第二章结构材料的腐蚀与防护PPT课件
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材料腐蚀与防护课件
1 高温腐蚀
※高温腐蚀意义: ①化学腐蚀.
非电解质溶液、干燥气体中,由纯化学反应作用引起的腐蚀.主要是指: 氧化、卤化、硫化、碳化等高温氧化.
②高温氧化.化学腐蚀主要是指高温氧化.
狭义:金属的高温氧化仅指金属与环境中的氧反应生成氧化物的过程. 广义:金属在高温下与环境中的氧、硫、氯、碳等发生反应导致金属 损坏、变质的过程.
ΔG<0 过程自发进行 ΔG=0 平衡 ΔG>0 过程不可能发生 即系统在无外力时,系统将转变到最低能量状态.
※ 在单一气体中腐蚀的热力学 以金属在氧气中的氧化为例进行分析. M+O2=MO2 (1A) 若体系自发进行ΔG=G产物-G反应物<0 根据范托霍夫(Van’t Hoff)等温方程式: ΔG=-RT㏑KP+RT㏑QP 和标准吉布斯自由能变化ΔGθ=-RT㏑KP 对氧化反应(1A)有下式:
I.完全耐蚀（<0.001） II.很耐蚀 (0.001～0.005&0.005～0.01) Ⅲ.耐蚀 (0.01～0.05&0.05～0.1) Ⅳ.尚耐蚀 (0.1～0.5&0.5～1.0) Ⅴ.欠耐蚀 (1.0～5.0&5.0～10.0)
Ⅵ.不耐蚀 (>10.0)
3级标准(mm/a)
耐蚀 <0.1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 可用 0.1～1.0 Ⅳ 不可用 >1.0 Ⅴ、Ⅵ
V+ΔW=(W1-W0)／St V-ΔW=(W0-W2)／St ; V腐蚀速度,单位g／m2h ±—代表增重、失重(g) W0—原始质量,W1—试样腐蚀后的质量,W2—清除腐蚀产物后的试 样质量 S—试样表面积(㎡) t—腐蚀时间(h)
可见:金属腐蚀后的质量变化换算成单位表面积与单位时间内的质 量变化来表且示,且质量指标计算的腐蚀速度只表示平均腐蚀速度, 即均匀腐蚀速度. 失重法用于能较好清除试样表面腐蚀产物的情况下,而增重法则 是若腐蚀产物牢固地附着在试样表面的情况.
材料腐蚀与防护ppt课件
在某些情况下，磨损了的零件是可以修复的，例如， 用快速笔刷电镀法可以修复已轻微磨损了的车轴。 腐蚀: 是金属材料或其制件在周围环境介质的作用下， 逐惭产生的损坏或变质现象----化学变化。 金属材料的锈蚀是最常见的腐蚀现象之一。在机器设备 的损坏中，腐蚀与磨损经常是“狼狈为奸”，同时进行。
二:腐蚀的定义
(1) 电偶腐蚀(Galvanic Corrosion) (2)点蚀(Pitting) (3)缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) (4)晶间腐蚀(Intergranular Corrosion)
(5)剥蚀(Exfoliation)
(6)选择性腐蚀(Selective Corrosion) (7)丝状腐蚀(Filiform Corrosion)
2 金属氧化物的蒸气压
物质在一定温度下都具有一定的蒸气压。当固体氧化物 的蒸气压低于该温度下相平衡蒸气压时，则固体氧化物蒸发。 蒸气压与标准自由能的关系：
X (s) X ( g )
蒸发热愈大，蒸气压愈小，固态氧化物愈稳定
2.金属氧化物的熔点 一些金属氧化物的熔点低于该金属的熔点，因此，当 温度低于金属熔点以下，又高于氧化物熔点以上时，氧 化物处于液态，不但失去保护作用，而且还会加速金属 腐蚀。
五：研究材料腐蚀的重要性及控制
第一章 金属与合金的高温氧化
重点：
1. Ellingham平衡图 2. 金属高温氧化的历程，物质在氧化膜内的传输途径
3. 氧化膜的P-B比
4.氧化膜的晶体缺陷 哈菲原子价规则 5. Wagner理论 6.合金的氧化形式 7.提高金属抗氧化途径
引言 一：高温氧化定义
其中以在干燥气态介质中的腐蚀行为的研究历史最 久，认识全面而深入，本章重点介绍金属(合金)高温氧 化机理及抗氧化原理。
二:腐蚀的定义
(1) 电偶腐蚀(Galvanic Corrosion) (2)点蚀(Pitting) (3)缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) (4)晶间腐蚀(Intergranular Corrosion)
(5)剥蚀(Exfoliation)
(6)选择性腐蚀(Selective Corrosion) (7)丝状腐蚀(Filiform Corrosion)
2 金属氧化物的蒸气压
物质在一定温度下都具有一定的蒸气压。当固体氧化物 的蒸气压低于该温度下相平衡蒸气压时，则固体氧化物蒸发。 蒸气压与标准自由能的关系：
X (s) X ( g )
蒸发热愈大，蒸气压愈小，固态氧化物愈稳定
2.金属氧化物的熔点 一些金属氧化物的熔点低于该金属的熔点，因此，当 温度低于金属熔点以下，又高于氧化物熔点以上时，氧 化物处于液态，不但失去保护作用，而且还会加速金属 腐蚀。
五：研究材料腐蚀的重要性及控制
第一章 金属与合金的高温氧化
重点：
1. Ellingham平衡图 2. 金属高温氧化的历程，物质在氧化膜内的传输途径
3. 氧化膜的P-B比
4.氧化膜的晶体缺陷 哈菲原子价规则 5. Wagner理论 6.合金的氧化形式 7.提高金属抗氧化途径
引言 一：高温氧化定义
其中以在干燥气态介质中的腐蚀行为的研究历史最 久，认识全面而深入，本章重点介绍金属(合金)高温氧 化机理及抗氧化原理。
《材料腐蚀与防护》幻灯片
属不断溶解，孔外外表发生氧的复原，使蚀孔以自
催化过程开展，导致金属小孔腐蚀而被破坏。
例题： 讨论铁－铬〔Fe-Cr〕合金在 w(NaCl)=3.5%充气水溶液中点蚀开展过程。
〔1〕 在蚀孔底部： Fe和Cr的溶解反响
F eF e2 2e
C rC3r 3e
〔2〕 在孔下部那么壁 Cr3+的沉淀反响、Fe2+和局部Cr3+与Cl－
成小蚀孔，成为蚀孔核。
〔3〕点蚀敏感位置〔点蚀源〕 ① 金属外表的非金属夹杂物处； ② 金相组织不均匀，晶界处； ③ 钝化膜粗化、划伤、应力集中处、晶格缺
陷处； ④ 镀层、漆膜的不致密，针孔、气泡处；
〔4〕 蚀孔的诱导期
蚀孔的诱导期的长短取决于介质中的 阴离子浓度、pH值、金属的纯度和外表
的完整性、外加极化电势等因素。 一般情对况于，给a 定C 的l 金,属 ：则 f (aCl, )
第三节 电偶腐蚀
电偶腐蚀的定义：
两种电极电位不同的金属或合金相
接触并放入同一介质中时，电位较负的
金属腐蚀加速，而电位较正的金属腐蚀
减缓〔得到了保护〕。由于同电极电势
较高的金属接触而引起腐蚀速度增大的
电化学腐蚀现象，称为电偶腐蚀或双金
属腐蚀、接触腐蚀。
一 电动序与电偶序
1 电动序〔标准电势序〕
势的影响
ω(Mo)/%
0.0 0.42 0.92 1.4 1.8 2.4
br/mV(SHE) 280 300 340 400 535 732
四 防止点蚀的措施 1 改善介质条件； 2 选用耐点蚀的合金材料； 3 阴极保护； 4 对金属材料外表进展钝化处理，提高
材料的 钝态稳定性； 5 添加缓蚀剂；
材料腐蚀与防护课件
氧化还原反应
金属与氧化剂直接发生化学反应 ，导致金属原子失去电子成为正 离子，氧化剂获得电子成为负离 子。
酸碱反应
金属与酸或碱发生中和反应，释 放氢离子或氢氧根离子，导致金 属溶解。
生物腐蚀机理
01
生物腐蚀是指微生物、藻类等生 物对材料造成的腐蚀。
02
生物腐蚀通常发生在潮湿环境， 如土壤、水体等，由于生物活动 产生的代谢产物对材料造成腐蚀 。
详细描述
腐蚀的本质是材料与环境中的介质发生化学或电化学反应，导致材料结构、性能 和外观发生变化。化学腐蚀是指材料与环境中的介质发生化学反应，生成新的物 质；电化学腐蚀则是材料与电解质溶液发生原电池反应，导致材料损失。
腐蚀的原理与过程
总结词
腐蚀的原理主要包括氧化还原反应和电化学反应。在氧化还原反应中，材料失去或获得 电子，与环境中的氧化剂或还原剂发生反应；在电化学反应中，材料作为原电池的一个
蚀性。
03
材料的耐腐蚀性能评价
耐蚀性能的测试方法
浸泡试验
将材料浸泡在腐蚀介质 中，观察其腐蚀速率和
程度。
盐雾试验
模拟海洋环境，通过盐 雾加速材料的腐蚀。
恒温恒湿试验
在恒定的温度和湿度条 件下，测试材料的耐腐
蚀性能。
电化学测试
利用电化学方法测量材 料的腐蚀电流和电位等
参数。
材料的耐蚀性等级评定
腐蚀等级标准
船舶海洋工程的腐蚀防护
总结词
船舶洋工程长期处于海洋环境中，面临严重的腐蚀问题。
详细描述
船舶和海洋工程结构的腐蚀不仅影响使用寿命，还可能引发安全事故。为了应对海洋腐蚀环境，通常 采用耐腐蚀的金属材料和涂层保护，同时对船体和海洋平台进行阴极保护，以减缓腐蚀速率。
第二节金属的腐蚀与防护PPT课件
6
一、金属的腐蚀
是指金属或合金与周围接触到的气体或 液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀 的化学原理也不同，一般可分为：
化学腐蚀 和 电化学腐蚀。
7
1、化学腐蚀
金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、 SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀 叫做化学腐蚀。
原理： 氧化还原反应 实例： ⑴ 铁与氯气直接反应
1
2
3
第三章 探索生活材料
第二节 金属的腐蚀和防护
第1课时
4
金属腐蚀的现象
锈蚀的轮船 锈 蚀 的 楼 梯
锈蚀的闸门
锈 蚀 的 大 桥
5
金属的腐蚀现象非常普遍： 1、钢铁生锈：
铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O 2、铜器表面生成铜绿：
铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3 金属腐蚀的不利后果有哪些？
12
2、电化学腐蚀
不纯的金属（或合金）跟电解质溶 液接触时，会发生原电池反应，比较活 泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀 叫做电化学腐蚀。
原理： 原电池反应
本质： 氧化还原反应 实例： 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ13
〔复习回顾〕
请大家判 断右图所示 原电池的正 负极，并写 出电极反应 方程式：
14
⑵ 钢管被原油中的含硫 化合物腐蚀
8
一般情况下，温度的升高会加快化学 反应速率。因此，温度对化学腐蚀的影响 较明显。
家用燃气灶
放在南极已差不多 90年食品罐头
9
2、电化学腐蚀
不纯的金属（或合金）跟电解质溶 液接触时，会发生原电池反应，比较活 泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀 叫做电化学腐蚀。
一、金属的腐蚀
是指金属或合金与周围接触到的气体或 液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀 的化学原理也不同，一般可分为：
化学腐蚀 和 电化学腐蚀。
7
1、化学腐蚀
金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、 SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀 叫做化学腐蚀。
原理： 氧化还原反应 实例： ⑴ 铁与氯气直接反应
1
2
3
第三章 探索生活材料
第二节 金属的腐蚀和防护
第1课时
4
金属腐蚀的现象
锈蚀的轮船 锈 蚀 的 楼 梯
锈蚀的闸门
锈 蚀 的 大 桥
5
金属的腐蚀现象非常普遍： 1、钢铁生锈：
铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O 2、铜器表面生成铜绿：
铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3 金属腐蚀的不利后果有哪些？
12
2、电化学腐蚀
不纯的金属（或合金）跟电解质溶 液接触时，会发生原电池反应，比较活 泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀 叫做电化学腐蚀。
原理： 原电池反应
本质： 氧化还原反应 实例： 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ13
〔复习回顾〕
请大家判 断右图所示 原电池的正 负极，并写 出电极反应 方程式：
14
⑵ 钢管被原油中的含硫 化合物腐蚀
8
一般情况下，温度的升高会加快化学 反应速率。因此，温度对化学腐蚀的影响 较明显。
家用燃气灶
放在南极已差不多 90年食品罐头
9
2、电化学腐蚀
不纯的金属（或合金）跟电解质溶 液接触时，会发生原电池反应，比较活 泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀 叫做电化学腐蚀。
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：
最新2019-材料腐蚀与防护绪论-PPT课件
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(Ｃｏｓｔ ｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎ),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。
1，全面腐蚀(General Corrosion) 腐蚀分布在 整个金属表面上，它可以是均匀的，也可以 是不均匀的。
2．局部腐蚀(Localized Corrosion) 局部腐蚀 主要发生在金属表面某一区域。
局部腐蚀的类型
(1)小孔腐蚀(Pitting) (2)缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) (3)电偶腐蚀(Galvanic Corrosion) (4)晶间腐蚀(Intergranular Corrosion) (5)应力腐蚀破裂(Stress Corrosion Cracking) (6)氢脆(Hydrogen Embrittlement) (7)腐蚀疲劳(Corrosion Fatigue) (8)选择性腐蚀(Selective Corrosion)
五.材料腐蚀程度的表示 方法
1．失重法与增重法
增重法
2．腐蚀深度法
常用腐蚀速率单位的换算关系根据金属全面腐蚀的材料耐蚀性，可分类为 十级标准或三级标准
3．电流密度法 假如电流强度为I，通电时间为t，则通过的 电量为It。lmol物质发生电化学反应时所需的 电 量 为 1 个 法 拉 第 (Faraday) ， 即 96484 ～ 96500(C／mol)。从而可得出金属阳极溶解的 质量为：
2-材料设备的腐蚀、防护与保温ppt课件
在水中的氧化一还原电位(E)与溶液的pH值图
要想避免铁的腐蚀，其状态点 就不能落入腐蚀区，可采取以 下几种措施：
1)将铁的电极电位降至非腐蚀 区。
这就要对铁施行阴极保护。
2)将铁的电极电位升高，进入 钝化区。
这可使用阳极保护法或在溶液 中添加阳极型缓蚀剂来实现。
3)调整溶液PH值范围使PH＝ 8—13，可使铁进入钝化区。
金属材料的腐蚀分类
1、化学腐蚀(Chemical Corrosion) 化学腐蚀是指金属与腐蚀介质直接发
生反应，在反应过程中没有电流产生 。
最重要的化学腐蚀形式是气体腐蚀， 如金属的氧化过程或金属在高温下与 SO2、水蒸气等的化学作用。
金属材料的腐蚀分类
2．电化学腐蚀 (Electrochemical Corrosion) 电化学腐蚀是指金属与电解质溶液(大多数为
化学腐蚀- 氧化膜的产生和作用
化学腐蚀的腐蚀产物在金属表面形成表面膜，表 面膜的性质决定了化学腐蚀速度。
氧化膜的作用： 氧化膜阻隔了金属与介质之间的物质传递，将减
慢金属继续氧化的速度。 如果氧化膜致密完整，强度、塑性都较好、膜的
膨胀系数与金属接近、膜与金属的亲和力较强等 情况下，则有利于保护金属、降低腐蚀速度。
水溶液)发生了电化学反应而发生的腐蚀。 其特点是：在腐蚀过程中同时存在两个相对独
立的反应过程——阳极反应和阴极反应，在反 应过程中伴有电流产生。 电化学腐蚀是最常见的腐蚀形式， 自然条件下、如潮湿大气、海水、土壤、地下 水以及化工、冶金生产中绝大多数介质中金属 的腐蚀通常具有电化学性质。 一般来说，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多， 它所造成的危害和损失也是极为严重的。
化学腐蚀
钢铁的气体腐蚀类型: 高温氧化 脱碳 氢蚀 铸铁肿胀
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6
➢ 硫化氢与铁作用生成氢气和硫化铁：
H 2SFeFeSH 2
此反应在高温下迅速进行，生成的FeS夹 杂在金属晶粒之间的界面上（或称为 “在晶界上”），使金属材料的强度下 生成的氢，先以降原。子状态溶于金属中，接着氢原子扩散 并逐步聚集于应力集中处或金属缺陷处，使金属变脆， 这称为“氢脆”
电化学腐蚀: 指金属和周围介质发生电化学反应（原电 池反应 ）而产生的腐蚀。
钢铁
潮湿空气 水膜
CO2、 SO2、H2S 电解质 溶液
原
铁
电
池
原电池：
活泼金属：
C 失电子，转移到杂质上
杂质(C或较不 电解质溶液中的物质 活泼的金属) 在杂质上得到电子
11
腐蚀电池分类
大电池腐蚀: 不同金属在同一种电解质溶 液中接触形成的腐蚀电池。
如两种金属接触时，如Cu、Al导线接头， 在空气中表面凝聚着一层水膜，水膜内 溶有CO2成为电解质溶液，Cu与Al浸于 其中，形成的腐蚀电池。
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微电池腐蚀: 电解质溶液接触的只是一种 金属也会因表面不均匀或含杂质形成微 电池。
在钢铁材料中，常含有锰、硅、碳（石墨）和碳化铁 （Fe3C）等杂质。石墨和Fe3C不容易失去电子，它们在 水膜电解质溶液中成为正极（阴极），而金属铁成为负 极（阳极），形成腐蚀电池。由于微小的杂质分散于铁 中，形成微阴极（如杂质比铁更容易失电子，则成为微 阳极），故称为微电池腐蚀．
3
教学目标
• 描述金属材料的腐蚀机理 • 说出一回路所用材料的性质和腐蚀特点
教学内容
• 一回路的结构材料 • 锆合金的腐蚀特点 • 不锈钢的腐蚀特点及影响因素 • 镍基合金的腐蚀特点 • 活化腐蚀产物的迁移与沉淀
4
2.1 金属的腐蚀及防护
铁的腐蚀机理 金属腐蚀定义：金属材料与外部介质反 应使材料发生可测量的变化和可能引起 的变质或破坏现象。 金属腐蚀后的特征：在外形、色泽以及机械性能等方面 都发生一定的变化。 按照腐蚀过程的机理，金属腐蚀常分为两大类—化学腐 蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀: 金属和周围介质（氧、氯、SO2、硫化氢…） 直接进行化学反应而引起的腐蚀。
5
化学腐蚀一般都是全面性腐蚀，常见的有 ➢ 金属在酸与碱溶液中的化学反应； ➢ 铁在800－1000 ℃时，显著氧化生成的 氧化物； 氧化物可分为三层—最靠近金属铁的是FeO层，它在570 ℃以上是稳定的，低于570 ℃时，将按下式缓慢分解：
4F eO F eF e3O 4
靠近FeO层的是Fe3O4 层，最外层是Fe2O3。氧离子(O – 和O2-)可以通过氧化层向内扩散，铁离子(Fe2+和 Fe3+)也 可以通过氧化层向外扩散，使腐蚀继续进行。
8
实际上，金属腐蚀往往是在多种因素作 用下发生的，例如，电化学作用和机械 作用，或电化学作用和微生物作用共同 产生腐蚀，化学腐蚀和电化学腐蚀也常 同时发生。
由于核电站中的水都是电解质，所以核电站腐蚀以电化 学腐蚀为主，也伴有其它腐蚀。 腐蚀电池
将两种金属放在电解质溶液内，并以导线联结。由于这 两种不同的金属标准电位不同，因而存在电位差，当导 线联结后导线上便有电流通过，这种装置叫做原电池。
13
(2) 没有氧气时: 2H+ + 2e- → H2； （ H2＝0.0 V） 这种腐蚀称为析氢腐蚀
有氧气存在时电池电动势 E1=1.229-(-0.447)=1.676V; 无氧气存在时电池电动势 E2=0-(-0.447)=0.447V。 可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特 别严重。铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于 电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还 原反应。Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极 上，在铜极上O2与H+发生还原反应，消耗电子，并且消 耗了H+，使溶液的pH值增大。
15
二价铁可以继续氧化成红棕色的Fe(OH)3：
16
三 结价 构铁组F织e。(OH型)3结为构红复棕杂色，(弱它磁有物质、)，两种 型为黄色（强磁物质），所以铁锈也有 红色和黄色两种。由于这种腐蚀有氢析 出，也称为析氢腐蚀．
析氢腐蚀是在较强的酸性介质中发生的，如果钢铁表面 形成的电解质薄膜，呈很弱的酸性或中性时，负极仍是 铁被氧化成Fe2+，而在正极的主要反应则是水膜里溶解 的氧气得电子被还原：2H 2O O 24e4O H
又如在铜板上有一铁铆钉，也可形成的腐蚀电池。 铁：阳极（负极）发生金属的氧化反应： Fe → Fe2+ + 2e-； （Fe ＝－0.447V） 铜：阴极（正极）上可能有如下两种还原反应 (1) 空气中氧分压 =21 kPa 时： O2+4H++4e- →2H2O； （ O2＝1.229 V） 这种腐蚀称为吸氧腐蚀
铜: +0.345 铝: -1.67 铝电极电势低，为负极， (发生氧化反应，称为 阳极）；铜电极电势高， 为正极（发生还原反应， 称为阴极）。
12
()阳 极 反 应2Al6e2Al3[2Al6O H2Al(O H)3]
()阴 极 反 应
6H6e3H2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总 反 应
2Al6H2O2Al(O H)33H2
9
Zn电极电势 -0.762, Cu电极电势+0.345 锌电极电势低，为负极（发生氧化反应， 称为阳极）失去电子
铜电极电势高，为正极 (发生还原反应，称为 阴极)。
由于电极反应而引腐蚀， 这种腐蚀称为电化学腐 蚀。阳极被腐蚀。
10
为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈， 而在潮湿的空气中却易生锈呢？
特征：在反应过程中伴随有电流发生，并且此电流通过 金属本身。
7
化学腐蚀（次 要）
两类腐蚀的区别
电化学腐蚀 （主要）
条件
金属跟氧化剂 直接接触
不纯金属或合 金跟电解质溶
液接触
现象 无电流产生 有微弱电流
本质
金属被氧化的 过程
较活泼的金属 被氧化的过程
相互关 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同
系
时发生，电化学腐蚀为主
第二章 结构材料的 腐蚀与防护
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压水堆核电站中水的作用?
冷却剂和慢化剂； 作为二回路工质； 换料和燃料贮存过程中用作屏蔽材料； 在安全注射和安全壳喷淋系统中用来确 保反应堆事故下的安全； 配成各种水溶液对人员和设备进行化学 去污。
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在压水堆中水作为冷却剂的优点 ➢ 热交换与传热系数大 ➢ 化学稳定性好 ➢ 辐照稳定性好 ➢ 核性能好 ➢ 价格便宜，确保供应量，操作处理 方便
➢ 硫化氢与铁作用生成氢气和硫化铁：
H 2SFeFeSH 2
此反应在高温下迅速进行，生成的FeS夹 杂在金属晶粒之间的界面上（或称为 “在晶界上”），使金属材料的强度下 生成的氢，先以降原。子状态溶于金属中，接着氢原子扩散 并逐步聚集于应力集中处或金属缺陷处，使金属变脆， 这称为“氢脆”
电化学腐蚀: 指金属和周围介质发生电化学反应（原电 池反应 ）而产生的腐蚀。
钢铁
潮湿空气 水膜
CO2、 SO2、H2S 电解质 溶液
原
铁
电
池
原电池：
活泼金属：
C 失电子，转移到杂质上
杂质(C或较不 电解质溶液中的物质 活泼的金属) 在杂质上得到电子
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腐蚀电池分类
大电池腐蚀: 不同金属在同一种电解质溶 液中接触形成的腐蚀电池。
如两种金属接触时，如Cu、Al导线接头， 在空气中表面凝聚着一层水膜，水膜内 溶有CO2成为电解质溶液，Cu与Al浸于 其中，形成的腐蚀电池。
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微电池腐蚀: 电解质溶液接触的只是一种 金属也会因表面不均匀或含杂质形成微 电池。
在钢铁材料中，常含有锰、硅、碳（石墨）和碳化铁 （Fe3C）等杂质。石墨和Fe3C不容易失去电子，它们在 水膜电解质溶液中成为正极（阴极），而金属铁成为负 极（阳极），形成腐蚀电池。由于微小的杂质分散于铁 中，形成微阴极（如杂质比铁更容易失电子，则成为微 阳极），故称为微电池腐蚀．
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教学目标
• 描述金属材料的腐蚀机理 • 说出一回路所用材料的性质和腐蚀特点
教学内容
• 一回路的结构材料 • 锆合金的腐蚀特点 • 不锈钢的腐蚀特点及影响因素 • 镍基合金的腐蚀特点 • 活化腐蚀产物的迁移与沉淀
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2.1 金属的腐蚀及防护
铁的腐蚀机理 金属腐蚀定义：金属材料与外部介质反 应使材料发生可测量的变化和可能引起 的变质或破坏现象。 金属腐蚀后的特征：在外形、色泽以及机械性能等方面 都发生一定的变化。 按照腐蚀过程的机理，金属腐蚀常分为两大类—化学腐 蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀: 金属和周围介质（氧、氯、SO2、硫化氢…） 直接进行化学反应而引起的腐蚀。
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化学腐蚀一般都是全面性腐蚀，常见的有 ➢ 金属在酸与碱溶液中的化学反应； ➢ 铁在800－1000 ℃时，显著氧化生成的 氧化物； 氧化物可分为三层—最靠近金属铁的是FeO层，它在570 ℃以上是稳定的，低于570 ℃时，将按下式缓慢分解：
4F eO F eF e3O 4
靠近FeO层的是Fe3O4 层，最外层是Fe2O3。氧离子(O – 和O2-)可以通过氧化层向内扩散，铁离子(Fe2+和 Fe3+)也 可以通过氧化层向外扩散，使腐蚀继续进行。
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实际上，金属腐蚀往往是在多种因素作 用下发生的，例如，电化学作用和机械 作用，或电化学作用和微生物作用共同 产生腐蚀，化学腐蚀和电化学腐蚀也常 同时发生。
由于核电站中的水都是电解质，所以核电站腐蚀以电化 学腐蚀为主，也伴有其它腐蚀。 腐蚀电池
将两种金属放在电解质溶液内，并以导线联结。由于这 两种不同的金属标准电位不同，因而存在电位差，当导 线联结后导线上便有电流通过，这种装置叫做原电池。
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(2) 没有氧气时: 2H+ + 2e- → H2； （ H2＝0.0 V） 这种腐蚀称为析氢腐蚀
有氧气存在时电池电动势 E1=1.229-(-0.447)=1.676V; 无氧气存在时电池电动势 E2=0-(-0.447)=0.447V。 可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特 别严重。铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于 电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还 原反应。Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极 上，在铜极上O2与H+发生还原反应，消耗电子，并且消 耗了H+，使溶液的pH值增大。
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二价铁可以继续氧化成红棕色的Fe(OH)3：
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三 结价 构铁组F织e。(OH型)3结为构红复棕杂色，(弱它磁有物质、)，两种 型为黄色（强磁物质），所以铁锈也有 红色和黄色两种。由于这种腐蚀有氢析 出，也称为析氢腐蚀．
析氢腐蚀是在较强的酸性介质中发生的，如果钢铁表面 形成的电解质薄膜，呈很弱的酸性或中性时，负极仍是 铁被氧化成Fe2+，而在正极的主要反应则是水膜里溶解 的氧气得电子被还原：2H 2O O 24e4O H
又如在铜板上有一铁铆钉，也可形成的腐蚀电池。 铁：阳极（负极）发生金属的氧化反应： Fe → Fe2+ + 2e-； （Fe ＝－0.447V） 铜：阴极（正极）上可能有如下两种还原反应 (1) 空气中氧分压 =21 kPa 时： O2+4H++4e- →2H2O； （ O2＝1.229 V） 这种腐蚀称为吸氧腐蚀
铜: +0.345 铝: -1.67 铝电极电势低，为负极， (发生氧化反应，称为 阳极）；铜电极电势高， 为正极（发生还原反应， 称为阴极）。
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()阳 极 反 应2Al6e2Al3[2Al6O H2Al(O H)3]
()阴 极 反 应
6H6e3H2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总 反 应
2Al6H2O2Al(O H)33H2
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Zn电极电势 -0.762, Cu电极电势+0.345 锌电极电势低，为负极（发生氧化反应， 称为阳极）失去电子
铜电极电势高，为正极 (发生还原反应，称为 阴极)。
由于电极反应而引腐蚀， 这种腐蚀称为电化学腐 蚀。阳极被腐蚀。
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为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈， 而在潮湿的空气中却易生锈呢？
特征：在反应过程中伴随有电流发生，并且此电流通过 金属本身。
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化学腐蚀（次 要）
两类腐蚀的区别
电化学腐蚀 （主要）
条件
金属跟氧化剂 直接接触
不纯金属或合 金跟电解质溶
液接触
现象 无电流产生 有微弱电流
本质
金属被氧化的 过程
较活泼的金属 被氧化的过程
相互关 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同
系
时发生，电化学腐蚀为主
第二章 结构材料的 腐蚀与防护
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压水堆核电站中水的作用?
冷却剂和慢化剂； 作为二回路工质； 换料和燃料贮存过程中用作屏蔽材料； 在安全注射和安全壳喷淋系统中用来确 保反应堆事故下的安全； 配成各种水溶液对人员和设备进行化学 去污。
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在压水堆中水作为冷却剂的优点 ➢ 热交换与传热系数大 ➢ 化学稳定性好 ➢ 辐照稳定性好 ➢ 核性能好 ➢ 价格便宜，确保供应量，操作处理 方便