材料科学基础腐蚀课件
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腐蚀与防腐PPT课件
腐蚀的机理
电化学腐蚀机理
电化学腐蚀是由于金属表面形成 原电池，使得阳极区域发生氧化 反应，阴极区域发生还原反应， 从而加速金属的腐蚀。
化学腐蚀机理
化学腐蚀是由于金属与环境中的 气体或非电解质液体发生纯化学 反应，导致金属表面形成氧化膜 或腐蚀产物。
02
腐蚀的影响因素
金属的性质
金属的种类
不同金属的耐腐蚀性不同， 例如，铁比铜更易生锈。
石油管道防腐的难点和挑战
由于管道运输的环境复杂，防腐措施需要具备耐候、耐压、耐腐蚀 等性能，同时还需要考虑施工和维护的方便性。
船舶防腐
船舶防腐的重要性
船舶长期处于海洋环境中，容易 受到腐蚀和生物污损等影响，防 腐措施能够延长船舶使用寿命， 保障航行安全。
船舶防腐的主要方
法
包括船体涂层保护、阴极保护、 防污涂料等措施，这些方法能够 有效地减缓腐蚀速度，防止生物 污损。
金属的纯度
金属中杂质的存在可能会 影响其耐腐蚀性。
金属的微观结构
晶粒大小、相组成等微观 结构因素也会影响金属的 耐腐蚀性。
环境因素
氧气
许多金属在有氧的环境中容易发生氧化腐蚀。
酸碱度
酸碱度能影响金属的腐蚀速率。
水
水能加速电化学腐蚀过程。
温度
温度升高通常会加速腐蚀过程。
电化分子复合防腐材 料
将高分子材料与其他具有防腐功 能的材料复合，形成具有优异防 腐性能的高分子复合防腐材料。
03
高分子材料改性技 术
通过改性技术改善高分子材料的 耐腐蚀性能，提高其使用寿命和 稳定性。
电化学防腐技术
阴极保护技术
通过降低金属表面的腐蚀电流，使金属表面成为阴极， 从而达到防腐目的。
金属腐蚀的基本原理腐蚀原理PPT课件
①阴极极化：当有电流通过时，阴极的电极电位向
负方向偏移的现象。
②阳极极化:当有电流通过时，阳极的电极电势向正
的方向偏移的现象。
第31页/共55页
极化的结果：阴极电位变得更负；阳极电位变得更正。
发生极化的根本原因：电极反应速度与电子迁移速度之间
的差异性。
极化曲线：描述电极电位与通过电极电流密度之间 关系的曲线。极化曲线越陡，表明电极材料的极化 性能越强，极化电阻越大，电极反应越难进行，反 之越易进行。
腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。 （一）宏观腐蚀电池：是指人们眼睛可以看得到电极的原电池，短
时间内可产生明显的局部腐蚀。
电偶腐蚀电池：当两种具有不同电极电位的金属互相接触或用 导线连接起来，并处于电解质溶液中时形成的电池。 浓差电池：当同一种金属不同部位所接触的介质具有不同浓 度，引起了电极电位的不同而形成的腐蚀电池。又分为俩种
PO 2 (COH )4
第20页/共55页
氧浓差电池实例
第21页/共55页
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
第22页/共55页
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
Ⅱ
很耐蚀
3 0.005~0.01
Ⅲ
4 0.01~0.05
5 0.05~0. 1
耐蚀
Ⅳ
6 0. 1~0.5
负方向偏移的现象。
②阳极极化:当有电流通过时，阳极的电极电势向正
的方向偏移的现象。
第31页/共55页
极化的结果：阴极电位变得更负；阳极电位变得更正。
发生极化的根本原因：电极反应速度与电子迁移速度之间
的差异性。
极化曲线：描述电极电位与通过电极电流密度之间 关系的曲线。极化曲线越陡，表明电极材料的极化 性能越强，极化电阻越大，电极反应越难进行，反 之越易进行。
腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。 （一）宏观腐蚀电池：是指人们眼睛可以看得到电极的原电池，短
时间内可产生明显的局部腐蚀。
电偶腐蚀电池：当两种具有不同电极电位的金属互相接触或用 导线连接起来，并处于电解质溶液中时形成的电池。 浓差电池：当同一种金属不同部位所接触的介质具有不同浓 度，引起了电极电位的不同而形成的腐蚀电池。又分为俩种
PO 2 (COH )4
第20页/共55页
氧浓差电池实例
第21页/共55页
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
第22页/共55页
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
Ⅱ
很耐蚀
3 0.005~0.01
Ⅲ
4 0.01~0.05
5 0.05~0. 1
耐蚀
Ⅳ
6 0. 1~0.5
腐蚀知识课件
储槽壁底的联接
角 焊 缝 的 结 构
容 器 出 口 管
4.3 艺 4.4
合理制订设备加工工
电化学保护
阳极保护、阴极保护
阴极保护测试桩
4.5
添加缓蚀剂
在腐蚀性介质中加入少量的某种物质， 能使金属的腐蚀速度大为降低或停止，称为 缓蚀剂。
缓蚀剂的分类
1．按成分可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂： 无机缓蚀剂—磷酸盐、过氧化氢、硫酸锌等。 有机缓蚀剂—有机胶体、氨基酸、醛类等。
3.0Cr0.5Mo
2.25Cr1Mo
氢分压
高温硫化
金属与含硫气体（硫蒸汽，SO2，H2S)接 触生成硫化物。
危害性表现在： 膜体积大 膜中的晶格缺陷浓度高 膜的熔点低
电化学腐蚀
• 金属及其合金与电解质接触时发生 电化学作用而引起的腐蚀。
Zn在稀硫酸中溶解示意图
2.3 按金属腐蚀破坏形式
金属表面在腐蚀介质作用下，以 全面腐蚀： 同一速度进行的均匀腐蚀。
其它因素
1．应力 2．杂散电流
四、防止和减缓腐蚀的方法
4.1 材 合理选
了解腐蚀环境，分析腐蚀原因，根据生产 中遇到的介质性质、温度、压力及产品质量 要求查阅材料手册，合理选用材料。
4.2 构
设计合理的结
化工设备在很多情况下与结构有关，不合理的 结构往往为腐蚀电池的形成创造良好的条件，或引 起应力集中、液体停滞。
金属的个别区域发生的破坏。如 局部腐蚀： 晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀、 缝隙腐蚀等。
晶间腐蚀
应力腐蚀
18－8钢在充气NaCl溶液中孔蚀过程示意图
碳钢在海水中缝隙腐蚀示意图
三、影响腐蚀的因素
操作介质
温度和压力
金属材料基础知识培训课件——第七章 金属材料的腐蚀
▪ 钢中添加合金元素的原因 ： （1）由碳钢制成的零件尺寸不能太大。否则， 因淬透性不够而不能满足对强度与塑性、韧性的 要求。加入合金元素可增大淬透性。 （2）用碳钢制成的切削刀具不能满足切削红硬 性的要求。用合金工具钢、高速钢和硬质合金。 （3）碳钢不能满足特殊性能的要求，如要求耐 热、耐低温、抗腐蚀、有强烈磁性或无磁性等等， 只有特种的合金钢才能具有这些性能。
保护膜，腐蚀速度显著降低。 ▪ 7.5.2.3 水的温度 ▪ 温度越高，扩散越快，金属腐蚀越快
▪ 7.6 腐蚀预防措施
▪ 电化学腐蚀是金属腐蚀的最普遍的形式，尽可能 减少原电池；
▪ 在钢表面形成一层稳定，完整且与钢基体结合牢 固的钝化膜；
▪ 在形成原电池的情况下，尽可能减少两极间电位 差。
第八章 合金元素在钢中的作用
▪ 2）点蚀
▪ 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。
▪ 3）晶间腐蚀
▪ 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。不锈钢，铝镁 合金。
▪ 7.1.4 腐蚀共同特性 ▪ 7.1.4.1 从热力学角度看，腐蚀是金属由非稳态
自发向稳态的一个转变过程。 ▪ 7.1.4.2 是化学，电化学过程。 ▪ 7.1.4.3 总是发生在表面，从表面开始。
▪ 7.3 金属材料的电化学腐蚀
▪ 金属材料与电解质溶液发生电化学作用而造成的破坏现象。
▪ 7.3.1 金属的电极电位及腐蚀电池
▪ (2)形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素)，根据其与碳 结合力的强弱，可把碳化物形成元素分成三类。
▪ 1）弱碳化物形成元素：锰
保护膜，腐蚀速度显著降低。 ▪ 7.5.2.3 水的温度 ▪ 温度越高，扩散越快，金属腐蚀越快
▪ 7.6 腐蚀预防措施
▪ 电化学腐蚀是金属腐蚀的最普遍的形式，尽可能 减少原电池；
▪ 在钢表面形成一层稳定，完整且与钢基体结合牢 固的钝化膜；
▪ 在形成原电池的情况下，尽可能减少两极间电位 差。
第八章 合金元素在钢中的作用
▪ 2）点蚀
▪ 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。
▪ 3）晶间腐蚀
▪ 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。不锈钢，铝镁 合金。
▪ 7.1.4 腐蚀共同特性 ▪ 7.1.4.1 从热力学角度看，腐蚀是金属由非稳态
自发向稳态的一个转变过程。 ▪ 7.1.4.2 是化学，电化学过程。 ▪ 7.1.4.3 总是发生在表面，从表面开始。
▪ 7.3 金属材料的电化学腐蚀
▪ 金属材料与电解质溶液发生电化学作用而造成的破坏现象。
▪ 7.3.1 金属的电极电位及腐蚀电池
▪ (2)形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素)，根据其与碳 结合力的强弱，可把碳化物形成元素分成三类。
▪ 1）弱碳化物形成元素：锰
材料腐蚀与防腐课件PPT
T
MO2的方向进行；
若 pO 2 pO2，则 GT 0 ，高温氧化反应达到平衡；
2 pO2 ，则 GT 0，反应向 MO2分解的方向进行。 若 pO
显然，求解给定温度下金属氧化的分解压、或者说求解平衡常 数，就可以看出金属氧化物的稳定程度。
1.1.2 金属氧化物的高温稳定性
1.4.2 恒温氧化动力学规律
1.4.2.4 对数与反对数规律 它们的氧化速率与膜的厚度呈指数函数关系。即 :
dy / d Ae By dy / d Ae
积分上式后可得：
By
kn、A、B —常数
—氧化时间
y —氧化厚度
y k1 lg(k2 k3 ) 1/ y k4 k5 lg
氧化膜具有保护性的充分条件： 连续致密，稳定性好，附着力强，内应力小，热膨胀系数与基
体相近，自愈力强。
1.2.4 金属氧化物的晶体结构
1.2.4.1 纯金属氧化物 大多数纯金属氧化物(包括硫化物、卤化物等)的晶体结 构都是由氧离子的密排六方晶格或立方晶格组成。金属离子 在这些密排结构中所处的位置可分为两类： 一类是由四个氧离子包围的间隙，即四面体间隙； 另一类是由6个氧离子包围的间隙，即八面体间隙。在密 排结构中，每1个密排的阴离子对应于2个四面体和1个八面体。 在不同的简单金属氧化物的晶体结构中，阳离子往往有规律 地占据四面体间隙或八面体间隙或同时占据两种间隙。
电中性。
非理想配比的离子晶体可分为两类：
n型半导体：金属过剩型氧化物； p型半导体：金属不足型氧化物。
1.4 高温氧化动力学
本节主要研究氧化膜增长和速度规律，即考虑是按什么规律 成长。从工程观点看金属高温氧化最重要的参数是它的反应速度。 1.4.1 高温氧化速度的测量方法 由于氧化反应产物一般都保留在金属表面，所以氧化速度通 常以单位面积上质量变化表示。膜厚与氧化质量增加可以用下式 表示：
MO2的方向进行；
若 pO 2 pO2，则 GT 0 ，高温氧化反应达到平衡；
2 pO2 ，则 GT 0，反应向 MO2分解的方向进行。 若 pO
显然，求解给定温度下金属氧化的分解压、或者说求解平衡常 数，就可以看出金属氧化物的稳定程度。
1.1.2 金属氧化物的高温稳定性
1.4.2 恒温氧化动力学规律
1.4.2.4 对数与反对数规律 它们的氧化速率与膜的厚度呈指数函数关系。即 :
dy / d Ae By dy / d Ae
积分上式后可得：
By
kn、A、B —常数
—氧化时间
y —氧化厚度
y k1 lg(k2 k3 ) 1/ y k4 k5 lg
氧化膜具有保护性的充分条件： 连续致密，稳定性好，附着力强，内应力小，热膨胀系数与基
体相近，自愈力强。
1.2.4 金属氧化物的晶体结构
1.2.4.1 纯金属氧化物 大多数纯金属氧化物(包括硫化物、卤化物等)的晶体结 构都是由氧离子的密排六方晶格或立方晶格组成。金属离子 在这些密排结构中所处的位置可分为两类： 一类是由四个氧离子包围的间隙，即四面体间隙； 另一类是由6个氧离子包围的间隙，即八面体间隙。在密 排结构中，每1个密排的阴离子对应于2个四面体和1个八面体。 在不同的简单金属氧化物的晶体结构中，阳离子往往有规律 地占据四面体间隙或八面体间隙或同时占据两种间隙。
电中性。
非理想配比的离子晶体可分为两类：
n型半导体：金属过剩型氧化物； p型半导体：金属不足型氧化物。
1.4 高温氧化动力学
本节主要研究氧化膜增长和速度规律，即考虑是按什么规律 成长。从工程观点看金属高温氧化最重要的参数是它的反应速度。 1.4.1 高温氧化速度的测量方法 由于氧化反应产物一般都保留在金属表面，所以氧化速度通 常以单位面积上质量变化表示。膜厚与氧化质量增加可以用下式 表示：
光学性能及腐蚀性能(材料科学基础)
生物腐蚀
微生物在生长过程中分泌的酶或 代谢产物与金属发生反应，导致 金属的溶解或氧化。
腐蚀的影响因素
环境因素
环境中的湿度、温度、 pH值、盐分、污染物等 对腐蚀速率有显著影响。
材料因素
金属材料的种类、纯度、 合金成分、表面状态等对 腐蚀速率有较大影响。
应力因素
金属材料所受的应力、 应变等机械应力对腐蚀
速率有促进作用。
防腐蚀措施
采用涂层、缓蚀剂、阴极 保护等防腐蚀措施可以有 效减缓金属的腐蚀速率。
04 材料的光学性能与腐蚀性 能的关系
光学性能的变化与腐蚀的关系
光学性能的变化
随着时间的推移，材料的光学性能可能会发生变化，如反射率、透射率和散射率的变化。这些变化可 能与材料的腐蚀有关。
腐蚀对光学性能的影响
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光吸收
总结词
光吸收是指光通过材料时，部分或全部光能 被转化为热能或其他形式的能量的过程。
详细描述
光吸收的性质取决于材料的种类、结构和入 射光的波长。某些材料对特定波长的光具有 高吸收率，而对其他波长的光则吸收较少。 光吸收在光学仪器、激光技术等领域有广泛 应用。
03 材料的腐蚀性能
腐蚀类型
01
02 材料的光学性能
折射率
总结词
折射率是光在通过不同介质时发生方向改变的度量，是描述材料对光的折射能力 的物理量。
详细描述
折射率的大小取决于材料的种类和波长。材料的折射率越高，说明光在该材料中 的传播速度越慢。折射率的变化会导致光在界面上的反射和透射行为发生变化， 进而影响光学器件的性能。
反射率
材料的光学性能决定了其在光学器件、显示器、照明等领域的应用潜力。
腐蚀与材料ppt课件
2024/8/4
3
2. 晶间腐蚀
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀——敏化前后金相对照
敏化前
2024/8/4
400×
敏化后 400×
4
2. 晶间腐蚀
晶界贫铬理论： 认为晶界处大量出现Cr23C6相，使钢在晶界处的Cr
被消耗，Cr含量降低，防腐蚀能力下降。含碳量愈高， 在敏化温度停留时间愈长，晶间腐蚀倾向愈严重。固溶 化处理可以大大改善。
2024/8/4
30
3. 应力腐蚀开裂（SCC)
湿硫化氢的应力腐蚀和氢损伤
湿硫化氢环境中钢材开裂实际上有两类开裂现象。一 种是应力诱导的氢致开裂(SOHIC)，也是应力腐蚀；另一种 是与应力无关的氢鼓泡(HB)和氢致开裂(HIC)。
电化学阳极反应方程可简单的表达为： Fe2十＋S2－—→FeS(阳极溶解—腐蚀)
2024/8/r17型铁素体不锈钢有晶间腐蚀倾向，比奥氏体的更
易形成Cr23C6。 在铁素体结构中，高温时敏化很快：Cr的扩散和C的扩
散要比在奥氏体相中快得多。而且C的溶解度也低。 特点是铁素体不锈钢的晶间腐蚀出现在高于900～950℃
加热后（或焊后），甚至水淬急冷也不能避免晶间腐蚀。 但经750～870 ℃短时热处理后晶间腐蚀倾向可以消除。
提高Cr含量，加Ti及Nb（快速形成碳化物元素），降低 C+N量均可降低晶间腐蚀倾向。如1Cr17Ti，0Cr17Ti。高纯 铁素体不锈钢0000Cr18Mo2Ti就没有晶间腐蚀问题。
2024/8/4
12
3. 应力腐蚀开裂（SCC)
金属材料的应力腐蚀在材质、介质和应力(主要是拉 应力)三个因素的共同作用和耦合下才会发生。应力腐蚀 的表现形态主要是形成不断扩展的裂纹，这是一种在应力 作用下的局部腐蚀，危害性特别大。
材料科学基础腐蚀课件
③ 改变环境
通过除气、脱氧、 通过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的 介质组分。还可通过控制温度、 值 添加适量的缓蚀剂等， 介质组分。还可通过控制温度、pH值，添加适量的缓蚀剂等，达到 改变环境的目的。 改变环境的目的。
④电化学保护 ⑤ 涂层
11
三、晶间（晶界）腐蚀 晶间（晶界）
10
应力腐蚀控制方法
① 合理选材
尽量避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中使用。 尽量避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中使用。
② 控制应力
在制造和装配金属构件时， 在制造和装配金属构件时，应尽量使结构具有最小的应力集中 系数，并使与介质接触的部分具有最小的残余应力。 系数，并使与介质接触的部分具有最小的残余应力。残余应力往往 是引起SCC的主要原因 热处理退火可消除残余应力。 的主要原因， 是引起SCC的主要原因，热处理退火可消除残余应力。
（2）闭塞电池理论 ）
在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行。 在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行。 在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹， 在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹，产生 SCC。 。
溶解理论） （3）膜破裂理论（滑移 溶解理论） ）膜破裂理论（滑移-溶解理论
4
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
无机非金属材料腐蚀
无机非金属材料除石墨以外， 无机非金属材料除石墨以外，在与电解质溶液接触时不像 金属那样形成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的， 金属那样形成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的，而 往往是由于化学作用或物理作用所引起。 往往是由于化学作用或物理作用所引起。 化学作用或物理作用所引起 孔隙会降低材料的耐腐蚀性， 孔隙会降低材料的耐腐蚀性，因为孔隙的存在会使材料接触 会降低材料的耐腐蚀性 介质的面积增大， 介质的面积增大，腐蚀不仅可发生在表面上而且也发生在材料内 ，使 蚀作用 增 。 无机非金属材料的耐蚀性 与其 腐蚀性 无 。 。 的耐
腐蚀原理课件第一章
过程装备腐蚀与防护
1 金属电化学腐蚀基本原理
离子的水化能小于金
离子的水化能超 属上晶格的键能，金
过了晶格上的键 属侧荷正电、溶液侧
能，金属侧荷负 电、溶液侧荷正 电的相对稳定的 双电层，负电性
荷负电，通常比较不 活泼的金属浸在含有 浓度较高的正电性较
强的金属，如锌、 强的金属离子的溶液
镉、镁、铁等浸 中，如铂浸在铂盐溶
电位一个矢量，其数值由电极本身、电解液浓度、 温度等因素决定，包括平衡电极电位和非平衡电 极电位；
绝对的电极电位无法测得，可以通过测量电池电 动势的方法相对于某一电极测出相对电极电位；
常见的电极电位是半电池反应“O+e R ” 相对于标准氢电极（SHE）而言的，是“氧化态/ 还原态O（/R ）”电位，有正负之分
化学能与机械能和热能
直接传递，不具备方向性， 测不出电流
在碰撞点上直接形成
电位差，通过自身能量也可以完成
化学能与电能 间接传递，有一定的方向性，能测出 电流 一次产物在电极上形成，二次产物在 一次产物相遇处形成
过程装备腐蚀与防护
1 金属电化学腐蚀基本原理
金属与溶液的界面特性――双电层
金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶液 中的极性水分子、电解质离子相互作用，使界 面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的双 电层。双电层的模式随金属、电解质溶液的性 质而异，一般有以下三种类型。
3) Causing considerable inconvenience to human beings and sometimes loss of life.
过程装备腐蚀与防护
Corrosion economics
1 金属电化学腐蚀基本原理
腐蚀教学课件
金属材料与电解质溶液接触 ， 通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一 种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程， 反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶 盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。 在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。
我们知道，钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐 蚀。原来，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少 量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质 溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁 是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑ O2＋2H2O＋4e-→4OH2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 2H+中性环境中。
化学腐蚀（ chemical corrosion ）
定义： 金属在非电化学作用下的腐蚀（氧化）过程。 通常指在非电解质溶液及干燥气体中，纯化学 作用引起的腐蚀。
负极(Fe)： Fe=Fe2+＋2e-
正极：
O2＋2H2O＋4e-=4OH-
总反应： 2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2
由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成
Fe2O3 铁锈。 【4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 】
详解
电化学腐蚀
与
化学腐蚀
我们知道，钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐 蚀。原来，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少 量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质 溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁 是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑ O2＋2H2O＋4e-→4OH2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 2H+中性环境中。
化学腐蚀（ chemical corrosion ）
定义： 金属在非电化学作用下的腐蚀（氧化）过程。 通常指在非电解质溶液及干燥气体中，纯化学 作用引起的腐蚀。
负极(Fe)： Fe=Fe2+＋2e-
正极：
O2＋2H2O＋4e-=4OH-
总反应： 2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2
由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成
Fe2O3 铁锈。 【4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 】
详解
电化学腐蚀
与
化学腐蚀
2材料腐蚀原理ppt课件
2021/6/27
2.3电极电位与电化学腐蚀倾向判别
一、电极和电极电位
1、电极： 电化学腐蚀中电极的含义普通是指电子导体〔金属〕 和离子导体(电解质溶液或熔融盐等)组成的体系，常 以金属／溶液表示。锌电极Zn／ZnSO4和铜电极 Cu/CuSO4。此外，习惯上有时也将电极资料，即电 子导体(如金属、石墨等)称为电极，此时“电极〞不 代表电极体系，而只是电极体系中电极资料本身。
宏观电池
• 2.不同的金属与同一电解质溶液构成的腐蚀电池：舰船的 推进器是用青铜制造的，由于青铜的电位较高，钢制船壳 体成为阳极而遭到腐蚀：
2021/6/27
宏观电池
• 3.同一种金属进入同一种电解质溶液中，当部分 的浓度或温度不同时，构成的腐蚀电池通常称作 浓差电池，可用Nernst方程计算：
2021/6/27
参比电极
参比电极
参比电极是一个半电池 E = E试样-E参比
或E试样= E +E参比
规范氢电极
铜/硫酸铜 电极
甘汞电极
银/氯化银 电极
2021/6/27
参比电极本身必需是稳定的和可逆的
•
O2+2H2O+4e==4OH-
• 这种电极称为氧电极，类似地还有氢电极，这类电极常统 称为气体电极。
• 气体电极的特点是，作为电极的导体本身不参与反响，仅 起电子的导通和反响Leabharlann 载体作用。2021/6/27
经过上述三种方式建立起的金属(或导体)与溶液之间的双电 层，使金属与溶液之间产生电位差，这种电位差称之为该 金属／溶液体系的绝对电极电位(Electrode Potential)。绝 对电极电位日前尚无法直接测得。为此．国际上一致规定 了用规范氢电极为参照(参比电极)、并规定其电位值为零， 丈量其他电极的电位，由此测得的电极电位称为氢标电位 (以SHE表示standard hydrogen electrode ).规定在任何温度 下，规范氢电极的电极电位都为零。
2.3电极电位与电化学腐蚀倾向判别
一、电极和电极电位
1、电极： 电化学腐蚀中电极的含义普通是指电子导体〔金属〕 和离子导体(电解质溶液或熔融盐等)组成的体系，常 以金属／溶液表示。锌电极Zn／ZnSO4和铜电极 Cu/CuSO4。此外，习惯上有时也将电极资料，即电 子导体(如金属、石墨等)称为电极，此时“电极〞不 代表电极体系，而只是电极体系中电极资料本身。
宏观电池
• 2.不同的金属与同一电解质溶液构成的腐蚀电池：舰船的 推进器是用青铜制造的，由于青铜的电位较高，钢制船壳 体成为阳极而遭到腐蚀：
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宏观电池
• 3.同一种金属进入同一种电解质溶液中，当部分 的浓度或温度不同时，构成的腐蚀电池通常称作 浓差电池，可用Nernst方程计算：
2021/6/27
参比电极
参比电极
参比电极是一个半电池 E = E试样-E参比
或E试样= E +E参比
规范氢电极
铜/硫酸铜 电极
甘汞电极
银/氯化银 电极
2021/6/27
参比电极本身必需是稳定的和可逆的
•
O2+2H2O+4e==4OH-
• 这种电极称为氧电极，类似地还有氢电极，这类电极常统 称为气体电极。
• 气体电极的特点是，作为电极的导体本身不参与反响，仅 起电子的导通和反响Leabharlann 载体作用。2021/6/27
经过上述三种方式建立起的金属(或导体)与溶液之间的双电 层，使金属与溶液之间产生电位差，这种电位差称之为该 金属／溶液体系的绝对电极电位(Electrode Potential)。绝 对电极电位日前尚无法直接测得。为此．国际上一致规定 了用规范氢电极为参照(参比电极)、并规定其电位值为零， 丈量其他电极的电位，由此测得的电极电位称为氢标电位 (以SHE表示standard hydrogen electrode ).规定在任何温度 下，规范氢电极的电极电位都为零。
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1
1. 金属材料腐蚀
分为全面腐蚀和局部腐蚀。
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
特点：金属的腐蚀过程大多在金属的表面发 生，并逐步向深处发展 危害：全面腐蚀相对局部腐蚀其危险性小些， 而局部腐蚀危险性极大
2. 高分子材料腐蚀(老化)
分为化学老化与物理老化。
3. 无机非金属材料腐蚀
由于化学作用或物理作用所引起，耐蚀性与材料 的化学成分、结晶状态、孔隙、结构以及腐蚀介质 有关。
2. 应力腐蚀发生的条件和特征
3. 应力腐蚀机理
4. 应力腐蚀控制方法
6
应力腐蚀发生的条件
应 力 腐 蚀 发 生 的 条 件 和 特 征
① 敏感材料
合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。
② 特定的腐蚀介质
对于某种合金，能发生应力腐蚀断裂与其所处的特定 的腐蚀介质有关。而且介质中能引起SCC的物质浓度一般 都很低
④电化学保护 ⑤ 涂层
10
三、晶间（晶界）腐蚀
晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料 的晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀是在金属(合金)
表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属
强度完全丧失，导致设备突发性破坏。 主要讨论晶间（晶界）腐蚀 产生的条件、机理、 影响因素及防止晶间腐蚀的措施。
2
高分子材料腐蚀－老化
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
化学老化：
化学介质或化学介质与其他因素(如力、光、热等)共同作 用下所发生的高分子材料被破坏现象，主要发生主链的断裂， 有时次价键的破坏也属化学老化。 可分为化学过程和物理过程引起的两种老化形式。
物理老化：
由于物理作用而发生的可逆性的变化，不涉及分子结构的改变。 玻璃态高聚物多数处于非平衡态，其凝聚态结构是不稳定的， 在玻璃化转变温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态， 从而引起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化。
11
1 晶间腐蚀产生的条件
(1) 组织（显微结构）因素
晶界与晶内的物理化学状态及化学成分不同，导 致其电化学性质不均匀。
② 控制应力
在制造和装配金属构件时，应尽量使结构具有最小的应力集中 系数，并使与介质接触的部分具有最小的残余应力。残余应力往往 是引起SCC的主要原因，热处理退火可消除残余应力。
③ 改变环境
通过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的 介质组分。还可通过控制温度、pH值，添加适量的缓蚀剂等，达到 改变环境的目的。
8
应力腐蚀机理
（1）阳极快速溶解理论
裂纹一旦形成，裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前沿区发生 迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面连续地到达裂纹尖端前沿表面，产 生大量瞬间活性溶解质点，导致裂纹尖端(阳极)快速溶解。
（2）闭塞电池理论
在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行。 在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹，产生 SCC。
无机非金属材料的耐蚀性还与其结构有关。晶体结构的耐 腐蚀性较无定型结构高。
4
Байду номын сангаас
材料腐蚀的特点
金属是导体，腐蚀时多以金属离子溶解进入电解液的形式发 生可用电化学过程来描述。金属的腐蚀过程大多在金属的表面发 生，并逐步向深处发展。 无机非金属材料的腐蚀则以材料与介质的化学反应为主， 并与材料的组成、显微结构、结晶状态、腐蚀产物的性质等因 素密切相关。 高分子材料一般不导电，也不以离子形式溶解，周围的介质 (气体、液体等)向材料内渗透扩散是腐蚀的主要原因。同时，高 分子材料中的某些组分(如增塑剂、稳定剂等)也会从材料内部向 外扩散迁移，而溶于介质中。因此在考察高分子材料的腐蚀时， 介质的渗入、渗入的介质与材料间的相互作用和材料组分的溶出 等问题是必须考虑的首要问题。
5
二、应力腐蚀
1. 应力腐蚀概述 (英文缩写SCC，stress corrosion crack)
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。是应力与环境共同作用下的腐蚀行为，是局部腐蚀的一大 类型。 分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、湍流腐蚀、冲蚀等。 在这类腐蚀中受拉应力作用的应力腐蚀是危害最大的局部腐 蚀形式之一，材料会在没有明显预兆的情况下突然断裂。
3
无机非金属材料腐蚀
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
无机非金属材料除石墨以外，在与电解质溶液接触时不像 金属那样形成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的，而 往往是由于化学作用或物理作用所引起。
孔隙会降低材料的耐腐蚀性，因为孔隙的存在会使材料接触 介质的面积增大，腐蚀不仅可发生在表面上而且也发生在材料内 部，使得侵蚀作用明显增强。
③ 拉伸应力
拉伸应力有两个来源。一是残余应力(加工、冶炼、装 配过程中产生)、温差产生的热应力及相变产生的相变应力； 二是材料承受外加载荷造成的应力。
另外，从电化学角度看，SCC在一定的临界电位范围 内产生。
7
应力腐蚀断裂特征 应 力 腐 蚀 发 生 的 条 件 和 特 征
应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂。即使塑性很高的材 料也无颈缩、无杯锥状现象。由于腐蚀介质作用，断口表面颜 色呈黑色或灰黑色。晶界断裂呈冰糖块状，穿晶断裂具有河流 花样等特征。SCC断口微观特征较复杂，视具体合金与环境而 定，显微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。 SCC方式有穿晶断裂、晶界型断裂、穿晶与晶界混合型断 裂。断裂的途径与具体的材料-环境有关。裂纹走向与主拉伸 应力的方向垂直。腐蚀裂缝的纵深尺寸比其宽度尺寸要大几个 数量级，裂纹一般呈树枝状。
（3）膜破裂理论（滑移-溶解理论）
金属表面是由钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性 离子(Cl-)的作用下易引起钝化膜破裂，露出活性的金属表面。介质沿 着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。
9
应力腐蚀控制方法
① 合理选材
尽量避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中使用。
一、材料腐蚀的基本概念
材料发生腐蚀是一个热力学自发过程。
金属腐蚀 ：金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化 学或物理作用，引起金属的变质和破坏。 高分子材料的腐蚀（老化）：高分子材料在加工、储存和使 用过程中，由于内外因素的综合作用，其物理化学性能和机 械性能逐渐变坏，以至最后丧失使用价值。
广义材料腐蚀：指材料由于环境的作用而引起 的破坏和变质过程。
1. 金属材料腐蚀
分为全面腐蚀和局部腐蚀。
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
特点：金属的腐蚀过程大多在金属的表面发 生，并逐步向深处发展 危害：全面腐蚀相对局部腐蚀其危险性小些， 而局部腐蚀危险性极大
2. 高分子材料腐蚀(老化)
分为化学老化与物理老化。
3. 无机非金属材料腐蚀
由于化学作用或物理作用所引起，耐蚀性与材料 的化学成分、结晶状态、孔隙、结构以及腐蚀介质 有关。
2. 应力腐蚀发生的条件和特征
3. 应力腐蚀机理
4. 应力腐蚀控制方法
6
应力腐蚀发生的条件
应 力 腐 蚀 发 生 的 条 件 和 特 征
① 敏感材料
合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。
② 特定的腐蚀介质
对于某种合金，能发生应力腐蚀断裂与其所处的特定 的腐蚀介质有关。而且介质中能引起SCC的物质浓度一般 都很低
④电化学保护 ⑤ 涂层
10
三、晶间（晶界）腐蚀
晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料 的晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀是在金属(合金)
表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属
强度完全丧失，导致设备突发性破坏。 主要讨论晶间（晶界）腐蚀 产生的条件、机理、 影响因素及防止晶间腐蚀的措施。
2
高分子材料腐蚀－老化
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
化学老化：
化学介质或化学介质与其他因素(如力、光、热等)共同作 用下所发生的高分子材料被破坏现象，主要发生主链的断裂， 有时次价键的破坏也属化学老化。 可分为化学过程和物理过程引起的两种老化形式。
物理老化：
由于物理作用而发生的可逆性的变化，不涉及分子结构的改变。 玻璃态高聚物多数处于非平衡态，其凝聚态结构是不稳定的， 在玻璃化转变温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态， 从而引起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化。
11
1 晶间腐蚀产生的条件
(1) 组织（显微结构）因素
晶界与晶内的物理化学状态及化学成分不同，导 致其电化学性质不均匀。
② 控制应力
在制造和装配金属构件时，应尽量使结构具有最小的应力集中 系数，并使与介质接触的部分具有最小的残余应力。残余应力往往 是引起SCC的主要原因，热处理退火可消除残余应力。
③ 改变环境
通过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的 介质组分。还可通过控制温度、pH值，添加适量的缓蚀剂等，达到 改变环境的目的。
8
应力腐蚀机理
（1）阳极快速溶解理论
裂纹一旦形成，裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前沿区发生 迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面连续地到达裂纹尖端前沿表面，产 生大量瞬间活性溶解质点，导致裂纹尖端(阳极)快速溶解。
（2）闭塞电池理论
在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行。 在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹，产生 SCC。
无机非金属材料的耐蚀性还与其结构有关。晶体结构的耐 腐蚀性较无定型结构高。
4
Байду номын сангаас
材料腐蚀的特点
金属是导体，腐蚀时多以金属离子溶解进入电解液的形式发 生可用电化学过程来描述。金属的腐蚀过程大多在金属的表面发 生，并逐步向深处发展。 无机非金属材料的腐蚀则以材料与介质的化学反应为主， 并与材料的组成、显微结构、结晶状态、腐蚀产物的性质等因 素密切相关。 高分子材料一般不导电，也不以离子形式溶解，周围的介质 (气体、液体等)向材料内渗透扩散是腐蚀的主要原因。同时，高 分子材料中的某些组分(如增塑剂、稳定剂等)也会从材料内部向 外扩散迁移，而溶于介质中。因此在考察高分子材料的腐蚀时， 介质的渗入、渗入的介质与材料间的相互作用和材料组分的溶出 等问题是必须考虑的首要问题。
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二、应力腐蚀
1. 应力腐蚀概述 (英文缩写SCC，stress corrosion crack)
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。是应力与环境共同作用下的腐蚀行为，是局部腐蚀的一大 类型。 分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、湍流腐蚀、冲蚀等。 在这类腐蚀中受拉应力作用的应力腐蚀是危害最大的局部腐 蚀形式之一，材料会在没有明显预兆的情况下突然断裂。
3
无机非金属材料腐蚀
腐 蚀 的 类 型 与 分 类
无机非金属材料除石墨以外，在与电解质溶液接触时不像 金属那样形成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的，而 往往是由于化学作用或物理作用所引起。
孔隙会降低材料的耐腐蚀性，因为孔隙的存在会使材料接触 介质的面积增大，腐蚀不仅可发生在表面上而且也发生在材料内 部，使得侵蚀作用明显增强。
③ 拉伸应力
拉伸应力有两个来源。一是残余应力(加工、冶炼、装 配过程中产生)、温差产生的热应力及相变产生的相变应力； 二是材料承受外加载荷造成的应力。
另外，从电化学角度看，SCC在一定的临界电位范围 内产生。
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应力腐蚀断裂特征 应 力 腐 蚀 发 生 的 条 件 和 特 征
应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂。即使塑性很高的材 料也无颈缩、无杯锥状现象。由于腐蚀介质作用，断口表面颜 色呈黑色或灰黑色。晶界断裂呈冰糖块状，穿晶断裂具有河流 花样等特征。SCC断口微观特征较复杂，视具体合金与环境而 定，显微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。 SCC方式有穿晶断裂、晶界型断裂、穿晶与晶界混合型断 裂。断裂的途径与具体的材料-环境有关。裂纹走向与主拉伸 应力的方向垂直。腐蚀裂缝的纵深尺寸比其宽度尺寸要大几个 数量级，裂纹一般呈树枝状。
（3）膜破裂理论（滑移-溶解理论）
金属表面是由钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性 离子(Cl-)的作用下易引起钝化膜破裂，露出活性的金属表面。介质沿 着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。
9
应力腐蚀控制方法
① 合理选材
尽量避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中使用。
一、材料腐蚀的基本概念
材料发生腐蚀是一个热力学自发过程。
金属腐蚀 ：金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化 学或物理作用，引起金属的变质和破坏。 高分子材料的腐蚀（老化）：高分子材料在加工、储存和使 用过程中，由于内外因素的综合作用，其物理化学性能和机 械性能逐渐变坏，以至最后丧失使用价值。
广义材料腐蚀：指材料由于环境的作用而引起 的破坏和变质过程。