航空材料与腐蚀防护讲义 (腐蚀与防护部分)

第一章绪论

1.1 材料腐蚀的基本概念

腐蚀是一种自发过程。

腐蚀是由于环境作用引起的材料的破坏和变质。

从这个定义可以看出，材料（或结构）是否会发生腐蚀破坏，既取决于材料本身的性质，也与环境有关。

导致材料发生腐蚀的环境因素构成了腐蚀环境。腐蚀环境包括总体环境（大气环境）和工作环境。

随着非金属材料（塑料、橡胶，以及树脂基复合材料等）越来越多地用作工程材料，非金属材料的环境破坏现象也越来越引起人们的重视。因此，腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料（金属和非金属材料）。

环境因素可以是机械的、物理的或化学的。如载荷造成的断裂和磨损，光和热造成的老化，氧化剂造成的氧化等。从这个意义来说，所有的材料破坏都可认为是腐蚀。这是腐蚀的广义概念。

但由机械的或物理的因素造成的材料或结构破坏，以及某些材料的老化等破坏形式，有专门的研究方法。所以通常所说的腐蚀是指由于环境因素与材料之间发生化学反应造成的破坏。这是腐蚀的狭义概念。

本课程中将主要介绍金属材料由于环境中化学因素造成的腐蚀及其控制。

1.2 研究材料腐蚀的重要性

材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在着腐蚀问题。腐蚀给社会带来巨大的经济损失，造成了灾难性事故，耗竭了宝贵的资源与能源，污染了环境，阻碍了高科技的正常发展。

一、腐蚀给国民经济带来巨大损失

以金属材料为例，每年由于腐蚀而造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%~4%（表1.1）。这些损失中包含了腐蚀的直接损失和间接损失，包括了浪费的材料和能源、腐蚀引起的原材料或产品的流失或污染、因腐蚀失效而损失的设备和结构、腐蚀降低设备性能造成的损失、因腐蚀造成的误工停产、因腐蚀导致的维修费用、控制腐蚀带来的费用，和因腐蚀造成的毒害物质泄漏所污染环境的治理费用等等。

表1.1 腐蚀造成经济损失的统计数据

国家统计年份腐蚀造成的经济损失占当年国民生产总值的百分比

美国1975 700亿美元 4.2% 1982 1260亿美元-

英国1969 13.65亿英镑 3.5%

日本1976 92亿美元 1.8%

苏联1967 67亿美元2%

联邦德国1974 60亿美元3%

中国1995 1500亿元人民币4%

二、腐蚀事故危及人身安全

腐蚀引起的灾难性事故屡见不鲜，损失极为严重。例如1965年3月，美国一输气管线因应力腐蚀破裂着火，造成17人死亡。日本1970年大阪地下铁道的管线因腐蚀断裂，造成瓦斯爆炸，乘客当场死亡75人。1985年8月12日，日本的一架波音747飞机由于构件的应力腐蚀断裂而坠毁，造成500多人死亡的惨剧。

三、腐蚀浪费宝贵的资源和能源

据统计，每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的10%~40%，其中1/3是无法回收的废渣。腐蚀对自然资源是极大的浪费，同时还浪费了大量的人力和能源。

四、腐蚀引起严重的环境污染

由于腐蚀增加了工业废水、废渣的排放量和处理难度，增多了直接进入大气、土壤、江河及海洋中的有害物资，因此造成了自然环境的污染，破坏了生态平衡，危害了入民健康，妨碍了国民经济的可持续发展。

五、腐蚀问题会阻碍技术发展

如果腐蚀问题解决得好，就能起到促进作用；例如，不锈钢的发明和应用，促进了硝酸和合成氨工业的发展。反之，如果腐蚀问题解决得不好，则可能妨碍高技术的发展。美国的阿波罗登月飞船贮存N204的高压容器曾发生应力腐蚀破裂，经分析研究，加入0.6%的NO 之后才得以解决。美国著名的腐蚀学家方坦纳（Fontana）认为，如果找不到这个解决办法，登月计划会推迟若干年。

以上事实说明，材料的腐蚀研究具有很大的意义。

1.3 材料的腐蚀控制

实践告诉人们，若充分利用现有的防腐蚀技术，广泛开展防腐蚀教育，实施严格的科学管理，因腐蚀而造成的经济损失中有30%~40%是可以避免的。但在目前仍有一半以上的腐蚀损失还没有行之有效的防浊方法来避免，这就需要加强腐蚀基础理论与工程应用的研究。

腐蚀控制的方法很多，概括起来主要有：

1.根据使用的环境，正确地选用金属材料或非金属材料；

2.对产品进行合理的结构设计和工艺设计，以减少产品在加工、装配、贮存等环节中的腐

蚀；

3.采用各种改善腐蚀环境的措施，如在封闭或循环的体系中使用缓蚀剂，以及脱气、除氨

和脱盐等；

4.采用电化学保护方法，包括阴极保护和阳极保护技术；

5.在基材上施加保护涂层，包括金属涂层和非金属涂层。

除此之外，在可能的条件下，实施现场监测和监控手段及技术理和行政管理，使材料发挥最大的潜能。

第二章腐蚀原理

从日常经验中我们可以得到这样一个认识，未涂漆的钢铁结构非常容易生锈。生锈是钢铁材料发生腐蚀的外在表现之一。而涂漆是我们有意识采取的防止腐蚀（严格地说是减缓腐蚀速率，或推迟因腐蚀造成的破坏的发生）的措施。从这个简单的例子中可以看出，腐蚀是一个自发的过程。那么如何认识这样一个过程呢？又如何控制这个过程的发生和发展呢？

2.1 腐蚀过程的推动力

我们先看下面一个实验。在图2.1（a）中，两个重物的形状和质量相等，斜面的坡度和摩擦系数相等，不同的是两个重物所处的高度不同。显然，左边的重物因具有更大的重力势能，向下滑落的趋势，或推动力更大，在任意高度上，左边重物的运动速度也更快。

在图（b）中，两个重物的质量和所处高度相等，但右边重物换成了一个圆柱体。显然，两重物具有相等的重力势能，即它们向下滑落的过程的趋势或推动力相等。但由于右边重物下落过程中，受到的是滚动摩擦的阻碍，其摩擦阻力小于左边重物的滑动摩擦阻力，因此在推动力相等的前提下，按阻力小的滚动方式滑落的重物在任意高度上的运动速度更快。

（a）

（b）

图2.1 重物沿斜面下落的实验

上面的实验中，我们实际上是用一个重物沿斜面下落的自发过程来类比金属腐蚀的自发过程。

一个过程之所以能够自发进行是因为系统具有势能。所谓势能，是能通过某种功，而转化为其他能量的能量形式。势能的大小，即表示了过程发生的推动力（或趋势）的大小。

但是推动力大，或趋势大的过程，其发生的速度却不必然更快。因为一个过程的发生，又可能有不同的途径（或机理）。由于我们更多地关心过程发生的速度，所以不同途径的区

别，比较有意义的是它们的阻力。不同的途径或机理，具有不同的阻力，在推动力相同的情况下，沿阻力小的途径或机理发生，过程的速度就更快。

简单地说，速度=推动力/阻力。

腐蚀作为一种自发过程，它的推动力是始终存在的。

这是因为，从过程的结果来看，腐蚀是冶金的逆过程。冶金过程把矿物中以化合物形式稳定存在的金属元素还原为金属单质，消耗的能量转化为金属元素化学势能的提高。而腐蚀过程把金属单质（纯金属或合金）又转化为金属元素的化合物（腐蚀产物）。

在金属的冶炼过程中消耗的能量，有一部分转化为金属单质的化学势能，为腐蚀过程提供了推动力。

而除了某些热力学稳定的金属元素单质外，绝大多数金属材料都需要通过冶金过程，消耗电能或化学能，从矿物中提炼而得到。所以只要存在冶金过程，且冶金过程中有能量转化为金属单质的化学能，那么腐蚀过程的推动力就必然存在。不考虑速度的前提下，腐蚀必然会发生。

所以，耐蚀材料不是绝对不腐蚀，仅仅是在某些环境当中耐腐蚀——具有在安全性和经济性方面可以接受的，较慢的腐蚀速率而已。

2.2 腐蚀的机理

腐蚀过程经历怎样的途径，这个途径的阻力的大小，是机理研究主要关心的问题。

从腐蚀过程的结果来看，都存在金属失去电子，被氧化成离子的子过程（金属离子可以以氧化物、氢氧化物、碳酸盐等形式存在）。相应地，必然要存在一个其他物质得到电子，被还原的子过程。显然，这两个子过程是相关的，它们共同构成一个氧化还原反应。在这样的反应中，金属作为还原剂被氧化，失去的当量电子被氧化剂得到，后者被还原。

正因为腐蚀过程的核心是氧化还原反应，所以今后我们也将腐蚀过程称作腐蚀反应。

腐蚀反应按反应途径，具体地说，按还原剂（即金属）与氧化剂之间交换电子的方式来分，有两种不同的机理——化学腐蚀与电化学腐蚀。

一、化学腐蚀

金属材料（作为还原剂）与环境中的活性物质（作为氧化剂）通过直接的电子交换，发生氧化-还原反应，造成金属材料的损失和结构破坏，叫做化学腐蚀。

化学腐蚀的例子如金属在干燥气氛中与氧气反应生成金属的氧化物。

二、电化学腐蚀

电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍。

在潮湿的大气中，桥梁、钢轨及各种钢结构件的腐蚀；地下输油、气管道及电缆等土壤腐蚀；海水中采油平台、船舰壳体腐蚀；以及化工生产设备，如贮槽、泵、冷凝器等遭受的酸、碱、盐的腐蚀等，都属于电化学腐蚀。

在电化学腐蚀机理中，腐蚀原电池是一个核心概念。在腐蚀科学发展的l00多年中，人们提出并不断完善了腐蚀原电池模型，并用这一模型解释了金属发生电化学腐蚀的原因及电化学腐蚀过程。

图2.2是把大小相等的Zn片和Cu片同时置入盛有稀硫酸的同一容器里，并用导线通过毫安表联接起来的装置。连通此装置可以发现，毫安表的指针立即偏转，表明有电流通过。显然，这个装置是一个原电池。

图2.2 锌-铜原电池示意图

物理学规定，电流方向是从电位高（正极）的一端沿导线流向电位低（负极）的一端。图2.2中，电流方向是从Cu片流向Zn片，而电子流动方向则相反。

而在电化学里，规定发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极。

因此在此原电池中，Zn电极失去电子为阳极，发生如下的电极反应：

阳极反应：Zn→Z n2++2e（Zn失去2个电子，被氧化成2价离子进入溶液）

而Cu电极得到电子为阴极，发生如下的电极反应：

阴极反应：2H++2e→H2↑（溶液中的氢离子得到电子，被还原成氢气从溶液中逸出）原电池的总反应：Zn+2H+→Zn2++H2↑

通过电池反应，原电池对外做电功，将电极材料蕴含的化学势能转化为电能。

我们再将图2.2中的装置改变一下，取消导线和电流表，将Zn片与Cu片直接接触，并同时浸入稀硫酸溶液中。可以观察到，从溶液中不断有气泡逸出，过一段时间取出金属片，可以看到Zn片的厚度变薄了，而Cu片无变化。

图2.2 Zn-Cu腐蚀原电池示意图

从这些现象可以得出结论，虽然取消了导线，但是由于Zn和Cu都是导体，所以这个装置实际上也形成了一个原电池。这个原电池不能对外做有用功，只造成金属（在这个例子中是Zn）的腐蚀。

类似这样的电池在讨论腐蚀问题时称作腐蚀原电池，简称腐蚀电池。腐蚀电池与原电池的区别就在于：原电池是能够把化学能转变为电能，作出有用功的装置。而腐蚀电池是只能导致金属破坏而不能对外作有用功的短路电池。

电化学腐蚀就是通过腐蚀电池的工作过程发生的。

腐蚀电池工作的基本过程如下：

1.阳极过程：金属溶解，以离子形式迁移到溶液中同时把当量电子留在金属上。

2.电流通路：电流在阳极和阴极间的流动是通过电子导体和离子导体来实现的，电子

通过电子导体（金属）从阳极迁移到阴极，溶液中的阳离子从阳极区移向阴极区，阴离子从阴极区向阳极区移动。

3.阴极过程：从阳极迁移过来的电子被电解质溶液中能吸收电子的物质接受。

由此可见，腐蚀原电池工作过程是阳极和阴极两个过程在相当程度上独立而又相互依存的过程。

电化学腐蚀过程中，由于阳极区附近金属离子的浓度高，阴极区H+离子放电或水中氧的还原反应，使溶液pH值升高。于是在电解质溶液中出现了金属离子浓度和pH值不同的区域。从阳极区扩散过程来的金属离子和从阴极区迁移来的氢氧根离子相遇形成氢氧化物沉淀产物，称这种产物为次生产物，形成次生产物的过程为次生反应。如Fe和Cu在3% NaCl 溶液中构成腐蚀电池，Fe2+与OH-形成Fe(OH)2的次生产物。

电化学腐蚀的特点是：

金属材料失去电子的反应，和氧化剂得到电子的反应分别在腐蚀电池的阳极和阴极发生，氧化-还原反应所需的电子通过金属导体传递，不需要金属原子与氧化剂原子发生直接碰撞。这一点与化学腐蚀不同。

另外，电化学腐蚀反应的中间产物是金属离子与水分子形成水合离子。形成水合离子可以降低离子的能量，从而降低了反应的活化能。

所以电化学腐蚀比化学腐蚀更容易发生。大多数的腐蚀现象都属于电化学腐蚀。

图2.2仅是形成腐蚀电池的一种情况，即异种金属接触，共处于同一电解质溶液中。这种腐蚀电池工作的结果是造成发生阳极反应的金属被腐蚀。这种腐蚀类型叫做双金属腐蚀，或电偶腐蚀。

除此之外，还有两种形成腐蚀电池的情况比较常见。

如图2.3所示，把一块工业纯Zn浸入稀H2SO4溶液中，也会构成腐蚀电池。工业纯Zn 中含有少量的杂质Fe，以FeZn7形式存在，电位比Zn高，Zn基体为阳极，杂质为阴极，Zn 被溶解了。由此可见金属Zn在稀H2SO4溶液中的溶解也是由于形成腐蚀电池而引起的。

图2.3 金属中的杂质与基体也能形成腐蚀电池

另外，氧化剂的供给也会形成腐蚀电池。如浸泡在天然水中的钢铁材料会在水线以下发生腐蚀。水与空气相接，空气中的氧会少量溶解在水中。在水线处由于氧气的传输路径短，溶解氧浓度高，该处的电位更高，作为腐蚀电池的阴极，发生溶解氧被还原的反应。在水线以下，氧浓度低，电位也更低，作为腐蚀电池的阳极，铁发生阳极溶解反应。这个腐蚀电池工作的结果是在水线处的钢铁被腐蚀，所以又称做水线腐蚀。

类似水线腐蚀中，由于氧化剂供给形成的腐蚀电池叫做浓差电池。

图2.4 浓差电池的形成

根据组成腐蚀电池的电极大小，可把腐蚀电池分成两大类：宏观电池与微观电池。

肉眼可分辨出电极极性的电池为宏观电池。图2.2和图2.4都属于典型的宏观电池。

像图2.3那样，由于成分和结构的不均匀造成金属表面的电化学性质的不均匀，在金属表面上微小区域或局部区域存在电位差，会形成微观电池。形成微观电池的原因主要有以下几种：

1.金属化学成分不均匀，如碳钢中的碳化物，工业纯Zn中的Fe杂质等。由于它们的

电位都高于基体金属，因而构成微观电池；

2.金同组织的不均匀，如金属及合金的晶粒与晶界间存在着电位差异，一般晶粒是阴

极，晶界能量高、不稳定为阳极；合金中存在沉淀项（或称第二相），多数情况，

第二相是阴极相，基体为阳极相。但有些Al合金的第二相为阳极，如Mg质量分

数大于3%的A1-Mg合金，Mg5A18相、Al3Mg2相是阳极相。此外合金凝固时引起成

分偏析，也能形成微观电池。

3.金属表面的物理状态不均匀，如金属的各部分变形、加工不均匀、晶粒畸变都会导

致形成微观电池。一般形变大、内应力大的部分为阳极区易遭受腐蚀。此外，温差、光照不均匀等因素，也可形成微观电池。

2.3 电极与电极电位

一、电极

一个完整的腐蚀电池，是由两个电极组成的。

电极不仅包含电极材料（电子导体）自身，而且也包括电解质溶液（离子导体）在内。

由此，电极可定义为：电子导体与离子导体构成的体系。电极可分为单电极和多重电极。单电极是指在电极的相界面上只发生惟一的电极反应，而多重电极则可能发生多个电极反应。

二、电极电位

在电极中，电子导体（金属）与离子导体（电解质溶液）的界面上进行的电化学反应称为电极反应。

参照锌-铜原电池中的电极反应，可以看出电极反应的特点是有离子参与。如Zn的阳极溶解反应生成Zn2+离子；Cu的阴极反应消耗了H+离子。

生成的离子，要自电极表面向溶液深处扩散，被消耗的离子也要通过溶液深处向电极界面的扩散来补充。而扩散是受浓度梯度所推动的。这样，由于离子在电极界面附近浓度的不均衡，在电极界面和溶液深处产生了一个电位差，即为电极电位，也称为绝对电极电位。

任何一个电极的绝对电极电位都无法直接用测量仪器测得。但是，可以通过测量电极与某一作为参照物的电极（参比电极）构成的电池的电动势的方法，来测出相对电极电位值。常用的参比电极有氢电极、甘汞电极、银-氯化银电极和硫酸铜电极等。

不同的电极材料、不同的电解质溶液，形成的电极的电位可能是不同的。当同处于一个电解质溶液中的两个电极电位不同的电极用电子导体连通，就会形成原电池。

所以，从腐蚀电池的模型出发，发生腐蚀的根本原因就是形成了两个有电位差的电极同处于一个离子导体中，且被电子导体短接的情况。

两个电极中，电位低的那个电极就形成了腐蚀电池的阳极，其电子导体材料——金属就会发生失去电子，被氧化为金属离子的溶解反应，即被腐蚀。相对地，电位高的那个电极就形成了腐蚀电池的阴极，其界面上有持续不断的来自阳极反应的电子供给，发生的是氧化剂的还原反应，阴极的电极材料不发生腐蚀，也可以说，阴极因为阳极的“牺牲”得到了免于腐蚀的“保护”。在腐蚀防护工程中，牺牲阳极技术作为一种常用的阴极保护技术，就是根据这个原理发展起来的。

既然可以用腐蚀电池模型来解释电化学腐蚀，那么电化学腐蚀的推动力就可以用腐蚀电池的电动势来表示：

(Δr G), p = -nFE

对于电池反应而言，有上面的等式。等式左边是恒温恒压条件下，电化学反应（即电池反应）的摩尔吉布斯自由能变。根据物理化学理论，一个过程（或反应）的吉布斯自由能变是负值，那么它就是可自发进行的。而且这个负值的绝对值越大，反应的推动力或趋势就越大。

等式右边，n是每摩尔反应转移的电子摩尔数；F是法拉第常数，F = 96485库仑/摩尔；E是电池电动势。

可见在n和F一定的情况下，E越大，(Δr G)T, p就越负。也就是说，对腐蚀电池而言，电动势，也就是阴极、阳极之间的电位差值越大，腐蚀反应发生的推动力就越大，在腐蚀电池中，作为阳极的电极材料发生腐蚀的趋势就越强。

而电动势E = 阴极电位-阳极电位，评价某种具体材料在具体环境中发生腐蚀的趋势，需要知道阴极反应和阳极反应是什么，以及它们的电位分别是多少。

腐蚀反应中常见的阴极反应是以下两种：

1.溶解氧（O2）的还原：溶解在电解质溶液中的O2氧分子被还原生成H2O或OH-。

阴极反应以溶解氧的还原为主的腐蚀反应叫做吸氧腐蚀。

2.氢离子（H+）的还原：酸性电解质溶液中的H+离子被还原生成H原子，H原子复合为

H2后从溶液中逸出。

阴极反应以氢离子的还原为主的腐蚀反应叫做析氢腐蚀。

在环境条件一定的前提下，氧化剂的类型（是溶解氧还是氢离子，或二者兼有）和浓度也确定了，那么阴极反应的类型，以及阴极电位也就确定了。

这样，在相同的环境条件下，通过阳极电极电位，就可以比较不同金属的腐蚀倾向大小。表2.2中列举了在海水中不同结构材料的电极电位。

表2.2金属在海水中的电位序

从上表中将飞机结构中常用的材料抽取出来，按电位由低至高排列有如下的顺序：

镁合金→ 锌→ 铝合金→ 铁合金(活性态) → 铜合金→ 镍合金→ 铁合金(钝态)/钛→ 贵金属/石墨。

有几点值得注意：

1.铝合金通常认为是一种耐蚀材料。但是实际上铝合金的电位是很低的，从趋势或推动力

来说，铝合金有比较强的腐蚀倾向。铝合金之所以耐蚀，是因为在空气中易生成有保护作用的氧化物膜层（或者说发生钝化）。一旦该保护层被破坏，铝合金也会以很快的速度被腐蚀。所以，一个腐蚀过程在热力学上的趋势强、推动力大，并不必然具有很高的速度。腐蚀的防护或控制，除了选择那些在热力学上稳定的金属材料外，还需要从动力学出发采取措施。

2.金属锌电位很低，而且不会像铝合金那样钝化，非常容易腐蚀。但反过来，如果在电位

高钢铁材料零件（如螺栓）表面电镀或浸镀上一层锌镀层，就可以利用锌更活泼，更易腐蚀的特点，通过锌先腐蚀的牺牲阳极效应来保护钢铁零件。

3.石墨（碳）虽然不是金属，但由于它电位高，且能导电，与电位低的金属材料相接触并

共处于同一电解质溶液中，也会形成腐蚀电池，导致与之相连的金属材料的腐蚀。如今，随着碳纤维增强的复合材料在飞机结构中应用日益广泛，碳纤维与金属结构接触的情形变得非常常见。所以在处理这些情况时，必须要注意碳与金属（特别是铝合金）构件之间的绝缘和密封。

2.4 极化现象

腐蚀电池中两个电极之间电位差异大，电池的电动势大，只能说明这个电池工作的推动力大。但是，腐蚀电池工作的速度，或作为阳极材料的金属的腐蚀速度，却不一定更快。还需要考虑阻力的问题。

在电化学中有一个概念叫做极化。极化是这样一种现象：电极上有电流通过时，会使电位显著偏离末通电流时的起始电位。

一般地，有电流通过时，极化会使阳极电位变正，会使阴极电位变负。也就是说，当腐蚀电池以可察觉到速度工作时，阳极和阴极之间交换的电流强度远大于零的时候，极化的存在会使腐蚀电池的电极电位差变得比开路时小。或者反过来说，由于极化的存在，要使得腐蚀以可察觉到速度发生，要求腐蚀电池要有更大的推动力。

所以极化实际上反映了腐蚀电池工作过程中的阻力。

这种阻力来自以下三个方面：

1.电子通路的电阻造成的极化（欧姆极化）；

2.阳极和阴极界面上发生的电子得失过程本身的阻力造成的极化（活化极化）；

3.反应物或产物自电极表面扩散或向电极表面扩散的阻力造成的极化（浓差极化）。

由于极化现象的存在，使腐蚀电池工作始终遇到一定的阻力，所以腐蚀反应的速度是受腐蚀电池电动势和极化共同控制的。

在环境因素和材料性质，以及结构形式一定的前提下，腐蚀电池的电动势是既定的，所以要控制腐蚀反应发生的速度，推迟腐蚀破坏的发生，可以采取措施，增强腐蚀反应的极化。

比如可以利用氧化物层、有机涂层或密封胶层来增加欧姆极化和浓差极化就是最常用、最简单易行的腐蚀控制措施。

2.5 腐蚀的分类

按照腐蚀环境或腐蚀介质可将腐蚀分为：

1.大气腐蚀：大气中有水蒸汽。当大气的相对湿度高于某个临界值时，水蒸汽会在金属表

面凝结成一薄层吸附水膜。而天然水中都溶解有一定量的电解质和氧，提供了形成腐蚀电池的电解质溶液（离子导体）和阴极活性物质（氧化剂）。海洋性大气中还存在大量高浓度的盐雾，工业大气中还含有可溶于水的酸性气体，这些对金属结构是更严重的腐蚀威胁。

2.海水腐蚀：海水中溶解有大量的氯化物，对钢铁和铝合金的腐蚀性很强。

3.土壤腐蚀：土壤中水溶解了矿物质形成电解质溶液。地下水中含有氧。酸性土壤中的矿

物质会向水中释放酸性物质。

4.化工介质腐蚀：化工介质（主要是酸碱盐的水溶液）会对管路和储罐的内壁造成严重的

腐蚀。化工介质的泄漏对污染影响区的其他结构中的金属会造成严重腐蚀。

5.微生物腐蚀：微生物生长代谢的环境中有水和微生物代谢产物，容易导致局部腐蚀。微

生物腐蚀在埋地管线、飞机油箱和船舶的腐蚀中很常见。

按照腐蚀破坏的具体形式分为：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、磨蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳，以及两种特殊的腐蚀形式——氢脆和镉脆。

1.均匀腐蚀

均匀腐蚀的特点是，金属在暴露的全都或

大部分表面积上都发生腐蚀，且腐蚀程度在各

处分布很均匀。譬如屋顶铁皮外表面的锈蚀，

又如浸在稀硫酸中的钢或锌表面上均匀的溶

解。

根据发生均匀腐蚀的金属在单位时间内

厚度的减薄或单位面积上金属的失重，可以测

量出腐蚀速度，借此可以估算结构的寿命。

均匀腐蚀的防护措施有：选择耐蚀材料；施加防护层（油漆层、镀层等）；在封闭环境中可使用缓蚀剂；在结构允许的前提下增大零件的尺寸。

2.电偶腐蚀

两种或两种以上具有不同电位的金属接触（形成电偶）并同处于一个电解质溶液中，就会造成电位低的金属发生腐蚀。这种腐蚀形式叫做电偶腐蚀，或双金属腐蚀。

电位较低，耐蚀性较差的金属成为阳极，加速腐蚀；而电位较高，耐蚀性较好的金属成为阴极，受到阳极牺牲效应的保护，腐蚀减缓，甚至停止腐蚀。

电偶腐蚀的防护措施有：不同金属接触不可避免的时候要做好绝缘和密封；阴极材料电镀或浸镀与阳极材料电位接近的镀层，使电位差大的双金属接触转变为电位差小的双金属接触。

碳材料与电位低的金属材料接触也会形成电偶。

汞腐蚀是电偶腐蚀的一个特例。

汞（水银）是唯一的常温为液态的金属。汞极易与外露的铝材发生“汞齐化”——形成铝与汞的合金——汞齐。

汞齐中，铝的电位比汞低，在湿气存在时，两种金属形成电偶腐蚀，受污染的铝被选择性溶解，而汞继续侵蚀材料的其余部分。

如果受汞腐蚀的铝材件处于应力作用下，腐蚀结果有可能迅速发展成多处裂纹。

所以一般规定，飞机上不准运输水银。而且一旦发生水银溢溅，要马上吸取干净，并对事故地点可能发生汞腐蚀的地方进行重点检查。

3.缝隙腐蚀

结构上的缝隙内容易滞留液体，在导致缝隙内的金属发生局部腐蚀。

金属表面之间、金属和非金属表面之间、金属与附着的沉积物之间都可以形成缝隙（图2.5）。空气中的氧向缝隙内部的扩散困难，缝隙深处氧浓度低，而缝隙敞口处氧浓度高。内外氧浓度差形成浓差电池，导致缝隙内部氧浓度低的地方，金属作为阳极被腐蚀。

图2.5 结构上的缝隙及缝隙腐蚀

丝状腐蚀是一种特殊的缝隙腐蚀，且多数情况下发生在漆膜下面，因此又称为膜下腐蚀（图2.6）。

图2.6 丝状腐蚀

这是研究丝状腐蚀使用的试样。试样上施涂有机涂层，并划出X形切口。

切口处金属暴露出来，发生腐蚀。腐蚀产物将漆膜顶起，使腐蚀在新暴露的表面上继续发生。

腐蚀沿漆膜下发展，最终形成丝状腐蚀的形貌。

缝隙腐蚀的防护措施有：用胶接或用对接焊代替铆接或螺杆连接；防止采用吸湿的垫片或填科；设计时要避免尖缝结构和滞流区，使结构能良好地排除水份或其他污染物；对有缝隙的结构可采用带缓蚀剂的密封剂；连续焊代替点焊，保证完全焊透，避免气孔和缝隙。

4.点蚀（或孔蚀）

点蚀是在金属上产生针状、点状、小孔状的一

种极为局部的腐蚀形态。

虽然点蚀仅在金属表面形成离散的、很小的点

坑，材料损失很少甚至可以忽略，但点蚀却是破坏

性和隐患最大的腐蚀形态之一。因为这些小点坑并

不引人注目，所以点蚀难以发现。但点蚀却会悄悄

地向材料深处发展，甚至使结构穿孔。深入材料深

处的点坑或穿孔形成了结构的薄弱环节，引起应力

集中，在应力的作用下，有可能发展成为应力腐蚀

断裂或腐蚀疲劳，导致突然灾害。

点蚀还是一个自催化过程，即点蚀孔内的腐蚀过程会降低孔内溶液的pH值，使腐蚀产物难以沉淀形成封闭活性表面的膜层，同时还加速了阴极过程。所以点蚀一旦发生，很难自发停止。

大多数金属材料的点蚀都与电解质溶液中卤素离子的存在有关，如氯化物、溴化物和次

氯酸盐等。所以在海水或海洋性大气中，金属材料容易发生点蚀。

点蚀的防护措施包括：防止缝隙腐蚀的措施；使用有效的缓蚀剂；选择较耐点蚀的合金；选用阳极牺牲性镀层。

5.晶间腐蚀

晶间腐蚀是沿材料的晶界发生的一种局部腐

蚀。

发生晶间腐蚀的原因是，晶界的成分或组织结

构不同，相对晶粒内部电位低，在腐蚀介质中发生

优先溶解。

晶间腐蚀使晶粒之间失去结合力，在腐蚀影响

区金属的强度完全丧失。

不锈钢和铝合金的晶间腐蚀问题较为突出。

如有应力存在，晶间腐蚀会转变为沿晶应力腐蚀断裂。

剥蚀是一种特殊的晶间腐蚀。

具有晶间腐蚀倾向的铝合金经过锻压后，晶粒变成宽长而扁平的形状，在一定的腐蚀环境下，将会发生晶间腐蚀。晶间腐蚀沿着平行于表面的平面发展，腐蚀破坏了晶粒之间的结合力。同时，因腐蚀产物的体积大于原金属的体积，腐蚀产物在晶间形成张应力，使得已被破坏了结合力的晶粒向上撬起，一层一层地腐蚀下去，形成层状剥落的外观（图2.7）。

图2.7 剥蚀外观

晶间腐蚀（包括剥蚀）的防护措施有：选用抗晶间腐蚀的合金；选择合适的热处理工艺，如对铝合金进行过时效处理等。

6.磨蚀

磨蚀是磨损腐蚀的简称。有两种磨蚀：

a.摩振磨蚀（又称微动腐蚀）：相互结合的两个零件在振动、滑动及环境介质的共同

作用下所产生的腐蚀，如图2.8所示的轴承及衬套；

b.冲刷磨蚀：由于腐蚀性流体（液体、气体）和金属表面间的相对运动，引起涂层破

坏和金属的加速腐蚀（图2.9）。

图2.8 摩振腐蚀实例

图2.9 冲刷腐蚀造成的穿孔

7.应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳

这两种腐蚀形式都属于金属在腐蚀介质和应力的同时作用下导致腐蚀开裂以至破坏的现象（图2.10）。

图2.10 沿晶粒边界发展的应力腐蚀开裂

当应力为平稳拉应力时，发生应力腐蚀开裂；当应力为交变应力时，发生腐蚀疲劳。

发生腐蚀开裂的原因是，在应力作用下，裂纹尖端发生塑性变形，产生大量的活性点，在腐蚀介质作用下发生快速溶解，裂纹在应力和腐蚀的共同作用下向前发展。

合金比纯金属更容易发生应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳。

应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳的发展具有隐蔽性和突然性：初始裂纹的孕育期长，孕育期内无明显特征，裂纹长度缓慢地增长到某一临界尺寸后，裂纹会在一个极短的扩展期内贯穿整个结构。

防护措施有：设计时注意减少应力集中，加大危险截面尺寸；通过热处理消除结构中的残余拉应力；注意结构平衡，防止颤动、振动或共振的出现；选用耐腐蚀的材料；采用表面防护层，注意表面完整性；采用喷丸等手段提高表面强度。

8.氢脆和镉脆

氢脆是金属中由于氢的存在或氢与金属交互作用，导致材料韧性降低，甚至发生开裂的破坏现象。

造成氢脆的原因是，氢原子进入金属的晶格内，造成晶格的歪扭，产生很大的内应力，使金属的韧性下降，金属材料就变脆了。

酸洗除锈或者电镀，都有可能使材料中渗进原子态的氢。

铬、铁及其合金有很高的氢脆敏感性。这些金属材料经过酸洗除锈或电镀后都要做除氢处理，即在一定温度下加热保温一段时间，使渗入材料中的原子氢逸出。

镉脆的机制与氢脆有相似之处。镉的熔点较低，且镉原子容易渗入高强度钢、钛合金的组织内部，并在晶界处富集，导致晶界强度下降。在应力，特别是高热高应力的共同作用下，晶间被镉严重削弱的零件会发生突然的脆性破断，即镉脆。

第三章民用飞机的腐蚀及其控制

3.1 航空产品的腐蚀问题

一、腐蚀对航空产品的危害

腐蚀对航空产品的危害性主要表现：

1.造成航空产品可靠性下降

从图3.1可以看出，除疲劳和过载导致断裂之外，各种腐蚀构成了飞机部件失效的主要因素。而就疲劳和过载而言，单纯由于机械力造成断裂的情况是很少的，无论是疲劳断裂还是过载断裂，都或多或少有腐蚀因素的作用。

图3.1 飞机部件失效原因

2.带来高昂的维护费用

腐蚀不仅直接影响到飞行安全，还给飞机机务维修工作带来很大负担，同时还带来维修的高额费用。据国际航空运输协会报告统计，由于腐蚀导致飞机的定期维修和结构件更换费用每小时为10至20美元。美国空军每年用于与腐蚀有关的检查及修理费用多达十多亿美元，约占其总维修费用的1/4。而一家英国航空公司，老龄波音飞机防腐费用已占整个结构维修费用的一半。我国虽然没有做过详细的统计，但其费用也是相当可观的。

3.酿成重大飞行事故

飞机机体的腐蚀，特别是结构件的应力腐蚀和疲劳腐蚀往往会造成灾难性事故，危及人们的生命和财产安全。

由腐蚀造成的飞行事故，在历史上屡见不鲜。如1988年4月28日，美国阿罗哈航空公司的一架19年机龄的波音737飞机在夏威夷海域上空7km飞行途中机身前部蒙皮飞脱，一

名空服员当场因泄压而被吹出机外，飞机紧急降落在毛依岛（图3.2）。调查结果是腐蚀导致蒙皮在铆合处出现损伤，而该损伤在例行的维护检查工作并未被发现。在高空舱内外压力的作用下，损伤处应力超过了材料的断裂强度。

图3.2 阿罗哈空难——飞机降落后惊魂未定的乘客在帮助下离开飞机

又如1985年8月12日，日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁，死亡人数达500余人。

1981年8月22日，台湾远东航空的737在三义上空解体造成110人死亡，事后证据显示是机身严重腐蚀所造成。

1992年10月4日，以色列航空公司的一架载满货物的波音747货机从荷兰首都阿姆斯特丹的斯希普霍尔机场起飞后不久坠毁在阿姆斯特丹市郊的两座住宅楼上。除机上人员全部丧生外，地面至少有250人死亡，造成世界航空史上累及地面受害人数最多的空难。调查结果表明事故原因是由于连接第三个发动机的销钉由于腐蚀开裂和疲劳失效导致的。

1982年9月l7日一架日航DC-8客机，满载旅客在上海降落时，冲出跑道，造成事故，事后查明是由于机载紧急刹车高压气瓶内壁产生应力腐蚀裂纹而爆破。损坏液压系统管道，刹车全部失效所致。

一架波音-747民航机，其发动机涡轮盘镀镍而降低了疲劳性能，引起了断裂，击穿发动机而着火，被迫返航。

至于英国慧星式客机和美国的F-111战斗机坠毁等事件，则是国际上著名的应力腐蚀典型事故。

而电子产品由于腐蚀所造成的危害对高度信息化和自动化的现代飞机所形成安全隐患也日益为人们所重视。

二、飞机的腐蚀控制形式相当严峻

目前，飞机制造过程中已采取一些有效措施来防止或延缓飞机的腐蚀，如应用防护性涂层等。但是在飞机使用的过程中仍然发生严重的腐蚀。这其中有以下几方面的原因。

首先，大量使用高强度材料制造飞机结构。

所使用的高强度材料一般属于多相结构，利用沉淀强化原理达到提高材料强度的目的。分子结构和电化学性能差异很大的基体相与沉淀相之间，容易在电解质环境中构成腐蚀微电池。

其次，在飞机上还存在容易发生腐蚀的结构因素。

电位差异大的异种金属材料的接触难以避免，同处于侵蚀性介质中会发生双金属腐蚀（或电偶腐蚀）；飞机结构缝隙会吸收水汽，会因形成氧浓差电池造成缝隙腐蚀；飞机结构都在应力环境下工作，一旦发生腐蚀，腐蚀与应力交互作用，会发展为应力腐蚀断裂或腐蚀疲劳。

再次，随着航空运输市场的竞争加剧，还产生了一些新的问题。

航空公司不断地提高飞机的运行使用率，除使飞机结构更容易出现疲劳等损伤之外，还给维护工作带来了更大的时间压力；在严重恶劣气候环境地区开设航线；客改货等做法还使机队老龄化越来越普遍；物流业的发展，使运载易导致腐蚀货物的事件日益增多（如牲畜、化工品和海产品等）。

另外，产生了一些新的环境问题。

日益加剧的工业污染向大气中排放了大量的酸性气体；全球气候变暖及其他气候异常会使某些地区的腐蚀条件更加严重等等。

以上这些因素中，有些将长期存在，腐蚀问题也将在相当长的时期内继续成为威胁航空产品可靠性和飞行安全的主要因素之一。但我们仍可在充分认识和理解腐蚀的内在规律的基础上，通过采取工程技术和管理技术，有效地控制腐蚀及其对航空产品的破坏。

作为航空产品的操作人员和维护人员都应对腐蚀问题有充分的了解，并掌握处理腐蚀问题的知识和技能，对腐蚀破坏和容易导致腐蚀的因素，做到尽早发现和及时处理。

3.2 腐蚀的检测

在日常维护和定检中都应进行有关腐蚀及预防腐蚀的检测，以便及时发现问题隐患，及时处理，提高飞机结构完好性，避免大的损失和事故发生。

由于飞机腐蚀检测基本上是现场对飞机实物作直接检查，因而需采用无损检测。

腐蚀的检测方法按检测手段分为目视检测（目测）和仪器检测。

目测是指采用目视和触摸结合的基本查方法。目测时可使用手电筒、长柄反光镜和放大镜等工具。

仪器检查主要是检测目测难以发现的部位，可避免在检查隐蔽部位时，为了得到检查通道而要进行费时的拆卸。用仪器还可确定腐蚀破坏的程度，如测量和估算因腐蚀而造成的材料损失的数量，检验腐蚀是否已经完全排除，以及探测并确定可疑的裂纹尺寸等。

对于飞机结构的仪器检查，一般采取的方法是电涡流、超声波和X光检查。

飞机公司的手册要求，承担腐蚀检测的人员应有较全面的腐蚀防护知识和经验，对所检飞机结构，应熟悉哪些部位在哪些环境条件下，最易发生腐蚀。

航空材料与腐蚀防护讲义 (腐蚀与防护部分)

第一章绪论 1.1 材料腐蚀的基本概念 腐蚀是一种自发过程。 腐蚀是由于环境作用引起的材料的破坏和变质。 从这个定义可以看出，材料（或结构）是否会发生腐蚀破坏，既取决于材料本身的性质，也与环境有关。 导致材料发生腐蚀的环境因素构成了腐蚀环境。腐蚀环境包括总体环境（大气环境）和工作环境。 随着非金属材料（塑料、橡胶，以及树脂基复合材料等）越来越多地用作工程材料，非金属材料的环境破坏现象也越来越引起人们的重视。因此，腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料（金属和非金属材料）。 环境因素可以是机械的、物理的或化学的。如载荷造成的断裂和磨损，光和热造成的老化，氧化剂造成的氧化等。从这个意义来说，所有的材料破坏都可认为是腐蚀。这是腐蚀的广义概念。 但由机械的或物理的因素造成的材料或结构破坏，以及某些材料的老化等破坏形式，有专门的研究方法。所以通常所说的腐蚀是指由于环境因素与材料之间发生化学反应造成的破坏。这是腐蚀的狭义概念。 本课程中将主要介绍金属材料由于环境中化学因素造成的腐蚀及其控制。 1.2 研究材料腐蚀的重要性 材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在着腐蚀问题。腐蚀给社会带来巨大的经济损失，造成了灾难性事故，耗竭了宝贵的资源与能源，污染了环境，阻碍了高科技的正常发展。 一、腐蚀给国民经济带来巨大损失 以金属材料为例，每年由于腐蚀而造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%~4%（表1.1）。这些损失中包含了腐蚀的直接损失和间接损失，包括了浪费的材料和能源、腐蚀引起的原材料或产品的流失或污染、因腐蚀失效而损失的设备和结构、腐蚀降低设备性能造成的损失、因腐蚀造成的误工停产、因腐蚀导致的维修费用、控制腐蚀带来的费用，和因腐蚀造成的毒害物质泄漏所污染环境的治理费用等等。 表1.1 腐蚀造成经济损失的统计数据 国家统计年份腐蚀造成的经济损失占当年国民生产总值的百分比 美国1975 700亿美元 4.2% 1982 1260亿美元-

材料腐蚀及核电站材料腐蚀防护概述

材料腐蚀及核电站材料腐蚀防护概述 【摘要】随着科技发展，材料腐蚀成为工业生产中的重要问题，很多技术无法突破的关键就在于材料的腐蚀问题无法解决。本文通过对金属材料，非金属材料的腐蚀机理等问题进行概述，并对核电工业对腐蚀防护技术的需求进行了初步介绍。 【关键字】金属非金属腐蚀核电工业防护 一、引言 随着科技的发展，在生产制造过程中，材料的腐蚀问题的重要性越来越突出，可以说现阶段很多技术无法做出突破的重要原因就是材料腐蚀问题无法解决。因此，清楚地认识和了解材料的腐蚀问题具有重要研究意义。同时联系本专业知识背景，进一步了解有关核电工业对腐蚀防护技术的需求，对我们今后的工作和学习研究具有一定的指导意义。 关于材料的腐蚀，主要包括金属的腐蚀和非金属的腐蚀。同时，核电工业对腐蚀防护技术的需求包括了水冷式堆型核电站的腐蚀与防护和特殊类型核反应堆的腐蚀问题。 二、金属腐蚀 1．定义与危害 金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。究其本质，金属在腐蚀过程中所发生的化学变化，其实就是金属单质被氧化形成化合物。 在人类进入21世纪的今天，金属材料的应用也得到空前的拓宽，全球每年因腐蚀造成的金属损失量高达全年金属产量的20％-40％。化学工业、石油化工、原子能等工业中，由于材料腐蚀造成的跑、冒、滴、漏，不仅造成惊人的经济损失，还可能使许多有害物质甚至放射性物质泄漏而污染环境，危害人民的健康，有的甚至会长期造成严重的后果；而由于金属腐蚀所造成的灾难性事故严重地威胁着人们的生命安全：许多局部腐蚀引起的事故，如氢脆和应力腐蚀断裂这一类的失效事故，往往会引起爆炸、火灾等灾难性恶果。据世界上发达国家调查统计，每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占国民经济生产总值的1.5％-4.2％；1999年光明日报曾报道了我国每年腐蚀损失是2800亿元，其中石化系统的损失(不含事故损失)为400亿，按照国民生产总值(2005年GDP18万亿)4％的损失量计算，我国每年将有近7 200亿元腐蚀损失。 所以，了解金属的腐蚀具有重要的社会和经济意义。 2．金属腐蚀的分类 金属腐蚀按腐蚀过程机理分，主要有化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀；按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区的分布，主要有全面腐蚀和局部腐蚀；还有按腐蚀的环境条件把腐蚀分为高温腐蚀和常温腐蚀；干腐蚀和湿腐蚀等。 3．金属腐蚀的机理 金属腐蚀按腐蚀过程机理可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀。下面，将对各个过程进行详细说明。 （1）化学腐蚀 化学腐蚀是指金属在非电化学作用下与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的腐蚀过程。通常指在非电解质溶液及干燥气体中，纯化学作用引起的腐蚀。这类腐蚀不普遍、只有在特殊条件下才会发生，例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化亚铁：Cl2+Fe→FeCl2

金属腐蚀与防护

第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀

2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)

金属腐蚀与防护课后答案

《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 习题解答 第一章 1.根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6

=0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。（2）对不锈钢在20%HNO ( 25℃)有： 3 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。

金属材料的电化学腐蚀与防护

金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。

材料腐蚀与防护

华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 题目材料腐蚀与防护论文 学院环境与市政工程学院 专业 姓名 学号 指导教师 完成时间2016年10月20日 华北水利水电大学

前言 工程材料的腐蚀给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识重视。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震灾害（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会因溶液离子受到腐蚀产物的阻挡，导致扩散被阻而腐蚀速度变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。影响金属腐蚀的因素有内部因素、外部因素及设备结构因素。控制腐蚀的根本办法自然应是控制电化学作用，即如何消除腐蚀电池。即使不能完全消除，也要设法使腐蚀电流密度降至最低程度。常用的腐蚀防护方法有涂料、缓蚀剂和电化学保护 关键词：金属腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀 Abstract:The serious damage to the national economy and the social life caused by the corrosion of engineering materials has been more and more recognized by people. The loss of metal corrosion is far more than the flood, fire, typhoon and earthquake disaster (average) the total loss, here does not include indirect losses due to corrosion caused by production downtime, and explosion caused by. Corrosion of metals in aqueous solutions is an electrochemical reaction. The formation of a corrosion cell isolation of anode and cathode area on the metal surface, the metal loses electrons in solution, a positively charged ion, this is a process that the anodic process of oxidation. With the development of the corrosion process, in most cases, cathode or anode process will be blocked by ionic corrosion products, leading to the proliferation resistance and corrosion speed is slow, this phenomenon is called polarization, the corrosion of metal decreases with increasing polarization. Factors affecting metal corrosion include internal factors Keyword :Metal corrosion Electrochemical corrosion

浅谈飞机的腐蚀原因与防护措施.doc 超超

陕西航空职业技术学院毕业论文 绪论 腐蚀控制是实现飞机结构长寿命、高可靠性、低维修成本的重要保证。为提高飞机，尤其是特种飞机，如水上飞机、舰载机的安全使用寿命，低维护费用，保证飞行安全，必须认真研究探索飞机的腐蚀规律及腐蚀损伤机理，把传统的腐蚀控制技术与新兴的防腐手段结合起来。加强飞机制造厂、机务保障人员防腐意识教育与技能培训。改善维护手段，提高飞机的日常保养与管理能力，使飞机向“长寿命、高可靠性、良好的可检性和维修性”方向发展在以往飞机设计中，一般没有明确密封、排水、腐蚀防护等特殊要求和使用中的防腐蚀控制措施。尤其是在沿海地区使用的飞机服役环境比较恶劣。 随飞机使用寿命的增加，飞机结构中占70%以上的高强度铝合金材料腐蚀严重。且高强度铝合金所发生的腐蚀是一种局部腐蚀，在同一腐蚀环境条件下，同一架飞机上所发生的腐蚀严重程度差别较大。即使是飞机上同一部位或同一个结构件，因腐蚀的具体环境存在差异，有的地方发生腐蚀，有的不腐蚀，腐蚀坑的深度、面积差异也较大。这主要是高强度铝合金材料腐蚀的发生具有随机性和偶然性。从飞机外场维护的角度来看，外场检查中一旦发现腐蚀部位，按技术要求要马上进行防腐处理。因此很难在飞机构件上得到同一部位腐蚀坑连续扩展数据。故采用数理统计的方法，结合某型飞机大修及外场维护中得到的部分腐蚀数据进行统计处理，研究其腐蚀失效模型及腐蚀损伤规律，以提高外场腐蚀实测数据的应用可靠性。

第一章飞机的腐蚀类型 第一章飞机的主要腐蚀类型 从飞机设计和制造来看，不同金属的零部件相接触，造成不同金属之间的电位差和导电通路。而各个部件组装在一起时，缝隙会存水和脏物形成电解质。有些结构由于受力的需要又处于高应力状态形成应力腐蚀的根源。而在制造过程中，由于生产工艺不当，保护性涂层做得不好，缺乏腐蚀控制措施等等原因，都可能带来腐蚀的隐患。而在飞机使用过程中，飞行环境的恶劣，飞机表面涂层损坏，运输牲畜、海鲜等易产生强电解液体的货物都会使飞机结构产生腐蚀问题。偶然污染如水银外溢，化学品外溢，厕所、厨房污物外溢和灭火剂残留物等，也都可能造成直接或间接的腐蚀。而不恰当的飞机维修和勤务，也会使飞机面临更多的腐蚀问题。 飞机的腐蚀按其成因来分，主要可分为电化学腐蚀、表面锈蚀、应力腐蚀三大类，而电化学腐蚀是目前飞机最普遍和最严重的结构腐蚀之一。 电化学腐蚀是金属材料与电解质溶液接触时，在界面上发生有自由电子参加的广义氧化和广义还原反应，使金属元素以及晶格间的排列顺序发生改变，从而改变了原有金属的化学、物理、力学等性能。 飞机金属结构件的腐蚀大多数属于电化学腐蚀。飞机的结构腐蚀如果不能得到有效的预防和控制，会造成结构修理工作量加大、修理周期延长、结构件大面积的加强和更换，由此导致很大的直接和间接经济损失，并造成飞机自身的不安全隐患。 1.1腐蚀原因分析 1.1.1潮湿空气腐蚀环境 潮湿空气是造成飞机结构腐蚀的重要因素之一。潮湿空气与地理环境是紧密相连的，我国地理环境和气候条件十分复杂，受季风影响明显，全国大部地区都处在温暖而潮湿的东南季风和西南季风控制下，暖季节时比世界上同纬度的国家和地区的温度高，相对湿度和降雨量大。这些都是我国各机场的飞机腐蚀问题较为严重的一个非常重要的原因。 1.1.2海洋大气腐蚀环境 海洋大气的特点是湿度高、含盐量高，也就是说含有大量的氯离子。这些氯

材料的腐蚀与防护

姓名：贾永乐学号：201224190602 班级：机械6班 检索主题：材料的腐蚀与防护 数据库：中国知识资源总库——中国期刊全文数据库 检索方法：用高级检索，主题词：腐蚀与防护关键词：材料相与检索结果：1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关 的其它技术和方法。 文献综述 1材料腐蚀与防护的发展史： 所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。 每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。航

空材料的腐蚀损失尤为巨大。我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。航空材料由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀, 增加了飞行器的运营成本, 对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11 000~ 55 000美元之间【2】。1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。 1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组(大气腐蚀专业组)副组长，承担了航空航天部分的调查任务。1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。 1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。由于这类钢材含有(0.2%~0.4%

材料腐蚀与防护概论课程总结与样卷

材料腐蚀与防护概论考试重点、样卷与课程总结 【考试重点】 1、金属氧化的恒温动力学规律 ? 直线规律 y = k t ? 抛物线规律 y2=2kt ? 立方规律 y3 = 3kt ? 对数规律 y=k ?ln(t+c1)+c2 ? 反对数规律 1/y=c -k ?lnt 2、析氢腐蚀：以氢离子还原反应为阴极过程的金属腐蚀 必要条件：金属的电极电位低于氢离子还原反应的电位：EM < EH EH ：析氢电位（等于氢的平衡电位E0,H 与析氢过电位ηH 之差 EH=E0, H ?ηH ） 3、吸氧腐蚀：以溶解氧的还原反应为阴极过程的金属腐蚀 必要条件：发生吸氧腐蚀的必要条件是金属的电位比氧电极的平衡电位低，即：EM

(完整版)金属腐蚀与防护课后习题答案

腐蚀与防护试题 1化学腐蚀的概念、及特点 答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。 是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。 归纳化学腐蚀的特点 在不电离、不导电的介质环境下 反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应 腐蚀速度与程度与外界电位变化无关 2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？ 答案：氧化膜保护作用条件： ①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度 氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。 PB原理的数学表示： 反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量 氧化物的体积： V MO = m'/ ρ ' 用? = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ） 当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件 部分金属的?值 氧化物?氧化物?氧化物? MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7 MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。 MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别 答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀 ②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生 ④与环境电位密切相关

材料腐蚀与防护题库.

C AV T C航 航空材料与腐蚀防护 一、填空题 1、静力破坏的抗力主要取决于材料的本质。 2、造成疲劳破坏的重复变化载荷称为交变载荷。 3、疲劳载荷一般可分为确定与随机的两种。 4、应力或应变的每一周期性变化称为一个应力循环或应变循环。 5、应力或应变波，当其中最大值为正值，最小值为负值时，称为交变。 6、疲劳强度是指材料或构件在变负荷作用下时的强度。疲劳强度的大小用疲劳极限来衡量。 7、在一定的外作用力下，要求构件不发生断裂或不发生永久变形，这就是说要求构件有足够的强度。 8、在一定的外作用力下，要求构件不发生过大的弹性变形，这就是说要求构件有足够的刚度。 9、在一定的外作用力下，要求构件维持原有的平衡形式，这就是说要求构件有足够的稳定性。 10、受一定的外作用力的构件，要求能正常工作一般必须满足足够的强度、足够的刚度足够的稳定性。 11、金属按起其成分不同,可分为纯金属和合金两大类。 12、纯金属是由一种金属元素组成的金属。 13、合金是由两种或两种以上元素组成的金属。 14、金属的物理性质有：颜色、比重、熔点、凝固点、导电性、热膨胀性和磁性等。 15、金属从固体状态转变为液体状态时的温度称为熔点。 飞机维修专业理论教学题库

C AV T C航 16、金属传导热量的能力，称为导热性。 17、金属在温度变化时，改变体积的性质，称为热膨胀。 18、金属能够吸引钢铁一类物质的性质，称为磁性。 19、金属的化学性质是指金属与其他物质发生化学作用，即形成氧化物、盐类和其他化学物的性质。 20、金属的机械性质通常是指金属队各种载荷的抵抗能力和在载荷作用下的变形能力。 21、载荷的种类按其性质可分为静载荷和动载荷两种。 22、动载荷主要有冲击载荷和重复载荷两种。 23、冲击载荷是以很大速度突然作用在物体上的载荷。 24、重复载荷是大小、方向反复变化或大小方向都反复变化的载荷。 25、内力和外力大小相等方向相反。 26、机件在外力作用下，单位面积上所受的内力叫应力。 27、金属在载荷作用下，其尺寸和形状都会有不同程度的变化，这种尺寸和形状的改变，叫变形。 28、在外力去掉后能够消失的变形称为弹性变形。 29、金属承受载荷的情况不同，它产生的变形形式也不一样，归纳起来其基本形式有拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等五种。 30、金属的机械性质主要包括强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性等。 31、金属的强度是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 32、金属零件受力不超过其弹性极限时，只会产生弹性变形。如受力超过弹性极限后，金属就会产生塑性变形了。 33、强度极限是指拉断试样的整个过程中，试样所受的最大拉伸应力。 飞机维修专业理论教学题库

东北大学 材料腐蚀与防护 复习

第一章 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质腐蚀材料的强弱程度。 高温氧化：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化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B 比：氧化时所生成的金属氧化膜的体积2MeO V 与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积Me V 之比。 腐蚀过程的本质：金属 → 金属化合物 (高温）热腐蚀：指金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在其工作表面上的沉积盐及周围工作气体发生总和作用而产生的腐蚀现象称为热腐蚀. p 型半导体：通过电子的迁移而导电的半导体； n 型半导体：通过空穴的迁移而导电的半导体。 n 型：加Li （低价），导电率减小，氧化速度增加；加Al （高价），导电率增加，氧化速度降低。 p 型：加Li （低价），导电率增加，氧化速度降低；加Cr （高价），导电率减小，氧化度增加。 腐蚀的危害 1)造成巨大的经济损失；2)造成金属资源和能源的浪费造成设备破坏事故,危及人身安全；3)引起环境污染。 金属一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素 1)界面反应速度，包括金属／氧化物界面以及氧化物/气体两个界面上的反应速度；2)参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。（这两个因素实际上控制了继续氧化的整个过程，也就是控制了进一步氧化速度。在氧化初期，氧化控制因素是界面反应速度，随着氧化膜的增厚，扩散过程起着愈来愈重要的作用，成为继续氧化的速度控制因素）反映物质通过氧化膜的扩散，一般可有三种传输形式 1)金属离子单向向外扩散；2)氧单向向内扩散；3)两个方向的扩散。 反应物质在氧化膜内的传输途径 1)通过晶格扩散：温度较高，氧化膜致密，而且氧化膜内部存在高浓度的空位缺陷的情况下，如钴的氧化；2)通过晶界扩散。在较低的温度下，由于晶界扩散的激活能小东北大学 材料腐蚀与防护 整理人 围安 E-mail jr_lee@https://www.wendangku.net/doc/0714801053.html, 2016.1.2

腐蚀与防护

《腐蚀与防护》课程教学大纲 一、课程性质 本课程是应用化学的专业选修课，有助于学生拓展知识面，更好的开展科研、生产专业学习。通过介绍工业生产过程中产生的各种腐蚀过程及其原理，各种防腐蚀技术，腐蚀试验方法等，使学生熟悉企业不同生产过程中所产生的各种腐蚀，充分了解如何对其进行有效的防护。 二、教学目的 本课程是化学工程专业一门应用性较强的专业课程。主要目的是使学生了解材料发生各种腐蚀的基本规律及作用机理，掌握材料腐蚀的评价方法。控制原理及防腐技术，并能够结合材料的成分与结构特征，分析耐腐蚀材料的设计及其热处理原理。 三、教材教参 教参 1. 王增品，姜安玺，腐蚀与防护工程高等教育出版社，1991 2. 美国腐蚀工程师协会编，腐蚀与防护技术基础，冶金工业出版社，1987 3. 化学工业部化工机械研究院主编，腐蚀与防护手册，化学工业出版社，1991 4. 尤里克，腐蚀与腐蚀控制，石油工业出版社，1996 5. 张远声，腐蚀破坏事故,100例，化学工业出版社，2001 6. 王保成，材料腐蚀与防护(21世纪全国高等院校材料类创新型应用人才培养规划教材)，北京大学出版社，2012 四、教学方式 本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，适当使用多媒体课件进行教学，增大课堂容量，在有限的学时内取得最佳的教学效果。 五．教学内容及时数 根据化学本科专业人才培养方案，本课程共1.5学分，总的教学时数为27学时，具体如下： 第一章腐蚀与防护概论（2学时） 基本内容：腐蚀的定义、分类，影响腐蚀的因素及腐蚀的普遍性与严重性。腐蚀防护的意义，腐蚀与防护工作概况，防腐蚀方法。防腐蚀设备的使用与保养；防腐蚀工作中劳动保

金属的腐蚀和防护教案

第二节金属腐蚀和防护 【教学目标】 1．能描述金属腐蚀的化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。 2．进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响； 3．参与试验探究观察铁生锈及析氢腐蚀吸氧腐蚀的过程，体会动手试验自己获得铁的性质的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣； 【教学重点】金属的电化学腐蚀 【教学难点】电化学原理 【教学方法】实验探究、师生共议、归纳总结。 【教学过程】 【引入】【板书】第四节金属的腐蚀 【板书】一、金属腐蚀： 【讲述】以上两个案例都是金属腐蚀造成的，我们以前接触过金属腐蚀的，曾经探讨过铁钉在什么条件下最容易受到腐蚀，我们来设计实验来研究一下钢铁腐蚀的条件，提示大家我们可以利用对比、比较的方法设计实验，我这里提供的实验用品有：铁钉、煮沸过的水（除O2）、干燥剂（CaCl2）、植物油、试管、橡胶塞，还有食盐溶液和醋酸溶液。我们可以设计出至少五种实验方案来探究铁钉在什么条件下会锈蚀，什么条件下锈蚀的速度会加快。 注意在设计实验的时候将方案用到的物品填在学案相对应位置。 【实验设计】（学生自主设计）（由学生讲述设计的实验） 【现象】单独与水或空气接触的铁钉不易腐蚀，但是与水和空气同时接触的铁钉，出现明显的锈蚀。与食盐溶液接触的铁钉和与醋酸接触的铁钉锈蚀的更加明显。 【板书】三、铁钉生锈的条件：潮湿的空气；加速锈蚀的原因，有电解质溶液。

【提问】铁作为我们常见的金属，我们看到的这个现象就是腐蚀现象，那么什么是金属腐蚀？它的定义，本质，分类分别是什么呢？ 【投影】金属腐蚀：指金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）发生化学反应而引起损耗的过程。 本质：金属原子失去电子被氧化。 【讨论】我们刚才做的实验中给予铁钉了不同环境，也造成了不同程度的腐蚀，那么你们能感觉到这些腐蚀有什么明显的不同吗？ 【讲述】如果我将铁钉在空气中灼烧，就是直接接触空气，例如有的地方的洒铁花，印度帕博尔的毒气泄漏事故中钢铁和氯原子的直接反应导致阀门腐蚀。这样的腐蚀叫做金属的化学腐蚀，铁在干燥的空气中是腐蚀速度很慢的，而我们做的铁钉锈蚀条件中接触水和空气，接触食盐溶液和醋酸溶液的腐蚀很快，为什么呢？这就是第二类腐蚀，金属的电化学腐蚀。展示电化学腐蚀的定义。【投影】实验探究2，探究初中锌粒和稀硫酸反应，如果加入铜片会有什么现象。 【学生讲述】本来在锌粒上面的气泡，因为接触了铜片，立刻铜片上会有大量的氢气泡冒出，也相当于加快了锌粒的腐蚀。 【动画模拟】探讨回忆原电池的原理，指出铁钉其实是铁碳合金，含2~4%的碳，这样就组成了铁碳原电池，动画模拟讨论铁碳在酸性条件下和中性及弱酸性条件下的反应。 实验探究3：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 负极(Fe)：Fe - 2e- = Fe2+ 正极(C)：2H＋＋2e-＝H2↑（析氢腐蚀） 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-（吸氧腐蚀） 铁锈的生成：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 生成的Fe(OH)3，失水生成Fe2O3·xH2O就是铁锈。 【讲述】吸氢我们可以通过试验来验证一下铁钉是否发生吸氧腐蚀，我们来看这个试验装置：ｐ８５ 【试验现象和结论】水柱上升，说明发生了吸氧腐蚀。 【讲述】另外，我们还注意到，电化学腐蚀现象在生活中更为普遍而且腐蚀速

论文-金属材料的腐蚀与防护

金属材料的腐蚀和防护 罗--（学号：1230060054） （-----大学物理与材料科学学院物理学1202班） 专题授课老师：---- 摘要：自从人类发现并使用金属到如今已有5000年的历史，然而人类在享受金属材料的使用带来便利的同时，也在苦恼着金属腐蚀带来的烦恼。人类在使用金属的同时，也在尽最大的努力对金属进行防护。金属的有效防护，一方面可以降低成本，提高劳动生产率，赢得最大的经济效应；另一方面对加强国防建设也有重要的意义。 关键词：金属材料腐蚀防护 引言：当金属和周围气态或液态介质接触时常常由于发生化学作用或电化学作用而逐渐损坏的过程成为金属腐蚀，每年金属腐蚀给国家带来巨大的经济损失，所以金属的有效防护对于一个企业和国家是至关重要的。 1.金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。 1.2金属腐蚀的发生

自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。 1.3金属腐蚀的危害 金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的10% 。间接损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 2.金属腐蚀防护的方法 2.1 改变金属的组成 这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。2.2 形成保护层 在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护： （1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸

航空材料与腐蚀防护讲义 (航空材料部分)

第一章航空材料概论 1.1 航空材料是航空工业主要基础 航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用：航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。 一、航空产品特殊的工作环境对航空材料的性能要求集中表现在“轻质高强、高温耐蚀”。 所谓“轻质高强”是指，要求材料的比强度高，即要求材料不但强度（静强度高、能承受大过载、疲劳强度高）高而且密度小。航空工业有一句口号叫做“为每一克减重而奋斗”，反映了减重对于航空产品的重大经济意义（见表1.1）。而且材料减重对飞机减重的贡献也越来越大，所以轻质高强是航空材料必须满足的首要性能要求。 表1.1 飞行器结构减重带来的效益（1990年数据） “高温耐蚀”的“高温”是指航空材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。 “耐蚀”是指航空材料要有优良的抗腐蚀，特别是抗应力腐蚀、腐蚀疲劳的能力。 当然，除以上性能外，对某些材料还要求有其他方面的性能，如：非金属材料要具有良好的耐老化性能和耐气候性能；透明材料要具有良好的光学性能；电工材料具有良好的电学性能；以及防火安全性能等等。 二、航空产品的高可靠性、多样性对航空材料提出了更高的质量要求。 航空器是技术密集、高集成度的复杂产品，只有采用质地优良的航空材料才能制造出安全可靠、性能优良的飞机、发动机。 航空产品的多样性和小批量生产，导致了航空材料研制和生产上的多品种、多规格、小批量、技术质量要求高等特点。 三、航空产品降低成本的需求导致要发展低成本航空材料。 1 / 58

飞机结构的腐蚀与防护【毕业作品】

BI YE SHE JI （20 届） 飞机结构的腐蚀与防护 所在学院 专业班级飞机结构修理 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月

摘要 随着飞机服役的时间不断增加，腐蚀的检查与防护变得非常重要。由于飞机腐蚀造成的飞机事故屡屡发生，给人们带来了非常严重的损失。因此,飞机的腐蚀与防护得到了大家的重视。本文主要介绍了影响飞机腐蚀的因素、飞机腐蚀的种类以及去腐蚀的方法和简单的预防维护措施。 关键词：影响因素、腐蚀类型、去腐蚀、防护

ABSTRACT With the increase of aircraft service time, the effective inspection of corrosion and the protection has become more and more important. Due to corrosion of aircraft accidents frequently occur, it brings the serious loss. Therefore, the inspection of corrosion and prevention should be paid much attention .This article discusses in detail aircraft corrosion type and relevant inspection. Finally, some kinds of preventive maintenance measures will be introduced in this paper. Key Words: Influence factors, the types of corrosion, corrosion and protection