第二章 金属材料的高温化学腐蚀 金属腐蚀教学课件
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第2章腐蚀电化学原理简介PPT课件
形成腐蚀电池并不是造成腐蚀的根本原因，只要材料与环境 介质接触，形成热力学不稳定的体系，就会在释放化学能的 推动下，使金属转变为离子溶解（即发生腐蚀）。
腐蚀反应中释放的化学能又是从何而来的？
形成腐蚀电池确实对腐蚀有加速作用。在腐蚀控制工作中仍 然要注意防止形成腐蚀电池，或减小腐蚀电池的推动力。
Zn+2H+→Zn2++H2↑
电流的流动
金属中：电子从阳极流向阴极。
形 溶液中：离子迁移。阳离子从阳极区向阴极区迁移，阴离子从
成
阴极区向阳极区迁移。
回 路
阳极：发生氧化反应
阴极：发生还原反应
中国民航大学 理学院 2010/8/14
5
A
k
e
-
+
化学 Zn
Cu
势能2H+
Zn2+
SO42-
电池工作的推动力是电池反应的化学势能，即反应物和反应 产物之间的化学势差。
化学势能与构成电池的两个电极的电位差成正比。
ΔrGm=-nFE
中国民航大学 理学院 2010/8/14
6
2.1 腐蚀电池
-+
Zn Cu e
Zn2+
2H+ SO42-
◦ 把Zn-Cu原电池短路，电池仍可以持续工作。
电池工作的结果仅造成Zn被溶解（腐蚀），不能输出有用的 电功
形成了腐蚀原电池（可简称腐蚀电池）。电化学腐蚀是以腐 蚀电池工作的方式完成的
中国民航大学 理学院 2010/8/14
10
2.1 腐蚀电池
2.1.2 腐蚀电池的类型
◦ 按组成腐蚀电池的阴极、阳极的大小：
宏观腐蚀电池：阳极区和阴极区尺寸较大，区分明显，多数 情况下肉眼可辨。
腐蚀反应中释放的化学能又是从何而来的？
形成腐蚀电池确实对腐蚀有加速作用。在腐蚀控制工作中仍 然要注意防止形成腐蚀电池，或减小腐蚀电池的推动力。
Zn+2H+→Zn2++H2↑
电流的流动
金属中：电子从阳极流向阴极。
形 溶液中：离子迁移。阳离子从阳极区向阴极区迁移，阴离子从
成
阴极区向阳极区迁移。
回 路
阳极：发生氧化反应
阴极：发生还原反应
中国民航大学 理学院 2010/8/14
5
A
k
e
-
+
化学 Zn
Cu
势能2H+
Zn2+
SO42-
电池工作的推动力是电池反应的化学势能，即反应物和反应 产物之间的化学势差。
化学势能与构成电池的两个电极的电位差成正比。
ΔrGm=-nFE
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6
2.1 腐蚀电池
-+
Zn Cu e
Zn2+
2H+ SO42-
◦ 把Zn-Cu原电池短路，电池仍可以持续工作。
电池工作的结果仅造成Zn被溶解（腐蚀），不能输出有用的 电功
形成了腐蚀原电池（可简称腐蚀电池）。电化学腐蚀是以腐 蚀电池工作的方式完成的
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10
2.1 腐蚀电池
2.1.2 腐蚀电池的类型
◦ 按组成腐蚀电池的阴极、阳极的大小：
宏观腐蚀电池：阳极区和阴极区尺寸较大，区分明显，多数 情况下肉眼可辨。
金属的腐蚀与防护完整版PPT课件
数据分析与结果讨论
对实验数据进行处理和分析，提取金属内部或表面的缺陷信息，评 估金属的腐蚀程度和剩余寿命。
06 金属防护工程实践案例 分享
石油化工行业金属设备防护案例
案例一
某石化公司炼油厂塔器设备腐蚀防护。采用高分子复合涂层技术进 行防护，有效延长了设备使用寿命。
案例二
某油田输油管道腐蚀防护。采用阴极保护技术，结合涂层保护，降 低了管道的腐蚀速率。
阴极保护法
01
将被保护金属与外加直流电源的负极相连，使其成为阴极而防
止金属腐蚀的方法。
阳极保护法
02
将被保护金属与外加直流电源的正极相连，使其处于阳极电位
下成为钝态或致钝而防止金属腐蚀的方法。
牺牲阳极保护法
03
在被保护金属上连接电位更负的金属或合金作为阳极，使其在
腐蚀介质中优先溶解，从而保护被连接金属的方法。
金属的腐蚀与防护完 整版PPT课件
目录
CONTENTS
• 金属腐蚀概述 • 金属腐蚀类型及特点 • 金属防护方法及原理 • 不同环境下金属腐蚀与防护策略 • 金属腐蚀实验方法与检测技术 • 金属防护工程实践案例分享
01 金属腐蚀概述
腐蚀定义与分类
腐蚀定义
金属与周围环境发生化学或电化学 反应，导致金属性能劣化的现象。
案例三
某变电站高压开关柜金 属外壳腐蚀防护。采用 阴极保护技术，结合涂 层保护，降低了金属外 壳的腐蚀速率。
交通运输领域金属部件防护案例
案例一
某地铁列车车体腐蚀防护。采用 不锈钢车体材料，结合电化学保 护技术，提高了车体的耐蚀性。
案例二
某汽车制造厂车身钢板腐蚀防护。 采用镀锌钢板材料，结合涂层保 护技术，延长了车身的使用寿命。
对实验数据进行处理和分析，提取金属内部或表面的缺陷信息，评 估金属的腐蚀程度和剩余寿命。
06 金属防护工程实践案例 分享
石油化工行业金属设备防护案例
案例一
某石化公司炼油厂塔器设备腐蚀防护。采用高分子复合涂层技术进 行防护，有效延长了设备使用寿命。
案例二
某油田输油管道腐蚀防护。采用阴极保护技术，结合涂层保护，降 低了管道的腐蚀速率。
阴极保护法
01
将被保护金属与外加直流电源的负极相连，使其成为阴极而防
止金属腐蚀的方法。
阳极保护法
02
将被保护金属与外加直流电源的正极相连，使其处于阳极电位
下成为钝态或致钝而防止金属腐蚀的方法。
牺牲阳极保护法
03
在被保护金属上连接电位更负的金属或合金作为阳极，使其在
腐蚀介质中优先溶解，从而保护被连接金属的方法。
金属的腐蚀与防护完 整版PPT课件
目录
CONTENTS
• 金属腐蚀概述 • 金属腐蚀类型及特点 • 金属防护方法及原理 • 不同环境下金属腐蚀与防护策略 • 金属腐蚀实验方法与检测技术 • 金属防护工程实践案例分享
01 金属腐蚀概述
腐蚀定义与分类
腐蚀定义
金属与周围环境发生化学或电化学 反应，导致金属性能劣化的现象。
案例三
某变电站高压开关柜金 属外壳腐蚀防护。采用 阴极保护技术，结合涂 层保护，降低了金属外 壳的腐蚀速率。
交通运输领域金属部件防护案例
案例一
某地铁列车车体腐蚀防护。采用 不锈钢车体材料，结合电化学保 护技术，提高了车体的耐蚀性。
案例二
某汽车制造厂车身钢板腐蚀防护。 采用镀锌钢板材料，结合涂层保 护技术，延长了车身的使用寿命。
《高温腐蚀二》课件
实验参数
温度
根据实验需求设定不同的温度条件，如常温 、中温、高温等。
时间
根据实验需求设定不同的腐蚀时间，如数分 钟、数小时、数天等。
腐蚀介质
选择适当的腐蚀介质，如酸、碱、盐等，以 模拟不同环境下的腐蚀情况。
样品处理
对样品进行预处理，如清洗、干燥等，以确 保实验结果的准确性和可靠性。
数据分析
数据记录
案例三：工业炉高温腐蚀
防护措施
采用涂层、合金化、热喷涂和渗铝等方法对工业炉进行防护 。
案例分析
某型工业炉炉管在使用过程中出现了高温氧化和热腐蚀，导 致炉管表面剥落和穿孔，严重影响工业炉的性能和使用寿命 。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
详细记录实验过程中的数据，如温度 、压力、腐蚀速率等。
数据处理
对实验数据进行整理、分析和处理， 提取有用的信息。
结果评估
根据实验结果评估材料的耐腐蚀性能 ，并分析其原因。
结果应用
将实验结果应用于实际工程中，为材 料选择和防腐措施提供依据。
01
高温腐蚀的应用与 案例分析
应用领域
航空航天
能源
高温腐蚀在航空航天领域中主要应用于航 空发动机和燃气轮机等关键部件的防护。
反应过程
腐蚀介质吸附
腐蚀介质在金属表面吸 附。
电子转移
金属失去电子，成为正 离子。
腐蚀产物形成
金属离子与腐蚀介质结 合，形成腐蚀产物。
腐蚀产物脱落
腐蚀产物从金属表面脱 落，暴露出新的金属表 面，继续发生腐蚀反应
。
01
高温腐蚀的防护措 施
材料选择
耐高温材料
第二章 金属腐蚀电化学理论基础
(E=0.00V)
(Pt (镀铂黑)H2(1atm)， H+(aH+=1)) 标准氢电极的电极反应为 (Pt) H2 = 2H+ + 2e 规定标准氢电极的电位为零。以 标准氢电极为参考电极测出的电位值 称为氢标电位，记为E(vs SHE) 。 SHE是最基准的参考电极，但使用 不方便，实验室中常用的参考电极有：
1.宏观腐蚀电池
铜铆钉
1. 异种金属相接触 如 电偶腐蚀。 2. 浓差电池 (1)金属离子浓度不同， 浓度低电位低，容易腐蚀。 (2)氧浓度不同 氧浓度低电位低，更容易腐蚀。 3. 温差电池 如金属所处环境温度不同， 高温电位低，更容易腐蚀。
铝板
粘 土
沙 土
2. 微观腐蚀电池 （1）材料本身的不均匀性
也可以简单地说，绝对电极电位是电子导体和离子导体接 触时的界面电位差。
双电层：
由于金属和溶液的内电位不同，在电极系统的金属相和
溶液相之间存在电位差，因此，两相之间有一个相界区，叫做
双电层。 电极系统中发生电极反应，两相之间有电荷转移，是形成 双电层的一个重要原因。 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+ 。
腐蚀原电池产生的电流是由于它的两个电极在电解质中的 电位不同产生的电位差引起的，该电位差是电池反应的推动力。 构成腐蚀原电池的基本要素（*） • • • • 阳极 阴极 电解质溶液（*） 电池反应的推动力-电池两个电极的电位差
电流流动：在金属中靠电子从阳极流向阴极；在溶液中靠离 子迁移；在阳、阴极区界面上分别发生氧化还原反应，实现电子 的传递。 从金属腐蚀历程也可看出化学腐蚀与电化学腐蚀的区别。
盐水滴实验
3%NaCl+铁氰化钾+酚酞
(Pt (镀铂黑)H2(1atm)， H+(aH+=1)) 标准氢电极的电极反应为 (Pt) H2 = 2H+ + 2e 规定标准氢电极的电位为零。以 标准氢电极为参考电极测出的电位值 称为氢标电位，记为E(vs SHE) 。 SHE是最基准的参考电极，但使用 不方便，实验室中常用的参考电极有：
1.宏观腐蚀电池
铜铆钉
1. 异种金属相接触 如 电偶腐蚀。 2. 浓差电池 (1)金属离子浓度不同， 浓度低电位低，容易腐蚀。 (2)氧浓度不同 氧浓度低电位低，更容易腐蚀。 3. 温差电池 如金属所处环境温度不同， 高温电位低，更容易腐蚀。
铝板
粘 土
沙 土
2. 微观腐蚀电池 （1）材料本身的不均匀性
也可以简单地说，绝对电极电位是电子导体和离子导体接 触时的界面电位差。
双电层：
由于金属和溶液的内电位不同，在电极系统的金属相和
溶液相之间存在电位差，因此，两相之间有一个相界区，叫做
双电层。 电极系统中发生电极反应，两相之间有电荷转移，是形成 双电层的一个重要原因。 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+ 。
腐蚀原电池产生的电流是由于它的两个电极在电解质中的 电位不同产生的电位差引起的，该电位差是电池反应的推动力。 构成腐蚀原电池的基本要素（*） • • • • 阳极 阴极 电解质溶液（*） 电池反应的推动力-电池两个电极的电位差
电流流动：在金属中靠电子从阳极流向阴极；在溶液中靠离 子迁移；在阳、阴极区界面上分别发生氧化还原反应，实现电子 的传递。 从金属腐蚀历程也可看出化学腐蚀与电化学腐蚀的区别。
盐水滴实验
3%NaCl+铁氰化钾+酚酞
腐蚀---课件
态，使位错不能运动阻止了滑移的进行，使金属表现出脆性。
氢鼓包是由于原子态氢进入到金属的空隙、夹层处，并在其中复合成分子 氢，由于氢分子不能扩散，就会在空隙、夹层处积累而形成巨大的内压，使金 属鼓包，甚至破裂。氢鼓包主要发生在含湿硫化氢的介质中。 脱碳：在工业制氢装置中，高温氢气设备易产生脱碳损伤。钢中的渗碳体 在高温下与氢气作用生成甲烷，结果导致表面层的渗碳体减少，而碳便从邻近 的尚未反应的金属层逐渐扩散到这一反应区，于是有一定厚度的金属层因缺碳
三、腐蚀的形貌特征
2、电偶腐蚀：两种电位不同的金属直接接触或用导线连接起来并浸入电解质溶 液中时，它们之间就有电流流过，通常电位正的金属（阴极）腐蚀速率降低， 直至完全停止，电位负的金属（阳极）腐蚀速度增加。 电偶腐蚀在有内件的压力容器中比较常见，在检验此类设备时应予以重点 检查。电偶腐蚀机理示意图：
三、腐蚀的形貌特征
氢脆—白点
三、腐蚀的形貌特征
氢鼓包-1：
三、腐蚀的形貌特征
氢鼓包-2：
三、腐蚀的形貌特征
氢鼓包剖面
三、腐蚀的形貌特征
氢致裂纹微观形态
三、腐蚀的形貌特征
氢腐蚀-1
三、腐蚀的形貌特征
氢腐蚀-2
三、腐蚀的形貌特征
8、疲劳腐蚀：腐蚀疲劳是在腐蚀环境中的疲劳问题，只要存在腐蚀介质和交变 应力就会发生腐蚀疲劳。 与纯粹的机械疲劳不同，腐蚀疲劳不存在疲劳极限。与无腐蚀时材料的正
三、腐蚀的形貌特征
尿素合成塔内不锈钢衬里的全面腐蚀-1
三、腐蚀的形貌特征
尿素合成塔内不锈钢衬里的全面腐蚀-2
三、腐蚀的形貌特征
氧腐蚀
三、腐蚀的形貌特征
均匀腐蚀的四级标准:
防止全面腐蚀最常用的方法有：
金属腐蚀与防护高温氧化课件.ppt
• C可以还原Fe的氧化物但不能还原Al的氧化物 • “选择性氧化” ——合金表面氧化物的组成
合金氧化膜主要由图下方合金元素的氧化物所组成
第12页，共100页。
第13页，共100页。
∆G0－T 图
1. 各直线：相变
熔化、沸腾、升华和晶型转变
在相变温度处，特别是沸点 处，直线发生明显的转折
——体系在相变时熵发生了变化
5.1.2 氧化物固相的稳定性
• ∆G0
判断金属氧化物的高温化学稳定性
根据氧化物的熔点、挥发性来估计其固相的高温稳定性 低熔点易挥发氧化物的产生往往是造成灾难性高温腐蚀的
重要原因之一
1. 氧化物的熔点
估计氧化物的高温稳定性
金属表面生成液态氧化物
失去氧化物保护性
如：硼、钨、钼、钒等的氧化物
合金氧化时更易产生液态氧化物
• 蒸气压随温度升高而增大，即氧化物固相的稳定性随温度升 高而下降
• 高温腐蚀中形成的挥发性物质
加速腐蚀过程
• 挥发性氧化物影响碳、硅、钼、钨和铬等的高温氧化动力学
第28页，共100页。
氧化物的挥发性
• 挥发性物质的热力学平衡图
• 例：Cr-O体系，1250K ，高温氧化 只生成Cr2O3一种致密氧化物 Cr（气）、CrO（气）、CrO2（气）和 CrO3（气）4种挥发物质 凝聚相－气相平衡有 2种类型
第30页，共100页。
氧化物的挥发性
• Cr－O体系的固有性质：
– pO2较低时，Cr（气）的蒸气压最大 – pO2较高时，CrO3（气）的蒸气压最大
• 影响铬及含铬合金的氧化
– 在Cr2O3膜与基体之间将产生很大的Cr（气）的蒸气压，使Cr2O3膜 与基体分离；
合金氧化膜主要由图下方合金元素的氧化物所组成
第12页，共100页。
第13页，共100页。
∆G0－T 图
1. 各直线：相变
熔化、沸腾、升华和晶型转变
在相变温度处，特别是沸点 处，直线发生明显的转折
——体系在相变时熵发生了变化
5.1.2 氧化物固相的稳定性
• ∆G0
判断金属氧化物的高温化学稳定性
根据氧化物的熔点、挥发性来估计其固相的高温稳定性 低熔点易挥发氧化物的产生往往是造成灾难性高温腐蚀的
重要原因之一
1. 氧化物的熔点
估计氧化物的高温稳定性
金属表面生成液态氧化物
失去氧化物保护性
如：硼、钨、钼、钒等的氧化物
合金氧化时更易产生液态氧化物
• 蒸气压随温度升高而增大，即氧化物固相的稳定性随温度升 高而下降
• 高温腐蚀中形成的挥发性物质
加速腐蚀过程
• 挥发性氧化物影响碳、硅、钼、钨和铬等的高温氧化动力学
第28页，共100页。
氧化物的挥发性
• 挥发性物质的热力学平衡图
• 例：Cr-O体系，1250K ，高温氧化 只生成Cr2O3一种致密氧化物 Cr（气）、CrO（气）、CrO2（气）和 CrO3（气）4种挥发物质 凝聚相－气相平衡有 2种类型
第30页，共100页。
氧化物的挥发性
• Cr－O体系的固有性质：
– pO2较低时，Cr（气）的蒸气压最大 – pO2较高时，CrO3（气）的蒸气压最大
• 影响铬及含铬合金的氧化
– 在Cr2O3膜与基体之间将产生很大的Cr（气）的蒸气压，使Cr2O3膜 与基体分离；
金属腐蚀.ppt
2 面积效应 电偶腐蚀电池的阴阳极面积之比， 阴阳极
面积比增大，阳极腐蚀速度呈直线关系。 大阴极小阳极应避免
3 介质的导电性
介质导电率对电偶腐蚀影响很大，导电率高 腐蚀区域大，腐蚀面积减少，腐蚀不严重， 否则，腐蚀严重
四 防止
1 采用电位相近的金属相联接，避免大阴极 小阳极
2 不同金属连接，应加绝缘 3 不应采用多孔涂料，防止出现大阴极小
的回路
二 腐蚀过程及作用
阳极过程 阴极过程 电流的流动
三 类型
根据腐蚀电池中电极大小不同，可分为宏观 腐蚀电池和微观腐蚀电池
宏观腐蚀电池：电偶电池、浓差电池 浓差电池：金属离子浓差电池，氧浓差电池
电偶电池
在同一电解质溶液中，两种具有不同电极电 位的金属或合金通过电连接形成的腐蚀电池 称为电偶电池。
按环境分 大气、水和蒸汽、土壤、化学介质
按腐蚀形态分
全面和局部
局部包括：应力腐蚀破裂、点蚀、晶间腐蚀、 电偶腐蚀和缝隙腐蚀
第一章 金属腐蚀的基本原理
第一节 金属电化学腐蚀的电化学反应过程 电解质：能导电的溶液，几乎所有水溶液都是
电解质 一 电化学反应式 1 金属在酸中：活泼金属被腐蚀放出氢气
第二节 电偶腐蚀
电偶腐蚀：当两种具有不同电位的金属相互 接触，并浸入电解质溶液时，电位较负的金 属遭受腐蚀，电位较正的金属不腐蚀。
原因：两种金属电位差别较大。腐蚀越严重。
电偶序
金属在特定介质中电位不同，可以根据电偶 序表来判断，那种金属是阳极，那种是阴极。
三影响因素
1 环境 不同环境，金属电位可能不同， 甚至逆转
二 电极电位
电极：金属与电解质溶液构成的体系 电极电位：金属与溶液的电位差即该电极的
面积比增大，阳极腐蚀速度呈直线关系。 大阴极小阳极应避免
3 介质的导电性
介质导电率对电偶腐蚀影响很大，导电率高 腐蚀区域大，腐蚀面积减少，腐蚀不严重， 否则，腐蚀严重
四 防止
1 采用电位相近的金属相联接，避免大阴极 小阳极
2 不同金属连接，应加绝缘 3 不应采用多孔涂料，防止出现大阴极小
的回路
二 腐蚀过程及作用
阳极过程 阴极过程 电流的流动
三 类型
根据腐蚀电池中电极大小不同，可分为宏观 腐蚀电池和微观腐蚀电池
宏观腐蚀电池：电偶电池、浓差电池 浓差电池：金属离子浓差电池，氧浓差电池
电偶电池
在同一电解质溶液中，两种具有不同电极电 位的金属或合金通过电连接形成的腐蚀电池 称为电偶电池。
按环境分 大气、水和蒸汽、土壤、化学介质
按腐蚀形态分
全面和局部
局部包括：应力腐蚀破裂、点蚀、晶间腐蚀、 电偶腐蚀和缝隙腐蚀
第一章 金属腐蚀的基本原理
第一节 金属电化学腐蚀的电化学反应过程 电解质：能导电的溶液，几乎所有水溶液都是
电解质 一 电化学反应式 1 金属在酸中：活泼金属被腐蚀放出氢气
第二节 电偶腐蚀
电偶腐蚀：当两种具有不同电位的金属相互 接触，并浸入电解质溶液时，电位较负的金 属遭受腐蚀，电位较正的金属不腐蚀。
原因：两种金属电位差别较大。腐蚀越严重。
电偶序
金属在特定介质中电位不同，可以根据电偶 序表来判断，那种金属是阳极，那种是阴极。
三影响因素
1 环境 不同环境，金属电位可能不同， 甚至逆转
二 电极电位
电极：金属与电解质溶液构成的体系 电极电位：金属与溶液的电位差即该电极的
《金属的腐蚀》PPT课件
07 金属腐蚀的案例 分析与讨论
案例一：某桥梁钢构件的腐蚀问题
腐蚀现象描述
桥梁钢构件出现锈蚀、开裂、变形等现象。
原因分析
钢构件长期暴露在潮湿环境中，受到氧气、水分和氯离子的侵蚀，导致电化学腐蚀。
防护措施
采用耐候钢、镀锌钢等耐腐蚀材料，对钢构件进行定期除锈、喷漆等维护措施。
案例二：某化工厂管道的腐蚀与防护
危害
造成金属构件的突然断裂，引发严 重事故。
腐蚀疲劳
腐蚀疲劳裂纹
金属在交变应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂 纹。
腐蚀疲劳断裂
金属在腐蚀疲劳裂纹扩展至临界尺寸时发生的断 裂。
危害
降低金属构件的疲劳强度，缩短使用寿命，增加 维修成本。
04 影响金属腐蚀的有不同的耐腐蚀性，如不锈钢、铝合金等耐腐蚀性较 好。
复合缓蚀剂
将无机和有机缓蚀剂复配使用，发挥协同作用，提高缓蚀 效果。
电化学保护方法
阴极保护
利用外加电流使金属电位负移，成为阴极而得到保护，如牺牲阳极 法和外加电流法。
阳极保护
将金属连接到外加电源的正极上，使其电位正移并处于钝化状态从 而防止腐蚀。此方法适用于易钝化的金属体系。
电化学再活化
对于已经发生腐蚀的金属，通过电化学方法使其恢复到活化状态，然 后采取适当的防护措施。
06 金属腐蚀的实验 研究方法
失重法测腐蚀速率
原理
通过测量金属在腐蚀前后质量 的变化来评估腐蚀速率。
优点
简单易行，适用于各种金属和 腐蚀环境。
缺点
只能得到平均腐蚀速率，无法 反映局部腐蚀情况。
应用范围
广泛用于实验室和工业现场的 金属腐蚀研究。
电化学测试技术
原理
优点
第二章 金属电化学腐蚀原理
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.3 腐蚀电池的类型
1. 宏观腐蚀电池 (2)浓差电池 同一种金属浸入同一种电解质溶液中，若局部的浓度不同，即可形成腐蚀 电池。如船舷及海洋工程结构的水线区域，在水线上面钢铁表面的水膜中 含氧量较高；在水线下面氧的溶解量较少，加上扩散慢，钢铁表面处含氧 量较水线上要低得多。含氧量高的区域，由于氧的还原作用而成为阴极， 溶氧量低的区域成为阳极而遭到腐蚀。由于溶液电阻的影响，通常严重腐 蚀的部位离开水线不远，故称水线腐蚀。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.1 腐蚀的基本概念
2.1.2 金属腐蚀的分类
2. 按腐蚀的形式分类：
2）局部腐蚀（localized corrosion） （2）有应力条件下的腐蚀形态：
b. 腐蚀疲劳（corrosion fatigue）:金属在交变循环应力和腐蚀介质共同作用下 发生的破坏。 特点：最易发生在能产生孔蚀的环境中，蚀孔引起应力集中；对环境没有选择性， 氧含量、温度、pH值、溶液成分均可影响腐蚀疲劳 实例：海水中高铬钢的疲劳强度只有正常性能的30%--40%。 c. 氢损伤（hydrogen damage）：由于氢的存在或氢与材料相互作用，导致材 料易于开裂或脆断，并在应力作用下发生破坏的现象。 氢损伤的三种形式：氢鼓泡、氢脆、氢蚀。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏过程称 为电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海
水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。它的特点
是在腐蚀过程中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应 的阳极过程和阴极过程是分区进行的。 金属的电化学腐蚀基本上是原电池作用的结果。
金属材料学不锈钢课件.ppt
火
具，所以采用淬火低温回火。T淬在1000
低
~1050℃，为减少变形，可用硝盐分级冷
回
却。组织为马氏体+碳化物+少量AR
金属材料学不锈钢课件
5.5 奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢是应用最广泛的耐酸钢，约占不锈 钢总产量的2/3。奥氏体不锈钢优点如下：
① 具有很高的耐腐蚀性； ② 塑性好，容易加工变形成各种形状钢材； ③ 加热时没有同素异构转变，焊接性好； ④ 韧度和低温韧度好，一般情况下没有冷脆 倾向，有一定的热强性； ⑤ 不具有磁性； ⑥ 价格较贵，切削加工较困难，导热性差。
金属材料学不锈钢课件
图 不锈钢组织状态图（焊后冷却）
金属材料学不锈钢课件
⑴ M不锈钢： 1Crl3~4Crl3等Crl3型， Crl7Ni2、9Cr18等
不
⑵ F不锈钢：如0Cr17Ti ，1Cr25Ti，
锈
00Cr27Mo等
钢 分 类
⑶ A不锈钢：具有单相A组织，如 0Cr18Ni9、1Crl8Mn8Ni5N等
金属材料学不锈钢课件
5.5.1 奥氏体不锈钢的成分特点
奥氏体不锈钢的主要成分是Cr和Ni，18Cr和 8Ni
的配合是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分。
Cr+Ni= 18+8=26
耐蚀电位接近n/8定 律中n=2的电位值
耐蚀性达到 较高的水平. Cr、Ni再↑, 更为优良
具有良好钝化性能 单相奥氏体组织
处
至700~800℃保温2~6小时后空冷，使
理 马氏体转变为回火索氏体。
另外也可以采用完全退火。
金属材料学不锈钢课件
调
1Cr13、2Cr13常用于结构件→调质。
金属腐蚀学习课件 金属在各种环境中的腐蚀
3．暂时性防护层和缓蚀剂；暂时性防护涂层，包括 各种防锈油、防锈脂、可剥性塑料等。 4．控制环境；主要是控制密封金属容器或非金属容 器内的相对湿度和充以惰性氮气或抽去空气，以使 制件与外围介质隔离。从而避免锈蚀，并使非金属 件防霉、防老化。其方法有充氮封存法，吸氧剂法 和干燥空气封存法等 。
防锈
大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金属的腐
蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀
当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的薄液 膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。 (3) 湿的大气腐蚀
当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜，随 水膜厚度增加， V-逐渐减小。
石油磺酸钡 氧化石油脂 苯甲酸丁酯 变压器油
2% 1% 1% 余量
轴承，工具机械 室内封存防锈
（热涂型）
01号气 相防锈 纸
尿素
30%
苯甲酸钠 20%
亚硝酸钠 30%
蒸馏水 160%
钢，铜及其合金，
镀锌层，镀隔层
法兰件，硅钢片， 9号气
铝等组合件组成 相防锈 的仪器，仪表的 纸
库存及长期封存。
苯并三氮唑 50% 乌各托品 33% 苯甲酸铵 17% 蒸馏水 300%
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，须使
用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐大气腐
蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈钢也会
产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐大气腐 蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
部分金属大气腐蚀速度（mm/y)
m/s
g/m2.n
0
金属腐蚀
阳极会失去电子，成为带 正电的离子，游离到溶液中 去，并生成腐蚀沉淀物，所 以，在电化学反应中，阳极 金属会逐渐溶解受到腐蚀。 如果把铜片和锌片两块金属 直接接触，并浸入到稀硫酸 溶液中，同样也会观察到， 在锌表面被逐渐溶解的同时， 在铜表面有大量氢气折出。 因为两金属直接接触，形成 短路，也为电子由锌运动到 铜提供了通路。类似这样的 电池称为腐蚀电池。它的特 点就是只能导致金属材料的 破坏，而不能对外做有用功 的短路电池。
工程技术训练中心
（四）晶间腐蚀
晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿材料晶界发生的一种局部腐 蚀。这种腐蚀是在金属表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力， 金属强度完全丧失，导致构件发生突发性破坏。如果有应力存在，会产生 以晶间腐蚀为起源，转变为晶间型应力腐蚀，而导致结构件破坏。所以， 晶间腐蚀也是危害性较大的腐蚀形式之一。 金属晶界与晶粒内物理、化学状态及化学成份不同，造成了电化学性质的 不均匀性，加上外界腐蚀介质的存在，导致了金属材料晶间腐蚀的产生。 易发生晶间腐蚀的金属有不锈钢、镍基合金、铝合金以及铜合金。 奥氏体不锈钢，尤其是1Cr18Ni9不锈钢，在氧化性或弱氧化性介质中产生 晶间腐蚀，多数是由于热处理不当而造成的。当不锈钢在450~850℃受热 时（例如焊接时，钢材的受热影响区），过饱合的碳从奥氏体中析出，形 成铬的碳化物，分布在晶界上，结果使晶界附近区域含铬量大大下降，形 成贪铬区。当晶界附近贪铬区的含铬量低于形成钝化所需要的铬元素的含 量时，就会造成晶间腐蚀。
工程技术训练中心
氧化膜及其保护作用
金属在干燥的氧化性介质中被氧化时，最终会在金属 表面形成一层或致密或疏松的氧化膜，通常称为锈皮 或氧化皮。这层氧化膜在不同程度上阻挡了金属与环 境介质的接触，阻滞了它们之间物质的传递，对金属 表面有一定的保护作用。 氧化膜若能真正具有保护作用，还应满足以下的条件： 致密、完整的，能把金属表面遮盖住；与基体金属之 间有较强的附着力，有一定的塑性和强度；具有与基 体金属相近的热膨胀系数；在介质中稳定性好，熔点 高。金属铝（Al）、铬（Cr）、钛（Ti）等，生成的氧 化膜都具有上述的特点，所以具有较好的保护作用。 而金属钠（Na）、钾（K）、钙（Ca）等生成的氧化 物不完整，不能起保护作用。金属铁（Fe）生成的氧 化膜在基体上的附着力差，易脱落，也不能起保护作 用。
工程技术训练中心
（四）晶间腐蚀
晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿材料晶界发生的一种局部腐 蚀。这种腐蚀是在金属表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力， 金属强度完全丧失，导致构件发生突发性破坏。如果有应力存在，会产生 以晶间腐蚀为起源，转变为晶间型应力腐蚀，而导致结构件破坏。所以， 晶间腐蚀也是危害性较大的腐蚀形式之一。 金属晶界与晶粒内物理、化学状态及化学成份不同，造成了电化学性质的 不均匀性，加上外界腐蚀介质的存在，导致了金属材料晶间腐蚀的产生。 易发生晶间腐蚀的金属有不锈钢、镍基合金、铝合金以及铜合金。 奥氏体不锈钢，尤其是1Cr18Ni9不锈钢，在氧化性或弱氧化性介质中产生 晶间腐蚀，多数是由于热处理不当而造成的。当不锈钢在450~850℃受热 时（例如焊接时，钢材的受热影响区），过饱合的碳从奥氏体中析出，形 成铬的碳化物，分布在晶界上，结果使晶界附近区域含铬量大大下降，形 成贪铬区。当晶界附近贪铬区的含铬量低于形成钝化所需要的铬元素的含 量时，就会造成晶间腐蚀。
工程技术训练中心
氧化膜及其保护作用
金属在干燥的氧化性介质中被氧化时，最终会在金属 表面形成一层或致密或疏松的氧化膜，通常称为锈皮 或氧化皮。这层氧化膜在不同程度上阻挡了金属与环 境介质的接触，阻滞了它们之间物质的传递，对金属 表面有一定的保护作用。 氧化膜若能真正具有保护作用，还应满足以下的条件： 致密、完整的，能把金属表面遮盖住；与基体金属之 间有较强的附着力，有一定的塑性和强度；具有与基 体金属相近的热膨胀系数；在介质中稳定性好，熔点 高。金属铝（Al）、铬（Cr）、钛（Ti）等，生成的氧 化膜都具有上述的特点，所以具有较好的保护作用。 而金属钠（Na）、钾（K）、钙（Ca）等生成的氧化 物不完整，不能起保护作用。金属铁（Fe）生成的氧 化膜在基体上的附着力差，易脱落，也不能起保护作 用。
腐蚀与防护第2章
• 电子通过锌与铜之间的导线 传递，构成一个腐蚀原电池。
5
•
最常见的原电池是由中心碳棒（正电极），外围锌皮（负 电极）及两极间的电解质溶液（如NH4Cl）所组成的。当外 电路接通，灯泡即通电发光。
化学能
电能
正极——电位高——阴极 负极——电位低——阳极
6
• 电化学腐蚀过程由以下三个环节构成：
1）阳极过程 阳极是指在腐蚀原电池中发生氧化反应的电极。腐蚀电 池工作时，阳极上金属材料溶解，以离子形式进入溶液， 把电子留在阳极上，用以下通式表示：
27
非平衡电极电位：金属电极上可能同时存在两个或两 个以上不同物质参与的电化学反应，当动态平衡时， 电极上不可能出现物质交换和电荷交换均达到平衡的 情况，这种情况下的电极电位称为非平衡电极电位， 或不可逆电极电位。 稳定电极电位：在一个电极表面上同时进行两个不同 的氧化、还原过程，当平衡时仅仅是电荷平衡而无物 质平衡的电极电位称为稳定电极电位，也可称作开路 电位。
15
温差电池：金属的电位与介质温度有关。浸入腐蚀介 质中金属各部分，常由于所处介质环境温度不同，形 成温差腐蚀电池。 • 如，碳钢制造的热交换器，由于高温部位碳钢电位 低，为阳极，使得高温部位比低温部位腐蚀严重。
16
典型的微观腐蚀电池
微观腐蚀电池是由于金属表面的电化学不均匀性，使金属 材料表面存在微小的电位高低不等的区域造成的。微观电池 主要有以下几种： 1）化学成分不均匀引起的微电池 碳钢中的渗碳体 Fe3C ，工业纯锌中的铁杂质 FeZn7 ，铸铁 中的石墨等都是以阴极形式出现； 2）金属组织不同或结构不均匀性引起的微电池 双相合金或合金中析出第二相，多数第二相为阴极；晶粒 和晶界间电位有差异，一般晶界为阳极；
5
•
最常见的原电池是由中心碳棒（正电极），外围锌皮（负 电极）及两极间的电解质溶液（如NH4Cl）所组成的。当外 电路接通，灯泡即通电发光。
化学能
电能
正极——电位高——阴极 负极——电位低——阳极
6
• 电化学腐蚀过程由以下三个环节构成：
1）阳极过程 阳极是指在腐蚀原电池中发生氧化反应的电极。腐蚀电 池工作时，阳极上金属材料溶解，以离子形式进入溶液， 把电子留在阳极上，用以下通式表示：
27
非平衡电极电位：金属电极上可能同时存在两个或两 个以上不同物质参与的电化学反应，当动态平衡时， 电极上不可能出现物质交换和电荷交换均达到平衡的 情况，这种情况下的电极电位称为非平衡电极电位， 或不可逆电极电位。 稳定电极电位：在一个电极表面上同时进行两个不同 的氧化、还原过程，当平衡时仅仅是电荷平衡而无物 质平衡的电极电位称为稳定电极电位，也可称作开路 电位。
15
温差电池：金属的电位与介质温度有关。浸入腐蚀介 质中金属各部分，常由于所处介质环境温度不同，形 成温差腐蚀电池。 • 如，碳钢制造的热交换器，由于高温部位碳钢电位 低，为阳极，使得高温部位比低温部位腐蚀严重。
16
典型的微观腐蚀电池
微观腐蚀电池是由于金属表面的电化学不均匀性，使金属 材料表面存在微小的电位高低不等的区域造成的。微观电池 主要有以下几种： 1）化学成分不均匀引起的微电池 碳钢中的渗碳体 Fe3C ，工业纯锌中的铁杂质 FeZn7 ，铸铁 中的石墨等都是以阴极形式出现； 2）金属组织不同或结构不均匀性引起的微电池 双相合金或合金中析出第二相，多数第二相为阴极；晶粒 和晶界间电位有差异，一般晶界为阳极；
《腐蚀的基本知识》课件
《腐蚀的基本知识》PPT 课件
本课程将介绍腐蚀的定义和原理，腐蚀的分类和常见形式，以及腐蚀带来的 影响和危害。我们还将探讨腐蚀的预防和控制方法，并通过实例和案例分析 加深理解。最后，我们将讨论常见的腐蚀材料和应用领域。
腐蚀的定义和原理
腐蚀定义
腐蚀是指金属在与环境接触时逐渐 被侵蚀和破坏的过程。
腐蚀原理
腐蚀的影响和危害
设备损坏
腐蚀可以导致设备结构的破坏和功能的丧失。
安全隐患
腐蚀可能导致设备故障，引发火灾、爆炸或其他安 全事故。
资源浪费
腐蚀会导致金属材料的损失，造成资源浪费。
环境污染
腐蚀过程释放出的化学物质会对环境造成污染。
腐蚀的预防与控制方法
设计防腐
选择耐腐蚀材料，采用合理的设 计和处理方法。
保护涂层
使用涂层来隔离金属与环境直接 接触。
输入抗腐化措施
通过添加阻止腐蚀的化学物质或 改变环境条件来防止腐蚀。
腐蚀实例和案例分析
腐蚀实例
展示不同金属在不同环境中的腐蚀 状况。
腐蚀案例分析
腐蚀案例研究
分析腐蚀对管道系统和设备的影响。 研究腐蚀对汽车结构的损害和维护 方法。
常见的腐蚀材料和应用领域
钢铁 铝合金 镀锌钢
建筑、桥梁、汽车 飞机、汽车、电子设备 管道、船舶、太阳能
结语和总结
腐蚀是一个普遍存在的问题，但我们可以通过预防和控制措施来减少其影响。了解腐蚀的原理和掌握防腐技术是重 要的。希望通过本课程，您能更好地理解和应对腐蚀问题。
腐蚀是由于金属与环境中的化学物 质相互作用引起的。
腐蚀因素
腐蚀受多种因素影响，包括湿度、 温度、氧气和其他化学物质的存在。
腐蚀的分类和常见形式
本课程将介绍腐蚀的定义和原理，腐蚀的分类和常见形式，以及腐蚀带来的 影响和危害。我们还将探讨腐蚀的预防和控制方法，并通过实例和案例分析 加深理解。最后，我们将讨论常见的腐蚀材料和应用领域。
腐蚀的定义和原理
腐蚀定义
腐蚀是指金属在与环境接触时逐渐 被侵蚀和破坏的过程。
腐蚀原理
腐蚀的影响和危害
设备损坏
腐蚀可以导致设备结构的破坏和功能的丧失。
安全隐患
腐蚀可能导致设备故障，引发火灾、爆炸或其他安 全事故。
资源浪费
腐蚀会导致金属材料的损失，造成资源浪费。
环境污染
腐蚀过程释放出的化学物质会对环境造成污染。
腐蚀的预防与控制方法
设计防腐
选择耐腐蚀材料，采用合理的设 计和处理方法。
保护涂层
使用涂层来隔离金属与环境直接 接触。
输入抗腐化措施
通过添加阻止腐蚀的化学物质或 改变环境条件来防止腐蚀。
腐蚀实例和案例分析
腐蚀实例
展示不同金属在不同环境中的腐蚀 状况。
腐蚀案例分析
腐蚀案例研究
分析腐蚀对管道系统和设备的影响。 研究腐蚀对汽车结构的损害和维护 方法。
常见的腐蚀材料和应用领域
钢铁 铝合金 镀锌钢
建筑、桥梁、汽车 飞机、汽车、电子设备 管道、船舶、太阳能
结语和总结
腐蚀是一个普遍存在的问题，但我们可以通过预防和控制措施来减少其影响。了解腐蚀的原理和掌握防腐技术是重 要的。希望通过本课程，您能更好地理解和应对腐蚀问题。
腐蚀是由于金属与环境中的化学物 质相互作用引起的。
腐蚀因素
腐蚀受多种因素影响，包括湿度、 温度、氧气和其他化学物质的存在。
腐蚀的分类和常见形式
高中化学(新人教版)选择性必修一：金属的腐蚀【精品课件】
(3)特征：金属腐蚀后，在外形，色泽及机械性能方面会发生变化。 (4)由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不 同，一般金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
【化学腐蚀】
温度升高会加快化学反应速率，温度对化学腐蚀的影响较为明显。
【比较下列现象的差异】
【思考】
1.在新疆吐鲁番和海南省两地，哪个地区铁生锈相对较慢？
【金属腐蚀的危害】
金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制 品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。
腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而 坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火 爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、 滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工 作人员和附近居民的生命安全。
金属的腐蚀
【情景思考】
【思考】
1、什么是金属腐蚀？ 2、金属腐蚀的实质是什有哪些危害？
【金属腐蚀】
(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而 引起损耗的现象。
(2)金属腐蚀的本质：金属原子失去电子，被氧化。 M - ne- = Mn+
Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3·xH2O
正极产物该如何检验？
【说明】
(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普 遍，速率更大，危害更大。 (2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情 况中以吸氧腐蚀为主。 (3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而 非Fe3＋。
【思考】
【化学腐蚀】
温度升高会加快化学反应速率，温度对化学腐蚀的影响较为明显。
【比较下列现象的差异】
【思考】
1.在新疆吐鲁番和海南省两地，哪个地区铁生锈相对较慢？
【金属腐蚀的危害】
金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制 品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。
腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而 坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火 爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、 滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工 作人员和附近居民的生命安全。
金属的腐蚀
【情景思考】
【思考】
1、什么是金属腐蚀？ 2、金属腐蚀的实质是什有哪些危害？
【金属腐蚀】
(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而 引起损耗的现象。
(2)金属腐蚀的本质：金属原子失去电子，被氧化。 M - ne- = Mn+
Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3·xH2O
正极产物该如何检验？
【说明】
(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普 遍，速率更大，危害更大。 (2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情 况中以吸氧腐蚀为主。 (3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而 非Fe3＋。
【思考】
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oK
300 400 500 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
2Ag2O 4Ag+O2
8.4x10-5 6.9x10-1
24.9x10
360.0
2Cu2O 4Cu+O2
2PbO 2Pb+O2
2NiO 2Ni+O2
2ZnO 2Zn+O2
2FeO 2Fe+O2
0.56x10-30 8.0x10-24 3.7x10-16 1.5x10-11 2.0x10-8 3.6x10-6 1.8x10-4 3.8x10-3 4.4x10-1
Lg时间（分）
铁在空气中氧化的抛物线规律
（双对数坐标）
金 属的高温 氧
化
16
（3）混合抛物线规律
ay2 + by = kt Fe、Cu在低氧分压气氛中的氧化(比如Fe在水
蒸汽中的氧化)符合混合抛物线规律。 （4）对数规律 在温度比较低时，金属表面上形成薄(或极薄)的 氧化膜，就足以对氧化过程产生很大的阻滞作 用，使膜厚的增长速度变慢，在时间不太长时 膜厚实际上已不再增加。在这种情况，膜成长 符合对数规律
高温腐蚀带来的后果：
金属材料的直接损失；横截面积减少，机械 负荷加重；
破坏设备的使用性能；
改变金属组织，金属内部完整性的破坏并引 起金属内部性能的变化；
为了消除锈皮，增加设备，延长时间，降低 生产效率。
探讨高温腐蚀锈皮的形成规律，可帮助我们了
解腐蚀破坏的性质并启发我们Hale Waihona Puke 究防蚀的有效措施。5
第二节 金属（合金）的高温腐蚀理论
液态金属：Pb,Bi,Hg,Sn 液态融盐：硝酸盐，硫酸盐，氯化物，碱 低熔点氧化物：V2O5
3
高温固态介质腐蚀：金属材料在带有腐蚀性的 固态颗粒状物质的冲刷下发生的高温腐蚀， 也称为“磨蚀”或“冲蚀”。
固态粒子：C,S,Al 氧化物灰分：V2O5 盐颗粒：NaCl
4
二、研究金属材料高温腐蚀的意义
26
第三节 金属与合金的高温抗蚀性
一、高温抗蚀锈层 必须满足下列要求： 具备优良的化学稳定性和相稳定性； 结构是致密的； 锈皮必须连续而均匀地覆盖在金属表面上； 锈皮必须能牢固地粘结在金属表面上。
27
二、金属抗高温腐蚀合金化 一般遵循三原则： 合金元素选择氧化后生成合金元素锈皮； 合金元素与基体金属组成尖晶石结构锈皮
直线：氧化皮的生成并未 对界面化学反应的进行造 成不利的影响； 抛物线、对数：不利的影 响。
12
（1）直线规律 y = kt
直线规律反映表面氧化膜多孔，不完整， 对金属进一步氧化没有抑制作用。
13
5 575摄氏度
4
增
量
（
米
3
厘
毫
克
2
）
1
551摄氏度 526摄氏度
503摄氏度
2/
0
10
20
30 40 50 60 70
9
2、界面化学反应产物——氧化皮
纯金属在不同环境中所形成的锈皮，其颜 色、厚薄、连续性虽各有特色，但从结构 上可概括为：
➢ 离子型化合物锈皮:靠离子键作用形成； ➢ 半导体化合物类型锈皮； ➢ 间隙化合物型绣化皮。
10
11
3、氧化皮对界面及界面反应的影响
氧化皮的形成使单一金属 /气体界面变为两个界 面——金属/氧化皮界面 和氧化皮/气体界面。
31
耐热钢
作为耐热钢基础的Fe—Cr合金，其优良的耐高温 氧化性能来自几个方面：Cr的选择性内部氧化，两种
氧化物生成固溶体的反应，两种氧化物生成尖晶石 型化合物FeOCr2O3(FeCr2O4)的反应。 提高钢铁抗高温氧化性能的主要合金元素，除Cr 外还有Al和Si。虽然Al和Si的作用比Cr更强，但 加入Al和Si对钢铁的机械性能和加工性能不利， 而Cr能提高钢材的常温和高温强度，所以Cr成为 耐热钢必不可少的主要合金元素。
层取代抗蚀性低的基体金属锈皮； 将微量合金元素固溶于基体金属锈皮中，
借助于微观结构缺陷的变化来提高金属的 抗蚀性。
28
29
1、合金元素的选择氧化 合金元素必须固溶在基体金属中，必须生
成较基体金属锈皮层更加热力学稳定的锈 皮； 合金元素的离子尺寸小有助于加快它在金 属中的扩散，并保证获得晶格参数小而结 构致密的锈皮； 在反应界面上保持一定的锈皮组成合金元 素的活度，以便组成连续的锈皮。
PMeo: 平衡氧分压； PO2:实际氧分压 ➢ 当PO2> PMeO，G < 0，金属能够发生氧化，
二者差值愈大，氧化反应倾向愈大。
➢ 当PO2= PMeO，G = 0，反应达到平衡。 ➢ 当PO2< PMeO，G < 0，金属不可能发生氧化，
而是氧化物分解。
8
金属氧化物的分解压力
温度
各种金属氧化物按下式分解时的分解压力，atm
时间（小时）
纯镁在氧气中氧化的直线规律
（根据Uhlig）
14
（2）(简单)抛物线规律
y2 = kt
大量研究数据表明，多数金属(如Fe、Ni、 Cu、Ti)在中等温度范围内的氧化都符合简 单抛物线规律，氧化反应生成致密的厚膜， 能对金属产生保护作用。 当氧化符合简单抛物线规律时，氧化速度 dy/dt与膜厚y成反比，这表明氧化受离子扩 散通过表面氧化膜的速度所控制。
32
3、改善基体腐蚀产物微观结构 4、增强氧化皮与基体的附着力
33
• 氧化膜的半导体性质 氧化物具有晶体结构，而且大多数金属氧 化物是非当量化合的。因此，氧化物晶体 中存在缺陷，晶体中有过剩金属的离子或 过剩氧阴离子；为保持电中性，还有数目 相当的自由电子或电子空位。这样，金属 氧化物膜不仅有离子导电性，而且有电子 导电性。即氧化膜具有半导体性质。
➢金属本身在高温腐蚀环境中热力学稳定，表面很 难形成锈皮；
➢金属很快在它表面生成一层能抑制界面反应的锈 皮。
条件： 锈皮必须是连续、均匀而且致密； 锈皮必须是稳定而牢固地粘附于金属表面上。
22
4、高温腐蚀锈皮晶体中的扩散：当金属表面形成 锈皮后，高温腐蚀的界面化学反应将受到参加反 应各组元通过锈皮扩散的控制。
100
数
规
50
律
1
10
-3
-2
实线：直角坐标
-1
0
虚线：半对数坐标
305摄氏度 252摄氏度
20 时间（分）
1
2
Lg时间（分）
19
二、高温腐蚀锈皮的形成
1、高温腐蚀锈皮的结构与组织 形核率和晶核长大速率的差异会导致锈皮形貌和组
织的变化。
根据界面反应产物的晶体形成的特点，锈皮结构分 为三层：
➢ 假晶层：最初瞬间，厚度不超过100埃，受金属 晶体结构的制约；
1.3x10-68 4.6x10-56 2.4x10-40 7.1x10-31 1.5x10-24 5.4x10-20 1.4x10-16 6.8x10-14 9.5x10-12
5.1x10-42 9.1x10-30 2.0x10-22 1.6x10-19 5.9x10-14 2.8x10-11 3.3x10-9 1.6x10-7
3.1x10-38 9.4x10-31 2.3x10-21 1.1x10-15 7.0x10-12 3.8x10-9 4.4x10-7 1.8x10-5 3.7x10-4
1.8x10-46 1.3x10-37 1.7x10-26 8.4x10-20 2.6x10-15 4.4x10-12 1.2x10-9 9.6x10-8 9.3x10-6
34
• 两类氧化膜
(1) 金属过剩型，如ZnO
氧化膜的缺陷为间隙锌离子和自由电子。 膜的导电性主要靠自由电子，故ZnO称为n 型半导体(电子带负电荷)。
Zni2++2ei+1/2O2=ZnO
金属过剩型(n型)氧化物的缺陷也可能是 氧阴离子空位和自由电子，如Al2O3、Fe2O3。
35
e Zn2+ e e O2-
单质气体分子：O2,H2,N2,F2,Cl2 非金属化合物分子：
H2O,CO2,SO2,H2S,CO,CH4,HCl 金属氧化物气态分子：MoO3,V2O5 金属盐气态分子：NaCl,Na2SO4
2
高温液态介质腐蚀：液体介质对固体金属材料的 高温腐蚀。
即存在化学腐蚀，也存在电化学腐蚀；即包括界 面化学反应，也包括液态物质对固体物质的溶解；
15
2/
300
增 重 250 （
米 厘 200
克
毫 ）
150
100
50
1100 摄氏度
900摄 氏度
700摄 氏度
2/
Lg
增 重 （ 米 100 厘 克 毫 ）
10
1100摄氏度 900摄氏度
700摄氏度
0 100
500
1000
时间（分）
铁在空气中氧化的抛物线规律
（直角坐标）
1 10
100
1000
• 高温氧化倾向的判断 当G < 0，金属发生氧化，转变为氧化物MeO。
G 的绝对值愈大，氧化反应的倾向愈大。 当G = 0，反应达到平衡。 当G > 0，金属不可能发生氧化；反应向逆方向
进行，氧化物分解。 7
1、金属与空气间的界面化学反应
GT
G0 RT ln
1 PO2
RT ln PMeO (1 3) PO2
一、高温氧化的研究内容 金属的高温氧化围绕三方面进行： 金属与气态空气间的界面反应（化学）； 界面化学反应的产物—氧化皮； 氧化皮对界面及界面反应发展的影响。
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