第二章1材料腐蝕原理課件

均勻腐蝕程度的評定方法1局部腐蝕程度的評定方法2Content：均勻腐蝕程度的評定方法1局部腐蝕程度的評定方法2Conten腐蝕的分類-腐蝕形態(tài)1.普遍性腐蝕（或全面腐蝕）(GeneralCorrosion)

腐蝕分布在整個(gè)金屬的表面，可以是均勻的或不均勻的。這類金屬的危險(xiǎn)性較小，也較容易控制，并且依據(jù)腐蝕速率可進(jìn)行結(jié)構(gòu)腐蝕控制設(shè)計(jì)和使用壽命預(yù)測。2.局部腐蝕(LocalizedCorrosion)

局部可以是部分的也可以是成分的：前者包括坑，斑點(diǎn)，焊接區(qū)，縫隙區(qū)，金屬與導(dǎo)電體接觸區(qū)，表面下及晶間腐蝕等；后者較明顯的實(shí)例是黃銅的脫鋅破壞。局部腐蝕較普遍性腐蝕更具危險(xiǎn)性，更容易導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品腐蝕失效。3.應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力作用下的腐蝕斷裂即材料在應(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。當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為應(yīng)變（Strain）。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力（Stress）。

腐蝕的分類-腐蝕形態(tài)1.普遍性腐蝕（或全面腐蝕）(Gener一、材料腐蝕程度的評定方法材料的腐蝕傾向由其熱力學(xué)穩(wěn)定性決定，熱力學(xué)上不穩(wěn)定的材料具有腐蝕自發(fā)性，然而，腐蝕造成的破壞狀況和程度大小則取決于腐蝕的動力學(xué)。腐蝕的類型不同，所采用的評定方法也不同。主要為兩種評定方法：

均勻腐蝕程度的評定方法

局部腐蝕程度的評定方法

一、材料腐蝕程度的評定方法材料的腐蝕傾向由其熱力學(xué)穩(wěn)定性決定1.重量法2.深度法3.電流密度表征法

均勻腐蝕對于全面腐蝕情況下的均勻腐蝕，通常采用這三種方法來表征腐蝕的平均速率平均腐蝕速率：averagecorrosionrate

一.均勻腐蝕程度的評定方法1.重量法2.深度法3.電流密度表征法均勻腐蝕平均腐蝕速率1.重量法重量法（確切講應(yīng)該為質(zhì)量法）靈敏、有效、用途廣泛，是最基本的定量評定方法之一。是根據(jù)腐蝕前后的重量變化(增加或減少)來表示腐蝕的平均速率。增重法：若腐蝕產(chǎn)物全部牢固地附著于試樣表面，或雖有脫落但易于全部收集，則常用增重法來表示。失重法：如果腐蝕產(chǎn)物完全脫落或易于全部清除、則往往采用失重法。1.重量法重量法（確切講應(yīng)該為質(zhì)量法）靈敏、有效、用途廣泛，計(jì)算公式：平均腐蝕速率(單位時(shí)間、單位面積的重量變化)的計(jì)算公式為：

式中，υw為腐蝕速率(g／(m2．h))；W＝|W-W0|，為試樣腐蝕前重量W0和腐蝕后重量W的變化量(g)；S為試樣的表面積(m2)；t為試樣腐蝕的時(shí)間(h)。計(jì)算公式：平均腐蝕速率(單位時(shí)間、單位面積的重量變化)的計(jì)算注意事項(xiàng)假定整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)腐蝕始終以恒定的速率進(jìn)行，而實(shí)際常并非如此S通常是利用試樣腐蝕前的表面積，當(dāng)試樣周期內(nèi)腐蝕導(dǎo)致的試樣表面積變化明顯時(shí)將會影響數(shù)據(jù)真實(shí)性采用失重法時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法去除試樣表面的殘余腐蝕產(chǎn)物

條件表面積S

操作注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)假定整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)腐蝕始終以恒定的速率進(jìn)行，而實(shí)際常2.深度法從工程應(yīng)用角度上看，影響結(jié)構(gòu)或設(shè)備壽命和安全的重要指標(biāo)是腐蝕后構(gòu)件的有效截面尺寸。因此，用深度法表征腐蝕程度更有實(shí)際意義。特別是對衡量不同密度的材料的腐蝕程度，目前該方法已被納入有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如我國國標(biāo)GBl0124《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》，美國材料試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTMG1，ASTMG3等)。方法：直接測量腐蝕前后或腐蝕過程中某兩時(shí)刻的試樣厚度．就可以得到深度法表征的腐蝕速率(失厚或增厚)。2.深度法從工程應(yīng)用角度上看，影響結(jié)構(gòu)或設(shè)備壽命和安全的重要計(jì)算公式：深度法表征的腐蝕速率可以由重量法計(jì)算出的腐蝕速率換算得到，換算公式為：?Vd=Vw/8.76

式中υd,υw分別為深度法和重量法表示的腐蝕速率，單位分別為mm/a和g/m2h。對于腐蝕減薄情況,為腐蝕材料的密度；對于增厚情況，應(yīng)為腐蝕產(chǎn)物的密度。但實(shí)際中腐蝕產(chǎn)物密度的準(zhǔn)確值難以確定，因而式一般僅用于減薄情況，的單位為g/cm3。計(jì)算公式：深度法表征的腐蝕速率可以由重量法計(jì)算出的腐蝕速率換根據(jù)深度法表征的腐蝕速率大小，可以將材料的耐蝕性分為不同的等級:根據(jù)深度法表征的腐蝕速率大小，可以將材料的耐蝕性分為不同的等υd：>1.0mm/aυd：0.1~1.0mm/aυd<0.1mm/a

耐蝕（1級）不可用（3級）可用（2級）其他方法：三級分類法不管按幾級分類，僅具有相對性和參考性，科學(xué)地評價(jià)腐蝕等級還必須考慮具體應(yīng)用背景。υd：>1.0mm/aυd：0.1~1.0mm/aυd<0.3.電流密度表征法：金屬的電化學(xué)腐蝕是由陽極溶解導(dǎo)致的、因而電化學(xué)腐蝕的速率可以用陽極反應(yīng)的電流密度來表征。法拉第定律指出，當(dāng)電流通過電解質(zhì)溶液時(shí)，電極上發(fā)生電化學(xué)變化的物質(zhì)的量與通過的電量成正比，與電極反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)成反比。3.電流密度表征法：金屬的電化學(xué)腐蝕是由陽極溶解導(dǎo)致的、因而法拉第定律：設(shè)通過陽極的電流強(qiáng)度為I，通電時(shí)間為t，則時(shí)間t內(nèi)通過電極的電量為It，相應(yīng)溶解掉的金屬的質(zhì)量

M為A為1mol金屬的相對原子質(zhì)量，單位為g/mol；n為金屬陽離子的價(jià)數(shù),F為法拉第常數(shù)．其值約為96500C/mol。法拉第定律：設(shè)通過陽極的電流強(qiáng)度為I，通電時(shí)間為t，則時(shí)間t腐蝕速率計(jì)算公式：對于均勻腐蝕情況．陽極面積為整個(gè)金屬表面S，因此腐蝕電流密度icorr為I/S。這樣就可以得到重量法表示的腐蝕速率υw和電流密度之間的關(guān)系：同樣可以得到以深度法表征的腐蝕速率與腐蝕電流密度的關(guān)系為腐蝕速率計(jì)算公式：對于均勻腐蝕情況．陽極面積為整個(gè)金屬表面S腐蝕速率計(jì)算公式：當(dāng)電流密度icorr的單位取A/cm2，其他量的單位同前面規(guī)定時(shí),重量法所表示的腐蝕速率υw：

υw=3.73×10-1Aicorr/n深度法所表示的腐蝕速率υd可以換算為？？？前面所介紹的腐蝕速率表征方法均適用于均勻腐蝕情況。而對于非均勻腐蝕，即便是全面腐蝕，上述方法也不適用，這時(shí)需要借助其他方法來評定腐蝕程度。腐蝕速率計(jì)算公式：當(dāng)電流密度icorr的單位取A/cm2，二.局部腐蝕程度的評定方法包括應(yīng)力作用下腐蝕在內(nèi)的廣義局部腐蝕的特點(diǎn)是，材料的質(zhì)量損失很小，但是，材料局部腐蝕可能會很嚴(yán)重。因此，評價(jià)局部腐蝕程度不能簡單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法，這時(shí)需要根據(jù)具體腐蝕類型，以及對材料或結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響等來選擇適用的評定方法。二.局部腐蝕程度的評定方法包括應(yīng)力作用下腐蝕在內(nèi)的廣義局部腐

應(yīng)力作用下的腐蝕

多數(shù)局部腐蝕點(diǎn)蝕密度，平均點(diǎn)蝕深度，最大點(diǎn)蝕深度測量電阻率的改變斷裂壽命，斷裂時(shí)間法

點(diǎn)腐蝕評價(jià)局部腐蝕程度不能簡單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法，這時(shí)需要根據(jù)具體腐蝕類型，以及對材料或結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響等來選擇適用的評定方法。局部腐蝕程度的評定方法應(yīng)力作用下的腐蝕多數(shù)局部腐蝕點(diǎn)蝕密度，平均點(diǎn)蝕深度，最大計(jì)算公式：測定腐蝕前后試件機(jī)械強(qiáng)度或斷裂延伸率的變化，不僅適用于全面腐蝕（均勻的或不均勻的），更有利于評價(jià)局部腐蝕。假設(shè)試件腐蝕前、后的抗拉強(qiáng)度分別為b和b’，延伸率分別為f和f’，則在規(guī)定腐蝕時(shí)間內(nèi)，評定腐蝕程度的指標(biāo)抗拉強(qiáng)度損失K和延伸率損失K可分別表示為計(jì)算公式：測定腐蝕前后試件機(jī)械強(qiáng)度或斷裂延伸率的變化，不僅適宏觀與微觀腐蝕電池金屬的電化學(xué)腐蝕腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)腐蝕原電池電極與電位1234宏觀與微觀腐蝕電池金屬的電化學(xué)腐蝕腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)腐蝕原絕大多數(shù)金屬均處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，有自動發(fā)生腐蝕的傾向，研究腐蝕現(xiàn)象需要從兩個(gè)方面著手，一方面是看腐蝕的自發(fā)傾向大?。硪环矫媸强锤g進(jìn)程的快慢，前者需要用熱力學(xué)原理進(jìn)行分析，后者則要借助動力學(xué)理論。對于金屬腐蝕和大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)來說，一般都是在恒溫、恒壓的敞開體系條件下進(jìn)行的，在這種情況下，用系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)吉布斯(Gibbs)自由能判據(jù)來判斷反應(yīng)的方向和限度較為方便。吉布斯自由能用G表示、它被定義為物質(zhì)系統(tǒng)的焓減去它的絕對溫度與熵的乘積。腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)絕大多數(shù)金屬均處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，有自動發(fā)生腐蝕的傾向，研腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)對于等溫、等壓并且沒有非膨脹功的過程，物質(zhì)系統(tǒng)的平衡態(tài)對應(yīng)于吉布斯自由能G為最低的狀態(tài)G的負(fù)值的絕對值越大，該腐蝕的自發(fā)傾向就越大。腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)對于等溫、等壓并且沒有非膨脹功的過程，物金屬原子態(tài)和化合態(tài)自由能狀況金屬原子態(tài)和化合態(tài)自由能狀況腐蝕與環(huán)境的關(guān)系例：判斷那種情況下會發(fā)生腐蝕：(1)銅在純鹽酸(pH＝0)中，則有Cu+2H+

Cu2++H2↑

00≈65.520(2)銅在含有溶解氧的鹽酸(PH＝0，pO2＝21278Pa)中，則有Cu+1/2O2+