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第四章 表面腐蚀基本理论 基本要求 1.了解金属腐蚀的危害。 2.了解金属腐蚀的定义和分类方法。 3.掌握金属腐蚀原理的相关内容。 4. 掌握防止／控制金属腐蚀的各种措施。 引言 腐蚀：材料与环境介质发生化学和电化学作用，引起材料的退化与破坏。 考虑到金属是一种应用广泛的工程材料，通常意义上的腐蚀指的是金属腐蚀。因此本章学习仅限于金属表面腐蚀。 常见的金属腐蚀(Metal Etching)现象 腐蚀会造成重大的直接或间接的经济损失 金属材料使用量的90%以上是钢铁，全世界现存的钢铁及金属设备大约每年腐蚀率为10%，全世界每年因腐蚀损失约高于7000亿美元，一般看来，由于腐蚀所造成的经济损失约占国民经济总产值的2—4%，由此可见，金属腐蚀问题十分严重和普通。 现代海洋工程中金属使用量的80%也是钢铁，而在海洋中的钢铁腐蚀速度约十倍于大气中的腐蚀速度，随着海洋开发，海上交通，港口建设的发展，如何加强海洋腐蚀与防护问题已成为世界各国面临的重大问题，我国海沿线已长达一万八千多公里，加强腐蚀与防护问题更是十分突出。 金属腐蚀，特别是应力腐蚀和腐蚀疲劳，往往会造成灾难性重大事故，危及人身安全。 腐蚀不但损耗大量金属，而且浪费了大量能源。 石油、化工、农药等工业生产中，因腐蚀所造成的设备跑、冒、滴、漏，不但造成经济损失，还可能使有毒物质泄漏，造成环境污染，危及人们的健康。 腐蚀还可能成为生产发展和科技进步的障碍。 英国早期的Conway发动机的铝转子叶片，常因晶间腐蚀和点蚀导致叶片根部产生应力集中而断裂。 早期设计的18台RR Conway 发动机的压气机压片断裂导致的平均损失费 将所有未发生点蚀的叶片用化学法清洗，并用刚玉（Al2O3）砂子进行喷砂，以除去腐蚀产物以及铬酸液钝化膜中陷入的氯离子。延长喷砂（喷丸）处理时间，以提高表面疲劳强度。然后将叶片在铬酸中进行阳极氧化处理。这样得到的氧化膜的耐蚀性比只进行铬酸盐钝化高得多。最后再喷涂有机硅环氧漆。叶片进行这样改进后的表面防护，每台发动机只增加成本费250英镑，却可使压气机叶片的寿命延长到原来的3倍以上。 金属材料的三种主要破坏形式：断裂,磨损和腐蚀。 断裂是指金属构建受力超过其弹性极限、塑性极限而发生的破坏。可从不同角度分为脆性断裂、塑性断裂、穿晶断裂、机械断裂等。断裂的结果，使构件失效，但金属材料本身还可重新熔炼再用。 磨损是指金属表面与其相接触的物体或与其周围环境发生相对运动，因摩擦而产生的损耗或破坏。它是个渐变过程。有时磨损了的零件还可修复。例如，用电刷镀可修复轻微磨损的轴。 金属腐蚀的定义 金属的腐蚀:是金属在环境的作用下所引起的破坏或变质。 环境:是指和金属接触的物质。 例如自然存在的大气、海水、淡水、土壤等，以及生产生活用的原材料和产品。 由于这些物质和金属发生化学作用或电化学作用引起金属的腐蚀，在许多功能情况下还同时存在机械力、射线、电流、生物等的作用。金属发生腐蚀的部分，由单质变成化合物，至使生锈、开裂、穿孔、变脆等。因此，在绝大多数的情况下，金属腐蚀的过程是冶金的逆过程。 腐蚀的分类 由于腐蚀领域广而且多种多样，因此有不同的分类方法，最常见的是从下列不同角度分类： 腐蚀环境； 腐蚀机理； 腐蚀形态类型； 金属材料； 应用范围或工业部门； 防护方法。 （１）按腐蚀过程的分，主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属和环境介质直接发生化学作用而产生的损坏，在腐蚀过程中没有电流产生。例如金属在高温的空气中或氯气中的腐蚀，非电解质对金属的腐蚀等。引起金属化学腐蚀的介质不能导电。电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏，在腐蚀过程中有电流产生。引起电化学腐蚀的介质都能导电。例如，金属在酸、碱、盐、土壤、海水等介质中的腐蚀。 电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别在于它可以分解为两个相互独立而又同时进行的阴极过程和阳极过程，而化学腐蚀没有这个特点。电化学腐蚀比化学腐蚀更为常见和普遍。 碳钢在酸溶液中溶解(腐蚀) 阳极反应： 阴极反应： 总反应： 在阳极区铁被氧化为Fe2＋离子，所放出的电子由阳极（Fe）流至钢中的阴极（Fe3C）上，被H＋离子吸收而还原成氢气。 碳钢在中性水溶液中腐蚀 按腐蚀形态分类 (a)均匀腐蚀（全面腐蚀）； (b)点蚀（孔蚀）； (c)晶间腐蚀； (d)剥蚀； (e)电偶腐蚀； (f)缝隙腐蚀； (g)应力腐蚀断裂； (h)腐蚀疲劳。 不同腐蚀形态所占的比例（1968-1971年，美国） （２）按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区的分布，分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀，是指腐蚀分布于整个金属的表面。全面腐蚀有各处的腐蚀程度相同的均匀腐蚀；也有不同腐蚀区腐蚀程度不同的非均匀腐蚀。在用酸洗液清洗钢铁、铝设备时发生的腐蚀一般属于均匀腐