材料腐蚀学讲稿4非金属材料的腐蚀
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第8章 无机非金属材料的腐蚀
水泥有较强的抗碱能力, NaOH对硅酸水泥的表面腐蚀, 主要是 与水泥中铝酸盐发生反应， 而使水泥发生腐蚀破坏。
2 内部腐蚀
由于硅酸盐材料(除了熔融品, 如玻璃, 铸石外)均有相当的 孔隙, 腐蚀介质很容易进入内部, 内部接触面积大, 腐蚀反应快 速, 其产物在内部结晶、积聚，使聚合物材料发生物理破坏。 如材料的膨胀, 内部应力开裂等。 混凝土和NaOH接触, 因NaOH吸收到空气中的CO2, 则有：
3．影响因素 (1) 材料成份 — 水泥中SiO2含量低于55% ——不耐酸；碱性 氧化物含量高 —— 耐酸腐蚀能力下降。 (2) 材料结构、形态 —— 晶体材料耐蚀性比无定形材料好, 如晶体SiO2 (石英)耐蚀强, 而且耐碱。而不定形SiO2容易溶于 碱。晶态结构化学稳定性好。孔隙越大, 越易发生内部腐蚀, 加 密剂可提高耐蚀性。 (3) 环境因素—— 介质粘度大, 内部腐蚀小, 如腐蚀性：HCl H2SO4。 当干湿交替或环境温度变化大, 对材料破坏大。在化 工环境中, 如氯化铵、销酸铵、尿素厂房易吸潮, 可使混凝土结 构的厂房快速破坏。温度低, 有些盐溶液和化学腐蚀产物会重 结晶, 混凝土结构的物理腐蚀破坏。
(4) 耐酸（碱）性
耐酸（碱）性 = ( G2/G1) x 100%
G2、G1实验前后重量比。
练习：
1. 请简述钢筋混凝土结构腐蚀破坏的特点。
第8章 无机材料的腐蚀
无机材料种类繁多 — 天然材料 (岩石, 石棉…)，合成材料 （铸石，陶瓷，混凝土, 玻璃, 石墨等）— 耐腐蚀无机材料腐蚀破坏形 式 —— 表面腐蚀 和 内部腐蚀, 或两者同时存在, 相互促进材
料的腐蚀破坏。
1． 表面腐蚀
无机材料主要有酸性氧化物SiO2 , 碱性氧化物CaO。 一般酸性氧化物耐酸而不耐碱。 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
材料腐蚀讲稿
将来
• 现代腐蚀科学的研究主要包括：在复杂的宏观体系中基元 腐蚀过程及其相互作用的理论模型；决定材料体系使用寿 命的参数及寿命预测；对重要的结构材料体系腐蚀实时监 控的传感器技术；耐蚀新材料的开发；金属钝化膜的成分、 晶体结构即电子性质以及钝化膜的破坏形式；腐蚀电化学 微区测试技术；缓蚀剂的电化学行为的分子水平研究。 • 金属的腐蚀与防护技术实际上是一个涉及多门学科的综合 性边缘学科，它的理论和实践与金属学、冶金学、金属物 理、材料学、化学、电化学、物理学、物理化学、工程力 学、断裂力学、流体力学、化学工程学、机械工程学、微 生物学、表面科学、表面工程学、电学、计算机科学等密 切相关。因此，作为独立学料的腐蚀与防护，是随着各相 关学科的发展逐步完善的。
1.2.3腐蚀阻碍了科学技术的发展
• 例如，现代电子技术需要极高纯度的单晶硅半导体材料， 而生产设备受到副产品四氯氢硅腐蚀，不仅损坏了设备， 也污染了目标产品，降低了各种物理性能，影响了新材料 的利用进程。在量子合金的固体物理基础研究中，需要高 纯度的金属铝与其他元素进行无氧复合，但是由于金属铝 的表面非常易被氧化，自今仍然成为该研究进展的瓶颈。 美国阿波罗登月飞船储存N2O4(氧化剂)的钛合金高压容 器产生应力腐蚀开裂，使登月计划受阻；若不是后来研究 出添加0.6%NO来解决腐蚀的办法，登月计划就会推迟许 多年。在宇宙飞船研制过程中，—个关键问题是如何防止 回收舱再人大气层时与大气摩擦生成的热引起的机体外表 面高温 (可达2000℃) 氧化。经过多年的研究采用陶瓷复 合材料做表面防护层后，此问题方得以解决。最近国内外 致力于发展的高超声速航空器，其制约研究的瓶颈同样是 表面耐热材料及涂层的问题。
1.3腐蚀控制及其重要性
• 由上面的介绍可以看出，腐蚀造成的危害 极大，不仅带来巨大的经济损失，而且给 人类赖以生存的环境造成严重的污染以及 资源和能源的严重损耗，与当今全球倡导 的可持续发展以及低碳经济的战略相抵触。 因此，学习和研究腐蚀的基本原理，减缓 和控制腐蚀破坏的发生，不仅有显著的经 济效益和巨大的社会效益，而且对于促进 新技术、新工艺的应用、腐蚀与防护科学 的发展具有重要的理论意义。
第六章非金属材料的耐蚀性能
• 非金属材料由非金属元素或化合物构成的材料。 • 自19世纪以来，随着生产和科学技术的进步，尤 其是无机化学和有机化学工业的发展，人类以天 然的矿物、植物、石油等为原料，制造和合成了 许多新型非金属材料，如水泥、人造石墨、特种 陶瓷、合成橡胶、合成树脂（塑料）、合成纤维 等。这些非金属材料因具有各种优异的性能，为 天然的非金属材料和某些金属材料所不及，从而 在近代工业中的用途不断扩大，并迅速发展。
桐油与呋喃聚合反应精制生成的新型涂料。 不含对人体危害的任何有害物质。是利用桐油的 干燥快、比重轻、光泽度好、附着力强等优异性 能。增强柔韧性、耐冲击性和附着力，具有耐高 温、防腐蚀、防水、耐酸碱、绝缘性强、光泽度 好、附着力强等优异性能、不导电等特性。 用途广泛，大量用作建筑、机械、兵器、车 船、电器的防水、防腐工程。 • 优点： 1 防水防腐，绝缘性好，耐酸碱，耐高温、耐潮 湿、耐土壤、耐化学药品优异。 2 附着力强，柔韧性好，耐干湿交替性好，抗微 生物及植物根系侵蚀性强。
环氧树脂涂料
分类： • 以固化方式分类：白干型单组分、双组分 和多组分液态环氧涂料；烘烤型单组分、 双组分液态环氧涂料；粉末环氧涂料；辐 射固化环氧涂料。 • 以涂料状态分类：溶剂型环氧涂料、无溶 剂环氧涂料和水性环氧涂料。
• 传统溶剂型涂料中含有的大量挥发性有机物 （VOC），会对大气造成严重污染，在环 保意识不断增强的今天，环境友好型涂料日 益显示出其重要性。 • 环保涂料也是目前涂料界的研究热点之一。 实现低VOC的途径主要为大力发展高固体 分涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂 料等新型涂料。
• 优点：对大气、水、盐、碱、酸类、氧化剂及石油类都具 有良好的抵御性；优异的户外耐候性，涂膜坚韧、耐磨稳 定性极佳，附着力强，干燥迅速；单组包装，施工方便， 富有弹性，维修便利，新旧涂层之间有互溶作用，故维修 时不必去掉牢固的旧涂膜；贮存期长，不结皮、不结块； 造价低等。 • 应用：可广泛用于各种酸、碱、盐、油类贮罐内外壁和各 种化工设备、尿素造粒塔、煤气柜内外壁、集装箱和厂房 墙面、地坪、电厂凉水塔以及市政工程，港口码头等环境 的防腐保护，是一种理想的防腐材料。 • 组成：以氯磺化聚乙烯橡胶为成膜主体，辅以氯化橡胶、 环氧树脂等改性成膜物，添加各种防锈耐蚀颜料，稳定剂， 防老剂，固化硫化剂，混合溶剂等经研磨分散而成。
金属与非金属材料的腐蚀
腐蚀防护意义
——减少损失和降低防腐成本、延长服役寿命
总费用最低：腐蚀损失和防腐成本的最少
通过普及腐蚀与防护知识，推 广应用先进的防腐蚀技术，腐 蚀造成的经济损失可减少30％ ~40％。
防腐蚀：成本支出 腐蚀：导致设备损失，停工损失等
腐蚀损失和防护费用与防腐蚀程度关系
腐蚀科学的发展：
腐蚀科学的发展：
• 四、腐蚀与防护的重要意义
•
随着工业迅速的发展，腐蚀问题越来越严重， 国家科技部门、各工厂对这个问题也越来越重视。 腐蚀给国民经济带来巨大的损失，据统计，由于腐 蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的 1/3。 假定其中2/3的金属尚可回炉重新熔炼，那么剩下的 1/3，或者说约有1/10的金属材料因腐蚀而无法收回。 可见腐蚀造成资源极大的浪费。
• (1)改善金属材料 制耐蚀合金。 • (2)改变腐蚀介质
• (3)改变金属/介质体系的电极电势 护等。
• (4)借助表面涂层把金属与腐蚀介质分开
腐 蚀
金属腐蚀
机 理 形态 类型
非金属腐蚀
腐蚀 环境
无水 有机 液体 和气 体中 的腐 蚀
化 学 腐 蚀
电 化 学 腐 蚀
物 理 腐 蚀
生 物 腐 蚀
• （4）1977年完工的美国拉斯维加斯一条长约 1287km，观景 1219.2mm 的原油输送管道，一半埋地一半外露，造价 80 亿 美元。使用 12年后，发生腐蚀穿孔达 826 处之多，仅修复费 用一项就耗资15亿美元。
• 3.国外腐蚀损失实例
• （5）1988年，英国帕尔波-阿尔法平台油管因CO2腐蚀疲劳 造成断裂引起突然鲍照燃烧，死亡166人，使英国北海油田 原油产量减少12%。
腐蚀与防护
第六章_无机非金属材料的腐蚀
§6-2 无机非金属材料的腐蚀
一、硅酸盐材料耐蚀机理
1、材料的化学成份和矿物组成 ① 化学成份： 以酸性氧化物SiO2为主 Δ 耐酸不耐碱：
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O SiO2 含量较高的耐酸材料，除HF酸和高温H3PO4 酸外，耐所有无机酸的腐蚀。 SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O SiF4 + 2HF → H2[SiF6] （氟硅酸） H3PO4 → HPO3 + H2O（高温＞300℃ ） 2HPO3 → P2O5 + H2O SiO2 + P2O5 → SiP2O7 （焦磷酸硅）
（13）玻璃丝（即长玻璃纤维）
（14）玻璃钢（由环氧树脂与玻璃纤维复合而得到的 强度类似钢材的增强塑料。） （15）玻璃纸 用粘胶溶液制成的透明的纤维素薄膜。 （16）水玻璃（Na2SiO3）的水溶液，因与普通玻璃中 部分成分相同而得名） （17）金属玻璃（玻璃态金属，一般由熔融的金属迅 速冷却而制得） （18）萤石（氟石,夜明珠）（无色透明的CaF2，用作 光学仪器中的棱镜和透光镜） （19）有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯） 注：（14）——（19）为类玻璃。
粘土
材料的制备简介
2.瓷质材料
瓷质材料是一种由瓷石、高岭土、石英石、莫来 石等组成，经过高温（约1280℃-1400℃）烧制而成。 主要是白色高岭土。化学成分主要是SiO2 、Al2O3 、 K2O、Na2O、CaO、MgO等硅铝酸 盐类化合物。
瓷土泥 PS:网上有卖
高岭土
材料的制备简介
3.玻璃
B．机械成形。因为人工成形劳动强度大，温 度高，条件差，所以，除自由成形外，大部分 已被机械成形所取代。机械成形除了压制、吹 制、拉制外，还有（1）压延法，用来生产厚的 平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等。（2） 浇铸法，生产光学玻璃。（3）离心浇铸法，用 于制造大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应 锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转的模子中， 由于离心力使玻璃紧贴到模子壁上，旋转继续 进行直到玻璃硬化为止。
非金属材料腐蚀与防护讲解
（2）水解与腐蚀
1) 在酸中的腐蚀
实质是弱酸盐的水解
Ⅱ）在碱性溶液中, 腐蚀更严重。
Ⅲ）光学玻璃
由于SiO2↓，Ba、Pb及其他金属氧化物易与醋酸、硼酸等弱 酸中腐蚀。
Ⅳ）HF腐蚀玻璃
F-破坏Si—O—Si键
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡→≡Si……O—Si→≡Si—F+HO—Si≡
（3）玻璃的风化
（4）选择性腐蚀
二 混凝土
混凝土是砾石、卵石、碎石或炉渣在水泥 或其它胶结材料中的凝聚体。
1. 混凝土的结构
2.波特兰水泥的结构 （1）组成 质量分数为75％的硅酸钙 质量分数为25％的矿物质 （2）水泥水合硬化→水泥石 ① 水合反应 ② 出现孔隙 （3）腐蚀 ① 浸析腐蚀 ② 化学反应引起的腐蚀
老化表现： （1）外观变化 （2）物理性能变化 （3）力学性能变化 （4）电性能变化
老化的本质：
物理老化：由物理过程引起的发生可逆性的 变化，不涉及分子结构的改变。主要是溶胀 与溶解。
化学老化：
主要发生主键的断裂，有时发生次价键的断 裂
（化学过程老化）
（物理过程老化）
主键断裂不可逆，如大分子的降解和交联。
温度物理状态链段热运动ttg玻璃态基本无链段甚至大分子都可以体积膨胀强度伸长率急剧下降机械性能可能完全丧失极性大的溶质易溶于极性大的溶剂极性小的溶质易溶于极性小的溶剂
第七章 非金属材料 的腐蚀与防护
§7.1 高分子材料的腐蚀
一 概述
1. 高分子材料的发展与应用
高分子材料具有较良的耐腐蚀性能
2、高分子材料的腐蚀类型——老化
一、玻璃的耐蚀性能 （1）组成 SiO2为主，并含有R2O、RO（R代表碱金属或碱
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料学习资料
这种效应可从下页图示所显 示的模型说明：
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等 腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组成
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等 腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组成
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
材料腐蚀与防护-第十一章-无机非金属材料的腐蚀
无机非金属材料除石墨以外，其腐蚀不是由电化学 过程引起的，而是由于化学作用或物理作用所引起。
9.2 无机非金属材料的腐蚀
9.2.1 一般性机理特性
影响无机非金属材料耐蚀性的因素
1）材料的化学成分和矿物组成
* 硅酸盐材料成分中以酸性氧化物Si02为主，耐酸而不耐碱。 当Si02（尤其是无定型Si02)与碱液接触时发生如下反 应而受到腐蚀:
第十一章 无机非金属材料的腐蚀
9.1 概述
1）定义：无机非金属材料-----是以某些元素的氧 化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸 盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。除有 机高分子材料和金属材料以外的固体材料。
无机非金属材料是20世纪40,随着现代科学技术的发 展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是 与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
3）腐蚀介质
* 硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的性质无关(除氢氛酸和高 温磷酸外), 而与酸的浓度有关。
* 酸的电离度越大, 对材料的破坏作用也越大。
* 酸的温度升高, 离解度增大, 其破坏作用也就增强。
* 酸的粘度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度, 其腐蚀作用也不同。
9.2.2 典型材料的耐蚀性
* 化学反应包括: a) 水解; b) 在酸、碱、盐水溶液中的腐蚀; c) 玻璃的风化;
除以上普遍性的腐蚀外， d) 由于相分离所导致的选择性腐蚀。
水解与腐蚀
* 含有碱金属或碱土金属离子R(Na+、Ca2+等)的硅酸盐玻璃 与水或酸性溶液接触时，不是“溶解”，而是发生了“水 解”，这时，所要破坏的是Si-O-R，而不是Si-O-Si。 这种反应起源: H+与玻璃中网络外阳离子(主要是碱 金属离子)的离子交换:
9.2 无机非金属材料的腐蚀
9.2.1 一般性机理特性
影响无机非金属材料耐蚀性的因素
1）材料的化学成分和矿物组成
* 硅酸盐材料成分中以酸性氧化物Si02为主，耐酸而不耐碱。 当Si02（尤其是无定型Si02)与碱液接触时发生如下反 应而受到腐蚀:
第十一章 无机非金属材料的腐蚀
9.1 概述
1）定义：无机非金属材料-----是以某些元素的氧 化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸 盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。除有 机高分子材料和金属材料以外的固体材料。
无机非金属材料是20世纪40,随着现代科学技术的发 展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是 与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
3）腐蚀介质
* 硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的性质无关(除氢氛酸和高 温磷酸外), 而与酸的浓度有关。
* 酸的电离度越大, 对材料的破坏作用也越大。
* 酸的温度升高, 离解度增大, 其破坏作用也就增强。
* 酸的粘度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度, 其腐蚀作用也不同。
9.2.2 典型材料的耐蚀性
* 化学反应包括: a) 水解; b) 在酸、碱、盐水溶液中的腐蚀; c) 玻璃的风化;
除以上普遍性的腐蚀外， d) 由于相分离所导致的选择性腐蚀。
水解与腐蚀
* 含有碱金属或碱土金属离子R(Na+、Ca2+等)的硅酸盐玻璃 与水或酸性溶液接触时，不是“溶解”，而是发生了“水 解”，这时，所要破坏的是Si-O-R，而不是Si-O-Si。 这种反应起源: H+与玻璃中网络外阳离子(主要是碱 金属离子)的离子交换:
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料PPT课件
➢ 因此，在酸性溶液中，R+为H+所置换，但Si-O-Si 骨架未动，并且所形成的胶状产物又能阻止反应 继续进行，故腐蚀少。
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Ⅱ、玻璃不耐碱原因：
在碱溶液中，OH-通过如下反应： ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO这种反应使Si-O-Si链断裂，非桥氧≡SiO-群增大 使结构被破坏SiO2溶出，玻璃表面不能生成保护 膜。
➢ 防护措施：
使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐 蚀的基本方法。例如：往玻璃的介质内加入某些组分作 为缓蚀剂。
➢用途：制作分子筛 有时选择性腐蚀也有有益的用途， 例如： 简单的钠玻璃可通过上述的热处理工艺—腐蚀工艺，获 得孔洞直径为0.7nm的疏松玻璃，显示分子筛功能。
-
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加入了大量的Ba、Pb及其他的重金属氧化物，由于这些氧 化物的溶解，使得这类玻璃容易被醋酸、硼酸、磷酸等弱 酸腐蚀。
② 硅酸盐玻璃极易被氢氟酸腐蚀。
∵ 阴离子F-的作用，氢氟酸极易破坏Si-O-Si键而腐蚀玻 璃。
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡ → ≡Si—O—Si≡ → ≡Si—F + HO—Si≡
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22
9.2.2.3、玻璃的风化
1）概念：玻璃和大气的作用称为风化。
2）征状：
表面出现雾状薄膜，或者点状、细线状模糊物，有 时出现彩虹。严重时，玻璃表面形成白霜，因而失去 透明，甚至产生平板玻璃粘片现象。
3）发生条件：
风化大都发生于玻璃储藏、运输过程中，温度、湿 度比较高，通风不良的情况下;化学稳定性比较差的玻 璃在大气和室温条件下也能发生风化。
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。
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Ⅱ、玻璃不耐碱原因：
在碱溶液中，OH-通过如下反应： ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO这种反应使Si-O-Si链断裂，非桥氧≡SiO-群增大 使结构被破坏SiO2溶出，玻璃表面不能生成保护 膜。
➢ 防护措施：
使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐 蚀的基本方法。例如：往玻璃的介质内加入某些组分作 为缓蚀剂。
➢用途：制作分子筛 有时选择性腐蚀也有有益的用途， 例如： 简单的钠玻璃可通过上述的热处理工艺—腐蚀工艺，获 得孔洞直径为0.7nm的疏松玻璃，显示分子筛功能。
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加入了大量的Ba、Pb及其他的重金属氧化物，由于这些氧 化物的溶解，使得这类玻璃容易被醋酸、硼酸、磷酸等弱 酸腐蚀。
② 硅酸盐玻璃极易被氢氟酸腐蚀。
∵ 阴离子F-的作用，氢氟酸极易破坏Si-O-Si键而腐蚀玻 璃。
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡ → ≡Si—O—Si≡ → ≡Si—F + HO—Si≡
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9.2.2.3、玻璃的风化
1）概念：玻璃和大气的作用称为风化。
2）征状：
表面出现雾状薄膜，或者点状、细线状模糊物，有 时出现彩虹。严重时，玻璃表面形成白霜，因而失去 透明，甚至产生平板玻璃粘片现象。
3）发生条件：
风化大都发生于玻璃储藏、运输过程中，温度、湿 度比较高，通风不良的情况下;化学稳定性比较差的玻 璃在大气和室温条件下也能发生风化。
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。
金属及非金属材料耐腐蚀性能分析
非氧化 性盐
氧化性 盐
中性盐 酸性盐 碱性盐
中性盐 酸性盐
表 4-1 无机盐溶液的腐蚀特性
种类
腐蚀阴极反
腐蚀特性
应
NaCl、KCl、Na2SO4、 K2SO4 、LiCl
NH4Cl、(NH4)2SO4、 MgCl2、MnCl2、FeCl2、
氧去极化
氢去极化＋ 氧去极化
腐蚀性随氧浓度 增大而增大
腐蚀性接近相同 pH 值的酸溶液
延长使用寿命最基本、最重要的环节。
纯金属耐腐蚀的原因可以归结于以下三个方面：一是由于自身的热力学稳定性而
耐蚀；二是由于钝化而耐蚀；三是由于形成有保护作用的腐蚀产物膜而耐蚀。工程材料
绝大多数是合金，合金的耐蚀性仍然决定于上述三方面的因素。加入适当的合金化元素，
可以进一步提高材料的热力学稳定性，或提高材料钝化能力及形成表面保护膜的能力，
Ee=Eo+RTlnαMn+／nf
(4-3)
Ee’=Eo’－ RTlnαO/nF
(4-4)
共轭反应式（4-1）和式（4-2）发生的热力学条件是去极化剂O的还原反应的平衡
电位E／e高于金属M的氧化反应的平衡电位Ee，二者差值越大，腐蚀反应的热力学倾向就
1
越大。金属在水溶液中发生腐蚀时，大多数情况下去极化剂是溶液中的氢离子或氧，阴
4.3 耐腐蚀材料的选用 4．3．1 腐蚀环境调查 腐蚀环境的主要特征参数包括介质组成、温度、流速、压力、固体颗粒种类与含量、
介质循环量、介质组成的变化、气液界面状况、蒸发与浓缩条件等，其中最重要参数是 介质组成和温度。
（1）介质组成 介质组成决定其氧化性或还原性、酸碱性，除了要搞清楚介质 的主要成分以外，还必须了解主要侵蚀性杂质的种类与含量。例如：微量的氯、氟离子 即可破坏钝化，重金属离子会加速腐蚀，氧和氧化剂的存在能促进可钝化金属发生钝化； 也可能加 速非钝化金属的腐蚀。在有机介质中，水含量和介质导电性对腐蚀也有重要影响。
常用材料的腐蚀特性
钛-钢复合材料可以采用焊接方式进 行连接，焊接性能较好。
良好的加工性能
钛-钢复合材料可以进行切割、钻孔、 弯曲等加工操作，加工性能较好。
04 环境因素对材料腐蚀的影 响
温度对材料腐蚀的影响
01
温度升高会加速化学反应速率，从而增加腐蚀速率。
02
不同材料对温度的耐受度不同，一些金属在高温下 容易发生氧化或硫化腐蚀。
不锈钢的防腐蚀措施主要包括表面涂 层、钝化处理和电化学保护等，以提 高其耐腐蚀性能。
不锈钢的种类繁多，常见的有奥氏体 不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢 等，不同类型的不锈钢具有不同的耐 腐蚀性能。
铝及铝合金的腐蚀特性
铝及铝合金在干燥的环境中耐 腐蚀性能较好，但在潮湿的环 境中容易发生电化学腐蚀。
铝及铝合金的腐蚀形态主要包 括均匀腐蚀、点蚀和剥蚀等， 其中点蚀对材料的破坏性较大。
铝及铝合金的防腐蚀措施主要 包括表面涂层、阳极氧化处理 和钝化处理等，以提高其耐腐 蚀性能。
02 非金属材料的腐蚀特性
混凝土的腐蚀特性
混凝土是一种多孔材料，容易受到水、酸、碱等物质的侵蚀，导致结构破 坏和性能下降。
混凝土的腐蚀通常表现为碳化、氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀等形式，这些腐 蚀过程会导致混凝土开裂、剥落和强度降低。
调节温度
避免金属表面温度过高或过低，以减 少温差腐蚀和氧化腐蚀的可能性。
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常用材料的腐蚀特性
目录
• 金属材料的腐蚀特性 • 非金属材料的腐蚀特性 • 复合材料的腐蚀特性 • 环境因素对材料腐蚀的影响 • 材料防腐措施与建议
01 金属材料的腐蚀特性
钢铁材料的腐蚀特性
钢铁材料在潮湿的环境中容易发生电化学腐蚀，特别是在含有氯化物、硫化物等腐 蚀介质的情况下，腐蚀速率更快。
良好的加工性能
钛-钢复合材料可以进行切割、钻孔、 弯曲等加工操作，加工性能较好。
04 环境因素对材料腐蚀的影 响
温度对材料腐蚀的影响
01
温度升高会加速化学反应速率，从而增加腐蚀速率。
02
不同材料对温度的耐受度不同，一些金属在高温下 容易发生氧化或硫化腐蚀。
不锈钢的防腐蚀措施主要包括表面涂 层、钝化处理和电化学保护等，以提 高其耐腐蚀性能。
不锈钢的种类繁多，常见的有奥氏体 不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢 等，不同类型的不锈钢具有不同的耐 腐蚀性能。
铝及铝合金的腐蚀特性
铝及铝合金在干燥的环境中耐 腐蚀性能较好，但在潮湿的环 境中容易发生电化学腐蚀。
铝及铝合金的腐蚀形态主要包 括均匀腐蚀、点蚀和剥蚀等， 其中点蚀对材料的破坏性较大。
铝及铝合金的防腐蚀措施主要 包括表面涂层、阳极氧化处理 和钝化处理等，以提高其耐腐 蚀性能。
02 非金属材料的腐蚀特性
混凝土的腐蚀特性
混凝土是一种多孔材料，容易受到水、酸、碱等物质的侵蚀，导致结构破 坏和性能下降。
混凝土的腐蚀通常表现为碳化、氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀等形式，这些腐 蚀过程会导致混凝土开裂、剥落和强度降低。
调节温度
避免金属表面温度过高或过低，以减 少温差腐蚀和氧化腐蚀的可能性。
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常用材料的腐蚀特性
目录
• 金属材料的腐蚀特性 • 非金属材料的腐蚀特性 • 复合材料的腐蚀特性 • 环境因素对材料腐蚀的影响 • 材料防腐措施与建议
01 金属材料的腐蚀特性
钢铁材料的腐蚀特性
钢铁材料在潮湿的环境中容易发生电化学腐蚀，特别是在含有氯化物、硫化物等腐 蚀介质的情况下，腐蚀速率更快。
非金属材料的腐蚀与防护 - 副本
4
非金属基复合材料的腐蚀与防护
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）：性能特点 （综合）：高强度、高的冲击韧性、良好 的低温性能；低的热膨胀系数、绝缘、绝 热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性好，吸 水性低。
应用：用于制造要求自重轻的受力构件、要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的 零件，如航天和航空工业中的雷达罩、直升飞机的机身，制造轻型船、舰和 赛艇等，制造冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。
长石等。主要特性是有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、
绝缘、易成型等优点。 由于以上特性玻璃和陶瓷多作为耐腐蚀材料进行使用。
1
硅酸盐材料
玻璃与陶瓷材料的腐蚀与防护
玻璃与陶瓷材料腐蚀的机制
它们通常仅在碱性溶液和特殊酸性环境中才有较高的腐蚀速率。 碱性：
OH－破坏Si－O－Si，而形成Si－OH及Si－O－Na，因此腐蚀较水或酸性溶 液为重，并不受扩散控制 酸性：除氢氟酸、高温磷酸外，几乎耐其它所有无机酸的侵蚀,
非金属材料的腐蚀与防护
目录
2 3
1
4
硅 酸 盐 材 料
有 机 高 分 子 材 料
木 质 材 料ຫໍສະໝຸດ 复 合 材 料1硅酸盐材料
硅酸盐材料是主要的无机非金属材 料，广泛应用硅酸盐材料主要有混 凝土、玻璃和陶瓷材料。硅酸盐材 料的腐蚀与防护也主要以这三种材 料进行展开。
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的结构特点 混凝土是一种复杂的建筑材料，它是碎石或炉渣在水泥或其它胶结材料中 的凝聚体，因此它是一种多微孔的非均质性的结构材料，腐蚀介质从孔隙的渗透 是侵蚀的主要原因
2
有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料腐蚀的防护措施
选择合适的高分子材料，如在有机溶剂环境中选择聚四氟乙烯。 加入抗老化剂，如在塑料和橡胶生成过程中加入稳定剂、抗老化剂。 合理的工艺操作，如在实际使用环境中避免接触有机溶剂、高温等。
第9章 无机非金属材料的腐蚀
9.1.2.3
腐蚀介质
硅酸盐材料的腐蚀速度似乎与酸的性质无关(除氢氟酸和高温磷 酸外)，而与酸的浓度有关。酸的电离度越大，对材料的破坏作 用也越大。酸的温度升高，电离度增大，其破坏作用也就增强。 此外酸的粘度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度。例如 盐酸比同一浓度的硫酸粘度小。在同一时间内渗入材料的深度就 大，其腐蚀作用也较硫酸强。同样，同一种酸的浓度不同，粘度
料受腐蚀作用的面积增大，侵蚀作用也就显得强烈，使得腐蚀不
仅发生在表面上而且也发生在材料内部。当化学反应生成物出现 结晶时还会造成物理性的破坏，例如制碱车间的水泥地面，当间 歇地受到苛性钠溶液的浸润时，由于渗透到孔隙中的苛性钠吸收 二氧化碳后变成含水碳酸盐结晶，体积增大，在水泥内部膨胀， 使材料产生内应力破坏。
9.5.3 化工陶瓷
9.5.1
9.5.1.1 花岗岩
9.5.1.2 9.5.1.3 9.5.1.4 9.5.1.5 石英岩 安山岩 文石 石棉
天然耐蚀硅酸盐材料
9.5.1.1
花岗岩
花岗岩中平均含有70%～75%的二氧化硅，13%～15%的氧化铝 以及7%～10%的碱性、碱土金属氧化物(氧化钙、氧化镁、氧化 钠等)。其主要矿物组成为长石和石英，其他还有少量云母、磁 铁矿等，石英是最有用的组成部分，云母是有害的，它会降低花 岗岩的机械强度。
9.5.1.2 石英岩
9.5.1.3 安山岩 9.5.1.4 文石 9.5.1.5 石棉 9.5.2 铸石 9.5.3 化工陶瓷 9.5.4 玻璃
9.5.5 化工搪瓷
9.5.6 水玻璃耐酸胶凝材料
9.1
9.1.1 腐蚀特点 9.1.2 影响因素
无机非金属材料腐蚀基本原理
9.1.1
非金属材料及耐腐PPT课件
用于制作风机也非常广泛。国内为大化肥装 置配套，已成功地研制出3.5m直径的轴流式 风机叶片，效果很好。
玻璃纤维增强树脂缠绕成型 设备和管道
玻璃钢管道可分为大直径和中小直径两类。多用玻璃 纤维增强环氧树脂缠绕成型。一般在中温受压化工介 质条件下使用。目前国内已经研制出带微机的大型缠 绕机，可制造直径4m，长10m的玻璃钢管道。 贮槽和贮罐是化工生产的主要工艺设备，目前国内己 成功地制造了1000～1500m3的盐酸贮罐，现在已经 可以现场缠绕制作5000m3贮罐。
受衬面焊缝的要求
• (A)直筒节
(B)角焊缝
(a)
(c)
(b)
(d)
(e)
(a) （b)
（c)
焊接与修补等工序必须在衬里前完成
• 焊缝不合格时可以修补。修补后仍应符 合上述要求，但不得采用如树脂、腻子、 填料和低熔点的钎焊、铜焊等填补。受 衬设备上的机加工、焊接等工序必须在 衬里之前完成。
• 与衬里设备金属壳体焊接的所有零部件， 必须在衬里施工前焊接完毕，衬里后不 允许再进行焊接。
• 必须考虑冷凝水排出口并应设置在设备最低处，以免冷凝水 积存，影响硫化质量。
• 常压蒸汽硫化橡胶设备贴衬橡胶时用冷滚轮压合，严禁采用 热烙铁压合。
大型贮罐橡胶衬里
• 尽量选用自然硫化或预硫化橡胶衬里。 喷砂除锈和 贴衬橡胶注意下列事项：
• 要安排连续工作； • 喷砂要自上而下进行；罐顶、罐壁橡胶衬里完工后再
• 接管的长度（高度）一般不大于100mm。 衬里设备的人孔、手孔、接管，一般不 得突出设备内表面。
衬里设备的人孔接管
3衬里设备的封头
• 衬里设备的封头为椭圆形、碟形、锥 形等形状时，一般都是凸面在外侧， 凹面在内侧；如有特殊要求时，应设 计成图4（a）的结构形式，而不应采 用图4（b）结构形式。
玻璃纤维增强树脂缠绕成型 设备和管道
玻璃钢管道可分为大直径和中小直径两类。多用玻璃 纤维增强环氧树脂缠绕成型。一般在中温受压化工介 质条件下使用。目前国内已经研制出带微机的大型缠 绕机，可制造直径4m，长10m的玻璃钢管道。 贮槽和贮罐是化工生产的主要工艺设备，目前国内己 成功地制造了1000～1500m3的盐酸贮罐，现在已经 可以现场缠绕制作5000m3贮罐。
受衬面焊缝的要求
• (A)直筒节
(B)角焊缝
(a)
(c)
(b)
(d)
(e)
(a) （b)
（c)
焊接与修补等工序必须在衬里前完成
• 焊缝不合格时可以修补。修补后仍应符 合上述要求，但不得采用如树脂、腻子、 填料和低熔点的钎焊、铜焊等填补。受 衬设备上的机加工、焊接等工序必须在 衬里之前完成。
• 与衬里设备金属壳体焊接的所有零部件， 必须在衬里施工前焊接完毕，衬里后不 允许再进行焊接。
• 必须考虑冷凝水排出口并应设置在设备最低处，以免冷凝水 积存，影响硫化质量。
• 常压蒸汽硫化橡胶设备贴衬橡胶时用冷滚轮压合，严禁采用 热烙铁压合。
大型贮罐橡胶衬里
• 尽量选用自然硫化或预硫化橡胶衬里。 喷砂除锈和 贴衬橡胶注意下列事项：
• 要安排连续工作； • 喷砂要自上而下进行；罐顶、罐壁橡胶衬里完工后再
• 接管的长度（高度）一般不大于100mm。 衬里设备的人孔、手孔、接管，一般不 得突出设备内表面。
衬里设备的人孔接管
3衬里设备的封头
• 衬里设备的封头为椭圆形、碟形、锥 形等形状时，一般都是凸面在外侧， 凹面在内侧；如有特殊要求时，应设 计成图4（a）的结构形式，而不应采 用图4（b）结构形式。
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风化作用的类型
按风化营力的不同，风化作用可分为三 大类型。
①物理风化作用：由于温度作用或机械 作用引起岩石发生崩解、破坏，但又不 改变其化学成分的风化过程称为物理风 化。
A．热力风化 B．冻融风化
热力引起岩石的片状风化
花岗岩的热力风化
冻融风化作用示意图
冻融风化
②化学风化 A．水化作用 B．氧化作用 C．水解作用 D．溶解作用
会产生裂纹和破坏，进而导致耐蚀性降低。
3、混凝土的腐蚀破坏与水泥的选用
（1）溶解侵蚀 可溶性离子导致，例如氢氧化钙的“返白霜”现象； （2）化学反应腐蚀 SiO2＋2KOH→K2SiO3+H2O SiO2+2NaOH →Na2SiO3+H2O Ca2++SO42- →CaSO4 Ca2++CO32- →CaCO3 Mg2++Ca(OH)2 →Mg(OH)2+Ca2+ 2NH4++Ca(OH)2 →2NH4OH+Ca2+
第五章、非金属材料的腐蚀破坏
目录
一、无机非金属材料的腐蚀破坏与选用 二、有机高分子材料的腐蚀破坏与选用
一、无机非金属材料的腐蚀破坏与选用
无机非金属材料的分类： （1）无机硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷 （2）大分子结构的无机材料：碳、硅、锗
（共价键形成） 无机非金属材料的特性：质地脆而硬、强度
3Ca·Al2O3·3CaSO4·31H2O＋Ca(OH)2 3是C石a·膏Al的2O两3·倍3CaSO4·31H2O（水化硫酸铝钙）体积
②二氧化碳腐蚀
CO2+Ca(OH)2 →CaCO3+H2O Ca(OH)2向表面扩散导致破坏 ③氯离子的腐蚀
2HCl+Ca(OH)2 →CaCl2+2H2O 与钢筋中的铁反应生成Fe(OH)3，体积膨胀，
（3）物理结构对耐蚀性的影响
例：硅酸盐材料大部分具有一定的孔隙率， 它给腐蚀介质的渗透和侵蚀提供了有利条件， 使材料的腐蚀不仅在表面发生，而且也会在 内部发生，内部腐蚀产物的膨胀作用，加速 了材料的内应力破坏。
而致密少孔的玻璃、铸石、彩釉等硅酸盐材 料则耐水性和耐酸碱性好
（4）腐蚀介质对耐蚀性的影响
高、抗化学腐蚀性强、对电和热的绝缘性好
由离子键结合的键力强弱顺序：
P2O5 ＞ SiO2 ＞ B2O3 ＞ TiO2 ＞ Al2O3 ＞ Fe2O3 ＞BeO ＞MgO ＞ZnO ＞FeO ＞MnO ＞CaO ＞SrO ＞BaO ＞Li2O ＞Na2O ＞ K2O
一般情况下，氧化物的键合力越大，耐酸性 越强，水分子越不容易侵入。
干湿交替腐蚀工程 硅酸盐、普通硅酸盐、矿渣硅 酸盐水泥
预应力混凝土
硅酸盐、普通硅酸盐水泥
火山灰质硅酸盐、粉煤 灰硅酸盐水泥 铝酸钙小与5％的硅酸盐 水泥
高铝水泥
火山灰质、粉煤硅酸盐 水泥 高铝水泥
4、石头的腐蚀
（1）风化作用
位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着 大气营力（风、电、大气降水和温度等） 以及生物活动等因素的影响，岩石会发生 破碎或成分变化，逐渐崩解、分离为大小 不等的岩屑或土层。岩石的这种物理、化 学性质的变化称为风化；引起岩石这种变 化的作用称为风化作用；引起这些作用发 生的风化因素统称为风化营力；被风化的 岩石圈表层称为风化壳。
也促进混凝土的破环
（5）不同腐蚀环境下混凝土水泥的选用
腐蚀环境
推荐选用混凝土品种
不宜使用水泥品种
气态腐蚀
硅酸盐、普通硅酸盐、矿渣硅 酸盐水泥
硫酸根离子腐蚀
抗硫酸盐硅酸盐、普通硅酸盐
（含铝酸三钙＞5％）、矿渣
硅酸盐、大坝水泥
碱液腐蚀
铝酸三钙小于9％的普通硅酸 盐或硅酸盐、矿渣硅酸盐水泥
液态腐蚀地下工程 矿渣、火山灰质、普通硅酸盐 水泥
3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O使体积增大两倍
（4）混凝土的土壤腐蚀
两种方式
（一） 解腐蚀
直接对
混凝
土腐
蚀破
坏，
如Ca(OH)2的
溶
（二）通过离子扩散，腐蚀混凝土中的钢筋等金 属，金属腐蚀膨胀导致混凝土破环。
①硫酸盐腐蚀（硫酸盐含量大于2000mg/L）
SO42-+Ca(OH)2 →CaSO4·2H2O（石膏） CaSO4·2H2O的体积是Ca(OH)2的2.2倍 4CaO·Al2O3·19H2O＋3（CaSO4·2H2O）+8H2O →
耐腐蚀，但是还是存在腐蚀。
1、影响无机非金属材料耐腐蚀性的因素
（1）化学主成分对耐蚀性的影响（与环境相 关）
例：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
SiO2+6HF →H2［SiF6］＋2H2O
2SiO2+4H3PO4 →2SiO2P2O5+6H2O
CaO、MgO等氧化物不耐酸
（2）化学次要成分和材料的组织结构对耐蚀性 的影响
(3)膨胀破坏
①聚集物结晶膨胀
物理结晶膨胀：海水的干湿交替浸泡
化学结晶膨胀：2NaOH＋CO2 →Na2CO3·H2O ②腐蚀产物膨胀
Na2SO4·10H2O+Ca(OH) →CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O
4CaO·Al2O3·19H2O＋3（CaSO4·2H2O） →3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O＋Ca(OH)2＋ 3H2O
不同材质，对不同的腐蚀介质有不同的耐蚀 性能，而且腐蚀介质的浓度、温度、黏度、 渗透性对材料的腐蚀影响很大。
例：硅酸盐材料对酸的耐蚀性，其腐蚀破坏 速度主要取决于酸的浓度和电离度。
2、判定无机非金属材料耐蚀性的指标
（1）耐酸碱度 介质的腐蚀性大小主要用pH，即介质的酸碱度来体
现。 （2）孔隙度（真孔隙度） （3）吸油（水）率（显孔隙度） （4）一定压力下的渗透性 （5）抗热震性 受热温度剧烈变化或冷热交变频率大时，无机材料
红砖含60％－80％SiO2，SiO2以无定形状态分 散存在，所以不耐腐蚀；但经高温处理，SiO2 与 Al2O3 等 矿 物 质 形 成 高 密 度 的 硅 线 石 （Al2O3·SiO2）或莫来石（3Al2O3·2SiO2）， 耐腐蚀性非常高。
铸石含SiO255％，由于SiO2与Al2O3、Fe2O3等 金属氧化物生成了高耐蚀性的矿物结构——普 通辉石，因而得到广泛应用。