀微电池 电解定律——腐蚀量化计算 热镀锌保护钢板获得专利 金属在酸中的溶解动力学 镍、铬不锈钢开始获得实际应用
1.2腐蚀的定义
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
腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域
塑料发胀或开裂 木头干裂或腐烂
材料 + 化学 + 力学
花岗岩风蚀
水泥剥离脱落
腐蚀
材料腐蚀与防护
目
第一章 绪论
录
第二章 腐蚀电化学理论基础
防腐蚀讲义-f第四章-金属在自然环境中的腐蚀与防护
第四章金属在自然环境中的腐蚀与防护本章主要讨论金属在大气、海水、土壤这三种主要的自然环境中金属腐蚀的特征、规律、影响因素以及防护方法等有关内容。
第一节大气腐蚀一、大气腐蚀的概念及研究意义金属在常温大气中，由于空气中的水和氧等的化学和电化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。
大气腐蚀是一种常见的腐蚀现象，如钢铁在空气中的生锈即属于此类腐蚀。
在大气中使用的钢材量一般超过全世界钢产量的60%，厂房的钢梁、桥梁、钢轨、各种机械设备、车辆、电工产品、石油石化中的大部分生产设备以及武器装备等金属材料都是在大气环境下使用的。
据估计因大气腐蚀损失的金属约占总的腐蚀损失量的一半以上。
因此研究大气腐蚀的现象和规律，了解大气腐蚀的机理和影响因素，以及金属材料的耐大气腐蚀性能以及防止大气腐蚀的方法，都对节省能源、保护资源等具有重要的意义。
二、大气腐蚀分类㈠大气腐蚀的相关概念1．大气及其组成地球表面上自然状态的空气称为大气。
大气是组成复杂的混合物，其主要成分见表4-1。
表4-1 大气的基本组成（不包括杂质，10℃）2．绝对湿度和相对湿度参与金属大气腐蚀过程的主要组成是氧和水蒸汽。
二氧化碳虽参与锌和铁等某些金属的腐蚀过程，形成腐蚀产物的碳酸盐，但它的作用是次要的。
氧在大气腐蚀中主要是参与电化学腐蚀过程。
空气中的氧溶于金属表面存在的电解液薄层中作为阴极去极化剂，而金属表面的电解液层由大气中的水蒸汽所形成。
大气中的水分常用湿度来表示：①绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量（g/m3）；一定温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸汽量。
②相对湿度（RH）：大气中的绝对湿度与同温度下的饱和水蒸汽量之比。
㈡大气腐蚀的分类按照金属表面的潮湿度不同，也就是按照电解液膜层的存在和状态不同，可把大气腐蚀分为三类：1. 干大气腐蚀在干燥大气中（通常RH< 60％--80％）金属表面不存在液膜时的腐蚀，这种腐蚀属于化学腐蚀中的常温氧化。
其特点是金属表面形成不可见的保护膜。
腐蚀与防护-4讲10概论
• 点蚀的表征： 点蚀程度用点蚀系数来表示，即蚀孔的最大深
度和金属平均腐蚀深度的比值。
点蚀
• 点蚀的危害： ✓ 点蚀导致金属的失重非常小，由于阳极面积 很小，局部腐蚀速度很快，常使设备和管壁穿 孔，从而导致突发事故。 ✓ 对孔蚀的检查比较困难。 ✓ 蚀孔尺寸很小，且经常被腐蚀产物遮盖。
1.蚀孔外金属处于钝化态： 阳极过程：M→Mn++ne 阴极过程：O2+H2O+4e →4OH- 供氧充分
蚀孔内金属处于活性溶解态：
阳极过程：M→Mn++ne 阴极过程：O2+H2O+4e →4OH- 氧扩散困难-缺氧
吸氧反应——孔内缺氧、孔外富氧 ——供氧差异电池
点蚀的机理-蚀孔自催化发展
2.孔内金属离子浓度增加
点蚀的机理-蚀孔成核
• 点蚀敏感位置——异相组织：
耐蚀合金元素在不同相中的分布不同，使不同的相具有不 同的点蚀敏感性，即具有不同的Eb值
在铁素体-奥氏体双相不锈钢中，铁素体相中的Cr、Mo含 量较高，易钝化；而奥氏体相容易破裂。点蚀一般发生在 铁素体和奥氏体的相界处奥氏体一侧。
点蚀的机理-蚀孔成核
5. 阴极形成的OH-与Al3+结合Al(OH)3 →腐蚀产物沉积层→阻碍 扩散对流→形成闭塞
铝点蚀的发展
6. 孔内金属离子增加→正电荷积累 →形成电场→吸引Cl-进入 → Cl-浓度升高
• 阳极加速溶解－蚀孔高速深化
• 由于闭塞电池引起孔内酸化加速腐蚀的作用 ——自催化酸化作用
铝点蚀的发展
1. Al表面上形成较为致密的钝化膜：耐蚀 2. 含有Cl-时：Cl-进入钝化膜 → 钝化膜局部破坏→点蚀形核 3. 蚀孔底部的Al发生溶解，Al→ Al3++3e ：阳极过程
腐蚀与防护 第四章
第4章非金属材料的腐蚀4.1 高分子材料的腐蚀4.2 无机非金属材料的腐蚀高聚物的化学结构聚集态结构配方条件物理因素化学因素生物因素内因外因高分子材料老化的原因银纹裂缝银纹和裂缝示意图银纹是由高聚物细丝和贯穿其中的空洞所组成。
介质向空洞加剧渗透和应力的作用，又使银纹进一步发展成裂缝。
裂缝的不断发展，可能导致材料的脆性破坏，使长期强度大大降低。
聚合物银纹体裂缝银纹发展成裂缝示意图（2）影响环境应力开裂的因素高分子材料的性质环境介质的性质试验条件：结晶度、杂质、缺陷等：溶度参数差值：试件的几何尺寸、加工条件、浸渍时间、外加应力等微生物能够降解天然聚合物，而人造的聚合物一般是很耐微生物腐蚀的。
但大多数添加剂如增塑剂、稳定剂和润滑剂等低分子材料，易受微生物降解。
4.1.4.8 微生物腐蚀微生物腐蚀的防护：化学改性抑制剂（杀菌剂）改善环境4.2.3 典型材料的腐蚀形式4.2.3.1 玻璃二氧化硅玻璃碱金属硅酸盐玻璃钠钙玻璃硼硅酸盐玻璃铝硅酸盐玻璃铅玻璃硅氧改性阳离子1改性阳离子2中间体阳离子(a)无规则的网络结构（玻璃）(b)多种阳离子的玻璃结构玻璃结构二维示意图溶解水解玻璃的腐蚀玻璃的风化选择性腐蚀（1）溶解pH玻璃的可溶SiO 2与pH 值之间的关系w S i O 2/%（3）玻璃的风化①吸附大气中的水，在表面形成一层水膜；②NaOH OH Si O H Na O Si +−≡⎯⎯⎯→⎯+−−≡离子交换2w SiO2/%w B 2O3/%Na 2O4.2.3.2 混凝土{浸析腐蚀化学反应引起的腐蚀水或水溶液从外部渗入混凝土结构，溶解其易溶的组分，从而破坏混凝土。
水或水溶液在混凝土表面或内部与混凝土某些组元发生化学反应，而引起混凝土的破坏。
腐蚀与防护
腐蚀与防护《腐蚀与防护》课程教学大纲一、课程性质本课程是应用化学的专业选修课，有助于学生拓展知识面，更好的开展科研、生产专业学习。
通过介绍工业生产过程中产生的各种腐蚀过程及其原理，各种防腐蚀技术，腐蚀试验方法等，使学生熟悉企业不同生产过程中所产生的各种腐蚀，充分了解如何对其进行有效的防护。
二、教学目的本课程是化学工程专业一门应用性较强的专业课程。
主要目的是使学生了解材料发生各种腐蚀的基本规律及作用机理，掌握材料腐蚀的评价方法。
控制原理及防腐技术，并能够结合材料的成分与结构特征，分析耐腐蚀材料的设计及其热处理原理。
三、教材教参教参1. 王增品，姜安玺，腐蚀与防护工程高等教育出版社，19912. 美国腐蚀工程师协会编，腐蚀与防护技术基础，冶金工业出版社，19873. 化学工业部化工机械研究院主编，腐蚀与防护手册，化学工业出版社，19914. 尤里克，腐蚀与腐蚀控制，石油工业出版社，19965. 张远声，腐蚀破坏事故,100例，化学工业出版社，20016. 王保成，材料腐蚀与防护(21世纪全国高等院校材料类创新型应用人才培养规划教材)，北京大学出版社，2012四、教学方式本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，适当使用多媒体课件进行教学，增大课堂容量，在有限的学时内取得最佳的教学效果。
五．教学内容及时数根据化学本科专业人才培养方案，本课程共1.5学分，总的教学时数为27学时，具体如下：第一章腐蚀与防护概论（2学时）基本内容：腐蚀的定义、分类，影响腐蚀的因素及腐蚀的普遍性与严重性。
腐蚀防护的意义，腐蚀与防护工作概况，防腐蚀方法。
防腐蚀设备的使用与保养；防腐蚀工作中劳动保护。
基本要求：掌握工业生产过程中的各种腐蚀及其具体的分类情况，了解腐蚀对环境所带来的危害，理解腐蚀防护的意义和方法。
重点：清晰的了解工业生产过程中所产生的不同类型的腐蚀，重点掌握影响腐蚀的因素，包括内因与外因。
难点：正确理解腐蚀的概念，各种防腐蚀方法的概念，掌握防腐蚀设备的保养。
腐蚀与防护
腐蚀与防护第一大题填空题（每空1分，共10分）1．金属钝化理论可用成相膜理论和（吸附理论）来解释。
2．应力腐蚀断裂是金属在（拉伸应力和腐蚀介质）的共同作用下产生的破坏。
3. 根据腐蚀倾向的热力学判据，金属发生腐蚀的电化学判据为（(△G)T,P＜0 ）。
4．在酸性溶液的电化学反应中，溶解氧发生还原反应，其反应方程式为（O2+4H++4e→2H2O ）。
5．氧去极化腐蚀速度主要取决于（溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面的放电速度）。
6．在氧去极化的电化学反应中，对于敞开体系，当温度升高时，腐蚀速度（降低）。
7．产生严重大气腐蚀的条件是：（潮湿环境与盐分）。
8．点蚀通常发生在（有钝化膜）金属表面上，并且介质条件为（含有Cl-离子）。
9．缝隙腐蚀发生应满足的条件为：（氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用）。
第二大题名词解释题（每题2分，共10分）1．Cathodic polarisation在电流通过时，阴极电极电位偏离平衡电位，向负方向移动。
2．缝隙腐蚀由于缝隙的存在，使缝隙内溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难而引起缝隙内金属的腐蚀的现象。
3．Mixed potential指腐蚀过程可分为两个或两个以上的氧化反应和还原反应，且反应过程不会有净电荷的积累，也称为自腐蚀电位。
4．局部腐蚀是指仅局限或集中在金属的某一特定部位的腐蚀，其腐蚀速度远大于其他部位的腐蚀速度。
5．保护电位在阳极极化曲线中，在极化电流上升时进行回扫，与正扫曲线相交，此点的电位称为保护电位。
第三大题简述题（每题4分，共16分）1．腐蚀极化图不能由实验直接测定，试画图说明使用Tafel极化曲线反推法如何得到腐蚀极化图。
测得Tafel曲线后，将两条曲线做切线，切线交点为S，过S做平行线，得Ecorr。
将S与两平衡电位，EO,A，EO,C连接起来就得到腐蚀极化图。
2．简述电化学腐蚀与化学腐蚀的区别。
电化学腐蚀所在环境要有电解液，阴阳极反应可以不在同一区域上发生，通过导线导电，化学能转变为电能，破坏金属。
金属腐蚀与防护 04.2-4.4-自然环境下的腐蚀
4.1 大气腐蚀
4.2 自然水的腐蚀 4.3 土壤腐蚀 4.4 SCC
SWPI
4.2 自然水的腐蚀
4.2.1 淡水腐蚀
4.2.2 海水腐蚀
SWPI
4.2.1 淡水腐蚀
典型的电化学过程
阳极：
Fe Fe
1 2
2
2e
阴极：
O2 H2O 2e 2(OH)
具有电 解质溶 液 土壤中 的杂散 电流 细菌
含水量
盐分 含氧量 土壤导电性 pH值
不同土壤对同种金属的腐蚀速 率不同（碳钢0.005mm/a ～ 0.1mm/a ）；同一土壤对不同金属的腐 蚀性也不一样 小块腐蚀原电池&长流电流的 宏观腐蚀原电池可大数十公里 主要形式是氧浓差电池 腐蚀速度一般比水溶液中慢 土壤电阻率影响大，有时成为 腐蚀速度的主要控制因素
SWPI
土壤的组成特性
（5）毛细管效应（多孔、吸附）
土壤颗粒之间形成大量的毛细管微孔和间隙，使得深 层地下水可以渗透到地表。 在干旱的新疆塔里木沙漠中，高达几米的沙丘下面依
然可以存在湿沙层，而当地地下水深达几十米。
SWPI
腐蚀过程（土壤中）
阳极反应：
Fe Fe 2e
2H 2 O 2H 2OH
SWPI
CONTENTS
4.1 大气腐蚀
4.2 自然水的腐蚀 4.3 土壤腐蚀 4.4 SCC
SWPI
土壤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ组成特性
（1）多相性
土壤是由土粒、水、空气、有机物等多种组分构成的复杂的 气、液、固多相体系。 土粒，土壤的固相，包含多种无机、有机的颗粒状物质。颗 粒不是分散体，而是各种无机物和有机物的凝胶物质颗粒聚 集体。
金属腐蚀与防护 04.1-自然环境下的腐蚀
4.1.1 大气腐蚀的概念
金属材料暴露在空气中，由空气中的水和氧气 等的化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀 。 大气腐蚀所造成的金属损失约占金属总量 的 50%以上。 碳钢的大气腐蚀速率取决于湿度、温度、降水 量、凝露及大气组成、灰尘、含盐量、大气污 染等。——大气腐蚀是一个综合作用的结果。
水为决定性因素
按大气中水气与金属表面反应速度不同分类
干型大气腐蚀
大气很干燥，金属表面不存在水膜或水膜层的厚度不超 过10nm时的腐蚀（来形成连续电解液）
潮型大气腐蚀
大气湿度足够高，金属表面存在肉眼看不见的薄液膜层 时发生的腐蚀
湿型大气腐蚀
大气湿度接近100%，在金属表面存在着肉眼可见的凝结 水膜腐蚀（以雾、雨的报告形式）。
影响原因： 降雨后空气湿度 上升； 雨水沾湿表面； 冲刷破坏腐蚀产 物保护层而促进 腐蚀 结论：雨水多的地 区，空气潮湿， 金属腐蚀比较严 重
大气成分
（1）SO2
在大气污染物质中，SO2影响最大，且冬季污染更严重
来源：石油，煤为燃料的废气 例：铁，锌金属在含SO2大气中生成易溶的硫酸盐产物， 它们的腐蚀速度和大气中SO2含量成有线关上升。
结论
4.1.4 大气腐蚀的影响因素
当金属表面处在的比它温度高的空气
中，这时空气中的水蒸汽将以液态凝 结在金属表面上，这种现象称为结露 （如空调器的排水器）
结露
温度
大气腐蚀的 影响因素
降雨量
大气成分
临界湿度：大气腐蚀速度剧增时的大气相对湿度值 称为临界湿度。在临界温度附近结露和气温变化有 关。 结论：据统计结果表明，在其它条件相同时，平均 气温高的地区，大气腐蚀速度较大，气温剧烈变化 也会影响大气腐蚀。
腐蚀与防护概论第四章 工业及自然环境中的腐蚀
结构破坏的主要原因。
特别是以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施
的腐蚀破坏，成为当今世界突出的问题。
环境污染对钢筋腐蚀的影响 1、 CO2的影响 混凝土中钢筋保持钝化状态的临界碱度是
pH=11.5。而工业生产中有大量CO2排到大 气中， CO2 与混凝土中的 Ca （ OH ） 2 起化 学反应，生成中性的碳酸盐 CaCO3 使混凝 土“碳化”。“碳化”的结果可使pH<9。 此时，钢筋锈蚀就是不可避免的了。
油气储运部分：
我国目前有油气长输管道2万多千米，各种
油管、油库数量庞大，埋地油、气、水管道 服役环境十分复杂，往往要穿越河流、公路、 乡村、城镇、沼泽等地带，受到直流、交流 杂散电流干扰，因此很容易在土壤中发生腐 蚀穿孔，造成油、气、水的跑冒滴漏，产生 巨大的经济损失。
土壤腐蚀的几种形式 （l）由于充气不均匀引起的腐蚀
本课程到此结束，谢谢各
位同学的支持！祝同学们 在今后的学习和工作中取 得更大的成绩！
漏以及泄出废气、废液所造成的环境污染严重。
例如，氯碱厂的腐蚀会造成氨气、盐酸等的泄漏
等等。
化工企业共分为17个行业，其中腐蚀最严重的
行业是氯碱和电石、化肥、纯碱、农药、染料和 无机盐等六个行业。
第三节 基础设施的腐蚀
基础设施（如公路、桥梁等）大多以钢筋混
凝土结构为主体，而钢筋腐蚀是钢筋混凝土
气器和气轮机等设备的腐蚀。其中锅炉设备 占70%以上。
锅炉腐蚀中最常见的是水冷管壁、再热器、
过热器和省煤器（四管）的腐蚀爆管，占锅 炉故障的60%以上。
抑制“四管”爆漏的措施包括合理选用管材、
确保焊缝质量、确保水气品质、改进锅炉燃 烧、严格操作规范等。
金属腐蚀与防护第四章
2)海盐颗粒 海盐颗粒(NaCl) 海盐颗粒 (1)吸湿作用，增大了薄膜液膜层的 吸湿作用， 吸湿作用 电导； 电导； (2)Cl-有很强的侵蚀性。 有很强的侵蚀性。
3)固体颗粒（灰尘） 固体颗粒（灰尘） 固体颗粒
(1)本身具有腐蚀性：铵盐，提高电导、 本身具有腐蚀性：铵盐，提高电导、 本身具有腐蚀性 酸度； 酸度； (2)无腐蚀性但能吸附腐蚀性物质 (2)无腐蚀性但能吸附腐蚀性物质：碳颗 无腐蚀性但能吸附腐蚀性物质： 粒吸附SO2，在水膜中形成H+溶液； 粒吸附 在水膜中形成 溶液； (3)无腐蚀性也不吸附腐蚀性物质：沙粒 无腐蚀性也不吸附腐蚀性物质： 无腐蚀性也不吸附腐蚀性物质 落在金属薄膜形成缝隙而凝聚水分， 落在金属薄膜形成缝隙而凝聚水分， 形成氧浓差腐蚀。 形成氧浓差腐蚀。
第四章第四章在自然条件下的腐蚀在自然条件下的腐蚀第一节第一节大气腐蚀大气腐蚀一大气腐蚀基本概念大气腐蚀机理二大气腐蚀机理三影响大气腐蚀的因素四防止大气腐蚀的措施一大气腐蚀占总腐蚀量的121定义2分类参与腐蚀的主要组成干腐蚀化学腐蚀1干腐蚀化学腐蚀2潮腐蚀电化学腐蚀阳极控制3湿腐蚀电化学腐蚀阴极控制二大气腐蚀机理大气腐蚀是金属处于表面薄层电解液下的腐蚀过程因此可应用电化学腐蚀的一般规律化学腐蚀的般规律又要注意大气腐蚀电极过程的特点
三、土壤腐蚀常见的几种形式 1、由于充气不均匀引起的 、 2、 2、由杂散电流引起的 3、由于微生物引起的 、
1、由于充气不均匀引起的 、
2、由杂散电流引起的 、
3、微生物腐蚀---在微生物生命活动参 、微生物腐蚀
与下所发生的腐蚀过程。凡是与水、 与下所发生的腐蚀过程。凡是与水、土壤 或湿润空气相接触的金属都可能发生。 或湿润空气相接触的金属都可能发生。 1）微生物腐蚀的特征 ） --微生物生长繁殖需适宜的环境条件； 微生物生长繁殖需适宜的环境条件； 微生物生长繁殖需适宜的环境条件 --微生物腐蚀不是微生物直接食取金属； 微生物腐蚀不是微生物直接食取金属； 微生物腐蚀不是微生物直接食取金属 --微生物往往是多种微生物共生、交互作 微生物往往是多种微生物共生、 微生物往往是多种微生物共生 用的结果。 用的结果。
《金属的腐蚀与防护》教学设计最全版
《金属的腐蚀与防护》教学设计本节内容选自人教版高中化学选修4第四章第4节《金属的电化学腐蚀与防护》，本节知识用时二课时，本设计为第一课时。
以省级重点中学某平行班高二学生为教学对象。
一、教学设计思路分析1、教材分析本节课的地位和作用：金属腐蚀是生活、生产中常见的现象，与社会的发展息息相关。
它不但造成了巨大的资源的浪费，也给国民经济造成巨大的损失。
因此，我们要了解金属腐蚀的危害，掌握其原理，从而寻找对应的解决办法而达到节约资源的目的。
这一课题主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀的原理等知识。
它巩固了氧化还原反应、离子反应、原电池的知识。
金属的腐蚀是研究化学反应与能量具体直观的体现，为学习金属的防护打下基础。
教材重点：电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质。
教材难点：析氢腐蚀、吸氧腐蚀的原理2、学情分析本节课之前学生已经初步学习了氧化还原反应、离子反应、原电池的原理等,对金属腐蚀有感性认识，只是未归纳、整理、提升到具体腐蚀的条件及原理。
金属腐蚀是生活常见的化学现象。
省重高二平行班学生的知识结构基本清晰，但是在设计实验、观察、记录现象等方面的能力不够全面，往往会遗漏信息，因此在教学中教师要充分发挥引导作用，抛出问题让学生的思路更明了，运用旧知分析新的实验现象，可提高学生的逻辑思维能力。
二、教学方案设计1、教学目标知识与技能：通过情境激趣、实验探究等，分析、归纳、掌握析氢腐蚀和吸氧腐蚀原理。
过程与方法：通过比较不同条件下铁生锈的生活实例，了解“类比”与“对比”在化学学习中的作用和重要性，学会获取知识的方法。
情感、态度与价值观：通过金属腐蚀与生产、生活实际相联系的内容，提高学习兴趣；过了解化学腐蚀的危害性，认识到学习化学的重要性和必要性。
2、教学方法情境法﹑多媒体展示法、实验探究法。
3、教学准备信息素材：全球钢铁腐蚀的数据、潮湿环境下钢铁生锈图片，析氢腐蚀图片、吸氧腐蚀的模拟图片等；实验素材：铁粉、碳粉、10%稀硫酸、10%稀醋酸、红墨水、泡菜水、烧杯、滴定管等；课前分组：依据“同组异质，异组同质”的原则，将全班同学分组。
【能源化工】材料腐蚀与防护第四章金属在各种环境中的腐蚀ppt模版课件
大气腐蚀
毛细管半 径,Ao
360 94 47
冷疑时相对 湿度%
98 90 80
毛细管半径, 冷疑时相对
Ao
湿度%
30
70
21
60
15
50
所毛 需细 相管 对半 湿径 度与 的水 关汽 系冷
疑
1.构件中的狭缝
2.金属表面上的 灰尘
3.腐蚀产物中的 细孔
大气腐蚀条件下水汽毛细凝聚的可能中心
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大气腐蚀
E-烟粒+0.01﹪SO2
1)空气非常纯时，腐蚀速度 相当小，随着湿度增加仅有 轻微增加。
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3.工业大气中金属腐蚀特点 1) 工业大气中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大气的
腐蚀作用，加快金属的腐蚀速度。 图4-2示出了抛光钢片在纯净空气中，含SO2的空气及含有
固体杂质的空气中腐蚀随相对湿度增加的试验结果。
当液膜增厚，相当于湿的大气腐蚀时，氧到达金属表面有一 个扩散过程，因此腐蚀过程受氧扩散过程控制。
因此潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主 要受阴极过程控制。
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（2）锈蚀机理 在锈层内阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上：
阴极反应发生在Fe3O4/FeOOH界面上：
可见锈层参与了阴极过程，图4-1为Evans锈层模型图。
第三章 全面腐蚀与局部腐蚀
3.1 全面腐蚀 3.2 点腐蚀 3.3 缝隙腐蚀 3.4 电偶腐蚀 3.5 晶间腐蚀 3.6 选择性腐蚀 3.7 应力腐蚀开裂 3.8 腐蚀疲劳 3.9 磨损腐蚀 3.10 氢损伤
1
4.金属在各种环境中的腐蚀
2
4.金属在各种环境中的腐蚀
❖ 4.1金属在大气中的腐蚀 ❖ 4.2金属在海水中的腐蚀 ❖ 4.3金属在土壤中的腐蚀 ❖ 4.4金属在各种工业环境中的腐蚀
腐蚀与防护PPT课件
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腐蚀电池的形成的几种情况
腐蚀电池的形成主要有以下几种情况： 微电池： 1、金属化学成分不均匀； 2、金属组织不均匀； 3、金属物理状态不均匀； 4、金属表面膜不完整； 5、土壤微结构的差异。 宏电池： 1、不同金属与同一电解质相接触（如管道本体金属与焊缝金属）； 2、同种金属接触不同的电解质溶液（如氧气浓差电池，氧的电极 平衡可写成1/2H2O+1/4O2+e→OH-，氧分压高的为阴极，氧分压低 的为阳极）； 3、不同金属接触不同的电解质。
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管道防腐蚀保护示意图
金属 + 土壤腐蚀源自18.07.202019
金属 + 土壤
腐蚀
涂层 将金属与土壤隔离开
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金属 + 土壤
腐蚀
涂层 将金属与土壤隔离开
阴极保护 针对有的缺陷涂层
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整流器 将交流电流转变成
脉动直流电流
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第一章 腐蚀的概念
1.1 腐蚀现象 1.2 腐蚀概念 1.3 腐蚀类型 1.4 腐蚀电池形成的几种情况 1.5 腐蚀的检测
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管道腐蚀现象
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从生产到腐蚀：管道材料的循环
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金属从矿石中提炼出来时，需要提供很大的能量，使 其处于一个高能级状态。这些矿石是典型的金属氧化 物，如用来炼钢的赤铁矿（Fe2O3）。热力学的一个规 律是：材料总是趋向于以最低能量状态存在。因此， 多数的金属处于热力学不稳定状态，具有寻求低能量 状态的倾向，如形成氧化物或其他化合物。金属转化 成低能量氧化物的过程就是腐蚀。
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腐蚀疲劳：是指金属材料在腐蚀介质和交 变应力共同作用下引起的破坏。
氢脆：是指氢对金属的破坏。在腐蚀性环 境下，裂纹尖端溶液酸化，氢离子H+浓 度提高，并且被还原变成吸附氢原子H， 向金属内部扩散，使裂纹尖端区脆化，促 进裂纹扩张，使金属发生脆性断裂。
化工生产的腐蚀危害还表现在，由于跑、冒、滴、 漏以及泄出废气、废液所造成的环境污染严重。 例如，氯碱厂的腐蚀会造成氨气、盐酸等的泄漏 等等。
腐蚀与防护概论第四章 工业及自然环境中的腐蚀
第一节 石油天然气生产设备腐蚀
从石油勘探、开采到油气生产加工都使用 大量钢管和容器，如各种钻探用的钻柱和 管柱、油气输送和储存用的各种管道和贮 罐等。
石油天然气生产包括油气开发和油气储运 两个部分。
油气开发部分的腐蚀：
主要包括钻井、采油和采气以及地面油气 集输系统腐蚀，如钻杆、油套管、抽油杆 的断裂、穿孔和挤毁。此外还包括油田注 水系统的腐蚀问题。
以氯盐为主的腐蚀环境中保护钢筋的措施
措施种类
钢筋材质及涂层பைடு நூலகம்
混凝土外加剂、 掺和料
措施内容
环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、耐蚀合金钢 筋、不锈钢钢筋
钢筋阻锈剂、硅灰、细粉煤灰、其他外 加剂、掺和料、纤维添加剂等
混凝土表面封闭、 硅酮类、涂料、聚合物灰浆、聚合物浸
涂层
渍等
电化学方法
阴极保护、电化学除盐
维护
裂缝修补、清洗排水、控制防冻盐用量
第四节 火力发电厂设备腐蚀
电力工业的锅炉及汽轮发电机组均以千吨 计，主设备不可能大量采用耐蚀材料。
为防止火力发电厂腐蚀，首要的是采取合 理的防腐蚀水质处理设计，使锅炉机组使 用的水汽介质尽可能纯净，在此基础上采 取辅助性防腐蚀水质处理。
火电厂热力设备的腐蚀主要表现为锅炉、凝 气器和气轮机等设备的腐蚀。其中锅炉设备 占70%以上。
锅炉腐蚀中最常见的是水冷管壁、再热器、 过热器和省煤器（四管）的腐蚀爆管，占锅 炉故障的60%以上。
钝化膜破坏理论认为带有氧化膜的金属与Cl- 等 活性阴离子接触，由于Cl- 半径较小易于穿过表 面膜，使之局部破损成为蚀孔核心。在表面膜受 到破坏的部位，露底金属呈活化状态成为阳极， 未受破坏处仍处于钝态成为阴极，构成大阴极— 小阳极的宏观腐蚀电池。
油气储运部分：
我国目前有油气长输管道2万多千米，各种 油管、油库数量庞大，埋地油、气、水管道 服役环境十分复杂，往往要穿越河流、公路、 乡村、城镇、沼泽等地带，受到直流、交流 杂散电流干扰，因此很容易在土壤中发生腐 蚀穿孔，造成油、气、水的跑冒滴漏，产生 巨大的经济损失。
1、密实性 影响混凝土耐久性的因素，按重要 程度排列次序是：钢筋腐蚀、冻融破坏、化学侵 蚀等。而这些因素影响力，无不取决于混凝土的 密实性。
2、抗裂性 混凝土抗裂性（宏观、微观裂纹） 应该最大限度地保证和提高。
3、高碱度 最大限度地、长时期地确保混凝土 具有高碱度（pH＞12），为钢筋保持钝化状态 提供一个必要的环境。
其特点是，金属被腐蚀部分不是由金属本身的电极 电位决定，而是由外部电流的极性和大小决定，这 种腐蚀往往比一般土壤腐蚀更严重。
第二节 化工与石油化工设备腐蚀
在化学工业中存在各种酸、碱、盐和有机 溶剂等强腐蚀介质。此外，化工生产过程 愈来愈多地要求在高温、高压和连续操作 的条件下运行，所以腐蚀损失尤为严重。
2、SO2对钢筋的腐蚀 SO2、SO3及其形成的酸雨，一方面中和
混凝土中的Ca（OH）2，使混凝土变得 不稳定，碱度降低。另一方面，所生成 的硫酸盐使混凝土进一步发生膨胀侵蚀 作用，可使混凝土胀裂、酥化。混凝土 自身遭破坏，自然会降低或丧失对其内 钢筋的保护能力。
提高混凝土自身耐久性与防护能力的主要技术指 标：
例如，塔里木的轮南油田其原始地层压力在 50MPa以上，温度为120℃左右，氯离子含量高达 130g/L，CO2分压0.7~3.5MPa。这样恶劣的腐蚀 环境对井下设备造成了十分严重的腐蚀。
采油管未加缓蚀剂使用 1年半发生严重孔蚀
孔蚀：又叫点蚀、坑蚀，是一种集中发生在某些 点处并向金属内部发展的孔、坑状腐蚀。
化工企业共分为17个行业，其中腐蚀最严重的 行业是氯碱和电石、化肥、纯碱、农药、染料和 无机盐等六个行业。
第三节 基础设施的腐蚀
基础设施（如公路、桥梁等）大多以钢筋混 凝土结构为主体，而钢筋腐蚀是钢筋混凝土 结构破坏的主要原因。
特别是以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施 的腐蚀破坏，成为当今世界突出的问题。
定的腐蚀介质中才会发生。
易于发生应力腐蚀开裂的金属——介质体系
合金
介质
低碳钢
热硝酸盐溶液、过氧化氢
低合金钢
氢氧化钠、三氯化铁溶液
高强度钢 奥氏体不锈钢
蒸馏水、湿大气、硫化氢H2S 氯化物溶液、高温高压含氧纯水
铜合金 铝合金 钛合金
含SO2大气、氨溶液、三氯化铁 氧化钠水溶液、海水、含SO2大气
含Cl－、Br－、I－水溶液、甲醇
化工设备的腐蚀事故常常是由于应力腐蚀 破裂、腐蚀疲劳、氢脆或孔蚀等难以预测 的局部腐蚀形式引起的。
应力腐蚀：是在拉应力和特定腐蚀介质协 同作用下发生的金属的破断现象。
应力腐蚀产生的条件 （1）存在一定的拉应力 （2）材料的应力腐蚀敏感性：材料的强
度水平越高，越易发生应力腐蚀。 （3）对介质的选择：某种材料只有在特
土壤腐蚀的几种形式
（l）由于充气不均匀引起的腐蚀
这主要指地下管线穿过结构不同和潮湿 程度不同的土壤带时，由于所接触的氧 浓度差别引起的宏电池腐蚀。
（2）由于杂散电流引起的腐蚀
电气火车、电车、电解槽、电焊机等直流电力系统 都可在土壤中产生杂散电流，使邻近的埋在地下的 金属构筑物，管道等都因这种杂散电流引起腐蚀 （也可以理解为在外电流作用下的电解）。
环境污染对钢筋腐蚀的影响
1、 CO2的影响 混凝土中钢筋保持钝化状态的临界碱度是
pH=11.5。而工业生产中有大量CO2排到大 气中，CO2与混凝土中的Ca（OH）2起化 学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3使混凝 土“碳化”。“碳化”的结果可使pH<9。 此时，钢筋锈蚀就是不可避免的了。