腐蚀与防护

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。
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。
腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀 而造成的间接损失往往比直接损失更大，甚 至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停 工停产，产品质量下降，大量有用有毒物质 的泄漏、爆炸，以及大规模的环境污染等。 一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡，直接 威胁着人民群众的生命安全。……
腐蚀的特性
①普遍性和广泛性：腐蚀无处不在。天上地下、陆上水下；金
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。
✓ 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。
“挑战者号” 失 事
愚 者 用 事 。故 总 结 经 验
智 者 用 经 ，验 防 止 事 故
e）阻碍科学技术的发展。如硝酸工业在不锈钢问世之后才得 以实现大规模生产；尿素的工业化生产在其中试之后过了 50年才得以实现，就是由于熔融尿素对钢材的腐蚀问题 迟迟得不到解决；法国的拉克气田1951年因设备发生 H2S应力腐蚀开裂问题得不到解决，推迟到 1957年才得 以全面开发。
.腐蚀与防护的发Baidu Nhomakorabea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！
金属腐蚀研究的发展
早在公元前3世纪,中国 已采用金汞齐鎏金术在金属 表面镀金以增加美观并可防 腐蚀。在秦始皇陵墓中发掘 出来的箭镞有的迄今仍毫无 锈蚀，在这些箭镞（zu）表 面上有一层致密的黑色氧化 层，其中含铬2％左右,而青 铜基体本身并不含铬。这一 现象尚待研究。
越王勾践剑
这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑 身丝毫不见锈斑。它千年不锈的原因是什么呢？
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。
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)，
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。
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。
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。
介质作用下，由于化学变化、 电化学变化或物理溶解而 产生的破坏。 电化学变化或物理溶解而产生的破坏。”
50年代后，随着非金属材料的发展，腐蚀 定义扩大到所 有的材料 定义扩大到所有的材料:
1、 “由于材料和它所处的环境发生反应 使材料和材料 的性质发生恶化的现象 使材料和材料的性质发生恶化的 现象”
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。
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 。
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。（任何事物都有两面性）
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
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。
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
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
湖北省博物馆、省考古所研究员后德俊撰文认 为，该剑出土时并不是绝对没有生锈，只是其锈 蚀的程度十分轻微，人们难以看出。其次，出土 至今还不足40年，该剑的表面已经不如出土时 明亮，说明在目前这样好的保管条件下，锈蚀的 进程也是难以绝对阻止的。
越王勾践剑主要成分为铜，出土的墓室曾经长期 被地下水浸泡，剑完全隔绝氧气是其不锈的主要 原因。
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。
✓ 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。