第八章 电化学腐蚀与防护

Al ＋CCl4 AlCl4
非导电介质 Al
CCl4 AlCl4
电化学腐蚀：金属与介质接触，
金属发生阳极溶解过程，失去的 e 电子通过电子导体的金属材料本
身流向金属表面另一部位，在金
属/介质界面发生相应阴极还原过
程，两过程同时在金属表面不同 Me
部位同时进行，金属阳极溶解持
续产生的腐蚀过程。
e
特点：最普遍，金属与导电介质
金属腐蚀学中，习惯把介质中接受金属材料中电子而 被还原的物质称为去极化剂
电化学腐蚀最为严重，介质是离子导体可发生，水具 有离子导体的性质
2. 研究在各种条件下防止或者控制金属腐蚀的方 法与措施。
3.研究金属腐蚀速率的检测技术和方法。
§8.2 金属的电化学腐蚀
金属材料腐蚀
腐蚀：金属表面 由于外界介质的 化学或电化学作 用而造成的变质 及损坏的现象或 过程
金属腐蚀的分 类及腐蚀形式
化学腐蚀 均匀腐蚀
电化学腐蚀 局部腐蚀
大气腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 化工腐蚀 生物腐蚀 高温腐蚀
间接损失
▪ 停工停Hale Waihona Puke Baidu、泄漏导致成品流失、产品质量下降、突 发事故、人身安全、技术故障、环境污染 ……。
(1979我国石油液化气罐泄漏爆炸，亡几十人，直 接损失630万；1985.8.12日本波音747 飞机因金属应 力腐蚀断裂机毁，亡500余人；)
▪ 电厂锅炉一根热交换管价值不高，但因为腐蚀引起 爆炸可导致停电，使大片工厂停工停产，损失巨大。
▪ 全世界金属产量约为10亿吨，损失1亿吨/年 ▪ 我国金属年产量达1亿吨，损失0.1亿吨/年 ▪ 据权威报告 (英国Hoar报告和美国NBS报告)估计：
每年因腐蚀造成的经济损失占国民经济总值2-4%
我国状况
• 局部地区行业（化工机械）调查 — 腐蚀损失达 4%GNP。 • 国家科委对化工调查 — 1980年腐蚀损失为3.9% GNP • 专家估计 — 我国每年腐蚀损失约4000亿元。 • 应用现有技术可挽回30％损失（1200亿元） • 沿海或海岛城市的腐蚀比内陆城市的腐蚀严重5-10倍。 • 材料腐蚀破坏造成的损失>>所有自然灾害造成的损失。
973、863、国家基金重大项目…. — 国家战略计划
金属腐蚀与防护学科的主要研究内容及任务：
1．研究并确定金属材料在不同环境条件下腐蚀破 坏的本质机理和规律性
（1） 从热力学方面研究各种金属与不同介质发生 腐蚀的可能性。
（2） 从动力学方面研究各种金属在不同介质中的 腐蚀机理和腐蚀速率以及影响腐蚀的因素。
▪ 金属结构远比金属材料昂贵， 如汽车、船舶、飞机、 精密仪器、大规模集成电路等腐蚀破坏造成的损失 更为惨重
▪ 间接损失难估算，间接损失>>直接损失。
全球资源枯竭时间预测
年代
2050年 2070年 2080年 2120年
矿产资源 一般矿产 金属 石油/天然气 煤
矿物能源
全球矿物能源储量及开采年数预测
必然性— 热力学观点，一切材料在环境作用下, 将 逐渐自发地腐蚀、变质、退化。
金属 — 由元素状态转变成金属化合物 (生锈) 有机/无机材料 — 化学变化（老化/风化…)。
腐蚀（－能量）
金属 （不稳定）
自发过程
矿石 （稳定）
冶炼 (＋能量)
能量差＝ 腐蚀驱动力
▪ 传统腐蚀定义 — 金属与周围环境介质之间发生的 化学或电化学作用而引起腐蚀破坏；
第八章 电化学腐蚀与防护
§8.1 金属腐蚀与防护的意义
历史悠久— 古希腊Herodus和古罗马Plinins在2000年 前已提出用锡防止铁生锈；
我国商代（3000年前）发明锡青铜； 18世纪工业发展 —腐蚀与防护学科形成、发展
普遍性 — 材料腐蚀司空见惯，无所不在，十分普遍. 材料的腐蚀与防护的重要性已成共识。
俄罗斯米格-29战机曾发生 空中爆炸
我护航舰队人员 设法防止舰载机 遭盐分腐蚀
▪ 直接损失
▪ 材料、构件、设备的直接腐蚀破坏；防止腐蚀或 延缓腐蚀的投入（高耐腐蚀材料、表面处理、涂 覆、电化学保护、环境介质处理等），可估算。
▪ 据国际权威统计 -金属年产量的1/3受腐蚀报废， 其中2/3尚可回炉, 即约10％金属永久腐蚀损失。
发生电化学作用而破坏。其特点：
阴、阳反应相对独立，同时进行，
阴、阳极区电荷传递，产生等量
电流, 满足法拉第定律。
Men+ 导电介质 H+-H2
电化学腐蚀过程
阳极反应过程：金属被氧化成正价离子（包括配合离 子）进入介质或成为难溶化合物（一般为金属的氧化 物或含水氧化物或金属盐）留在电极表面
阴极反应过程：被氧化的金属失去的电子通过作为电 子良导体的金属材料本身流向金属表面的另一部位， 由介质中被还原的物质接受，使其价态降低被还原
石油
天然气
煤
确认储量
3168 亿t
1992年产量 按92年需求开采 按00年需求开采 按2010需求开采
68 亿t 46年 25年 15年
1380000 亿 m3
21600 亿t
64年
56年
10390 亿t
46.5 亿t 219年
铀 200 万t 2.7 万t
74年
学术会议
• 国际腐蚀控制会议（ICC）,每三年一次 • 亚太腐蚀控制会议（APCCC）,每二年一次 • 美国腐蚀工程师会议（NACE),每年一次 • 欧洲腐蚀联盟会议（EC),每年一次 • 国际电化学会议（ISE),每年一次 • 美国电化学会议（ECS),每年二次 • 海峡两岸材料腐蚀与防护会议,每年二次 • 中国腐蚀与防护专业学术会议,每年二次
应力腐蚀 开裂
氢致开裂 腐蚀疲劳 磨损腐蚀 摩擦腐蚀
点腐蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 电偶腐蚀 选择性腐
蚀
….
化学腐蚀：介质中被还原物质 的粒子与在金属表面碰撞时取 得的金属原子的价电子而被还 原，与失去价电子的被氧化的 金属“就地”形成腐蚀产物覆 盖在金属表面
金属与非电介质直接发生化学 反应而破坏，有电荷转移但不 产生电流。
▪ 广义腐蚀定义 — 材料和材料性质在与其所处的环 境介质作用下发生退化变质的现象。
资源/环 境负荷
腐蚀破坏
材料的源泉和归宿 —资源/环境
腐蚀的钢管
严重的锅炉管腐蚀
F-22A锈蚀问题是发动 机舱盖漏雨所致
解决腐蚀问题的办法是 更换机身上四块最大的铝 合金口盖，将用钛合金口 盖来代替，每一个口盖更 换成本大约为5万美元。