第三章 船机零件的腐蚀

• 3、腐蚀倾向的热力学判断：
• （1）腐蚀过程不仅仅取决于腐蚀反应中自由 能的变化量ΔG，还应考虑腐蚀介质的性质、 腐蚀产物在该介质中的稳定性。 • （2）△G（ΔG＜0）只能了解腐蚀的倾向， 不能判断腐蚀的速度。
• 金属表面聚集较多的电子，因而呈负电并吸 引溶液中的正离子靠近金属表面，形成双电 层，在界面上产生电位差。
• 2）有机介质腐蚀（非电解质中的腐蚀） • ①概念：金属在有机介质（不导电的非电解质） 中的腐蚀。 • ②实例：铝在四氯化碳、三氯甲烷或乙醇中； 镁或钛在甲醇中；金属钠在氯化氢气体中等的 腐蚀。
二、柴油机零件的化学腐蚀
1．高温腐蚀（钒腐蚀） 2．低温腐蚀（硫酸腐蚀）
1．高温腐蚀（钒腐蚀）
• 定义：燃烧室组件（气缸盖及其阀件、气 缸套和活塞）与燃气中的低熔点灰分在高 温下发生化学作用而产生的破坏。 • 机理：燃用重油时，重油中含有V、Na、S 的化合物，以及燃烧后生成的化合物 （V2O4、V2O5、Na2SO4）具有较低的熔点 （500～800℃）附着在零件（排气阀、阀 座、活塞顶部），将零件表面的氧化膜溶 解而形成腐蚀麻点或凹坑。
2.深度指标
• 利用失重重量指标进行换算： • VL＝V－×24×365×10/（1002×ρ） • ＝8.75V－/ρ mm/a • 式中： VL—深度腐蚀速度， mm/a • ρ —金属的密度， g/cm3
3.电阻性能指标
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• • •
VR＝R1－R0/R0×100% 式中： R0——腐蚀前电阻 R1——腐蚀后电阻
如果混入燃油体积1%的海水，燃油中的钠含量可能会 增加100ppm左右。
2．低温腐蚀（硫酸腐蚀）
• 定义：燃油中的硫分在高温高压的燃 气下燃烧生成SO2、SO3，当工件（气缸 壁、废气涡轮增压器壳体等）温度低 于硫酸的露点（170℃）时，SO2、SO3 遇水蒸气会在工件的表面生成亚硫酸 或硫酸，从而造成零件的腐蚀。
• 腐蚀是现代工业中极为有害的破坏因素。 • 全世界每年因腐蚀浪费的钢铁约占当年钢铁产量 的10%。 • 轮机员学习金属腐蚀有关知识的目的在于增强防 止腐蚀的观念，加强日常的维护保养工作，减少 和防止腐蚀，保证船舶机器的正常运转和延长其 使用寿命。
二、金属腐蚀的过程
• 1、金属腐蚀的过程： • 使金属恢复自然状态，金属释放出能量 回到热力学更稳定的自然存在形式（化 合物状态），即金属从金属状态自发的 变成离子状态，生成氧化物、硫化物等。
一、概述
• 1．定义：金属表面与离子导电的电解质发 生电化学作用而产生的破坏和变质。 • 2、特点： • ①有电流产生。 • ②是最常见的腐蚀形式。 • ③在大气、海水、土壤、酸、碱、盐中均 能发生电化学腐蚀。
• 1．电化学腐蚀是船机零件的一种主要 故障模式。 • 2、电化学腐蚀按腐蚀表面的特征（破 坏形式）也可分为全面腐蚀、局部腐 蚀。 • 3、实例：碳钢在强酸、强碱中的腐蚀 是全面腐蚀（均匀）。
• 燃用重油时发生高温腐蚀的必备条件： • （1）零件温度在550℃以上。（使钒、钠 化合物熔化附着在零件表面） • （2）灰分影响软化温度，进而影响腐蚀速 度。①当V2O5/Na2O≈3.3:1时，软化温度由 600℃降至400℃，熔点降至370℃（最低）， Fra Baidu bibliotek分易熔化，腐蚀速度剧增；② V2O5/Na2O≈1时，软化温度高于零件温度, 腐蚀速度最小（几乎不发生腐蚀）。
• （1）全面腐蚀：整个表面发生，又分为均
匀的全面腐蚀（少见）与不均匀的全面腐蚀 （多见，如：钢板生锈）两种。 • （2）局部腐蚀（多见）：集中在某一区域， 造成应力集中，导致突然断裂，危害更大。 例如：排气阀阀面上的腐蚀麻点或凹坑。
四、腐蚀速度的表示方法
• 1．重量指标表示法：把金属零件因腐蚀造成的重
二、电化学腐蚀的原理
阳极反应： Fe→Fe2+＋ 2(-)失去电 子，即氧化 过程，电位 低，被腐蚀。
阴极反应： 2H+＋2()→H2↑得到 电子，即还 原过程，电 位高，受到 保护。
• （1）电化学腐蚀的过程至少包含一个阳极 反应和一个阴极反应。 • （2）阳极反应：Fe失去电子，放电，即氧 化过程，电位低，被腐蚀； • （3）阴极反应：H+得到电子，即还原过程， 电位高，受到保护。 • （4）条件：有阴阳两极；电解质溶液；两 极在同一溶液中。
• 如对排气阀选用高铬的钢（4Cr14Ni14W2Mo）,生成致密的 氧化膜，起动钝化作用。一般说来：在还原性介质中，选
用含Ni 、Cu及其合金；在氧化性介质中，选用含Cr的合金； 在极强的氧化性介质中，选用含Ti的合金；非金属材料有
良好的耐蚀性。
• 4．合理的结构设计：如缸壁厚度要留有余量。
第二节 电化学腐蚀 （Electrochemical Corrosion）
第三章 船机零件的腐蚀（Corrosion）
教学目标：
【知识目标】：
了解化学腐蚀、电化学腐蚀和穴蚀的基本过程以 及船机中出现的化学腐蚀、电化学腐蚀和穴蚀现 象。
【能力目标】：
能正确掌握船机部件防止腐蚀的具体措施。
教学重点：腐蚀的概念；电化学腐蚀
• ☆☆☆☆☆考点1：腐蚀概述（考试大纲3.1.1） ☆☆☆☆☆考点2：金属腐蚀的分类（考试大纲 3.1.1） ☆☆考点3：金属腐蚀的速度（考试大纲 3.1.1） ☆☆☆☆☆考点4：化学腐蚀（考试大纲3.1.1） ☆☆☆☆☆考点5：柴油机零件的化学腐蚀（考试 大纲3.1.2） ☆☆☆☆考点6：低温腐蚀（考试大纲3.1.2） ☆☆☆☆考点7：防止化学腐蚀的一般措施（考 试大纲3.1.3） ☆☆☆考点8：柴油机防止化学腐蚀的措施 （考试大纲3.1.3）
三、腐蚀电池（原电池）的种类 1.宏观腐蚀电池： 2.微观腐蚀电池
1.宏观电池
• （1）概念：肉眼可见电极构成的腐蚀电 池。 • （2）特点：①电极可见；②大电池；③ 引起局部宏观腐蚀。 • （3）分类： 异种金属接触电池、浓差电 池
• A．异种金属接触电池（电偶腐蚀）
• （1）概念：具有不同电位的异种金属或合金相 互接触（或用导线连接）在同一电解质溶液中组 成的腐蚀。 • （2）特点：①所属的类型：宏观腐蚀电池、局 部腐蚀。②两种金属的电极电位差越大，电偶腐 蚀越严重。 • （3）实例： ①船体钢板与铜质桨叶；②碳钢尾 轴与铜质桨叶；③冷凝器中的碳钢壳体与黄铜管； ④离心泵的轴与叶轮。
金属的腐蚀（Corrosion）
一、腐蚀的概念
• 1、定义：金属与周围介质发生化学作用、电化
学作用或物理溶解而产生的破坏和变质的现象。
• 2、危害（后果）：
• 破坏：形状、尺寸、表面质量变化； • 变质：晶体结构、性能（理化、性能）的变
化。
• 3、特点：
• （1）外部介质（气、液、固）的作用。 • （2）发生在金属与介质的界面上，即从零
第一节 化学腐蚀（Chemical Corrosion）
一、 化学腐蚀 • 1.定义：金属表面与周围介质（非电解质）
直接发生纯化学反应而引起的破坏和变质。
• 2.特点：
• 腐蚀过程不产生电流。 • 氧化膜对腐蚀的程度有很大影响。 • 实际生产中纯化学腐蚀的现象较少。
• 3．分类：分为气体腐蚀和有机介质腐蚀。
☆☆☆考点1：电化学腐蚀定义（考试大纲3.2.1） ☆☆☆☆☆考点2：电化学腐蚀原理（考试大纲 3.2.1） ☆☆考点3：宏观腐蚀电池（考试大纲3.2.1） ☆☆考点4：异金属接触电池（考试大纲 3.2.1） ☆☆☆☆☆考点5：浓差电池（考试大纲3.2.1） ☆☆☆☆☆考点6：微观电池（考试大纲3.2.1） ☆☆☆☆☆考点7：船上常见的电化学腐蚀（考试 大纲3.2.2） ☆☆☆☆☆考点8：防止电化学腐蚀的措施（考试 大纲3.2.3）
量变化换算成相当于金属零件单位表面积在单位时间 的质量变化值。增加：V＋；减少：V－。 • 2．深度指标表示法：把金属零件因腐蚀造成的厚 度减少量以线量单位表示，并换算成相当于单位时间 的值。适用于衡量密度不同（不均）的金属零件。测 量时必须清除腐蚀产物。VL • 3．电阻性能指标表示法：用零件腐蚀前后的电阻 变化率表示腐蚀速度。适用于薄和细的金属零件。测 量时不需要清除腐蚀产物，且必须保留腐蚀产物。VR
• 1）气体腐蚀 • ①概念：金属在干燥气体或高温气体中的腐蚀。 • ②特点：金属能否继续被氧化取决于氧化物薄 膜的结构以及与基体的结合强度。
• 碳钢零件在560℃以下被氧化生成Fe2O3 和Fe3O4，其结构致密，与基体结合牢 固，可阻止氧原子的扩散，保护金属 不再被氧化。 • 碳钢零件在560℃以上被氧化生成FeO， 其结构疏松，与基体结合不牢固，氧 原子容易穿过使金属继续氧化，膜的 厚度增加，当达到一定厚度时脱落。
• 4、金属的电极电位：
• （1）概念：金属和溶液界面的电位差。 • （2）特点：①电极电位越负，表示金属容 易离子化，即不耐腐蚀；②电极电位越正， 金属越耐腐蚀。
三、金属腐蚀的分类
• 1．按腐蚀过程的特点分类
• （1）化学腐蚀：无电流产生；
• （2）电化学腐蚀：有电流产生。
• 2．按腐蚀表面的特征（破坏形式）分类
• 2、特点： • （1）金属金属化合物是自由能降低的过程， 也是金属释放出能量使自身稳定的自发过程， 也是冶炼过程的逆过程。 • （2）与其它故障模式的区别：磨损、疲劳裂 纹、断裂等均要消耗有用功；而腐蚀不同， 金属释放的能量就是腐蚀的动力，不需要外 界输入能量。 • （3）有的金属在适当的条件下可发生钝化， 生成致密的保护膜。
• 当工件（气缸壁、废气涡轮增压器壳 体等）温度低于硫酸气体的露点温度 以下20～30℃时，低温腐蚀最为严重。 • 硫酸的露点在170℃左右，但硫酸气 体在柴油机燃烧过程中，其露点的临 界温度与硫含量和压力有关。
三、防止化学腐蚀的措施
• 1．在零件的表面覆盖保护膜（最主要）：电镀 （镀锡、镀锌）、发蓝处理、喷油漆等。 • 2．环境控制：控制燃油的成分（S％、V%、 Na%）、控制冷却温度（保证550℃以下）、加入 缓蚀剂。 • 3．选材
件的表面开始，然后向零件的内部扩展或同 时向四周发展。 • （3）腐蚀有一个过程，是渐进性的。
• 4、实例：腐蚀是船机零件的故障模式之一。 • （1）船体钢板、甲板机械、冷却水管路
氧化导致的腐蚀； • （2）燃烧室组件的化学腐蚀（低温腐蚀、 高温腐蚀）； • （3）海水冷却的水腔的电化学腐蚀； • （4）气缸套外圆表面（冷却水腔侧）、 螺旋桨浆叶的穴蚀。
1.重量指标
• 1）失重指标 • V－＝W0－W1/S· t g /（m2·h） • 2）增重指标 • V+＝W2－W0/S· t g /（m2·h） 式中： V－、 V+ —分别为失重和增重腐蚀速度 • W0 —零件腐蚀前重量，g • W1 —清除腐蚀产物后的零件重量，g • W2—带有腐蚀产物的零件重量，g • S — 腐蚀面积，m2 • t — 腐蚀时间，h
• B．浓差电池
• （1）概念：同一金属的不同部位与浓度 （含氧量、含酸量、含盐量）或温度不同 的介质接触构成的腐蚀电池。 • （2）类型：氧浓差电池；酸浓差电池； 盐浓差电池；温差电池。
• （3）实例：①埋在土里的铁棒；②半浸水的钢 板；③铁棒分别插入稀、浓硫酸铜溶液中；④铁 棒分别插入稀、浓硫酸溶液中；⑤换热器、锅炉、 蒸发器。 • （4）分析：埋在土里的钢棒，空气中的O2%高， 电极电位高为阴极；土内O2%低，电极电位低为 阳极，氧化反应腐蚀严重。 • （5）小结：浓度低的一端（高温端）电极电位 低，为阳极，腐蚀严重。 ★★气缸套外表面发生的浓差腐蚀是氧浓差腐蚀。 ★★气缸套下部发生的硫酸腐蚀是石墨化腐蚀（主 要）（金相组织不均导致的微观腐蚀）
• ☆☆☆☆考点1：穴蚀的定义及其特征（考试大纲 3.3.1） ☆☆☆☆☆考点2：柴油机气缸套的穴蚀部位（考 试大纲3.3.2） ☆☆考点3：一般穴蚀机理（考试大纲3.3.1） ☆☆考点4：气缸套穴蚀机理（考试大纲 3.3.2） ☆☆☆☆考点5：影响缸套穴蚀的因素（考试大 纲3.3.2） ☆☆☆☆考点6：防止缸套穴蚀的措施（考试大 纲3.3.2） ☆☆☆☆☆考点7：燃油系统零件的穴蚀（考试大 纲3.3.3） ☆☆☆☆☆考点8：轴瓦和螺旋桨的穴蚀（考试大 纲3.3.4）