材料的腐蚀与防护.pdfVIP

本章主要内容：

1、材料设备的腐蚀与防护基本原理

2、设备腐蚀防护技术

3、材料的选用

§2.1材料设备的腐蚀与防护

一、概述

腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。

1、腐蚀的危害

腐蚀所造成的危害非常严重：腐蚀不仅会带来巨大的经济损失、造成资

源和能源的严重浪费，而且还会污染人类生存的环境、引发灾难性事故。

（1）经济损失巨大（2）资源和能源浪费严重（3）引发灾难性事故4）造成环境污染

2、腐蚀与防护科学的发展

（1）远在5000年前我们的祖先就采用火漆作为木、竹器的防腐涂层。出土的春秋战

国时期的武器，有的至今毫无锈蚀，原因是其表面有一层致密的含铬的黑色氧化物保护层。

如勾践剑。

（2）18世纪下半叶开始的工业革命，促进了腐蚀与防护科学理论研究的发展。

（3）近30多年来，随着核能技术、海洋工程、航空航天、环境科学与工程技术等现

代工业的崛起以及设备运行向高速、高温、高压方向的发展，使原来大量使用着的不锈钢

和高强度合金构件不断出现严重的腐蚀问题，从而促使许多相学科展开了对腐蚀问题的

综合研究，使今日的腐蚀与防护科学发展成为一门融合了多种学科的新兴边缘学科，并形

成了包含腐蚀电化学、腐蚀金属学、环境敏感断裂力学、生物腐蚀学和防护系统工程学等

许多学科分支。

（4）现在电化学保护技术已在我国的海洋开发，石油化学工业，地下结构和装置等方

面获得了极广泛的应用，并逐步走向规范化、法令化阶段；缓蚀剂的理论研究与实际应用，

正在建立我国自己的体系；各种耐蚀材料和表面保护技术的开发及推广应用获得了很大的

发展；防腐蚀设计和防腐蚀技术管理日益受到普遍的重视。

二、腐蚀与防护基本原理

1、金属的化学腐蚀

金属的化学腐蚀是指金属与环境介质发生化学作用，生成金属化合物并使材料性能退

化的现象。

（1）金属氧化及其氧化膜

（2）自然界中除金、铂等金属在一般情况下不氧化而呈单质形式外，大多数金属都以

氧化物（矿石）形式存在。除少数金属（如钼、钨）高温氧化所生成的氧化物具有挥发性

外，大多数金属氧化的结果都是在其表面上形成一层氧化物固相膜。

金属表面上的氧化膜阻隔了金属与介质之间的物质传递，将减慢金属继续氧化的速度。

但金属氧化膜要对金属起到良好的保护作用，还必须满足以下条件：

§2.1材料设备的腐蚀与防护

①生成的金属膜必须致密、完整，能把金属表面部遮盖住。②金属氧化物本身是稳

定、难熔和不挥发的，不易与介质作用而被破坏。③氧化膜与基体结合良好，有相近的热

胀系数，不会自行或受外界作用而剥离脱落。④氧化膜有足够的强度、塑性，足以经受一

定的应力、应变的作用。

（2）钢铁的气体腐蚀

①高温氧化：钢铁在空气中加热，在较低温度（200~300℃）表面便出现可见的氧化

膜。在570℃以下时，生成的氧化物为结构致密、保护作用较好的Fe3O4和Fe2O3；温

度超过570℃时，在氧化膜内层生成FeO。FeO的结构疏松，晶格缺陷密度高，金属离子

和氧离子容易迁移，氧化速度急剧增大。温度高于800℃，表面上就开始形成多孔、疏松

的“氧化皮”。

②脱碳：脱碳是指在腐蚀过程中，除了生成氧化皮层外，与氧化皮层相连的内层渗碳

体Fe3C与介质中的氧、氢、二氧化碳、水等作用(见P48页），生成的气体降低了膜的保

护作用。防止：增加气体介质中CO和CH4的含量或在钢中添加铝和钨。

③氢蚀:温度超过200~300℃，压力高于30.4MPa时，氢将对钢产生显著作用，使钢

剧烈脆化，造成氢蚀。氢蚀包括可逆氢脆和氢蚀两个阶段。在第一阶段是可逆氢脆，氢被

钢的表面所吸收，并以原子状态沿晶界向钢的内部扩散。虽然这些氢原子并未与钢的组分

起化学反应，也未改变其组织，但却降低了钢的韧性，使钢变脆。在一定条件下韧性又可

以部分或部恢复。

第二阶段是氢蚀阶段。在该阶段，侵入并扩散到钢中的氢与不稳定化合物发生反应防

止：降低含碳量、加合金元素

④铸铁的肿胀：铸铁的肿胀实际上是一种晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿晶界、石墨夹

杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部，发生氧化作用。由于