腐蚀与防护

✓ 1967年12月，美国俄亥俄大桥由于应力腐蚀和腐蚀疲劳 突然掉入河中，致使46人丧生。 ✓ 1982年9月一架日航DC-8喷气客机在我国上海降落时， 由于飞机刹车系统的高压气瓶发生应力腐蚀爆炸，致使刹 车失灵，飞机冲出跑道，致使数十人受伤。 ✓1985年8月12日一架日航波音747客机由于发生应力腐 蚀开裂而坠毁，死亡500多人。 ✓1980年3月北海油田的亚历山大·基兰德号采油平台发生 腐蚀疲劳破坏，致使 123人丧生。 ✓2004年8月9号，日本美滨核电站3号反应堆涡轮机房配 水管发生腐蚀穿孔，引起高温高压水蒸气泄漏，导致4死7 伤的生产事故。
腐蚀与防护
腐蚀事例（感性认识）
老房木板上的生锈的铁钉、铁护栏的生锈、锡罐头盖的生 锈、钢筋的锈蚀、轮船设备的锈蚀、腐蚀的自来水管道 流出黄色的水、输油输气管道、开水管道、大雁塔广场 上铜雕塑上的铜绿、秦始皇的铜车马、兵马俑、银首饰 的变色、塑料的硬脆、橡胶轮胎的老化、古籍纸质的发 黄变脆、丝绸的化丝、朽木、涂料的褪色、脱落、牙齿 的坏烂、石头的风化等等。
✓ 震惊世界的印度博帕尔公害事件：1984年12月3日凌晨，印度
博帕尔市郊的"联合碳化杀虫剂厂"一贮罐的安全阀由于腐蚀发生毒气泄 漏事故。1小时后有毒烟雾袭向这个城市，形成了一个方圆25英里的毒雾 笼罩区。近邻的两个小镇上，有数百人在睡梦中死亡。火车站里的一些 乞丐死亡。一周后，有2500人死于这场污染事故，另有1000多人危在 旦夕，3000多人病入膏肓，20多万人双目失明。博帕尔的这次公害事件 是有史以来最严重的污染事故惨案。
c）造成产品污染，影响产品质量和企业的经济效益。如少量 的铜盐就可以毁坏整缸肥皂液，会加速肥皂变质，缩短肥 皂的贮用时间。皂液盒绝对不能用铜瓶、或镀铜的瓶子灌 装！
d）引发灾难性事故，如中毒、火灾、爆炸等。腐蚀是引发石 油化工企业“跑、冒、滴、漏”的主要原因及诱发灾难性 事故的源头。轻者造成装置停车，重者引发安全事故。
1997年某化工厂 18个乙烯原料储罐由于硫化物腐 蚀引起大火，停产半年，直接损失达2 2亿多元，间 亿多元，间接损失巨大。
✓ “挑战者号” 失事
1986年1月28日美国“挑战者号”航天飞机在这寒冷的天气条件下，升空不 到73s就发生了爆炸，造成机毁人亡，7名机组人员全部遇难，世界为之震惊。 美国航空太空总署（NASA）之后的事故调查原因得出的结论是由于低温腐 蚀导致火箭助推器燃料罐O型密封圈失效，使燃料发生泄漏而爆炸！由于火 箭助推器长达38.4m，铁路无法运输，因此不得不分成几部分运输，在发射现 场进行组装。在各部分的接合处采用O型密封圈来防止热气跑出。在航天飞 机设计准则明确规定了推进器工作的温度范围为4~32℃，而那天航天飞机系 统周围的环境温度为-0.6~37℃。但所有的橡胶密封圈从来没有在10℃以下测 验过，这主要是因为这种材料是用来承受燃烧热气的，而不是用来承受冬天 寒气的。气温降低后，这些O圈就变得非常坚硬，伸缩就更加困难，造成密 封不严。“挑战者”原定1月25日发射，但因为天气恶劣，发射已被推迟了5 次。两名飞船设计高级工程师未能说服宇航局高层的冒险发射计划，最终导 致悲剧的发生。“挑战者”平稳地离开了发射台升空了！博伊斯乔利转向埃 比林：“我们刚刚躲过了一颗原子弹！”因为按他的分析，“挑战者”会在 平台上爆炸。
③非线性：腐蚀的速度并非总是线性过程，会随外界 条件的变化而变化。
④自发性：腐蚀的发生完全是一个自发过程，就像水 向低处流一样。我们控制腐蚀就像要阻止水向低处流。从化学的角度
来说就是从不稳定态向稳定态转化的过程。金属的腐蚀是金属提纯的逆向过程。
⑤危害性和严重性：很大。
⑥ 危害性：腐蚀会影响设备的使用寿命，严重的会危及设备 安全及人身安全，因而不可等闲视之。腐蚀造成的直接损失， 如人员的伤亡、设备的破坏、装置的损毁等造成直接的经济损 失，大家是有目共睹的。但更为重要的是，腐蚀所造成的相关 间接损失也非常惊人。如一个电厂由于腐蚀而导致突然停电， 将导致大批的工厂的巨大损失。桥梁、压力容器、锅炉、贮有 剧毒、放射性物质的金属容器、贮存核废料的金属容器等。腐 蚀→停车停产→该厂经济损失→连锁反应→其他相关厂经济损 失→国内的经济损失→国际的经济损失→总的经济损失。
2、 “腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产生的破坏”
腐蚀环境
严格讲，所有环境都有一定的腐蚀性，所以周围介质 就称之为腐蚀环境。腐蚀环境对于腐蚀影响很大，如在 无氧的盐酸中，铁会发生腐蚀而铜不发生腐蚀；在含氧 的盐酸中，铁和铜都会发生腐蚀，但是铁的腐蚀速度大 于铜的腐蚀速度。
苛刻的腐蚀环境：高温、高压、交流电场、低温、粉 尘、酸、碱、盐等。
腐蚀事故举例
1966年某天然气井的套管发生硫化物应力腐蚀开 ， 造成井喷和特大爆炸，人员伤亡，日产百万立方米 的高产气井报废。
1971 某天然气管线发生腐蚀断裂，产生爆炸， 直 接经济损失达 直接经济损失达7000 万元
1985 日本的一架波音 747客机，由于应力腐蚀 客 机，由于应力腐蚀断裂而坠毁，死亡 500余人。
2002年中国工程院的调查结果表明，我国腐蚀 损失 （包括直接和间接损失）达到 损失（包括直接和间接损
为了预防和减轻腐蚀的危害,人们不得不付出
相当的代价。这种代价称之为腐蚀损失(Ｃｏｓｔｏ
ｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎ),即国民经济为解决腐蚀问
题而付出的总费用。以合理的代价取得所需要的腐
蚀防护效果是腐蚀控制工程的任务。由于腐蚀问题
1975年，美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为700亿 美元，为当年国民生产总值的4.2％， 是当年水灾、火 灾、地震、飓风等自然灾害损 失（125亿美元）的 5倍 多。
我国1980年十家化工企业由于腐蚀造成的经济 年十家 化工企业由于腐蚀造成的经济 损失约为当年生产总值的 损失约为当年生产总值的3.9 3.9％，这个数值与许 多 国家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相 多国家进行 的全面腐蚀损失调查的结果大体相当。
.腐蚀与防护的发展概况
① 历史：春秋战国时期的剑、戟等武器；秦始皇铜车马、青铜器、出土
的箭镞毫无腐蚀，研究发现表面用铬酸盐和重铬酸盐处理过，而基体不 含铬的氧化物。没有铁器！
腐蚀程度和速度与腐蚀环境、作用时间、材质、结构、 化学组成、形状、表面状况、受力情况等密切相关。
腐蚀与防护的重要性
腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失. 这种损失可分为直接损失和间接损失.直接损失包 括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗,以及为 防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐 蚀材料等的费用.由于腐蚀,使大量有用材料变为废 料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其 年产量的30%,造成地球上的有限资源日益枯竭.全 世界每90s就有1 t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所 需的能源可供一个家庭使用3个月 。
二、环境：介质、温度、流速、压力。
三、反应：反应的种类及过程。金属材料主 要是发生化学或电化学反应，非金属材料与 环境发生溶胀、溶解、老化等反应。
出于物理原因造成的破坏不称为腐蚀，而称 为磨损或磨耗等等。但实际情况下腐蚀和物 理损伤是伴随发生的，物理损伤更是加速了
金属腐蚀的定义的变化
50年代，腐蚀的定义只局限于金属的腐蚀： “金属在周围介质作用下，由于化学变化、 金属在周围
已经成为影响国民经济和社会可持续发展的重要因
素之一,目前,经济发达国家和地区正在以大幅度提
高能源效率、资源效率和环境效率作为国家发展的
战略目标和前瞻性投资的依据。
腐蚀与防护的意义
腐蚀与防护学科的内容和任务
一、内容：是一门综合性很强的边缘学科。 古老又年轻。
二、任务：研究结构材料的腐蚀过程和腐 蚀控制机理，采取适当措施延长结构材料 的使用寿命，正确地选用材料及采取适当 的防腐措施。
属、非金属。航天器的生物腐蚀、大气腐蚀；轮船、航空母舰的海水腐蚀。
②持续性：腐蚀无时不在。腐蚀的发生是一个持续、累积过程。有
可能在无任何征兆条件下突然发生破坏。不是不爆，时候未到！腐蚀在我们身 边每时每刻悄悄地发生着，它吞噬着人们的劳动成果，改变了历史的原貌。 《悄悄进行的破坏——金属腐蚀》曹楚南院士的科普著作。
⑥复杂性：腐蚀过程是一个非常复杂的物理、化学过程，涉
及化学、电化学、物理学、材料学、表面科学、工程力学、 冶金学、生物学等多个学科。现在尽管取得了长足的进步， 但还有相当一部分仍旧不明了，还只能靠经验、事后总结。
⑦腐蚀的可利用性：集成电路板工业、玻璃雕刻、干电池
放电等。（任事物都有两面性）
材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的 1.8～ 4.2％左右
腐蚀的定义
广义的腐蚀指材料与环境间发生的化学或电 化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现 象。
狭义的腐蚀是指金属与环境间的物理-化学 相互作用，使金属性能发生变化，导致金属， 环境及其构成系功能受到损伤的现象。
材料（通常是指金属）或材料的性质由于他 所处的环境的反应而恶化变质。
一、材料：金属、非金属。
严重性：
a）造成资源、能源的巨大浪费，加剧了资源、能源的匮乏。 据估计，每年有大约30%的金属由于腐蚀而遭到报废。腐 蚀掉的金属还得由重新冶炼来的金属补充，消耗电力、煤 炭、石油等能源。
b）造成环境污染（掉头发、猝死、怪病、非正常死亡、残废 、患病），而且环境污染有的还具有长效性，如核污染（ 日本偷袭珍珠港后广岛、长崎的核污染导致日后岛上居民 患各种癌症而死亡）、DDT(滴滴涕，一种难以降解的杀 虫剂，曾获得过1948年诺贝尔生理医学奖)，
儿歌: 锈了一枚铁钉，坏了一只蹄铁；坏 了一只蹄铁，折了一匹战马；折了一匹战 马，损了一员大将；损了一员大将，输了 一场战役；输了一场战役，亡了一个帝国。
铁钉→帝国
据统计，全世界每年因腐蚀而报废的钢材约占钢材年产量的1/4， 每年腐蚀的金属超过1亿吨。在这类损失中，约有15％只需应用 目前已有的防腐蚀技术就可以避免。