第三章 一回路结构材料和腐蚀与
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腐蚀的环境分类
2)湿腐蚀 指潮湿环境和含水介质中的腐蚀,也可以
在自然环境下腐蚀和工业环境下腐蚀,腐蚀机 理为电化学腐蚀 3)无水有机溶剂和气体中的腐蚀,腐蚀机理为化 学腐蚀 4)熔盐和熔渣中腐蚀,腐蚀机理为电化学腐蚀 5)熔融金属中的腐蚀,腐蚀机理为物理腐蚀
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腐蚀机理分类
• 化学腐蚀 定义:金属表面与非电解质直接发生纯化 学作用而引起的破坏 –金属表面的原子与非电解质中的氧化剂 直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物 –符合化学反应规律,温度越高,腐蚀速率 越大 –没有电流产生 –腐蚀产物直接沉积在金属表面
–有电流产生
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腐蚀机ຫໍສະໝຸດ Baidu分类
• 物理腐蚀 定义:金属由于单纯的物理溶解作用引起
的破坏.熔融金属中的腐蚀就是固态金属与 熔融金属相接触引起的金属溶解及开裂
--物理溶解 --对合金成分的选择性 --渗入晶界,选择性溶解
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按照腐蚀的形态分类
--全面腐蚀（均匀腐蚀）,包括成膜腐蚀和无 膜腐蚀 –局部腐蚀
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合金
1）金属的冶炼
冶炼：由矿石制取（提炼）金属的化学过程，这一过程 就是氧化还原过程。根据金属的化学活性不同，它的 离子获得电子还原成金属原子的能力不同，制定出不 同的冶炼方法。
2）合金
纯金属的缺点：质地软，强度不大，不能满足工程技术
的需要
需要合金化的材料
合金：一种金属和其他一种或几种金属（非金属）共熔 后，形成的固体物质。
合金钢
在钢中增加Si、Mn、Mo、W、V、Cr、Ni和 N等元素，可以改变合金钢的机械性能、 物理性能、化学性质成为具有特殊性质 的钢
在18Cr-8Ni不锈钢中加入Mo 锈钢
316不
在18Cr-8Ni不锈钢中降低C加入N 304控氮不锈钢
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金属腐蚀的基本知识
• 金属腐蚀
–金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化 学作用而引起的破坏或变质
–金属腐蚀学的研究对象:
• 原因
–除金、铂等少数贵金属外，绝大多数金属对水 和氧在热力学上都是不稳定的
–倾向于由元素状态转变为化合物状态
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腐蚀的分类
• 按照腐蚀环境分类: 1)干腐蚀:
a)失泽:金属在高于常温干燥气体中腐蚀 (氧化),生成很薄的腐蚀产物,使金属失去 光泽,腐蚀机理为化学腐蚀 b)高温氧化(腐蚀):金属在高温气体中腐蚀 (氧化),生成很厚的氧化皮,在热应力或机 械应力作用下,氧化皮脱落,腐蚀机理为化 学腐蚀
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合金与单质之间的不同点
1）物理性能的差异 合金的硬度比单质金属的大；生铁和
钢比纯铁硬度大，主要是由于生铁和钢中 的硬度大的化合物Fe3C 2）化学性能上的差异
在铁中加入18%Cr-8%Ni，形成的18-8 不锈钢，具有良好的抗腐蚀性能
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铁的合金
• 铁的合金—铁碳合金，主要有钢、生铁和熟铁
• 电子不是固定在某一金属离子附近，而是 在晶体内自由移动---自由电子
• 金属键—由于自由电子的运动，引起的金 属晶体中微粒之间的联结
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金属的物理性质
• 金属具有不透明性，但有光泽 • 典型的金属具有良好的导电性和导热性 • 易发生机械变形，可塑性好 • 相对密度有大小，可分为轻金属和重金属 • 沸点高 • 金属蒸汽是单原子
第三章 结构材料的腐蚀与防护
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金属的腐蚀与防护
金属性质---金属的通性
• 金属的晶体和金属键 • 金属的物理性质 • 金属的化学性质 • 合金化
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金属的晶体和金属键
• 一切金属都是晶体，金属内部包含着中性 原子、带正电荷的金属离子和自由电子
• 在金属晶体的晶格结点上排列着原子和阳 离子
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腐蚀机理分类
• 电化学腐蚀
定义:金属表面与离子导电的介质（电解质） 发生电化学反应而引起的破环
–至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应， 并以流过金属内部的电子流和介质中的离 子流形成回路
–是最普通的、最常见的腐蚀
–金属的氧化溶解（阳极）和介质中某物质 的还原（在阴极）反应发生在不同地点且 等速同时进行
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各种腐蚀形态的特点
• 全面腐蚀：在金属和合金的表面有氧化膜 生成，这种氧化膜具有保护作用；没有氧 化膜存在的全面腐蚀是危险的
• 电偶腐蚀(galvanic)、点腐蚀(pitting)、 缝隙腐蚀(crevice)、晶间腐蚀 (intergranular)、选择性腐蚀 (selective)、丝状腐蚀、剥蚀腐蚀
–应力作用下的腐蚀 • 应力腐蚀断裂(SCC)、氢脆 (embrittlement)、腐蚀疲劳(fatigue)、 冲刷腐蚀(erosion）、磨损腐蚀（冲击腐 蚀、空泡腐蚀和微振腐蚀）
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性能差异
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钢
按照钢的化学成分不同，可以分为碳钢和合 金钢
1）碳钢：杂质C、Si、Mn比生铁低，S、P更 低。随着C含量多少不同，碳钢的性质也不 同：C含量高，硬度就高；C含量少，韧性 就好 高碳钢：C，0.6-1.7% 中碳钢:C,0.25-0.6% 低碳钢:C,小于0.25%
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金属的化学性质
无机化学反应主要分为两种:非氧化还原反应和 氧化还原反应.
非氧化还原反应:反应的物质反应前后没有化合 价的变化,即反应的过程中没有电子的得失
氧化还原反应:反应的物质前后元素的化合价有 变化,即反应的过程中有电子的得失
金属的化学反应主要是氧化还原反应.
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金属的化学性质
• 还原剂:失去电子的物质,失去电子的过程 为氧化
不论金属与非金属反应,还是与稀酸、水或盐溶液等 作用，金属总是失去电子，而盐和金属作用时，盐中的 金属离子总是获得电子，所以金属都是还原性，金属离 子都是氧化剂。
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金属的化学性质
1）金属越活泼，越容易失去电子，越容 易被氧化，而它的离子就越不容易获得 电子，也就越不容易还原；
2）金属越不活泼，就越容易失去电子， 越不容易被氧化，而它的离子就越容易 获得电子，也就越容易还原。
• 氧化剂:得到电子的物质,得到电子的过程 为还原
(1)金属—正电元素:金属和非金属反应是金 属失去电子,非金属获得电子
2M gO22MgO
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金属的化学性质
(2)典型的金属是强的还原剂,在化学反应中很容易失去电 子
Z n 2H C Zln 2 C H 2l
F e Cu 4 SFO e4 SC O u
腐蚀的环境分类
2)湿腐蚀 指潮湿环境和含水介质中的腐蚀,也可以
在自然环境下腐蚀和工业环境下腐蚀,腐蚀机 理为电化学腐蚀 3)无水有机溶剂和气体中的腐蚀,腐蚀机理为化 学腐蚀 4)熔盐和熔渣中腐蚀,腐蚀机理为电化学腐蚀 5)熔融金属中的腐蚀,腐蚀机理为物理腐蚀
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腐蚀机理分类
• 化学腐蚀 定义:金属表面与非电解质直接发生纯化 学作用而引起的破坏 –金属表面的原子与非电解质中的氧化剂 直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物 –符合化学反应规律,温度越高,腐蚀速率 越大 –没有电流产生 –腐蚀产物直接沉积在金属表面
–有电流产生
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腐蚀机ຫໍສະໝຸດ Baidu分类
• 物理腐蚀 定义:金属由于单纯的物理溶解作用引起
的破坏.熔融金属中的腐蚀就是固态金属与 熔融金属相接触引起的金属溶解及开裂
--物理溶解 --对合金成分的选择性 --渗入晶界,选择性溶解
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按照腐蚀的形态分类
--全面腐蚀（均匀腐蚀）,包括成膜腐蚀和无 膜腐蚀 –局部腐蚀
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合金
1）金属的冶炼
冶炼：由矿石制取（提炼）金属的化学过程，这一过程 就是氧化还原过程。根据金属的化学活性不同，它的 离子获得电子还原成金属原子的能力不同，制定出不 同的冶炼方法。
2）合金
纯金属的缺点：质地软，强度不大，不能满足工程技术
的需要
需要合金化的材料
合金：一种金属和其他一种或几种金属（非金属）共熔 后，形成的固体物质。
合金钢
在钢中增加Si、Mn、Mo、W、V、Cr、Ni和 N等元素，可以改变合金钢的机械性能、 物理性能、化学性质成为具有特殊性质 的钢
在18Cr-8Ni不锈钢中加入Mo 锈钢
316不
在18Cr-8Ni不锈钢中降低C加入N 304控氮不锈钢
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金属腐蚀的基本知识
• 金属腐蚀
–金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化 学作用而引起的破坏或变质
–金属腐蚀学的研究对象:
• 原因
–除金、铂等少数贵金属外，绝大多数金属对水 和氧在热力学上都是不稳定的
–倾向于由元素状态转变为化合物状态
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腐蚀的分类
• 按照腐蚀环境分类: 1)干腐蚀:
a)失泽:金属在高于常温干燥气体中腐蚀 (氧化),生成很薄的腐蚀产物,使金属失去 光泽,腐蚀机理为化学腐蚀 b)高温氧化(腐蚀):金属在高温气体中腐蚀 (氧化),生成很厚的氧化皮,在热应力或机 械应力作用下,氧化皮脱落,腐蚀机理为化 学腐蚀
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合金与单质之间的不同点
1）物理性能的差异 合金的硬度比单质金属的大；生铁和
钢比纯铁硬度大，主要是由于生铁和钢中 的硬度大的化合物Fe3C 2）化学性能上的差异
在铁中加入18%Cr-8%Ni，形成的18-8 不锈钢，具有良好的抗腐蚀性能
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铁的合金
• 铁的合金—铁碳合金，主要有钢、生铁和熟铁
• 电子不是固定在某一金属离子附近，而是 在晶体内自由移动---自由电子
• 金属键—由于自由电子的运动，引起的金 属晶体中微粒之间的联结
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金属的物理性质
• 金属具有不透明性，但有光泽 • 典型的金属具有良好的导电性和导热性 • 易发生机械变形，可塑性好 • 相对密度有大小，可分为轻金属和重金属 • 沸点高 • 金属蒸汽是单原子
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金属的腐蚀与防护
金属性质---金属的通性
• 金属的晶体和金属键 • 金属的物理性质 • 金属的化学性质 • 合金化
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金属的晶体和金属键
• 一切金属都是晶体，金属内部包含着中性 原子、带正电荷的金属离子和自由电子
• 在金属晶体的晶格结点上排列着原子和阳 离子
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腐蚀机理分类
• 电化学腐蚀
定义:金属表面与离子导电的介质（电解质） 发生电化学反应而引起的破环
–至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应， 并以流过金属内部的电子流和介质中的离 子流形成回路
–是最普通的、最常见的腐蚀
–金属的氧化溶解（阳极）和介质中某物质 的还原（在阴极）反应发生在不同地点且 等速同时进行
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各种腐蚀形态的特点
• 全面腐蚀：在金属和合金的表面有氧化膜 生成，这种氧化膜具有保护作用；没有氧 化膜存在的全面腐蚀是危险的
• 电偶腐蚀(galvanic)、点腐蚀(pitting)、 缝隙腐蚀(crevice)、晶间腐蚀 (intergranular)、选择性腐蚀 (selective)、丝状腐蚀、剥蚀腐蚀
–应力作用下的腐蚀 • 应力腐蚀断裂(SCC)、氢脆 (embrittlement)、腐蚀疲劳(fatigue)、 冲刷腐蚀(erosion）、磨损腐蚀（冲击腐 蚀、空泡腐蚀和微振腐蚀）
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性能差异
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钢
按照钢的化学成分不同，可以分为碳钢和合 金钢
1）碳钢：杂质C、Si、Mn比生铁低，S、P更 低。随着C含量多少不同，碳钢的性质也不 同：C含量高，硬度就高；C含量少，韧性 就好 高碳钢：C，0.6-1.7% 中碳钢:C,0.25-0.6% 低碳钢:C,小于0.25%
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金属的化学性质
无机化学反应主要分为两种:非氧化还原反应和 氧化还原反应.
非氧化还原反应:反应的物质反应前后没有化合 价的变化,即反应的过程中没有电子的得失
氧化还原反应:反应的物质前后元素的化合价有 变化,即反应的过程中有电子的得失
金属的化学反应主要是氧化还原反应.
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金属的化学性质
• 还原剂:失去电子的物质,失去电子的过程 为氧化
不论金属与非金属反应,还是与稀酸、水或盐溶液等 作用，金属总是失去电子，而盐和金属作用时，盐中的 金属离子总是获得电子，所以金属都是还原性，金属离 子都是氧化剂。
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金属的化学性质
1）金属越活泼，越容易失去电子，越容 易被氧化，而它的离子就越不容易获得 电子，也就越不容易还原；
2）金属越不活泼，就越容易失去电子， 越不容易被氧化，而它的离子就越容易 获得电子，也就越容易还原。
• 氧化剂:得到电子的物质,得到电子的过程 为还原
(1)金属—正电元素:金属和非金属反应是金 属失去电子,非金属获得电子
2M gO22MgO
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金属的化学性质
(2)典型的金属是强的还原剂,在化学反应中很容易失去电 子
Z n 2H C Zln 2 C H 2l
F e Cu 4 SFO e4 SC O u