腐蝕與防護(hù)-緒論課件

材料腐蝕理論及應(yīng)用課程說明（1）授課方式：理論授課與專題（學(xué)生準(zhǔn)備）討論相結(jié)合（2）考試方式：小論文形式；原理題；PPT報告（專題）（3）先修要求：材料學(xué)基礎(chǔ)，大學(xué)化學(xué)，材料力學(xué)（4）專題要求：以小論文或報告形式綜述某一研究方向或領(lǐng)域的國內(nèi)外研究進(jìn)展，題目自選或參考老師提供的題目，其中要求至少查閱25篇以上的近10年內(nèi)出版的參考文獻(xiàn)作為報告的內(nèi)容，并把參考文獻(xiàn)附在報告。“材料腐蝕理論及應(yīng)用”主要內(nèi)容金屬材料的化學(xué)腐蝕（高溫氧化）和電化學(xué)腐蝕理論非金屬材料的腐蝕行為和原理材料的環(huán)境敏感斷裂和微動損傷工程材料和結(jié)構(gòu)的常見局部腐蝕類型及其控制技術(shù)腐蝕控制中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境處理、表面處理和電化學(xué)保護(hù)技術(shù)材料的耐蝕理論腐蝕研究方法、失效分析技術(shù)和診斷技術(shù)

*第六章：材料的耐蝕理論第七章：腐蝕研究方法、失效分析技術(shù)和診斷技術(shù)（1）物理方法（各種現(xiàn)代分析技術(shù)）掃描電鏡、X射線衍射與能譜、X光電子譜、俄歇譜、電子探針、離子探針等；（2）電化學(xué)方法（開路電位、極化曲線、交流阻抗、電化學(xué)噪聲等）；（3）斷裂力學(xué)方法；（4）*無損檢測技術(shù)（聲、光、熱、電、磁等方法）推薦參考書劉道新主編.《材料的腐蝕與防護(hù)》，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006肖紀(jì)美，曹楚南.《材料腐蝕學(xué)原理》.化學(xué)工業(yè)出版社，2002孫秋霞主編.《材料腐蝕與防護(hù)》.冶金工業(yè)出版社，2002白新德主編.《材料的腐蝕與控制》，清華大學(xué)出版社，2005蔣祖國主編.《飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞》.航空工業(yè)出版社，1992劉道新主編.《機(jī)械失效分析與預(yù)防技術(shù)》.西北工業(yè)大學(xué)，2002曹楚南.《腐蝕電化學(xué)原理》.化學(xué)工業(yè)出版社，2004曹楚南.《腐蝕電化學(xué)》.化學(xué)工業(yè)出版社，1994第1章緒論腐蝕現(xiàn)象與定義腐蝕的危害與經(jīng)濟(jì)損失腐蝕控制（防護(hù)）及其重要性腐蝕的分類腐蝕的主要形態(tài)腐蝕程度的評定方法腐蝕的主要控制方法失效原因腐蝕斷裂磨損其它比例（%）4244311圖1.1T-39，F(xiàn)-4C/D/E，RF-4C，F(xiàn)-111C和C-4A五種飛機(jī)分解狀態(tài)檢查的事故累積出現(xiàn)率表1.1在一些工程工業(yè)中調(diào)查的失效原因的比例1.1材料腐蝕的基本概念

“金屬腐蝕是金屬從元素態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)的化學(xué)變化及電化學(xué)變化”。腐蝕可以從幾個方面下定義：（1）由于材料與環(huán)境及應(yīng)力作用而引起的材料的破壞和變質(zhì)；（2）除了機(jī)械破壞以外的材料的一切破壞；（3）冶金的逆過程等。

“材料的腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和/或物理作用的破壞現(xiàn)象”

“材料腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用或電化學(xué)作用而變質(zhì)和破壞的現(xiàn)象”。

腐蝕環(huán)境自然環(huán)境：大氣、土壤、海洋、生物和微生物等工業(yè)介質(zhì)：

酸、堿、鹽、工業(yè)水、熔鹽、燃?xì)?、藥劑、廢氣等腐蝕的危害2～5%GDP！腐蝕危害遍及日常生活和幾乎所有的行業(yè)，包括冶金、化工、能源、礦山、交通、機(jī)械、航空航天、信息、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、海洋開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施等。能源和材料的損失設(shè)備的失效，物料污染工藝流程的中斷泄漏（跑、冒、滴、漏）、爆炸、傷亡環(huán)境污染高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的限制性因素資源和能源的浪費(fèi)統(tǒng)計(jì)表明每年全球因設(shè)備和工程結(jié)構(gòu)腐蝕而報廢的金屬，約占金屬年產(chǎn)量的30%，其中三分之一完全無法回收，這樣全世界每年就有上億噸的金屬，因腐蝕而損耗掉了！僅我國每年因腐蝕報廢的鋼鐵就相當(dāng)于上海寶鋼全年的產(chǎn)量。

有限資源與可持續(xù)發(fā)展金屬儲量mt年消耗增加率%可用年數(shù)a樂觀計(jì)算年數(shù)a每公斤材料能耗kw-hFe1×1061.310931916-30Al11705.1359180Cu3083.4249530-40Zn1232.51810115-20Ti1472.7511522001.2腐蝕的危害與腐蝕控制的重要性1.2.1腐蝕的危害1.2.1.3間接經(jīng)濟(jì)損失間接損失難以估計(jì)，一般包括如下幾個方面：①停工，例如煉油廠更換一根腐蝕了的鋼管可能只需數(shù)百美元，但當(dāng)由此造成的停工一小時，產(chǎn)值可能損失10000美元。再如電站鍋爐管因腐蝕而爆炸，造成電廠停電，由此導(dǎo)致其供電范圍內(nèi)的工廠全部停電，其損失會是十分驚人的。②降低產(chǎn)品效率，如腐蝕產(chǎn)物影響管路暢通，降低設(shè)備和管道的換熱效率及輸送容量等。③產(chǎn)品的污染，如罐頭或飲料因容器器壁腐蝕造成污染而報廢。航空工業(yè)的腐蝕損傷美國1995年：飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕損失每年達(dá)130億美元，美國空軍腐蝕維修費(fèi)約10億美元，海軍飛機(jī)每年約花1.5億美元用作腐蝕維護(hù)和維修。1982年國際航空運(yùn)輸協(xié)會對其成員公司的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，因腐蝕導(dǎo)致飛機(jī)定期維修、更換機(jī)件所需費(fèi)用平均為每架次每飛行小時10～20美元

飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕案例

2002年國航機(jī)隊(duì)的767飛機(jī)因設(shè)計(jì)原因和防腐措施不到位，導(dǎo)致前后貨艙門檻內(nèi)緣條及周邊框架、長桁大面積嚴(yán)重腐蝕，更換緣條的工作造成飛機(jī)停場25天，修理費(fèi)用高大106萬美元（850萬人民幣）。

在飛機(jī)A、C、D檢中，最常見的結(jié)構(gòu)故障是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的腐蝕。

材料腐蝕損傷的控制技術(shù)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與冷熱加工工藝合理選材與開發(fā)新材料（非晶、納米晶、微晶材料、非金屬新材料等）環(huán)境的處理（如三脫一注、緩蝕劑的應(yīng)用等）電化學(xué)保護(hù)（陰極保護(hù)與陽極保護(hù)）表面涂鍍層技術(shù)（濕法鍍、干法鍍等）表面改性技術(shù)（機(jī)械表面形變強(qiáng)化、注入、滲、合金化處理、激光、電子束、離子束、等離子體表面處理等）腐蝕損失（代價）=故障損失+防護(hù)費(fèi)用1.3腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展

（1）我國商代（公元前16世紀(jì)～前11世紀(jì)）就用錫改善銅的耐蝕性，冶煉出了青銅。聞名世界的中國真漆（大漆）在3000多年的商代得到了應(yīng)用。發(fā)掘的2000多年前的秦始皇兵馬俑坑中的青銅劍光亮如新、鋒利如初，經(jīng)分析表面有一層厚約10微米的含鉻黑色氧化層，而基體中并不含鉻。（2）18世紀(jì)中葉開始陸續(xù)出現(xiàn)對腐蝕現(xiàn)象和防護(hù)技術(shù)的研究及闡述。（3）作為一門獨(dú)立的學(xué)科則是二十世紀(jì)20～30年，50年代后迅速發(fā)展。特別是現(xiàn)代測試技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了學(xué)科進(jìn)展。（4）我國1961年成立了國家腐蝕科學(xué)學(xué)科組，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會于1979年12月正式成立。2005年成功申請并舉辦腐蝕學(xué)科最重要的國際系列會議——第16屆世界腐蝕大會1.4材料腐蝕的分類依據(jù)腐蝕環(huán)境分類法：（1）干燥氣體腐蝕（干腐蝕）

；（2）電解質(zhì)溶液中的腐蝕

①自然環(huán)境中的腐蝕：大氣腐蝕；土壤腐蝕；海水腐蝕；微生物腐蝕。②工業(yè)介質(zhì)中的腐蝕：酸、堿、鹽溶液中的腐蝕；工業(yè)水中的腐蝕；高溫高壓水中的腐蝕；熔融鹽中的腐蝕。（3）非電解液中的腐蝕（4）熔融金屬的“腐蝕”——“物理腐蝕”。1.4材料腐蝕的分類1.4材料腐蝕的分類1.4材料腐蝕的分類依據(jù)腐蝕形態(tài)分類法：（1）普遍性腐蝕（或全面腐蝕）（GeneralCorrosion）腐蝕分布在整個金屬的表面，均勻的或不均勻的。

（2）局部腐蝕（LocalizedCorrosion）局部既可以是部位的也可以是成分的。（3）應(yīng)力作用下的腐蝕斷裂材料在應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境介質(zhì)協(xié)同作用下發(fā)生的開裂及斷裂失效現(xiàn)象。

力+腐蝕環(huán)境→構(gòu)件→低應(yīng)力脆斷

靜應(yīng)力+腐蝕→SCC交變應(yīng)力+腐蝕→CF靜應(yīng)力+氫環(huán)境→HE微動+腐蝕→FCF

應(yīng)力作用下的材料環(huán)境損傷圖1.5美國部分工業(yè)部門不同腐蝕形態(tài)所占比例統(tǒng)計(jì)材料類型高分子材料玻璃與陶瓷混凝土腐蝕類型或表現(xiàn)化學(xué)氧化；水解；應(yīng)力腐蝕（環(huán)境應(yīng)力開裂）；生物腐蝕；輻照分解；熱、光氧化分解溶脹溶解水解；酸、堿侵蝕(溶解)風(fēng)化（溶解與水解浸析）；選擇性腐蝕；應(yīng)力腐蝕溶解浸蝕(物理性溶解)分解型腐蝕(化學(xué)作用)膨脹型腐蝕（物理或化學(xué)作用）非金屬材料的腐蝕類型

1.5腐蝕程度的評定方法1.5.1均勻腐蝕程度的評定方法1.5.1.1重量法1.5腐蝕程度的評定方法1.5.1均勻腐蝕程度的評定方法1.5.1.2深度法

1.5腐蝕程度的評定方法1.5.1均勻腐蝕程度的評定方法1.5.1.2深度法

1.5腐蝕程度的評定方法表1.4均勻腐蝕的十級標(biāo)準(zhǔn)腐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速率，mm/a腐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速率，mm/aⅠ完全耐蝕1<0.001Ⅳ尚耐蝕60.1～0.5Ⅱ很耐蝕20.001～0.00570.5～1.030.005～0.01Ⅴ欠耐蝕81.0～5.0Ⅲ耐蝕40.01～0.0595.0～10.50.05～0.1Ⅵ不耐蝕10>10.01.5腐蝕程度的評定方法1.5.1均勻腐蝕程度的評定方法1.5.1.2電流密度表征法

1.5腐蝕程度的評定方法1.5.2局部腐蝕程度的評定方法1.6課程章節(jié)安排重要的科學(xué)技術(shù)問題和領(lǐng)域前沿1.金屬/腐蝕介質(zhì)界面反應(yīng)和決定速度步驟的原位綜合研究2.

鈍化、高強(qiáng)度不銹鋼和耐蝕合金3.耐高溫/高壓、耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、耐多相流沖刷腐蝕等苛刻條件下服役的高性能復(fù)合涂層，包括添加碳化物、超細(xì)陶瓷粉等耐磨材料的復(fù)合涂層以及含納米功能性添加劑的涂層重要的科學(xué)技術(shù)問題和領(lǐng)域前沿4.

環(huán)保型涂層，包括防污損生物附著涂層、水基和無溶劑型涂層、低價鍍鉻、代電鍍Cr技術(shù)開發(fā)5.利用電化學(xué)微探針技術(shù)和電子光學(xué)原位技術(shù)從分子水平上研究緩蝕機(jī)理，包括緩蝕劑分子和特性官能團(tuán)在表面的吸附和緩蝕機(jī)理、表面自組裝膜和電聚合膜型緩蝕劑的研究、環(huán)境相容的緩蝕/殺菌/阻垢多效緩蝕劑的開發(fā)，例如用于電子裝備的氣相緩蝕劑的研究與開發(fā)，飛機(jī)油箱專用緩蝕劑、殺菌劑等。重要的科學(xué)技術(shù)問題和領(lǐng)域前沿6.硫酸還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌和硫細(xì)菌等微生物影響下的腐蝕7.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的發(fā)生發(fā)展規(guī)律和影響因素、檢測/維修/保養(yǎng)技術(shù)8.海洋平臺、長輸管線、跨海大橋等大型工程結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、以及其他根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范/評價判據(jù)/專家經(jīng)驗(yàn)建立的專家系統(tǒng)等智能軟件的開發(fā)。艦載飛機(jī)、大型飛機(jī)的腐蝕與控制。重要的科學(xué)技術(shù)問題和領(lǐng)域前沿9.腐蝕的在線檢測/評價/預(yù)測預(yù)報、大型裝置的可靠性和服役適應(yīng)性的評估、檢修周期和腐蝕剩余壽命的評估10.工業(yè)裝置/設(shè)備在使用壽命期內(nèi)總費(fèi)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析(LivetimeCycleCost)，防護(hù)系統(tǒng)工程學(xué)（Terotechnology），以風(fēng)險分析為基礎(chǔ)的檢測(RiskBasedInspection)11.裂紋萌生與擴(kuò)展的位錯層次研究；裂紋擴(kuò)展預(yù)測模型建立；損傷過程的計(jì)算機(jī)仿真

參考專題：1、大型船舶的腐蝕特點(diǎn)、影響因素及腐蝕控制技術(shù)研究進(jìn)展；2、跨海大橋的腐蝕隱患分析及腐蝕控制技術(shù)研究進(jìn)展；3、鎂合金腐蝕行為及其腐蝕防護(hù)技術(shù)；4、生物植入金屬材料的腐蝕損傷及其防護(hù)技術(shù)；5、固液兩相中金屬材料的沖蝕機(jī)理及其控制技術(shù)研究進(jìn)展；6、高強(qiáng)度鋼腐蝕疲勞行為、機(jī)理與控制技術(shù)研究進(jìn)展；7、鈦鋁合金的高溫氧化行為及其防護(hù)技術(shù)；8、納米材料腐蝕行為及其防護(hù)技術(shù)；9、非晶材料腐蝕行為及其防護(hù)技術(shù)；10、鋁鋰合金的腐蝕行為及其防護(hù)技術(shù)；11、金屬基復(fù)合材料的腐蝕行為及其防護(hù)技術(shù)；12、樹脂基復(fù)合材料的腐蝕行為及其防護(hù)技術(shù)；13、飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞及其防腐蝕設(shè)計(jì)技術(shù)；14、材料腐蝕控制專家系統(tǒng)研究進(jìn)展；15、生產(chǎn)過程中的腐蝕因素分析與對策；16、表面處理工程中的氫脆起因與控制技術(shù)；17、電子器件的腐蝕與控制技術(shù)；18、油氣田領(lǐng)域的腐蝕問題與防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展；19、航天領(lǐng)域的腐蝕問題與防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展；20、武器裝備領(lǐng)域的腐蝕問題與防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展；21、微納米制