金属常见的金属腐蚀形式共77页
金属的常见腐蚀形态及其保护措施
电动序和电偶序
电动序： 按照金属标准电极电位大小排列的顺序表。标准电极电位是纯 金属与介质中所含该金属离子的处于平衡状态时的电极电位。 电动序只能粗略地判定金属腐蚀的倾向性，在实际腐蚀体系实 用时有局限性;
电偶序： 金属和合金在实际使用条件下的腐蚀电位（非平衡电极电位） 的相对大小 排列而成的序列表;
5. 全面腐蚀造成金属的大量损失，所造成金属的损失量大 ；
6. 从技术的观点来看，这类腐蚀并不可怕，一般不会造成 突然事故。根据测定和预测的腐限的要求，涂覆不同的覆盖层，包括 金属喷镀、电镀、热浸镀和各种涂料涂装体系以防止设 备的过早腐蚀破坏。
蚀倾向就越大
2．介质条件 金属的电极电位因介质条件（成分、浓度、pH、温度等）
的不同而异，当介质条件发生变化时，金属的电偶腐蚀行为有 时会因出现电位逆转而发生变化。
通常阳极金属腐蚀电流的分布是不均匀的，距结合部越远 ，电流传导的电阻越大，腐蚀电流就越小。溶液电阻对电偶腐 蚀作用的“有效距离”影响显著。溶液的电阻越大，“有效距离”越 小。
•青铜
•Cu •黄铜 •Ni（活化） •海军黄铜
•Sn
•Pb •316、317不锈钢（活化）
•304不锈钢（活化） •铸铁
•钢或铁 •2024铝合金
•Cd •1100铝合金
•Zn •Mg和Mg合金
•↑ •阳极（贱）
•海水中的电偶序
电偶腐蚀的影响因素
1．电化学因素 电位差：两种金属在电偶序中的起始电位差越大，电偶腐
例如：晶间腐蚀导致晶粒间失去结合力，材料 的强度下降；点蚀导致金属制品穿孔而报废
电偶腐蚀的推动力： 电偶腐蚀与相互接触的金属在溶液中的电位有关，正是由
于接触金属电位的不同，构成了电偶腐蚀原电池，接触金属的 电位差是电偶腐蚀的推动力。
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影响点蚀的因素:流动状态
在流动介质中金属不容易发生孔蚀，而 在停滞液体中容易发生，这是因为介质流 动有利于消除溶液的不均匀性，所以输送 海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水 排尽。
点蚀的控制
改善介质环境：减轻介质环境的侵蚀性， 包括减少或消除Cl-等卤素离子，特别是 防止溶液局部浓缩；避免氧化性阳离子； 加入某些缓蚀性阴离子；提高pH值；降 低环境温度；使溶液流动或加搅拌等都 可减少孔蚀的发生。
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全面腐蚀和局部腐蚀
全面腐蚀：腐蚀在整个金属表面上进行 的腐蚀。
特因全面腐蚀造成的设备事故占总事故的 13.4%。
局部腐蚀：腐蚀只集中在金属表面局部 区域上进行，其余大部分区域几乎不腐 蚀，这种破坏现象称为局部腐蚀。
全面腐蚀 应力腐蚀破裂
腐蚀疲劳 小孔腐蚀 晶间腐蚀 高温氧化
氢脆
8.5% 45.6% 8.5% 21.6% 4.9% 4.9% 3.0%
Table2:1976年日本Mitsubishi化工 机械公司化工装置损坏调查
全面腐蚀与局部腐蚀的比较
比较项目
全面腐蚀
局部腐蚀
腐蚀形貌 腐蚀分布在整个金属表面 腐蚀破坏主要集中在一定区域
物、组分元素的贫化或富集区及氧化膜、 钝化与浓差效应→腐蚀微电池→电偶型腐 蚀。这些微区中的电偶现象通常称为腐蚀 微电池，不称作电偶腐蚀。 阴极保护效应 本质：电偶对腐蚀电位不同→腐蚀电池。
电偶腐蚀
电偶序
金属在一 定条件下 测得的稳 定电位的 排序。
应用电偶序应注意
关注电偶对在排序中的位置而不是电 极电位。
设计材料的选择，避免大阴极小阳极； 不同金属相连时应加以绝缘； 涂层保护； 缓蚀剂； 控制维持阳极过程的去极剂； 易腐蚀的阳极部件应易于更换和修理。
金属常见的腐蚀形式
第四节 缝隙腐蚀
1 缝隙腐蚀：金属部件在介质中，由于金属 与非金属或金属与金属之间形成特别小的 缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起 缝内金属加速度腐蚀。 特点：极为普遍，金属与任何材料；
Fe2++2Cl- →FeCl2
FeCl2+2H2O → Fe(OH)2+2HCl → 酸性增加导致金属的更大溶解→ Fe(OH)2在孔口氧化为Fe(OH)3疏松沉淀→ 氯离子不断向孔内迁移→水解pH下降→ 环境不断恶化——由闭塞电池引起孔内酸化 从而加速腐蚀的作用，称“自催化酸化作用”
--
3 影响因素：材料，介质成分，流速和温度 （1）材料
--
2 机理
点蚀为什么要有诱导期？为什么仅在极其 局部的区域内发生？
点蚀核的形成及材料表面状况
金属表面
膜不完整
钝化金属（钝化膜）：溶解—修复
➢ 基底金属与邻近完好钝化膜之间构成局部电池
（基底金属为阳极，钝化膜为阴极）→点蚀核→孔 口介质pH增大→有沉淀生成→ 孔口沉积形成闭塞 电池→保护穴位→酸度增加，腐蚀速度增大（自 催化酸化作用）→蚀坑增大→诱导期结束（进入 高速溶解阶段）
介质温度升高，会使低温下不发生点蚀 的材料发生点蚀。
--
4 防止 （1）从材料角度出发
①选用耐点蚀合金（钼、高纯不锈钢） ②保护表面膜 ③增加壁厚延长蚀孔穿透时间 （2）从环境、工艺角度出发 尽量降低介质中氯离子、溴离子及氧化性金属 离子的含量。 （3）添加缓蚀剂 （4）控制流速（滞流或缺氧下易发生点蚀） （5）电化学保护—阴极保护
并尽量避免大阴极/小阳极的面积组合； （2）施工中可考虑在不同金属的连接处加以绝
缘。（法兰连接处用绝缘材料的垫片） （3）涂料涂覆在阴极性金属，减小阴极面积； （4）缓蚀剂，减缓介质的腐蚀性； （5）设计时要考虑到易于腐蚀的阳极部件在维
金属腐蚀的化学过程
金属腐蚀的化学过程金属腐蚀是指金属在与环境中的氧气、水或其他化学物质接触时，发生化学反应而导致金属表面的损坏和腐蚀。
这是一种普遍存在的现象，对于金属制品的使用和保养具有重要的意义。
本文将介绍金属腐蚀的化学过程，以及一些常见的腐蚀形式和防腐措施。
一、金属腐蚀的化学过程金属腐蚀是一种电化学反应，涉及到金属的氧化和还原过程。
在腐蚀过程中，金属表面的原子或离子与环境中的氧气、水或其他化学物质发生反应，形成金属离子和电子。
金属离子溶解于溶液中，而电子则通过金属表面的导电路径流动，形成电流。
这个过程可以用下面的化学方程式表示：金属→ 金属离子 + 电子金属离子 + 电子→ 金属在这个过程中，金属的氧化是指金属原子失去电子，形成金属离子；而金属的还原是指金属离子接受电子，重新形成金属原子。
这个过程是一个动态平衡的过程，当金属表面的金属离子溶解速度等于金属离子还原速度时，金属腐蚀停止。
二、金属腐蚀的常见形式金属腐蚀的形式多种多样，常见的有以下几种：1. 酸蚀：金属与酸发生反应，产生金属盐和氢气。
例如，铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气。
Fe + 2HCl → FeCl2 + H22. 碱蚀：金属与碱发生反应，产生金属盐和氢气。
例如，铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝和氢气。
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H23. 氧化腐蚀：金属与氧气发生反应，形成金属氧化物。
例如，铁与氧气反应生成铁(III)氧化物。
4Fe + 3O2 → 2Fe2O34. 电化学腐蚀：金属在电解质溶液中发生电化学反应，形成金属离子和电子。
例如，铁在水中发生电化学腐蚀反应。
Fe → Fe2+ + 2e-5. 微生物腐蚀：某些微生物能够利用金属作为能源，通过代谢产生的酸性物质导致金属腐蚀。
例如，硫酸盐还原菌能够利用铁作为电子供体，产生硫酸和铁离子，导致铁的腐蚀。
三、金属腐蚀的防腐措施为了防止金属腐蚀，人们采取了各种防腐措施。
金属材料腐蚀的分类
金属材料腐蚀的分类
金属材料的腐蚀可以按照不同的分类方式进行划分，以下是常见的几种分类方式：
1. 电化学腐蚀分类：
- 酸性腐蚀：金属在酸性环境中的腐蚀。
- 碱性腐蚀：金属在碱性环境中的腐蚀。
- 电池腐蚀：由于金属表面产生微观电池，导致腐蚀。
- 微生物腐蚀：由微生物代谢产生的酸、碱或化学物质导致
的腐蚀。
2. 物理腐蚀分类：
- 氧化腐蚀：金属与氧发生化学反应导致腐蚀。
- 湿气腐蚀：金属与湿气中的水蒸气等产生的化学物质发生
反应导致腐蚀。
- 焊接腐蚀：焊接过程中产生的热应力和化学物质导致的腐蚀。
3. 腐蚀形式分类：
- 均匀腐蚀：金属表面均匀腐蚀，使金属材料的厚度逐渐减少。
- 局部腐蚀：金属表面仅部分区域发生腐蚀，如点蚀、缝蚀、孔蚀等。
- 应力腐蚀：金属在受到应力作用的同时，发生化学物质的
腐蚀。
- 磨蚀腐蚀：金属材料在摩擦或冲刷作用下发生的腐蚀。
这些分类方式只是根据不同的角度对金属材料腐蚀进行的分类，实际上金属腐蚀是一个复杂的过程，往往同时存在多种腐蚀形式。
常见的腐蚀形式
局部腐蚀只要有：点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、湍流腐蚀。
1、加入抗点蚀的合金元素，如铬、钼和少量的氮；2、电化学保护；3、使用缓蚀剂，如硝酸盐，铬酸盐。
缝隙腐蚀
介质滞留在金属构件连接部位的缝隙中引起的腐蚀
氧浓差电池、闭塞电池联合作用机制
1、合理设计，避免形成缝隙；2、用垫片；3、阳极保护法；4、选择耐缝隙腐蚀的材料，选择含高铬、钼、镍的不锈钢。
晶间腐蚀
金属在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的局部腐蚀
注：1、点腐蚀中，点蚀电位越正，耐点蚀性能越好，保护电位与点蚀电位越接近，钝化膜修复能力越强。
2、碳钢不能依靠自身形成保护膜，需加附加表面保护层，也可加铜、磷等合金元素。
1、提高材料的耐蚀性(如添加铜、磷、铬、镍及稀土元素)；2、涂层；3、采用气相缓蚀剂；4、降低大气湿度；5、合理设计，防止缝隙中留有水、灰尘
海水腐蚀
1、除特别活泼的金属及其合金外，其余的都是氧去极化过程；2、阳极阻滞作用很小；3、电导率很高，电阻性阻滞很小；4、易发生局部腐蚀。
1、海水中的氯离子；2、海水中的溶解氧——盐的浓度和温度越高，溶解氧越少，腐蚀速度下降；3、正常的pH值在7.2-8.6，超过的腐蚀加速；4、温度高的，腐蚀速度越快；5、流速越大，腐蚀加快，但含钛、钼的不锈钢，在高速海水中抗腐蚀较好
1、研制和应用耐海水腐蚀的材料，如钛、镍、铜及其合金；2、阴极保护；3、涂层
土壤腐蚀
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03
利用陶瓷材料的高温稳定性和耐腐蚀性，制备陶瓷涂
层，提高金属在高温、强腐蚀环境中的使用寿命。
电化学保护法
阴极保护
通过给金属构件施加外部电流，使其处 于阴极状态，从而防止电化学腐蚀的发 生。常用于埋地管道、储罐等设施的防 腐。
利用可再生生物资源制备生物基防护材料，替代传统石油基材料，实现
可持续发展。
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金属腐蚀对环境和经济影响
1 2
环境污染
金属腐蚀产生的废渣、废水等对环境造成污染。
资源浪费
金属腐蚀导致设备、构件等失效，造成资源浪费 。
3
经济损失
金属腐蚀给国民经济带来巨大损失，如设备维修 、更换费用等。
03
常见金属腐蚀形态及实例
均匀腐蚀
定义
金属表面均匀发生的腐蚀，导致金属逐渐变薄。
实例
钢管在潮湿环境中的腐蚀。
3D打印技术
应用3D打印技术制造复杂金属构件，实现轻量化、一体化和个性化设 计，降低生产成本。
智能涂层技术进展
自修复涂层
研发具有自修复功能的涂层材料，能够在金属表面损伤时自动修 复，延长金属构件的使用寿命。
智能感知涂层
开发能够实时监测金属构件状态和环境因素的智能感知涂层，为预 防性维护提供数据支持。
02
金属腐蚀基本概念及危害
金属腐蚀定义与分类
化学腐蚀
金属与周围介质发生化学反应而引起的腐蚀，如氧化、硫化等。
电化学腐蚀
金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的腐蚀，如析氢腐蚀、吸氧腐蚀等。
金属腐蚀原因及影响因素
环境因素
金属常见的几种腐蚀简介
金属常见的几种腐蚀简介一、垢下腐蚀1、定义垢下腐蚀under-deposit corrosion：金属表面沉积物产生的腐蚀2、腐蚀机理一种特殊的局部腐蚀形态，其机理是由于受设备几何形状和腐蚀产物、沉积物的影响，使得介质在金属表面的流动和电介质的扩散受到限制，造成被阻塞的的空腔内介质化学成分与整体介质有很大差别，空腔内介质pH值发生较大变化，形成阻塞电池腐蚀（Occude cell corrosion），尖端的电极电位下降，造成电池腐蚀。
按其腐蚀原理可分为酸性腐蚀和碱性腐蚀两种，通常循环冷却系统的垢下腐蚀为酸性腐蚀。
结垢是指在冷却水中所含成垢组分在水侧金属表面的结垢过程，污垢是包括水垢在内的固形物的集合体。
常见的污垢物有：泥渣及粉尘砂粒，腐蚀产物，天然有机物群生物群体，一般有碎屑、氧化铝、磷酸铝、磷酸铁和污垢的沉积，冷却塔的污垢来自于以下几个方面：①来自补充水的污垢。
②来自空气污垢。
③来自系统本身的污垢。
微生物是一些细小多为肉眼看不见的生物，微生物的种类有细菌、藻类、真菌和原生动物，微生物在冷却水系统中大量繁殖，会使冷却水颜色变黑，发生恶臭。
破坏环境，同时会形成大量粘泥使冷却塔的冷却效率降低，使效率迅速降低的水头损失增加，沉积在金属表面的菌类，会引起严重的垢下腐蚀所有这些总是导致冷却水系统不能长期安全运转影响生产，造成经济损失。
因此，微生物危害与水垢腐蚀对冷却水的危害是一样的重要三者比较起来控制微生物的危害应是首要的。
冷却水的微生物有以下种类：有真菌、硫酸菌、还原菌、自养菌、异样菌、硫细菌、铁细菌、硝化菌、藻类，藻类是低级的绿色植物，没有要茎叶的分化固然又叫原植体植物，藻类与菌类的主要区别在于具有色素体的色素，能进行光合作用。
制造营养物质是光合自养型生物，在循环冷却水系统，常出现的有蓝绿藻、绿藻、硅藻三大类，在循环冷却水池，冷却塔受光照的部分生长繁殖枯死的藻类进入循环冷却系统成为沉积物的一种成份，金属的垢下腐蚀是由于其本身电化学腐蚀存在自催化作用，酸腐蚀是氢的去极化作用(2H++2e→H2)，腐蚀产物主要是可溶性盐，这些盐类的水解使介质的酸性进一步增强，加速了金属的腐蚀。
第二节金属常见的腐蚀形式
4 防止 （1）选择适当的材料 在特定环境中选择没有应力腐蚀破裂敏感性的材 料（镍基合金、铁素不锈钢、双向不锈钢） （2）热处理消除残余应力 拉应力：工程载荷应力与制造过程中的残余应力 （3）改变金属表面应力的方向 拉引力→ 压缩应力 喷丸、滚压、锻打减小制造拉应力。
（4）合理设计设备结构和严格控制制造工艺 焊接设备，焊接工艺 ①减少聚集焊缝，避免交叉焊缝以减少残 余应力； ②闭合的焊缝越少越好； ③采用对焊接，避免搭焊接，减少附加的 弯曲应力。 ④保证焊接部件在施焊过程中伸缩自如， 防止因热胀冷缩形成内应力。
• 贫铬区（阳极）和处于钝化的钢（阴极） 之间建立起一个具有很大电位差的活化-钝 化电池。 • 在晶界上析出的Cr23C6并不被侵蚀，而贫 铬区的小阳极（晶界）和未受影响区域的 大阴极（晶粒）构成了局部腐蚀电池，因 而使贫铬区受到了晶间腐蚀。
3 防止 （1）降低钢中含碳量 因为Cr23C6的形成导致晶间腐蚀的发生，当将 碳含量降到0.02%（超低碳）以下时，即使在 700℃经长时间的敏化处理也不易产生晶间腐蚀。 （2）加入稳定化元素（Ti钛，Nb铌，防止贫铬） （3）采用固溶处理 不锈钢加热至1050～1100℃，保温一段时间 让Cr23C6充分溶解，然后快速冷却，迅速通过敏 化温度范围以防止碳化物的析出。
——标志着腐蚀进入了发展阶段 Nhomakorabea（3）闭塞电池形成后，缝隙内阳离子难以向缝隙 外扩散迁移，随Fe2+，Fe3+的积累，缝隙内正电 荷过剩，促使缝隙外Cl-迁移入内以保持电中性。 氯离子的迁入使得自催化过程发生，缝隙内金属 的溶解加速进行（同点蚀）。 氧浓差电池——腐蚀的开始起促进作用 闭塞电池——蚀坑的深化和扩散 自催化酸化作用是造成腐蚀加速的根本原因。 单纯的氧浓差电池没有自催化作用，不至于 构成严重的缝隙腐蚀。
金属常见的金属腐蚀形式
第1页，共77页。
全面腐蚀和局部腐蚀
全面腐蚀：腐蚀在整个金属表面上进行的 腐蚀。
特点：腐蚀分布较均匀，寿命可预测；
腐蚀量大（A↑m↑）
因全面腐蚀造成的设备事故占总事故的 13.4%。
第2页，共77页。
局部腐蚀：腐蚀只集中在金属表面局部区 域上进行，其余大部分区域几乎不腐蚀， 这种破坏现象称为局部腐蚀。
点蚀
金属的大部分表面不发生腐蚀或腐 蚀很轻微，但局部地方出现腐蚀小 孔并向深处发展的现象，称为小孔 腐蚀或点蚀。
点蚀是一种破坏性和隐患大的腐蚀 形态之一，它使失重很小的情况下， 设备就会发生穿孔破坏，造成介质 流失，设备报废。
第16页，共77页。
点蚀特点
腐蚀沿重力方向，孔深＞＞孔径； 破坏性强，一旦发生，V腐↑； 多发生在有自钝化性能的金属上； 小孔腐蚀发生于有特殊离子的介质中，
第52页，共77页。
2、晶界杂质选择溶解理论
当晶界上析出了σ相(FeCr金属间化合物)，或是有杂质 (如磷、硅)偏析，在强氧化性介质中便会发生选择性溶 解，从而造成晶间腐蚀。
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上述两种解释晶间腐蚀机理的理论各自适用于一定合金的组 织状态和一定的介质，不是互相排斥而是互相补充的。但应该看 到，最常见的晶间腐蚀多数是在弱氧化性或氧化性性介质中发生 的，因而对绝大多数的腐蚀实例都可以用贫化理论来解释。对不 锈钢尤其如此。
第30页，共77页。
点蚀的控制
合理选择耐蚀材料：使用含有抗点蚀最为有效的 元素如Cr、Mo、Ni等的不锈钢，在含氯离子介质 中可得到较好的抗点蚀性能，这些元素含量愈高， 抗蚀性能愈好。应根据对耐蚀性的要求，介质的 侵蚀性以及经济性能等各方面的要求选用适当的 材料。
金属腐蚀及其主要类型
金属的腐蚀问题金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀(Metallic Corrosion)。
金属腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。
这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。
腐蚀过程一般有两种途径：化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀：金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀：金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。
金属腐蚀的主要类型1.均匀腐蚀(Uniform Corrosion)均匀腐蚀是指在与环境接触的整个金属表面上几乎以相同速度进行的腐蚀。
在应用耐蚀材料时，一般以耐均匀腐蚀作为主要的耐蚀性能依据，对于特点介质环境下，则还需考虑耐局部腐蚀的性能。
2.点蚀(Pitting Corrosion)由于金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，当介质中含有某些活性阴离子（如氯离子）时，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。
一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时，金属表面就发生腐蚀。
这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活性—钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。
一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。
点蚀经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。
在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%～25%。
流动不畅的含活性阴离子的介质中容易形成活性阴离子的积聚和浓缩的条件，促使点蚀的生成。
粗糙的表面比光滑的表面更容易发生点蚀。
pH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。
氧化性金属离子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促进点蚀的产生。