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1、2021-6-23 2021-6-23 材料保護(hù)學(xué) 教師:喬寧 Email:qn_ 課程設(shè)置 1-4周周 周二上午周二上午1-4節(jié)節(jié) 北北310 5-7周周 寫論文,做寫論文,做PPT 8-9周周 周二上午周二上午1-4節(jié)節(jié) 北北310 參考書 1. 李曉剛李曉剛. 材料腐蝕與防護(hù)材料腐蝕與防護(hù)M. 長沙:中南大學(xué)出版社長沙:中南大學(xué)出版社. 2009. 2. 林玉珍,楊德鈞林玉珍,楊德鈞. 腐蝕與腐蝕控制原理腐蝕與腐蝕控制原理M. 北京:中國石化北京:中國石化 出版社出版社. 2007. 3. 米琪,高謹(jǐn)米琪,高謹(jǐn). 防腐蝕涂料與涂裝防腐蝕涂料與涂裝M. 北京:中國石化出版社北京:中國石化出
2、版社. 2007. 4. 李金桂,鄭家楽李金桂,鄭家楽. 表面工程技術(shù)和緩蝕劑表面工程技術(shù)和緩蝕劑M. 北京:中國石北京:中國石 化出版社化出版社. 2007. 5. 左禹,熊金平左禹,熊金平. 工程材料及其耐蝕性工程材料及其耐蝕性M. 北京:中國石化出北京:中國石化出 版社版社. 2008. 6. 吳繼勛吳繼勛. 金屬防腐蝕技術(shù)金屬防腐蝕技術(shù)M. 北京:冶金工業(yè)出版社北京:冶金工業(yè)出版社. 2002. 課程內(nèi)容 第第1 1章章. .概述概述 第第2 2章章. .耐蝕材料耐蝕材料 第第3 3章章. .介質(zhì)處理和緩蝕劑保護(hù)介質(zhì)處理和緩蝕劑保護(hù) 第第4 4章章. .表面覆蓋層表面覆蓋層 第第5 5
3、章章. .電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù) 第第1 1章章. .概述 1.1 引言 1.1 引言 特特 點(diǎn)點(diǎn) 金屬材料支撐了地球文明金屬材料支撐了地球文明 1.1 引言 材料制備材料制備 表面改性表面改性 機(jī)械力學(xué)機(jī)械力學(xué) 流體力學(xué)流體力學(xué) 電磁效應(yīng)電磁效應(yīng) 環(huán)境處理環(huán)境處理 與控制與控制 為什么金屬會為什么金屬會“腐蝕腐蝕”? 1.1 引言 冶金吸收能量 腐蝕釋放能量 純金屬 1.1 引言 金屬腐蝕的損失金屬腐蝕的損失 腐蝕幾乎涉及所有的環(huán)境:太空、海洋、土壤、自然環(huán)境、 工業(yè)環(huán)境、生物環(huán)境等。 美國 占GDP約4% 歐洲 占GDP 2.0%3.5% 日本 占GDP約1.5% 中國 5000億/年(20
4、032005年全國調(diào)查) 1.1 引言 材料材料 環(huán)境環(huán)境 何謂何謂“腐蝕腐蝕”? 何謂何謂“保護(hù)保護(hù)”? 1.1 引言 “材料保護(hù)材料保護(hù)”的最終極目的的最終極目的 1.1 引言 1.2 腐蝕原理 金屬腐蝕本質(zhì)金屬腐蝕本質(zhì) 陰極陽極 e 還原反應(yīng)氧化反應(yīng) 1.2 腐蝕原理 1.2 腐蝕原理 I Mn+ D Dne ne ne 1.2 腐蝕原理 1.2 腐蝕原理 1.3 腐蝕類型 腐蝕分類(按金屬材料破壞的特征)腐蝕分類(按金屬材料破壞的特征) 從各類腐蝕失效事故統(tǒng)計(jì)來看:從各類腐蝕失效事故統(tǒng)計(jì)來看:全面腐蝕占全面腐蝕占17.17.8 8,局部腐局部腐 蝕占蝕占82.282.2。其中。其中應(yīng)力
5、腐蝕斷裂為應(yīng)力腐蝕斷裂為3838,點(diǎn)蝕為,點(diǎn)蝕為2525,縫隙,縫隙 腐蝕為腐蝕為2.22.2,晶間腐蝕為,晶間腐蝕為11.511.5,電偶腐蝕為,電偶腐蝕為2 2,磨蝕等,磨蝕等 其他腐蝕形式為其他腐蝕形式為3.13.1??梢娋植扛g的嚴(yán)重性??梢娋植扛g的嚴(yán)重性。 1.3 腐蝕類型 1.3.1 全面腐蝕 宏觀:整個金屬宏觀:整個金屬/ /電解質(zhì)界面的電解質(zhì)界面的電化學(xué)性質(zhì)是均勻的電化學(xué)性質(zhì)是均勻的 微觀:金屬表面各點(diǎn)隨時間有能量起伏,能量高時(處)微觀:金屬表面各點(diǎn)隨時間有能量起伏,能量高時(處) 為陽極,能量低時(處)為陰極,腐蝕原電池的陰、為陽極,能量低時(處)為陰極,腐蝕原電池的陰、
6、 陽極面積非常小,且這些微陰極和微陽極的位置變陽極面積非常小,且這些微陰極和微陽極的位置變 換不定,因而整個金屬表面都遭到同等的腐蝕。換不定,因而整個金屬表面都遭到同等的腐蝕。 1.3.2 局部腐蝕 孔蝕(點(diǎn)蝕)孔蝕(點(diǎn)蝕) 1.3.2 局部腐蝕 孔蝕(幾何因素)特點(diǎn)孔蝕(幾何因素)特點(diǎn) 孔蝕機(jī)理孔蝕機(jī)理 閉塞電池自催化腐蝕過程閉塞電池自催化腐蝕過程 1.3.2 局部腐蝕 縫隙腐蝕(表面狀態(tài)及幾何因素)縫隙腐蝕(表面狀態(tài)及幾何因素) 特點(diǎn) 1.3.2 局部腐蝕 縫隙腐蝕機(jī)理縫隙腐蝕機(jī)理 引發(fā) 發(fā)展 1.3.2 局部腐蝕 1.3.2 局部腐蝕 應(yīng)力腐蝕破裂(力學(xué)因素)應(yīng)力腐蝕破裂(力學(xué)因素) 1
7、.3.2 局部腐蝕 應(yīng)力腐蝕破裂特征應(yīng)力腐蝕破裂特征 1.3.2 局部腐蝕 應(yīng)力腐蝕破裂機(jī)理應(yīng)力腐蝕破裂機(jī)理 1.3.2 局部腐蝕 腐蝕疲勞(力學(xué)因素)腐蝕疲勞(力學(xué)因素) 特征 機(jī)理 1.3.2 局部腐蝕 磨損腐蝕(力學(xué)因素)磨損腐蝕(力學(xué)因素) 湍流腐蝕 1.3.2 局部腐蝕 空泡腐蝕(汽蝕) 1.3.2 局部腐蝕 電偶腐蝕(異種金屬組合因素)電偶腐蝕(異種金屬組合因素) 機(jī)理 1.3.2 局部腐蝕 1.3.2 局部腐蝕 具有不同腐蝕電位的材料具有不同腐蝕電位的材料 存在導(dǎo)電回路存在導(dǎo)電回路 條 件 電偶序:金屬在一定條件下測得的穩(wěn)定電偶序:金屬在一定條件下測得的穩(wěn)定 電位的相對大小,判斷
8、相對腐蝕傾向。電位的相對大小,判斷相對腐蝕傾向。 晶間腐蝕(焊接因素)晶間腐蝕(焊接因素) 特征 1.3.2 局部腐蝕 晶間腐蝕機(jī)理晶間腐蝕機(jī)理 1.3.2 局部腐蝕 材料保護(hù)方法和技術(shù) 材料保護(hù)途徑材料保護(hù)途徑 第2章 耐蝕材料 2.1 金屬耐蝕原理 2.1.1 2.1.1 純金屬的耐腐蝕特性純金屬的耐腐蝕特性 2.1.1 純金屬耐蝕特性 2.1.2 二元合金耐蝕特性 2.1.2 二元合金耐蝕特性 2.1.2 二元合金耐蝕特性 2.1.2 二元合金耐蝕特性 塔曼定律(Tammann Law) 2.1.2 二元合金耐蝕特性 2.1.3 組織結(jié)構(gòu)的影響 2.1.3 組織結(jié)構(gòu)的影響 2.2 合理選
9、材 2.2 合理選材 2.2 合理選材 2.2 合理選材 2.2.1 金屬耐蝕合金化途徑 ac ac PPR i 腐蝕電池推動力腐蝕電池推動力 腐蝕體系電阻腐蝕體系電阻 2.2.1 金屬耐蝕合金化途徑 2.2.1 金屬耐蝕合金化途徑 2.2.2 耐蝕合金材料 除了在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中外,鋼鐵通常對很寬范圍的腐蝕介 質(zhì)具有某種程度的耐蝕能力 2.2.2 耐蝕合金材料 C:鋼中常以碳化物形式存在,是主要強(qiáng)化元素。 耐蝕性:在非氧化性的酸性介質(zhì)中,碳含量增大,腐蝕加速; 在氧化性介質(zhì)中,碳含量可影響到鋼的鈍化。 Mn:鋼主要強(qiáng)化元素。可溶入鐵素體中,也可細(xì)化珠光體組織使 其強(qiáng)化,提高鋼的強(qiáng)度。 耐蝕性:
10、Mn降低鋼的抗腐蝕能力。在鋼鐵常規(guī)范圍內(nèi)Mn對 鋼的性能無顯著影響 2.2.2 耐蝕合金材料 Si:可溶入鐵素體中起固溶強(qiáng)化作用 耐蝕性: Si與Al、Cu、Mo等元素配合使用時,提高鋼的抗 H2S及弱酸腐蝕能力 S:產(chǎn)生熱脆 耐蝕性:降低鋼的耐蝕性,誘發(fā)孔蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕破裂 P:強(qiáng)化鐵素體,產(chǎn)生冷脆 耐蝕性:含量增加降低普通碳鋼的耐蝕性; P是提高鋼耐大 氣腐蝕最有效的合金元素之一(與Cu聯(lián)用,含量0.15%) Cr:強(qiáng)化元素。 耐蝕性:提高鋼的抗H2S、NH3、CO2、H2O、HNO3、高溫 高壓H2及抗大氣、海水腐蝕的能力;對堿、氯化物 和硝酸鹽腐蝕無效 2.2.2 耐蝕合金材料 N
11、i:強(qiáng)化鐵素體,改善鋼的抗低溫沖擊能力 耐蝕性:提高鋼對酸、堿和海水的耐蝕能力,增強(qiáng)鋼耐大氣腐 蝕及抗腐蝕疲勞的能力;對H2腐蝕無效,易腐蝕破裂 Mo:提高鋼的強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度,防止鋼的回火脆性 耐蝕性:提高鋼抗H2S、NH3、CO、H2O、高溫高壓H2和弱還 原酸腐蝕的能力 Al:用以脫氧和細(xì)化晶粒 耐蝕性:提高鋼對大氣、NH3-CO2-H2O、H2S系統(tǒng)介質(zhì)的抗腐 蝕能力和抗弱酸腐蝕的能力;可固定氮,防止腐蝕破裂 Cu:含量過高會造成熱脆 耐蝕性:提高鋼的耐大氣及海水腐蝕的能力,尤其與P聯(lián)合使用 時作用更強(qiáng)??傻窒鸖的有害影響 2.2.2 耐蝕合金材料 Ti:提高鋼抗高溫高壓H2-N2-NH
12、3腐蝕的能力,與其它元素配合使用 能提高鋼抗大氣、海水及H2S腐蝕的能力 V:提高鋼抗高溫高壓H2-N2-NH3腐蝕、抗NH3-C02-H2O腐蝕及抗弱酸 腐蝕的能力,與其它元素配合使用能提高鋼抗H2S腐蝕的能力 Nb:與其它元素配合使用,藉以提高鋼抗大氣、海水、H2S及高溫高 壓H2-N2-NH3腐蝕的能力 W:提高鋼抗高溫高壓H2-N2-NH3腐蝕的能力,與V、Sn等元素配合 使用時提高鋼抗NH3-CO2-H2S-H2O系統(tǒng)腐蝕的能力 Sn、As、Sb:與其他元素配合使用,如與Cu配合作用可減低鋼在稀 硫酸和稀鹽酸中的腐蝕速率。Sn與W、V配合使用可 提高鋼抗NH3-CO2-H2S-H2O
13、系統(tǒng)腐蝕的能力 2.2.2 耐蝕合金材料 不銹鋼系不銹耐酸鋼的簡稱 在大氣、水蒸汽和淡水等弱介質(zhì)中耐腐蝕或具有不銹性的鋼種稱 為不銹鋼;在酸、堿、鹽等化學(xué)腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕的鋼種則稱為 耐酸鋼 由于化學(xué)成分上的差異而使它們耐蝕性能不同,不銹鋼一般不耐 酸,而耐酸鋼一般則均具有不銹性。 2.2.2 耐蝕合金材料 2.2.2 耐蝕合金材料 氧化膜對于處于固態(tài)和液態(tài)的鋁均有良好的保護(hù)作用。當(dāng)其受到損 壞時,只要有足夠的氧存在,氧化膜還可以“自愈”。只有在鹵素 離子或堿離子的激烈作用下才會受到破壞。 鋁在淡水、海水、濃硝酸、各種硝酸鹽、汽油及許多有機(jī)物中都具 有足夠的耐蝕性。但在還原性環(huán)境、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中卻不耐蝕 鋁是活潑金屬,其標(biāo)準(zhǔn)電位-1.67V。在空氣中極易氧化,生成致密 而堅(jiān)固的氧化膜(Al2O3),厚度約為51010-9m,熔點(diǎn)2050 2.2.2 耐蝕合金材料 銅及其合金的品種很多:分為四類:紫銅、黃銅、青銅和白銅 銅的標(biāo)準(zhǔn)電位0.34V,在空氣中較穩(wěn)定,耐蝕性較好。 黃銅:銅-鋅合金,可加入少量錫、錳、鋁等元素改善性能 錫能顯著提高其對海水的耐蝕性,錫黃銅又稱為海軍黃銅; 加1-2的錳能明顯提高黃銅的工藝性能、強(qiáng)度和耐蝕性; 鋁能提高黃銅強(qiáng)度、硬度和耐蝕性,但使塑性降低 青銅:早期銅-錫合金,除鋅、鎳以為的其它銅合金 錫青銅只有添加磷、鋅、鉛、鎳和其它元素才有應(yīng)用意義; 鋁青銅
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