第1章-腐蚀与防护-绪论

损失可能减少的部分 （%） — — 15 — — 23
美国
英国 德国 瑞典 意大利 前苏联 日本 印度 中国
25
20 30
—
— — 40 —
1.2 腐蚀的危害与腐蚀控制的重要性
1.2.1 腐蚀的危害 1.2.1.3 间接经济损失
间接损失难以估计，一般包括如下几个方面： ① 停工，例如炼油厂更换一根腐蚀了的钢管可能只需数百美 元，但当由此造成的停工一小时，产值可能损失10000美元。 再如电站锅炉管因腐蚀而爆炸，造成电厂停电，由此导致其 供电范围内的工厂全部停电，其损失会是十分惊人的。 ② 降低产品效率，如腐蚀产物影响管路畅通，降低设备和管 道的换热效率及输送容量等。 ③ 产品的污染，如罐头或饮料因容器器壁腐蚀造成污染而报 废。
直接损失 825亿美元 1680亿美元 2000亿美元 3000亿美元 2757亿美元 100亿英镑 450亿德国马克 350亿瑞士克郎 480000亿里拉 67亿美元 92亿美元 52580亿日元 400亿印度卢比 2288亿人民币
占国民生产总值， % 4.9 — 4.2 4.2 3.5 3.5 3.0 — 6.0 2 1.8 1.02 — 2.4
腐蚀的危害
2～5%GDP！
• 腐蚀危害遍及日常生活和几乎所有的行业，包括冶 金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、 信息、农业、食品、医药、海洋开发、基础设施等。 • 能源和材料的损失 • 设备的失效，物料污染 • 工艺流程的中断 • 泄漏（跑、冒、滴、漏）、爆炸、伤亡 • 环境污染 • 高新技术产业发展的限制性因素
NH
3
H2
Cl2
N2
HCl,HF
SO2 CO2 CO N 2 O NO2 其它
混合 气体
蒸汽
无氧
体
人
壤 土
材料的加 工历史
材料及其 表面状态 腐蚀及其 它流速作用 时间 环境中的杂质 物理因素（ 辐射、光照 、电磁场、 声波）
土 凝 混
体
体 ） 固 或干 湿 （
气体化合物 （干或湿） 含 氧
气
其他固体
材料腐蚀损伤的控制技术
• 合理设计结构与冷热加工工艺 • 合理选材与开发新材料（非晶、纳米晶、微 晶材料、非金属新材料等） • 环境的处理（如三脱一注、缓蚀剂的应用等） • 电化学保护（阴极保护与阳极保护） • 表面涂镀层技术（湿法镀、干法镀等） • 表面改性技术（机械表面形变强化、注入、 渗、合金化处理、激光、电子束、离子束、 等离子体表面处理等）
“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”。 • 腐蚀可以从几个方面下定义： （1）由于材料与环境及应力作用而引起的材料的破坏和变质； （2）除了机械破坏以外的材料的一切破坏； （3）冶金的逆过程等。 • “材料的腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和/或物理作用 的 破坏现象” • “材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用或电化学作用而变质和 破坏的现象”。
1.3 腐蚀科学与防护技术的研究进展
（1）我国商代（公元前16世纪～前11世纪）就用锡改善铜的 耐蚀性，冶炼出了青铜。闻名世界的中国真漆（大漆）在3000 多年的商代得到了应用。发掘的2000多年前的秦始皇兵马俑坑 中的青铜剑光亮如新、锋利如初，经分析表面有一层厚约10微 米的含铬黑色氧化层，而基体中并不含铬。 （2）18世纪中叶开始陆续出现对腐蚀现象和防护技术的研究 及阐述 。 （3）作为一门独立的学科则是二十世纪20～30年，50年代后 迅速发展。特别是现代测试技术的出现促进了学科进展。 （4）我国1961年成立了国家腐蚀科学学科组，中国腐蚀与防 护学会于1979年12月正式成立 。2005年成功申请并举办腐蚀 学科最重要的国际系列会议——第16届世界腐蚀大会
飞机结构腐蚀案例
2002 年国航机队的 767 飞机因设计原因和防腐 措施不到位，导致前后货舱门槛内缘条及周边框
架、长桁大面积严重腐蚀，更换缘条的工作造成
飞机停场 25天，修理费用高大106万美元（850万 人民币）。
在飞机 A、 C、 D检中，最常见的结构故障是飞
机结构件的腐蚀。
人身伤亡与环境污染
木材 塑料 石墨 其它
和 酸 A B
电动序 温度
腐蚀环境
影响因素
其它 C 压力 应力
干
空气或氧
含 有机 氧 溶 熔 液 无 盐 氧 液 态 金 属
剂 氧化 剂 原 还 的 性 中 中 气 空 在 氧 无
非 水
液
人 造 的
湿
体
烟气
中性
液 溶 水
碱
自然的 无 机 高 溶 纯 液 海 盐 河 井 雨 水 水 水 水 水 水
应力作用下的材料环境损伤
• 力 + 腐蚀环境 → 构件 → 低应力脆断 静应力+腐蚀→SCC 交变应力+腐蚀→CF 静应力+氢环境→HE 微动+腐蚀→FCF
图1.5 美国部分工业部门不同腐蚀形态所占比例统计
非金属材料的腐蚀类型
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（环境 应力开裂）； 生物腐蚀； 辐照分解； 热、光氧化分解 溶胀溶解
1.4 材料腐蚀的分类
依据腐蚀形态分类法：
（1）普遍性腐蚀（或全面腐蚀）（General Corrosion） 腐蚀分布在整个金属的表面，均匀的或不均匀的。
（2）局部腐蚀（Localized Corrosion） 局部既可以是部位的也可以是成分的 。 （3） 应力作用下的腐蚀断裂 材料在应力和腐蚀性环境介质协同作用下发生的开 裂及断裂失效现象。
航空工业的腐蚀损伤
• 美国1995年：飞机金属结构的腐蚀损失每年 达130亿美元，美国空军腐蚀维修费约10亿美 元，海军飞机每年约花1.5亿美元用作腐蚀维 护和维修。 • 1982年国际航空运输协会对其成员公司的调 查统计表明，因腐蚀导致飞机定期维修、更 换机件所需费用平均为每架次每飞行小时 10～20美元
• 1980年3月北海油田一采油平台发生腐蚀疲劳破坏， 致使123人丧生；
• 1984年12月3日，美国联合碳化物公司在印度一农药 厂泄漏了45吨甲基异氰酸酯剧毒物，造成3500多人丧 生，20多万人中毒；
• 1985年8月，日航一架波音747客机（价值约2亿美元） 由于机身增压舱端框应力腐蚀断裂而坠毁，机上524 人全部遇难
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1.5 腐蚀程度的评定方法 1.5.1 均匀腐蚀程度的评定方法 1.5.1.2 深度法
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1.5 腐蚀程度的评定方法 表1.4 均匀腐蚀的十级标准
腐蚀性分类 耐蚀性 等级 1 2 腐蚀速率， mm/a <0.001 Ⅳ尚耐蚀 0.001～0.005 0.005～0.01 Ⅴ欠耐蚀 4 Ⅲ耐蚀 5 0.05～0.1 Ⅵ不耐蚀 10 >10.0 0.01～0.05 9 5.0～10. 7 8 0.5～1.0 1.0～5.0 腐蚀性 分类 耐蚀性 等级 6 腐蚀速率， mm/a 0.1～0.5
4、张栋 等. 《飞机结构的腐蚀和腐蚀控制》. 国防工业出版社，1993
5、蒋祖国主编. 《飞机结构腐蚀疲劳》. 航空工业出版社，1992
第1章 绪 论
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 腐蚀现象与定义 腐蚀的危害与经济损失 腐蚀控制（防护）及其重要性 腐蚀的分类 腐蚀的主要形态 腐蚀程度的评定方法 腐蚀的主要控制方法
Ⅰ完全耐蚀
Ⅱ很耐蚀
工业 溶液 医 药 工 业
业 工 品 食 水 自来 其它
1.4 材料腐蚀的分类
1.4 材料腐蚀的分类
依据腐蚀机理分类法：
（1）化学腐蚀（Chemical Corrosion） 材料与周围非电解质之间发生纯化学作用而引起的腐蚀损 伤称为化学腐蚀。腐蚀反应过程中不伴随电流产生。 （2）电化学腐蚀（Electrochemical Corrosion） 金属和电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起的金属腐 蚀现象称为电化学腐蚀。电化学腐蚀过程中有电流产生。
材料与结构的损伤形式
三大失效形式：断裂；腐蚀；磨损
表1.1 在一些工程工业中调查的失效原因的比例
失效原因 比例（%） 腐蚀 42 断裂 44 磨损 3 其它 11
图1.1 T-39，F-4C/D/E，RF-4C，F-111C和C-4A 五种飞机分解状态检查的事故累积出现率
1.1 材料腐蚀的基本概念
② 工业介质中的腐蚀：
酸、碱、盐溶液中的腐蚀；工业水中的腐蚀；高温高压 水中的腐蚀；熔融盐中的腐蚀。
（3）非电解液中的腐蚀 （4）熔融金属的“腐蚀”——“物理腐蚀”。
1.4 材料腐蚀的分类
其它 血液 细 胞 骨 组织 骼
微 生 物
2 挥 发 Br2 性 元 素
H 2S
I
干 湿
真 空
气体元素
化学化合 物和烟气
腐蚀损失（代价）= 故障损失 + 防护费用
学习腐蚀与防护的目的
（1）研究材料和（航空）结构在环境介质作用下的破坏行 为、规律和机理。从热力学和动力学两个方面认识规律和机 理，指导腐蚀的控制。 （2）以材料的腐蚀理论研究为基础，以腐蚀防护技术研究 为应用目标。研究和发展腐蚀控制的技术措施和方法，制定 腐蚀控制的标准及规范。 （3）研究和开发腐蚀测试、检测和监控方法。为保障工程 装备安全可靠地运行，研究和开发适用于实验室与现场的腐 蚀测试、检测和监控的方法及规范
1.4 材料腐蚀的分类
腐蚀分类方法有： （1）依据腐蚀环境分类法；
（2）依据腐蚀机理分类法；
（3）依据腐蚀形态分类法； （4）依据材料的特性分类法； （5）依据应用范围或工业部门分类法； （6）依据影响因素分类法。
1.4 材料腐蚀的分类
依据腐蚀环境分类法：