金属的腐蚀与防护PPT

Fe3++e Fe2+
在用酸清洗钢铁表面的铁锈，即所谓“酸洗”时，锈层溶于 酸中，形成一定量的Fe3+离子和Fe2+离子。Fe3+ 离子就可以 作为去极化剂使钢铁腐蚀。如果酸液面上有空气，Fe2+ 离子 可以在液面附近被空气中的O2氧化成Fe3+，成为去极化剂。 这就形成了一循环过程：Fe3+ 离子在钢铁表面作为去极化剂 还原成 Fe2+ 离子，再到液面附近被O2氧化成Fe3+ 离子，继 续作为去极化剂使钢铁腐蚀起着“氧的输送者”的作用。虽 然溶解在溶液中的氧本身就是有效的去极化剂，但由于常温 压下O2在水溶液中的溶解度很小，由其去极化而引起的腐蚀 速度是不大的。有“氧的输送者”存在时，腐蚀速度就会大 大增加。
(2)金属的氧化处理
将热钢处铁理制，品其加表到面即Na可O形H和成N一a层N厚O2度的约混为合0溶.5液-1.中5μ，m加的 蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀 的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧 化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度， 故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、 细钢丝等常用发蓝处理。

在金属被化学溶解时也有类似情形。例如铁浸在硝 酸溶液中，随着硝酸浓度的升高，铁的溶解速度加 快。但当硝酸浓度超过某一临界值后，铁的溶解速 度反而显著降低。这种在强化条件下金属正常溶解 反而受到阻抑的现象叫做金属的钝化。
用控制电势法测定阳极极化曲线，可以清楚地了解金属的
钝化过程。如图所示就是典型的恒电势阳极极化曲线。曲 线分为四个区域AB段为活性溶解区，金属进行正常的阳极 溶解。当电势达到 时，金属发生了钝化过程。金属的溶解
缓蚀剂分为无机盐(如硅酸盐、正磷酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐 等)和有机物(一般是含N、S、O的化合物如胺类、吡啶类、硫 脲类、甲醛、丙炔醇等)。缓蚀剂的作用是通过吸附与腐蚀产 物生成沉淀而覆盖在金属电极表面形成保护膜,从而减缓电极 过程的速度,达到缓蚀的目的。缓蚀剂也可分为阳极缓蚀剂和 阴极缓蚀剂。阳极缓蚀剂是直接阻止阳极表面的金属进入溶 液,或在金属表面上形成保护膜,使阳极免于腐蚀。如果加入缓 蚀剂的量不足,阳极表面覆盖不完全,则导致阳极的电流密度增 大而使腐蚀加快,故有时也将阳极缓蚀剂称为危险性缓蚀剂。 阴极缓蚀剂主要抑制阴极过程的进行,增大阴极极化,有时也可 在阴极上形成保护膜。阴极缓蚀剂则不具有“危险性”。随 着社会进步和人类环保意识的增强,缓蚀剂的开发和运用越来 越重视环境保护的要求。绿色化学及其技术将广泛应用于腐 蚀防护领域。CIBA公司已开发出两种低毒有机涂层缓蚀剂 Irgcor252和Irzcor53。
如果氧供应充分的话，Fe(OH)2：还会逐步被氧化 成含水的四氧化三铁Fe3O4·mH2O和含水的三氧化 二铁Fe2O3·nH2O。钢铁在大气中生锈，就是一个 以O2为去极化剂的电化学腐蚀过程，直接与金属表 面接触的离子导体介质是凝聚在金属表面上的水膜，
而最后形成的铁锈是成分很复杂的铁的含水氧化物，
此类腐蚀。
★其他局部腐蚀:
缝隙腐蚀（Crevice corrosion） 沉积腐蚀 浓差电池腐蚀 湍流腐蚀 腐蚀疲劳（Corrosion fatigue） 磨损腐蚀（Erosion corrosion） 氢致开裂（Hydrogen induced cracking）

它在局部腐蚀中居首位。根据腐蚀介质的性
质和应力状态的不同，裂纹特征会有所不同，显
微裂纹呈穿晶、晶界或两者混合形式，裂纹呈树
枝状，其走向与所受拉应力的方向垂直。如奥氏
体不锈钢在热氯化物水溶液（如NaCl2，MgCl2， BaCl2溶液）中常有应力腐蚀破裂发生。
★晶间腐蚀（Intergranular corrosion）

这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿晶界
向纵深处发展。这时，金属外观虽看不出什么变
化，但其机械性能确已大大降低了。例如奥氏体
不锈钢、铁素体不锈钢常出现这种腐蚀。
★选择性腐蚀（Selective leaching）

合金中的某一组分由于腐蚀优先溶解到溶液
中去，而另一种金属富集下来。如黄铜脱锌就是
2.按腐蚀环境分类

(1)化学介质腐蚀

(2)大气腐蚀

(3)海水腐蚀

(4)土壤腐蚀

(5)工业水腐蚀

(6)高温腐蚀
★液态金属腐蚀
★熔盐腐蚀
★燃气腐蚀
3.按作用原理分类
（1）化学腐蚀

金属的化学腐蚀是指金属表面与非电解质直
接发生纯化学作用而引起的破坏。
●气体腐蚀。一般是指金属在干燥气体中发生的 腐蚀。例如,用氧气切割和焊接管道时在金属表 面上产生的氧化皮。
(3) 非金属涂层
用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等 涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层， 也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶 等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿 物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯 等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖 层致密光洁、色泽艳丽，兼具防腐蚀与装饰的双重 功能。
(1)金属的磷化处理
钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶 液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷 酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰 色至黑灰色，厚度一般为5-20μm，在大气中有较好 的耐腐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力 强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。
不锈钢和碳钢的连接处，碳钢在介质中做为阳极
而被腐蚀。
★氢脆（Hydrogen embrittlement）

在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的
氢原子可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力
作用下发生脆裂。如含硫化氢的油、气输送管道
中常发生这种腐蚀。
★应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking)
通入大小一定的电流密度。并使阳极电位维持在钝化区间，
这样金属器件就得到了保护。在钝化态，金属的溶解速度 一般是10-6~10-8A•cm-2，比活化态小103~106倍，因而可 以认为金属得到了保护。
恒电势阳极极化曲线
(四)缓蚀剂法 缓蚀剂法是一种常用的防腐蚀措施,在腐蚀环境中加入少量缓
蚀剂就能和金属表面发生物理化学作用,从而显著降低金属材 料的腐蚀。由于缓蚀剂在使用过程中无须专门设备,无须改变 金属构件的性质,因而具有经济、适应性强等优点,广泛应用于 酸洗冷却水系统、油田注水、金属制品的储运等工业过程中。
有时还有一些含水的铁盐。一般氧最易到达铁锈的
最外层，其中铁是三价；铁锈最里层，铁是二价； 中间层有可能是含水的四氧化三铁。
如果氧供应充分的话，Fe(OH)2：还会逐步被氧化 成含水的四氧化三铁Fe3O4·mH2O和含水的三氧化 二铁Fe2O3·nH2O。钢铁在大气中生锈，就是一个 以O2为去极化剂的电化学腐蚀过程，直接与金属表 面接触的离子导体介质是凝聚在金属表面上的水膜， 而最后形成的铁锈是成分很复杂的铁的含水氧化物， 有时还有一些含水的铁盐。一般氧最易到达铁锈的
王国庆
什么叫腐蚀
腐蚀现象都是由于金属与一种电解质（水溶液或 熔盐）接触，因此有可能在金属／电解质界面发 生阳极溶解过程（氧化）。这时如果界面上有相 应的阴极还原过程配合，则电解质起离子导体的 作用，金属本身则为电子导体，因此就构成了一 种自发电池，使金属的阳极溶解持续进行，产生 腐蚀现象。
1 金属腐蚀研究的意义和重要性 2 腐蚀机理 3金属腐蚀的分类 4 金属腐蚀的防护方法 5 展望
★点蚀（Pitting）

又称小孔腐蚀。这种破坏常集中在某些活性
点上，并向金属内部深处发展，通常其腐蚀深度
大于其孔径，严重时可使金属穿孔。如不锈钢在
含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式
★电偶腐蚀（Galvanic corrosion）

凡具有不同电极电位的金属相互接触，并在
一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属此类，如
应的还原过程。
（一）改善金属的本质
根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金， 或在金属中添加合金元素，提高其耐腐蚀性，可 以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍 制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。
（二）形成保护层
在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐 蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工 业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保 护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电 化学方法实现的。
速度剧烈降低，故 为临界钝化电势。BC段是过渡钝化区， 金属表面由活化状态过渡到钝化状态。CD段是稳定钝化区， 这一段电势区通常达1~2V，有的金属甚至可达几十伏，在 此电势范围内金属的钝化达到稳定状态，金属的溶解速度 达到最低值，在整个CD段溶解速度几乎保持不变。DE段 是过钝化区，当 进入DE段，这时金属溶解速度又得新加 快，造成这一现象有两种可能的原因，一是金属的高价态
1.按腐蚀形态分类
（1）全面腐蚀（General Corrosion）

腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，
也可以是不均匀的。如碳钢在强酸中发生的腐蚀
即属此例。均匀腐蚀的危害性相对较小，因为若
知道了腐蚀的速度，即可推知材料的使用寿命，
并在设计时将此因素考虑进去。
（2）局部腐蚀
腐蚀主要集中在 金属表面某一区域， 而表面的其他部分几 乎未被破坏。常见的 几种局部腐蚀如图1 所示：
金属材料是现代社会中使用最广泛的工程材料， 在人类的文明与发展方面起着十分重要的作用。 人们不仅在工农业生产，科学研究方面用到金属 材料，在日常生活中也随处可见，无时无刻不在 使用金属材料。然而这些金属材料都会被破坏， 其损坏的形式是多种多样的，最常见的是断裂， 磨损和腐蚀三种形式。