金属的高温腐蚀与防护.
高中化学选择性必修一第4章第3节 金属的腐蚀与防护 基础知识讲义
第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀（一）定义：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（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。
M-ne-=M n+（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀（1）定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀（2）本质：金属失电子被氧化。
（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。
例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
2、电化学腐蚀（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀（4）特点：有微弱的电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
水膜酸性较强：负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性：负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生二、金属的防护（一）改变金属材料的组成1、方法：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
金属腐蚀与防护高温氧化课件.ppt
合金氧化膜主要由图下方合金元素的氧化物所组成
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∆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
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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
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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；
腐蚀与防护概论 第一章 高温腐蚀
物分解的方向进行。
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一些金属氧化物在1000℃时的△G0值
元素 Ni Co Fe Cr Si Ti Al
氧化物 NiO CoO FeO Cr2O3 SiO2 TiO Al2O3
lgP分解压 -10.3 -11.9 -14.7 -21.8 -28.0 -32.7 -34.7
氧化膜是否完整，决定因素是氧化物的体积 大于氧化掉的金属的体积，即V氧化物>V金属 。 这是形成完整氧化膜的必要条件，此即Pilingbedworth原理。
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根据Piling-bedworth原理，可得到氧化膜完整 的判据，简称PBR比值。
若金属摩尔质量为m，密度为ρ，金属氧化物 摩尔质量为M，一个氧化物分子中有Z个金属 原子，其密度为D，那么：
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第四节 合金的氧化
一、合金氧化的特点 合金至少含有两个组元，存在两个以上可能氧化
的成分，因而氧化的行为和机理更加复杂，其特 殊性表现如下： 1、合金组元的选择性氧化 2、相的选择性氧化 3、内氧化 4、合金氧化膜的组成和结构可能有多种形式， 各种氧化物之间可能相互作用形成复合氧化物。
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哈菲（Hauffe）通过实验总结出一个原子价规 律，它描述了合金元素对氧化膜晶格缺陷、电 子和离子导电性以及氧化速率的影响。
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4、加入稀土元素，增加氧化膜与基体金 属表面的粘着力
例如，在Fe-Cr-Al电热合金中加入稀土元素Y、 La、Ce后，显著提高了合金的使用寿命。原因 可能是稀土原子半径较大，可堵塞氧化物中的空 穴并抑制金属的扩散。此外，稀土氧化物在反应 界面上的形成，加强了氧化膜与合金之间的粘着 力，起到了钉扎作用。
高温腐蚀的防护方法
高温腐蚀的防护方法高温腐蚀是指在高温环境下金属材料与环境气氛中的气体、液体或固体反应而产生的腐蚀现象。
高温腐蚀严重影响着金属材料的性能和使用寿命，因此需要采取一系列防护措施来减轻高温腐蚀的损害。
以下是一些常用的高温腐蚀防护方法。
1. 材料选择：选择耐高温腐蚀的材料是最基本的防护措施。
一些耐高温腐蚀的合金材料，如镍基合金、铬基合金、钛合金等，常用于高温环境下的工程装备。
2. 表面涂层：在金属表面进行涂层可以提供一层物理和化学屏障，阻挡高温氧化物进入金属内部，从而延缓高温腐蚀的发生。
常用的表面涂层有镀层、热喷涂、化学镀、电化学沉积等方法。
3. 稳定化处理：某些金属材料在高温下容易产生相变或氧化，从而导致高温腐蚀。
通过稳定化处理，可以提高材料的耐高温性能。
例如，钛合金可以进行沉淀强化处理，提高其耐高温氧化的能力。
4. 防氧化剂：在高温环境下，某些金属材料容易氧化，形成含氧化物的膜层，增加材料的耐腐蚀性能。
常用的防氧化剂有硅氧烷类、硼酸盐类、硅酸盐类等。
5. 清洁保护：高温环境中的杂质会加速腐蚀的发生。
保持材料表面的清洁和干燥对于减缓高温腐蚀至关重要。
可以采用吹扫、蒸汽清洗、酸洗等方式清除表面的杂质，并在材料表面形成一层保护膜。
6. 封闭防护：对于一些无法直接进行防护的部件，可以采用封闭的防护措施。
例如，在高温炉内部，可以采用陶瓷罩或金属罩将金属结构封闭起来，减少高温气氛对金属的侵蚀。
7. 防尘防油：在一些高温腐蚀环境下，杂质的存在会加速腐蚀的发生。
因此，及时清除油污、尘土等杂质，保持工作环境的清洁，是减缓高温腐蚀的有效手段。
8. 设备维护：定期对设备进行检查和维护，及时发现和修复材料表面的腐蚀点。
此外，注意设备的保养和保护，增加材料的使用寿命。
总结起来，高温腐蚀的防护方法包括材料选择、表面涂层、稳定化处理、防氧化剂、清洁保护、封闭防护、防尘防油和设备维护等。
根据具体的高温腐蚀环境和材料特性，可以综合运用多种方法来减轻腐蚀的损害，保障设备的正常运行。
液态金属腐蚀与防护技术研究
液态金属腐蚀与防护技术研究
液态金属腐蚀是指金属在高温下与氧气、水蒸气、化学物质或其他金属接触时，发生氧化或其他反应而导致金属表面产生一定的腐蚀现象。
液态金属腐蚀在许多工业领域中都是一个重要的问题，包括冶金、能源、化工、航空航天等。
因此，研究液态金属腐蚀及防护技术具有重要意义。
一些液态金属具有很高的反应性，因此需要开发出针对不同金属的针对性防护技术。
以下是一些常用的液态金属防护技术：
1. 涂层防护：可以在金属表面涂上一层化学稳定性高的涂层，防止金属与液态金属接触产生反应。
常用的涂层材料有碳化硅、氧化铝等。
2. 熔覆涂层：钨、钼、镍、铝等金属材料在液态金属上熔覆形成一层金属保护层，可以防止金属表面与液态金属接触。
3. 气体保护：在液态金属中通入氮气、氩气等惰性气体，降低氧气浓度，减少金属与氧气的接触，起到保护作用。
4. 电化学方法：包括阴极保护和阳极保护两种方法。
阴极保护是在金属表面形成一层保护膜，保护金属不受腐蚀。
阳极保护则是在液态金属表面电化学氧化形成一层氧化层，保护金属表面。
以上是一些常用的液态金属防护技术，但每种液态金属的性质和腐蚀机理都不同，因此需要根据实际情况制定相应的防护方案。
金属的腐蚀与防护
化学腐蚀
在外界环境中的水蒸气、酸碱等物质影响下，金属表面发生氧化还原反应，形成氧化物或其他化合物。例如，当铁暴露于氧和水中时，会形成铁锈（Fe₂O₃·nH₂O），这是一种典型的化学腐蚀现象。
电化学腐蚀
在一定条件下，例如在电解质溶液中，不同电位造成的电流分布变化，会导致金属表面上出现阳极区和阴极区。在阳极区，金属发生氧化反应而溶解，释放出电子；在阴极区，则发生还原反应，这一过程是通过离子在溶液中传递形成闭合回路，从而加剧了金属的整体损失。
三、影响金属腐蚀因素
影响木材及其抗风雨能力的重要因素有很多，包括：
环境湿度
高湿度会加速空气中的氧气、水分与金属的接触，加快氧化反应。因此，在潮湿环境下，金属更易受到腐蚀。
温度
氧化反应通常随着温度升高而境下金属更容易发生严重腐蚀。
pH值
环境中的酸碱程度直接影响着局部区域的电极电位。不同pH值下的介质对不同类型的金属具有不同程度的侵害。例如，低pH值（酸性环境）往往对铁等铸铁材料具有较强的侵袭性。
电化学腐蚀
电化学腐蚀是由于电流在金属表面产生的不均匀分布而导致的。比如，当金属与不同电位的金属连接时，低电位部分会被加速腐蚀。
生物腐蚀
这种腐蚀是由微生物造成的，尤其是在水体中生活的微生物，会通过其代谢过程改变周围环境，从而促进了金属的腐蚀过程。生物膜或污垢层常常在这种情况下形成，进一步加速了腐蚀。
二、金属腐蚀机制
金属的腐蚀与防护
金属腐蚀是指金属在环境的作用下，发生化学或电化学反应，导致其物理和化学性能劣化的过程。腐蚀不仅削弱了金属材料的强度、韧性，还可能引发结构失效，造成巨大的经济损失和安全隐患。因此，了解金属腐蚀的原理和机制，以及实施有效的防护措施，对于延长金属构件的使用寿命，提高工程安全性具有重要意义。
电化学金属腐蚀与防护原理及应用
电化学金属腐蚀与防护原理及应用电化学金属腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，会导致金属表面产生氧化、溶解或析出等不可逆过程。
金属腐蚀会导致金属失去原有的性能，降低材料的强度、硬度和可靠性，造成经济损失。
因此，为了保护金属材料免受腐蚀的损害，人们研究了多种防护技术。
电化学金属腐蚀的原理是基于金属表面的电化学反应。
金属在电解质溶液中处于一种平衡状态，既有金属的氧化（腐蚀）反应，也有金属的还原反应。
这个平衡状态被称为电池电位或者腐蚀电位。
当金属表面存在助腐蚀因素（如氧、酸、碱、盐）时，金属表面的氧化反应将被加速，导致金属腐蚀的加剧。
如果能够降低或改变金属表面的电位，就可以减缓金属腐蚀的发生。
为了实现金属腐蚀的防护，我们可以采用以下几种方法：1.阻止金属与电解质接触：通过物理屏障（如油漆、涂层、涂料等）将金属表面与电解质隔开，阻止金属被电解液侵蚀，起到保护金属的作用。
2.加强阳极的保护：在金属表面形成一层更活泼、更易氧化的金属层，作为阳极，吸引电流，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用镀层、热浸镀、电镀等方法，在金属表面形成一层保护膜。
3.采用阻止电流流动的方法：通过在金属表面施加外加电流或者电磁场，阻止电流在金属间流动，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用阴极保护或者磁场保护方法。
4.控制电解质环境：通过改变电解质的成分、浓度、温度等参数，使其不利于金属的氧化反应，减缓金属的腐蚀。
例如，对于钢铁材料，可以通过控制水中的溶解氧、酸碱度等因素，来减少金属腐蚀的发生。
电化学金属腐蚀防护的应用非常广泛。
在船舶、桥梁、海洋工程、化工设备等领域，金属材料容易受到海水、氧气、酸碱等环境的腐蚀，因此需要采取有效的防护措施。
例如，对于船舶，在船体表面施加阴极保护，将船体作为阴极，以减缓钢铁的腐蚀。
在化工设备中，常常采用高温涂层、耐酸碱材料等措施，延长设备的使用寿命。
总之，电化学金属腐蚀防护技术的目标是保护金属材料免受腐蚀的侵害，延长材料的使用寿命。
金属防腐处理方法
金属防腐处理方法一、金属的防护及保护方法（一）金属的防护针对金属腐蚀的原因采取适当的方法防止金属腐蚀，常用的方法有：1.改变金属的内部组织结构例如制造各种耐腐蚀的合金，如在普通钢铁中加入铬、镍等制成不锈钢。
2.保护层法在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。
如：（1）在钢铁制件表面涂上机油、凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。
（2）用电镀、热镀、喷镀等方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。
这些金属常因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。
（3）用化学方法使钢铁表面生成一层细密稳定的氧化膜。
如在机器零件、枪炮等钢铁制件表面形成一层细密的黑色四氧化三铁薄膜等。
3.电化学保护法利用原电池原理进行金属的保护，设法消除引起电化腐蚀的原电池反应。
电化学保护法分为阳极保护和阴极保护两大类。
应用较多的是阴极保护法。
4.对腐蚀介质进行处理消除腐蚀介质，如经常揩净金属器材、在精密仪器中放置干燥剂和在腐蚀介质中加入少量能减慢腐蚀速度的缓蚀剂等。
（二）电化学保护将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极，使其不受到腐蚀，所以也叫阴极保护法。
这种方法主要有以下两种：1.牺牲阳极保护法此法是将活泼金属（如锌或锌的合金）连接在被保护的金属上，当发生电化腐蚀时，这种活泼金属作为负极发生氧化反应，因而减小或防止被保护金属的腐蚀。
这种方法常用于保护水中的钢桩和海轮外壳等例如水中钢铁闸门的保护，通常在轮船的外壳水线以下处或在靠近螺旋浆的舵上焊上若干块锌块，来防止船壳等的腐蚀。
2.外加电流的保护法将被保护的金属和电源的负极连接，另选一块能导电的惰性材料接电源正极。
通电后，使金属表面产生负电荷（电子）的聚积，因而抑制了金属失电子而达到保护目的。
此法主要用于防止在土壤、海水及河水中的金属设备受到腐蚀。
电化学保护的的另一种方法叫阳极保护法，即通过外加电压，使阳极在一定的电位范围内发生钝化的过程。
高温高压环境下金属腐蚀的防护措施
高温高压环境下金属腐蚀的防护措施一、引言在工业生产和科学研究等领域，高温高压环境下的金属腐蚀问题一直是一个严重的挑战。
受到高温和高压的影响，金属表面容易发生氧化、腐蚀和磨损等问题，导致金属材料的性能下降甚至失效，从而对设备的可靠性和寿命造成负面影响。
为了解决这一问题，人们开发了各种防护措施来提高金属材料在高温高压环境下的耐腐蚀性能，本文将对其中一些常用的防护措施进行探讨。
二、表面涂层防护技术1. 金属涂覆技术金属涂覆技术是一种将防腐蚀合金涂层覆盖在金属基体上的方法。
通过涂覆耐腐蚀合金，可以有效地防止金属表面与高温高压介质接触，从而减少腐蚀的可能性。
常见的金属涂覆技术包括热喷涂、电镀和镀金等，这些方法可以选择不同的合金材料进行覆盖，以适应不同条件下的腐蚀环境。
2. 陶瓷涂层技术陶瓷涂层技术是利用高温下陶瓷材料的耐腐蚀性和耐热性来保护金属材料。
陶瓷涂层可以覆盖在金属表面，形成一层具有良好耐腐蚀性的保护层，有效地抵御高温和高压环境下的侵蚀作用。
常见的陶瓷涂层材料有氧化铝、碳化硅和氮化硅等，它们具有优异的耐蚀性和耐高温性能，适用于各种恶劣的工况。
三、基底材料的选择1. 高温合金在高温高压环境下，基底材料的选择是关键。
高温合金是一种特殊的合金材料，在高温和高压条件下具有出色的耐蚀性和耐热性能。
这种合金通常由镍、铬、钼等元素组成，可以有效地抵抗氧化、硫化和腐蚀等作用，保持较好的机械性能和化学稳定性。
2. 不锈钢不锈钢是另一种常用的基底材料，具有良好的耐腐蚀性能。
通过控制合金元素的含量和添加合适的稳定剂，不锈钢可以在高温高压环境下形成一层致密的氧化物膜，防止金属表面腐蚀。
此外，不锈钢还具有良好的机械性能和可焊性，适用于各种工程和装备。
四、电化学防护技术1. 阳极保护阳极保护是一种通过施加外加电流或阳极材料来保护金属腐蚀的技术。
在高温高压环境下，可以使用阳极电位的方法来减少金属表面的腐蚀速率。
例如，通过向金属表面施加一定电压，在金属表面形成一层保护性的氧化层，从而抵御腐蚀介质的侵蚀。
金属腐蚀与防护7金属的高温氧化
Lg增重（2米厘/克毫）
100 10 1
10 100 1000
1100摄氏度
900摄氏度
700摄氏度
1100摄氏度
900摄氏度
700摄氏度
时间（分）
Lg时间（分）
铁在空气中氧化的抛物线规律 （双对数坐标）
铁在空气中氧化的抛物线规律 （直角坐标）
金 属 的 高 温 氧 化
掉捻操堕勉晌煌敏闷棕睫铸毅仰厨欢熙苹孪凑佩蛛荣芽桂久莫蚕匝章透苏【金属腐蚀与防护】7金属的高温氧化【金属腐蚀与防护】7金属的高温氧化
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
1 高温氧化的热力学问题
高温氧化倾向的判断 自由焓准则 将金属高温氧化反应方程式写成 2Me + O2 = 2MeO 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。
Me
（b）破裂的空泡
Me
（c）气体不能透过的微泡
Me
（e）切口裂开
釉杭疵坷捧匆队庄映皑庆麦稀水涛翻墩愚蓬臻甜罢绳廊柯淖昭泰称茅烁圈【金属腐蚀与防护】7金属的高温氧化【金属腐蚀与防护】7金属的高温氧化
氧化膜成长的实验规律
膜的成长可以用单位面积上的增重W+/S 表示，也可以用膜厚y表示。在膜的密度均 匀时，两种表示方法是等价的。 ●●膜厚随时间的变化 （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。
《金属的腐蚀与防护》金属腐蚀的微观世界
《金属的腐蚀与防护》金属腐蚀的微观世界在我们的日常生活中，金属制品无处不在，从小小的螺丝钉到庞大的桥梁建筑，金属材料都发挥着至关重要的作用。
然而，有一个看不见的“敌人”始终在悄悄地侵蚀着这些金属，那就是金属腐蚀。
要理解金属腐蚀，我们首先得走进它的微观世界。
在这个微观世界里，金属原子不再是我们肉眼所见的坚固实体，而是一个个活跃的粒子。
金属腐蚀的本质其实是金属原子失去电子变成离子的过程。
就拿常见的铁来说，在空气中，铁与氧气、水等物质发生反应，铁原子失去电子，变成了亚铁离子和铁离子，这些离子与环境中的物质结合，形成了我们所看到的铁锈。
从电化学的角度来看，金属腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。
化学腐蚀相对比较简单，是金属直接与具有腐蚀性的化学物质发生反应，比如铁在高温下与氯气直接反应生成氯化铁。
而电化学腐蚀则更为复杂和常见。
电化学腐蚀通常发生在金属表面存在电解质溶液的情况下。
以铁在潮湿空气中的腐蚀为例，铁表面吸附的水膜中溶解了氧气等物质，形成了电解质溶液。
铁中的杂质与铁本身形成了无数微小的原电池。
在这些原电池中，铁作为负极，失去电子被氧化；杂质作为正极，氧气在正极得到电子被还原。
在这个过程中，电子从铁原子转移到杂质上，然后与正极的氧气和水反应生成氢氧根离子。
这些离子进一步与亚铁离子结合，最终形成了铁锈。
金属腐蚀的速度和程度受到多种因素的影响。
首先是金属的本性，不同的金属化学活泼性不同，像钠、钾等活泼金属就很容易被腐蚀，而金、铂等则相对稳定。
其次是环境因素，湿度、温度、酸碱度以及存在的腐蚀性物质都会加速金属的腐蚀。
金属表面的状态也起着重要作用。
粗糙的表面比光滑的表面更容易腐蚀，因为粗糙表面的表面积更大，与外界物质接触的机会更多。
了解了金属腐蚀的微观机制和影响因素，接下来我们要探讨如何防护金属免受腐蚀的侵害。
一种常见的防护方法是在金属表面覆盖保护层。
这就好比给金属穿上一层“防护服”，将金属与外界的腐蚀性物质隔离开来。
材料腐蚀与防护-高温热腐蚀(7)
主要涉及的方面： (1)在化学工业中存在的高温过程. 如:生产氨水和石油化工等领域产生的氧化。 (2)在金属生产和加工过程中. 如:在热处理中碳氮共渗和盐浴处理易于产生增 碳、氮化损伤和熔融盐腐蚀。 (3)含有燃烧的各个过程. 如:柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的 复杂气氛高温氧化高温高压水蒸气氧化及熔融碱盐腐蚀。 (4)核反应堆运行过程中． (5)在航空航天领域。 如：宇宙飞船返回大气层过程中的高温氧化和高 温硫化腐蚀，以及航空发动机叶片受到的高温氧化和高温硫 化腐蚀。
例如：铜、镍等
3.立方规律 特点：低温氧化，薄的氧化膜 。
表示方式：
有人认为这可能与通过氧化物空间电荷区的金属离子的 输送过程有关。
例如： Cu（100-300℃）、镍（400 ℃ ）等
4.对数与反对数规律 特点：许多金属在温度低于300-400℃氧化时，其 反应一开始很快．但随后就降到其氧化速度可以 忽略的程度。在氧化膜相当薄时才适用。 表示方式：
• 氧化速度参数的表征：
1）金属的消耗量 2）氧的消耗量 3）生成的氧化物量
重量法和容量法测定氧化动力学的典型试验装置
5.2
恒温氧化动力学规律
测定氧化过程的恒温氧化动力学曲线
影响氧化动力学规律的因素： *氧化温度；
*氧化时间；
*氧的压力；
*金属表面状况以及预处理条件(它决定了合
金的组织)。
• 同一金属在不同条件下，或同一条件下不同金属的氧化规 律往往是不同的。 • 金属氧化的动力学曲线大体上可分为： 直线、抛物线、立方、对数及反对数规律五类，如图所示：
3.2 氧化膜的生长方式：
在氧化膜的生长过程中，反应物质传输的形式有三种： a）.金属离子单向向外扩散，在氧化膜-气体界面上 进行反应，如铜的氧化过程； b）氧单向向内扩散，在金属-氧化膜界面上进行反应， 如钛的氧化过程；
《金属的腐蚀与防护》阳极氧化防腐
《金属的腐蚀与防护》阳极氧化防腐在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在。
从建筑结构中的钢铁，到交通工具中的铝合金，再到电子设备中的各种金属部件，金属材料的应用极其广泛。
然而，金属的腐蚀问题却始终困扰着我们，给我们带来了巨大的经济损失和安全隐患。
为了有效地保护金属，延长其使用寿命，人们不断探索和研究各种防腐技术，其中阳极氧化防腐就是一种非常有效的方法。
首先，我们来了解一下什么是金属的腐蚀。
简单来说，金属腐蚀就是金属材料在环境的作用下，发生化学或电化学变化，导致其性能下降甚至损坏的现象。
金属腐蚀的形式多种多样，常见的有均匀腐蚀、局部腐蚀（如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等）。
金属腐蚀的发生需要三个条件：金属材料、腐蚀介质（如氧气、水、酸、碱等）和一定的环境条件（如温度、湿度等）。
那么，金属腐蚀会带来哪些危害呢？一方面，金属腐蚀会导致金属材料的强度降低，从而影响其结构的稳定性和安全性。
例如，桥梁中的钢梁如果发生严重腐蚀，可能会在承受重载时发生断裂，造成严重的事故。
另一方面，金属腐蚀会缩短金属制品的使用寿命，增加维修和更换的成本。
此外，金属腐蚀还可能导致产品质量下降，影响生产效率和经济效益。
为了防止金属腐蚀，人们采取了多种防护措施，如涂层防护、阴极保护和阳极氧化等。
接下来，我们重点探讨一下阳极氧化防腐技术。
阳极氧化是一种通过电解的方法在金属表面形成一层氧化膜的防腐工艺。
在阳极氧化过程中，将金属制品作为阳极，放入电解池中，在一定的电流和电压条件下，金属表面与电解液发生反应，生成一层具有一定厚度和性能的氧化膜。
这层氧化膜具有很多优良的性能，从而起到了很好的防腐作用。
首先，氧化膜具有较高的硬度和耐磨性，可以有效地抵抗外界的机械磨损和划伤。
其次，氧化膜具有良好的耐腐蚀性，能够阻挡腐蚀介质与金属基体的接触，从而减缓腐蚀的速度。
此外，氧化膜还具有良好的绝缘性和热稳定性，可以提高金属制品在电气和高温环境下的性能。
阳极氧化的工艺流程一般包括预处理、阳极氧化和后处理三个步骤。
金属的腐蚀与防护
牺牲阳极法 外加电流法
辅助阳极反应
辅助阳极材料
失去电子被腐蚀（氧化反应） 比被保护金属活泼（与水不反应）
失去电子（氧化反应）
惰性电极（如石墨）
《化学反应与电能》
第三节 金属的腐蚀与防护
1、正误判断
⑴钢管与电源正极连接，钢管被保护。Ⅹ ⑵在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀覆盖保护层。Ⅹ ⑶牺牲阳极的保护法利用的是电解池原理。 Ⅹ ⑷原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀。Ⅹ ⑸铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气接触，起到保护铁制品的作用。√
用比铁活泼的金属作原电池的负 极，铁作原电池的正极而被保护。
①将裹有锌皮的铁钉浸入饱和食盐水，滴加 K3[Fe(CN)6]溶液和酚酞溶液
Fe2+与 K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀 ——K3[Fe(CN)6]通常用于检验 Fe2+。
靠近锌皮处无颜色变化，靠近裸露在外的铁钉处出现红色。
Zn － 2e－ == Zn2+
《化学反应与电能》
第三节 金属的腐蚀与防护
知识 基础 金属的防护
3、金属电化学保护法
（2）外加电流法
用被保护金属活作电解池的阴极，
一般用惰性电极作阳极。
微
牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，将被保护的金属作阴
极。在这两种方法中，辅助阳极发生的电极反应类型是否相同？对于用作辅
助阳极的金属的化学性质各有什么要求？
《化学反应与电能》
第三节 金属的腐蚀与防护
听课手册P121～126
《化学反应与电能》
第三节 金属的腐蚀与防护
《化学反应与电能》
铁 的 吸 氧 腐 蚀
第三节 金属的腐蚀与防护
腐蚀与防护概论 第一章 高温腐蚀
腐蚀三类。
对金属材料的高温腐蚀研究大多以纯金属在
空气中的高温氧化行为作重点。
高温腐蚀
高温气态介质腐蚀
高温液态介质腐蚀
高温固态介质腐蚀
以高温氧 化为主
多高的温 度算高温？
一般以引起金属材料腐蚀速度明显 增大的下限温度作为高温的起点。
例如：碳钢从570℃
再如：发生硫腐蚀
开始，氧化速度明
在高温氧化时可形成连续的FeCr2O4和 NiCr2O4尖晶石类复合氧化膜。合金元素 的原子尺寸愈小，则形成尖晶石结构中的 晶格参数愈小，结构愈致密。
3、控制氧化膜的晶格缺陷浓度，降低离子
扩散速率
当氧化膜抗氧化性不好时，可往合金中加
入一些微量元素来改善基体氧化物的抗氧 化性。例如，根据氧化物的半导体性质， 加入少量某些金属元素，会改变氧化物晶 格缺陷密度，降低离子扩散速率，从而使 金属氧化速度受到相当的抑制。
入抗氧化元素Cr、Al、Si和稀土元素Y、La、 Ce 等，形成耐热钢（如 Cr25Al5 ）及镍基 耐热合金（如Cr20Ni80 ），以满足现代工 业对机械设备更高耐热性能的要求。
第四节
其它高温气体腐蚀
1、钢在高温高压下的氢腐蚀
在高温高压下（ 200 ～ 300℃ ），氢气会使
钢发生脱碳反应： Fe3C + 2H2 → 3Fe + CH4 甲烷CH4在钢材内部积聚，产生很大的内应 力，使晶界产生裂纹，在金属表面会出现许 多鼓泡，称为氢腐蚀。这会使钢的强度和韧 性大大降低（不可逆），使设备遭到破坏。
Na+ ClNa+ ClClNa+ ClNa+ Na+ ClNa+ ClClNa+ ClNa+ Na+ ClNa+ Cl-
高温金属腐蚀与防护措施
汽车工业领域
发动机部件
汽车发动机中的高温金属腐蚀会影响性能和寿命。防护措施包括使用耐腐蚀材料、涂层 保护和油品添加剂。
刹车系统
刹车系统中的高温金属腐蚀可能导致刹车性能下降和安全问题。防护措施包括使用耐腐 蚀材料、定期更换刹车片和进行定期维护。
CHAPTER 05
未来研究方向与展望
新材料开发
高温金属腐蚀与防护 措施
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 高温金属腐蚀概述 • 高温金属腐蚀类型 • 防护措施 • 实际应用案例 • 未来研究方向与展望
CHAPTER 01
高温金属腐蚀概述
定义与特点
定义
高温金属腐蚀是指金属在高温环境中 与周围介质发生化学或电化学反应， 导致金属性能劣化的现象。
特点
高温金属腐蚀通常发生在高温、高压 、高湿度的环境下，涉及复杂的化学 和电化学反应，腐蚀速率较快，对金 属材料的破坏性较大。
腐蚀机理
01
02
03
氧化腐蚀
金属与氧气反应生成氧化 物，如铁在高温下与氧气 反应生成铁氧化物。
硫化腐蚀
金属与硫化氢等硫化物反 应生成金属硫化物，如镍 在高温下与硫化氢反应生 成镍硫化物。
耐高温金属材料
研发能够在更高温度下保 持稳定性能的金属材料， 提高设备的使用寿命和安 全性。
轻质金属材料
利用新型合金和复合材料 技术，开发轻质、高强度 的金属材料，降低设备重 量和能耗。
抗腐蚀金属材料
通过合金化、表面处理等 手段，提高金属材料的抗 腐蚀性能，减少腐蚀对设 备性能的影响。
防护技术改进
渗碳腐蚀
金属与含碳气体反应生成 金属碳化物，如钛在高温 下与二氧化碳反应生成钛 碳化物。
材料的腐蚀与防护
材料腐蚀与防护一、名词解释：1. 腐蚀：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。
2. 高温腐蚀：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生反应而遭受破坏的过程称为高温氧化，亦称高温腐蚀。
3. 极化：由于电极上有净电流通过，电极电位（ΔEt）显著地偏离了未通净电流时的起始电位（ΔE0）的变化现象。
4. 去极化：能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的叫作去极化。
5. 非理想配比：是指金属与非金属原子数之比不是准确的符合按化学分子式的比例，但仍保持电中性。
6. 全面腐蚀: 全面腐蚀：指暴露于腐蚀环境中，在整个金属表面上进行的腐蚀。
7. 点腐蚀：（孔蚀）是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式，简称点蚀。
8. 应力腐蚀（SCC）：是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。
9. 腐蚀疲劳：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。
10. 干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀。
11. 潮大气腐蚀：指金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在看不见的薄的液膜层发生的腐蚀。
12. 湿大气腐蚀：是指金属在相对湿度大于100%的大气中，表面存在肉眼可见的水膜发生的腐蚀。
13. 缓蚀剂：是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境（介质）地，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物质。
14. 钝化：电化学腐蚀的阳极过程在某些情况下会受到强烈的阻滞，使腐蚀速度急剧下降，这种现象叫金属的钝化。
15. 平衡电极电位（可逆电极电位）E：当金属电极上只有惟一的一种电极反应，并且该反应处于动态平衡时，金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，电极所获得的不变电位值。
16. 非平衡电极电位（不可逆电极电位）：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与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。
高温下金属腐蚀防护实验
高温下金属腐蚀防护实验一、课程目标知识目标：1. 让学生理解高温环境下金属腐蚀的基本原理，掌握金属腐蚀的影响因素。
2. 使学生了解并掌握高温下金属腐蚀防护的常用方法及其作用机制。
3. 帮助学生了解相关行业及研究领域中金属腐蚀防护的实际应用。
技能目标：1. 培养学生设计简单的高温金属腐蚀防护实验方案的能力。
2. 提高学生进行实验操作、观察、记录和分析实验结果的能力。
3. 培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对科学研究的兴趣，激发他们的探究欲望。
2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在实验过程中相互尊重、协作互助的精神。
3. 引导学生关注环境保护和资源利用，培养他们的社会责任感和可持续发展观念。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为实验课程，旨在让学生通过实际操作，深入理解高温下金属腐蚀的原理和防护方法。
针对学生年级的特点，课程内容以直观、易懂、实践为主。
教学要求注重培养学生的动手能力、观察力和问题解决能力，将理论知识与实际应用相结合。
1. 能够解释高温环境下金属腐蚀的原理和影响因素。
2. 能够设计并实施高温下金属腐蚀防护的实验方案。
3. 能够分析实验结果，提出合理的防护建议。
4. 能够关注并理解金属腐蚀防护在现实生活中的应用，培养环保意识和社会责任感。
二、教学内容1. 高温环境下金属腐蚀原理- 金属腐蚀的分类和基本过程- 高温下金属腐蚀的原理及影响因素2. 高温金属腐蚀防护方法- 防腐涂层的原理与应用- 防腐蚀电镀技术及其特点- 阴极保护技术及其应用3. 实验操作与技能培养- 实验方案设计与实验操作步骤- 实验现象的观察与记录方法- 实验结果的分析与讨论4. 金属腐蚀防护应用案例分析- 行业背景及腐蚀防护需求- 防腐蚀措施的实施与效果评估- 案例启示与环保意识培养教学大纲安排与进度：第一课时：高温环境下金属腐蚀原理第二课时：高温金属腐蚀防护方法第三课时：实验操作与技能培养（1）第四课时：实验操作与技能培养（2）第五课时：金属腐蚀防护应用案例分析教材章节与内容：第一章 金属腐蚀与防护概述第二章 高温环境下的金属腐蚀第三章 金属腐蚀防护技术第四章 金属腐蚀防护应用案例教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，按照教学大纲进行有序安排，使学生能够逐步掌握高温下金属腐蚀防护的相关知识。
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S
氧化物固相的稳定性
• ΔG 0 判断金属氧化物的高温化学稳定性 氧化物的熔点、挥发性来估计其固相的高温稳定性 • 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 两种以上氧化物共存=>低熔点共晶氧化物
ΔG0－T 图使用说明
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 2. 直线的斜率：-ΔSΘ 氧化反应熵值变化； 氧是气体，其熵值比凝聚相大 ΔSΘ一般为负值，从而直线斜率为正值 温度越高，氧化物的稳定性越小。
3. 两条特殊直线 – CO2的直线几乎与横坐标平行， 表明CO2的稳定性几乎不依赖于温度 – CO的直线斜率为负， CO的稳定性随温度升高而增大 4. 周围的几条直线，O点、H点和C点
ΔG0：金属氧化物的标准生成自由能
氧化物分解压
ΔG0－T 图
• ΔG0－T 图： 判断高温腐蚀热力学倾向 • 1944年Ellingham 一些氧化物的ΔG0－T图 • 1948年Richardson和Jeffes 添加了pO2、pCO/pCO2、 pH2/pH2O三个辅助坐标 • 直接读出给定温度（T）下， 金属氧化反应的ΔG0值
• 从pO2坐标可以直接读出给定温度下 金属氧化物的分解压 • 具体作法： • 从最左边竖线上的基点―O‖出发 • 与所讨论的反应线在给定温度的交点 做一直线 • 由该直线与坐标上的交点 直接读出所求的分解压。
• 环境为CO和CO2，或者H2和H2O时， 环境的氧分压由如下反应平衡决定： 2CO ＋ O2＝2CO2 2H2＋ O2＝2H2O • 分别由图中的“C‖或“H‖点出发 • 与所讨论的反应线在给定温度的交点做直线 • 由直线分别与pCO/pCO2和pH2/pH2O坐标的交点
一些氧化物的ΔG0－T
• ΔG0值愈负，则该金属的氧化物愈稳定 判断金属氧化物在标准状态下的稳定性 预示一种金属还原另一种金属氧化物的可能性 位于图下方的金属可以还原上方金属的氧化物 • 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
例：找出在1620℃时Al2O3的分解压， 并确定该温度下平衡气体CO/CO2组分的比值。 解：在Al氧化反应直线上找与横坐标为1620℃相交的 S点，将O点与S点连接，并延长到与pO2轴相交， pO2＝10-20atm，即Al2O3的分解压 将C点与S点连接，并延长到与pCO/pCO2轴相交， 得pCO/pCO2 ＝1.6×106， 即CO/CO2组分的比值
第一章 金属的高温腐蚀与防护
1.1 高温腐蚀热力学 1.2 金属氧化物的结构和性质 1.3 金属氧化过程的动力学 1.4 合金的氧化 1.5 其他类型的金属高温腐蚀 1.6 高温防护涂层
金属的高温腐蚀与防护
• 金属的高温腐蚀 金属在高温下与环境介质发生化学或电化学 反应，导致金属材料变质或破坏的过程。 • 广义的金属高温腐蚀： 高温氧化 （金属腐蚀= 失电子氧化过程） • 狭义的金属高温腐蚀： 金属与环境中的氧反应形成氧化物的过程
ΔG0－T 图使用举例
例：在1600℃时，NiO在多高的真空度下才能发 生热分解？ 解：从ΔG0－T图中的O点开始， 通过在2Ni＋O2＝2NiO直线上 横坐标为1600℃ 的点作直线， 使它与pO2轴相交， 即可求的pO2~1.2×10-4atm。 当真空度高于1.2×10-4atm时， NiO才有可能热分解
• 1620℃时Al2O3的分解压相当小 在空气中相当稳定 pO2<10-20atm， Al2O3才能分解 真空度必须高于10-20atm，目前尚无法实现 • 平衡态时CO/CO2组分的比值相当大 该温度下，即使采用商用的纯CO， 所含CO2量也比上述平衡态含量多 不可能从Al2O3中还原出Al Al2O 金属高温腐蚀的动力学过程比较缓慢， 体系多近似处于热力学平衡状态 ——热力学是研究金属高温腐蚀的重要工具 • 金属在高温下工作的环境日趋复杂化： 单一气体的氧化 多元气体的腐蚀（如O2-S2、H2-H2O、CO-CO2等） 多相环境的腐蚀（如固相腐蚀产物-液相熔盐-气相）
• CO2和H2O气体常见的氧化性介质 • 与氧一样都可使金属生成同样的金属氧化物： M ＋ CO2 → MO ＋ CO M＋ H2O → MO＋ H2 • CO或H2的生成 金属被氧化了 • pCO/pCO2和pH2/pH2O的值在一定程度上 决定了腐蚀气体的“氧化性”的强弱
（5）处于ΔG0－T图下部的金属 均可还原上部的金属氧化物 • 例如，能强烈抑制钢遭受气体腐蚀的铬、铝、 硅等氧化物的ΔG0－T线均在铁的氧化物ΔG0 －T线的下部，含有这些元素的钢的氧化物膜 ，往往是由铬、铝、硅等元素的氧化物组成的
• 液态介质 液态溶盐－硝酸盐、硫酸盐、氯化物、碱… 低熔点的金属氧化物－V2O5 、Na2O… 液态金属：Pb、Sn、Bi、Hg… • 特点 电化学腐蚀（溶盐腐蚀） 化学腐蚀（低熔点的金属氧化物 和熔融金属的腐蚀）
金属固体介质腐蚀
• 固态介质 固态燃灰及燃烧残余物中的各种金属氧化 的、非金属氧化物和盐的固体颗粒， 如C，S，V2O5，NaCl等 • 特点 高温磨蚀
金属高温腐蚀的分类
• 根据腐蚀介质的状态分为三类： 高温气态腐蚀 高温液态腐蚀 高温固体介质腐蚀
高温气体腐蚀
• 气态介质 单质气体分子：O2、H2 、N2、F2、Cl2… 非金属化合物气态分子：H2O、CO2、 SO2、H2S、CO… 金属氧化物气态分子：MoO3、V2O5… 金属盐气态分子NaCl、Na2SO4… • 特点 初期为化学腐蚀，后期为电化学腐蚀
金属单一气体高温腐蚀热力学
以金属在氧气中的氧化为例
范托霍夫（Van’t Hoff）等温方程式
由于MO2和M均为固态物质，活度均为1
ΔG0：金属氧化物的标准生成自由能
• 已知温度T 时的标准吉布斯自由能变化值 • 可以得到该温度下金属氧化物的分解压 • 将其与环境中的氧分压作比较 • 可判断金属氧化反应的方向