第1章 金属腐蚀的基本概念

1
2 3 4
<0.05
0.05～0.5 0.5～1.5 >1.5
优良
良好 可用，腐蚀较重 不适用，腐蚀严重
表2 美国金属耐蚀性的六级标准 相对腐蚀性 极好 较好 好 中等 差 不适用 腐蚀速度(mm/a) <0.02 0.02～0.1 0.1～0.5 0.5～1.0 1.0～5.0 >5.0
腐蚀电化学在化学中的分支
（1）全面腐蚀（Uniform Corrosion） 腐蚀分布在整个金属表面上。 （2）局部腐蚀（Localized Corrosion) 腐蚀主要集中于金属表面某一区域，而表面的 其他部分几乎未被破坏。
Uniform Corrosion
Uniform Corrosion
局部腐蚀(Localized Corrosion)
微生物腐蚀 Microbiologically Induced Corrosion (MIC)
金属腐蚀的实质
-ne 金属原子M
金属阳离子Mn+
1.4金属腐蚀速度的表示法
1.3 金属腐蚀速度的表示法
在一定环境中的金属试样，在单位时间、单
位表面积的重量变化来表示金属的腐蚀速度
V失： 腐蚀速度（g／m2• h）； Δm：试样腐蚀前后的质量变化（g）； S ： 试样表面积（m2）；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
缝隙腐蚀 Crevice Corrosion
Crevice corrosion is a localized form of corrosion usually associated with a stagnant solution on the micro-environmental level.
重量指标与电流密度指标的关系
电流密度
若 icorr 的单位取 μA/cm2 ，金属密度 ρ 的单位取
g/cm3，则以不同单位表示的腐蚀速度为：
实验1 失重法测量碳钢的腐蚀速度
一、目的要求 1．掌握失重法测定金属腐蚀速度的原理和方法。
2．用失重法测定碳钢在稀硫酸中的腐蚀速度。
二、基本原理(略) 三、仪器和药品 碳钢试件（如 φ20 × 5） 金相试样磨光机 游标卡尺 EDTA的盐酸水溶液(15%) 耐水砂纸 1个 1台 1个 200mL
第1章 金属腐蚀的基本概念
（Corrosion of Metals）
1.1金属腐蚀的定义
金属在周围介质作用下，由于化学变化、电
化学变化或物理溶解而产生的破坏。
发 生 化 学 腐 蚀 发生电化学腐蚀
1.2 金属腐蚀的分类 1.2.1 按腐蚀机理分类：
化学腐蚀（Chemical corrosion） 电化学腐蚀（Electrochemical corrosion）
孔腐蚀Pitting Corrosion
孔蚀 Pitting Corrosion
Pitting corrosion is a localized form of corrosion usually associated with formation of pits in the presence of chloride.
V(Fe)=1.113mm/a，V(Al)=3.244mm/a，
1.3.3 电流密度表示的腐蚀速度
电流指标：金属腐蚀基本上是电化学腐蚀，可以
通过电化学仪器测试金属的腐蚀速度。用符号 icorr表示腐蚀速度。
美国产：2273电化学综合测试仪
德国产：电化学工作站
荷兰产：电化学综合测试仪
上海产：CHI660B电化学工作站
（1）化学腐蚀 金属表面 + 高温气体或非电解质溶液发生化学
作用引起的腐蚀，称为化学腐蚀。
特点：化学腐蚀进行时没有电流产生。
返回大气层后的回收舱
（2）电化学腐蚀 金属表面在介质如潮湿空气、 电解质溶液等中，因形成微电池而发生电化学 作用而引起的腐蚀称作电化学腐蚀。
electrons
Zn
Pt
HCl
*铁锈的生成
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓（白色） 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3＝Fe2O3· xH2O＋(3-x)H2O 生成的Fe2O3· xH2O就是铁锈 的主要成分。
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
种类 条件
化学腐蚀
金属与非电解 质等直接发生 化学反应
数据记录
室 温： 气 压：
浸入时间： 试 样 编 号 取出时间：
试样 尺寸 (cm)
长
宽 高
表面积
试样 质量 (g) 腐蚀前m0
腐蚀后m2
去除腐蚀后m1
重量损失(g):m0－m1
腐蚀 速度
V失 (g／m2· h)
V增 (g／m2· h) V深 (mm/a)
1.4 金属耐蚀性评定
表1 我国金属耐蚀性的四级标准 级别 腐蚀速度/（mm／a） 耐蚀性评价
缝隙腐蚀 Crevice Corrosion 金属材料和结构缝隙中发生的一种局部腐蚀。 金属与金属或金属与非金属相接触时会形成 缝隙。
电偶腐蚀
Galvanic Corrosion
Galvanic Corrosion Galvanic corrosion refers to corrosion damage induced when two dissimilar materials are coupled in a corrosive electrolyte. It occurs when two (or more) dissimilar metals are brought into electrical contact under water. When a galvanic couple forms, one of the metals in the couple becomes the anode and corrodes faster than it would all by itself, while the other becomes the cathode and corrodes slower than it would alone.
Stress corrosion cracking
头等舱外壳不翼而飞
April 28 or 22?, 1988, Kahului to Hawaii, USA , a 19 year old Boeing 737-297 lost a major portion of the upper fuselage while cruising at 24,000 feet.
= ρ△V /St
= ρS△h /St
= ρ△h /t △h/t = V深 t= 24×365＝8760h
V深：以腐蚀深度表示的腐蚀速度，(mm/a ) V失：失重腐蚀速度，(g/m2 •h) ρ为金属的密度，(为g/cm3) 8.76：单位换算系数
例1：
铁的密度为7.87 g/cm3，铝的密度为2.7 g/cm3， 当他们的腐蚀质量指标均为1g/m2•h时，求Fe 和Al以腐蚀深度表示的腐蚀速度？
化学： 无机化学，有机化学，分析化学 物理化学 电化学 电 极 过 程 动 力 学
腐 蚀 电 化 学
材 料 电 化 学
光 电 化 学
界 电 纳 化 面 催 米 学 电 化 电 电 化 化 源 学 学
作业：P18
1, 2，3，4
t ： 腐蚀时间（h）。
测量金属腐蚀速度的金属试样
金属试样在单位时间、单位表面积的重
量变化
测量金属腐蚀速度试样
金相试样磨光机
金相试样磨光机的水源部分
金相试样磨光机的电源开关部分
金相试样磨光机
失重法计算腐蚀速度公式：
V失：腐蚀速度（g／m2• h）； m0：试样腐蚀前的质量（g）； m1：试样清除腐蚀产物后的质量（g）； S ： 试样表面积（m2）； t ： 腐蚀时间（h）。
1.3.2 以腐蚀深度表示的腐蚀速度 另一种金属腐蚀速度表示法。单位时间内金属 被腐蚀掉的厚度。时间通常取1年。
Δ h：金属被腐蚀的厚度，mm
t：腐蚀的时间，a
深度指标实际上就是重量指标的单位换算，经 常用于工程上。
重量指标 g / m2· h 深度指标 mm/a
重量指标和深度指标的换算
V失＝△m /St
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
电化学腐蚀
不纯金属或合金跟 电解质溶液接触发 生原电池反应 钢铁腐蚀 有微弱的电流 较活泼金属被氧化
例如 电流 本质
无 金属被氧化
1.2 金属腐蚀的分类
1.2.2 按腐蚀特征分类：
全面腐蚀（Uniform Corrosion）
局部腐蚀（Localized Corrosion)
敞篷客机，乘客：89人，机组人员：6人，遇难1人。在茂宜岛成功迫降，唯一的 遇难者是在失压瞬间被吸出机舱的空姐辛兰。
应力腐蚀破裂（SCC)
Stress corrosion cracking
金属和合金材料在环境介质与张应力协同作用 下发生的腐蚀裂开。
Mechanical stress combined with corrosive attack can lead to a mechanism known as stress corrosion cracking. At the crack tip, hydrogen formed by the cathodic reaction can diffuse into the material and render it brittle, facilitating crack propagation.
以析氢腐蚀为例
(1) 析氢腐蚀 H2O＋CO2 水膜酸性较强 H2CO3 Fe－2e-＝Fe2＋ 2H＋＋2e-＝H2↑ H＋＋HCO3-
负极 (Fe)
正极 (C)
O2
负极(Fe)： 正极 (C)：
-= -= 2+ 2+ 2Fe - 4e 2Fe Fe - 2e Fe
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
常见金属清除腐蚀产物的化学方法 材料
铝合金
铜及其合金 钢和铁
溶液
70％HNO3
15%~20%HCl
含0.15%(v/v)有机缓蚀剂的 15%的HCl溶液
时间
温度
备注
2~3min 室温 随后轻轻擦洗
2~3min 室温 随后轻轻擦洗 几分钟 15min 室温 可除去钢表面 的氧化皮 沸腾
镁及其合金 15%CrO3, 1%AgCrO4溶液
天津产：电化学工作站
大连理工大学：CP6电化学综合测试仪
江苏仪器厂：MCP-1恒电位仪
电流密度指标icorr和重量指标V失的关系
法拉第定律：Faraday’s law of electrolysis
MIt m nF
Δ m: 溶解金属质量（kg）；I: 金属通过的电流（A）； M：金属的摩尔质量(kg/mol) ；n：为电极反应计量方程式中电子 的计量系数 ； F：法拉常数，( F＝96500C／mol电子)。
局部腐蚀有很多类型：
1.应力腐蚀破裂（Stress corrosion cracking） 2.孔腐蚀（Pitting Corrosion） 3.缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) 4.电偶腐蚀(Galvanic Corrosion ) 5.选择性腐蚀（Selective corrosion） 6.氢脆（Hydrogen embrittlement） 7.晶间腐蚀（intergranular corrosion ）
增重法测量金属的腐蚀速度
V增：腐蚀速度(g/m2· h)； m2：带有腐蚀产物的试样的质量（g）
增重法测量金属的腐蚀速度
增重法适用于均匀腐蚀，及腐蚀产物不容易从 试样表面清除掉的情况。
重量指标的优、缺点：
优点：直观，准确；
缺点：试验时间较长，没有把腐蚀深度表示出来 ， 无法衡量不同密度的金属的腐蚀程度