金属腐蚀理论1.docVIP

第1章绪论 1.1材料腐蚀的基本概念 材料是人类社会所能接受地、经济地制造有用器件（或物品）的物质，是现代科学技术 和当代文明的重要支柱。材料在使用中离不开环境。材料的腐蚀与防护科学就是研究材料在 其周围环境作用下的破坏和变质及其控制的科学。在绝大多数情况下，机械装备的失效（丧 失其规定功能）是由于构成它的材料的损伤和变质而引起的。根据失效过程中材料发生变化 的物理、化学的本质机理不同和过程特征的差异，对以将机械失效划分为过载变形、腐蚀、 断裂、磨损、热损伤、电损伤、污染、辐射损伤等多种形式，其屮腐蚀（corrosion）、断裂（fracture） 和磨损（wear）是工程材料和结构最重要和最常见的三种失效破坏形式（如表1」和图1」 所示，在表1.1中将腐蚀加速的断裂和磨损归入了腐蚀范畴），因此，研究材料的腐蚀与防护 具有十分重要的意义。 F-111C 和 C-4A F-111C 和 C-4A 五种飞机分解状态检査的事故累积出现率 累计事件百分比 A断裂 29 B腐蚀 19. 8 C与紧固件有关 10 D压痕/刻痕/刮伤 7.4 E蜂窝结构损伤 10. 4 F与緊固件孔有关 2?2 G磨损 8.4 H维护 9.2 I其他 2. 8 表1.1在一些工程工业中调査的失效原因的比例 失效原因 腐蚀 断裂 磨损 其它 比例（％） 42 44 3 11 金屈材料在人类发展史上占有极为重要的地位，人们最为熟悉的腐蚀现象是金属材料的 腐蚀，如铁生锈是因其表面腐蚀生成了腐蚀产物FeO（OH）或FsC^HQ,铜腐蚀后则在表面 产生“铜绿” [CuSOy3Cu（OH）2]。然而，随着现代科学技术的发展，非金属材料、复合材料 在各工业部门中的使用量愈来愈大，这些材料因环境造成的破坏和变质及其控制问题也越来 越受到重视。因此，腐蚀与防护科学已从过去以金属材料为主要研究对象，转变为以包括金 属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等在内的各类材料为研究对象。 腐蚀的英文名称起源于拉丁文“corrodere”，其含义是“损坏”或“腐烂”。随着人们对 腐蚀认识的深入和研究范围的扩大，腐蚀的定义也在不断变化。早期对腐蚀的定义是针对金 属材料的，如英国的艾文思（U.R.Evans）给出如下的定义： “金属腐蚀是金属从元素态转变为化合态的化学变化及电化学变化”。 美国的方坦纳（M.GFantana）则认为腐蚀可以从几个方面下定义：（1）由于材料与环境 及应力作用而引起的材料的破坏和变质；（2）除了机械破坏以外的材料的一切破坏；（3）冶 金的逆过程等。前两种定义既包含了金属材料，也包含了非金属材料，而后一种定义则是针 对金属材料的，同时说明腐蚀过程在热力学上是自发的。 近年来，由于腐蚀的研究范围不断扩大，有人将腐蚀的定义拓展为： “材料的腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和/或物理作用的破坏的现象”。 该定义不仅涵盖了金屈材料的化学和电化学原因造成的腐蚀破坏，而且包含了液态金屈等导 致的金属材料的物理破坏（传统上称为金属材料的液态金属腐蚀）。同时，该定义还包扌舌了 非金属材料的腐蚀，如耐火砖或陶瓷、玻璃材料受熔化金属、熔融盐等介质的腐蚀，石英或 硅酸盐材料由水分子引起的破坏或变质，高分子材料的辐照分解等等。然而，依据上述定义, 材料的融化、蒸发、断裂、磨损等物理因素导致的破坏和变质也应属于腐蚀，这显然是不合 适的。因为，虽然腐蚀可以导致断裂，但是当纯机械应力超过材料的弹性极限、塑性极限时 也可发生断裂；同样，尽管腐蚀可以促进磨损破坏，但惰性环境屮接触材料表面的相对运动 也可以造成纯机械磨损破坏。因此，目前普遍为人接受的材料腐蚀定义是： “材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用或电化学作用而变质和破坏的现象”。 由于液态金属导致的材料破坏，与化学或电化学造成的金属材料的腐蚀冇很多相近的特点， 因此，金屈的这类破坏现彖通常也纳入腐蚀学科的研究范畴。 1.2腐蚀的危害与腐蚀控制的重要性 121腐蚀的危害 腐蚀问题遍及国民经济和国防建设的各个部门，造成的危害触目惊心。腐蚀的危害具体 表现在以下几个方面。 1.2.1.1直接经济损失 腐蚀的直接经济损失是指由于腐蚀的存在而导致总费用的增量。关于腐蚀造成的经济损 失有不同的估算方法，如Uhlig估算法、Hoar估算法和NBS/BCL估算法（美国商业部所属 的国家标准局（NBS）与Battelle研究所在Columbus的实验室联合提出）等。按照NBS/BCL 9 模型，腐蚀造成的直接经济损失包扌舌以下几个方面：①资本费用，具体包括更换设备及建筑 费、富裕容量费、多余的备用设备费；②控制费用，包括维修费、腐蚀控制费；③设计费用， 包插建筑材料、腐蚀容差、特殊工艺；④相关费用，包括产品损失、技术支持、保险、零件 及设备存货。 腐