腐蝕與腐蝕控制原理-熊金平.ppt

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1、腐蝕與腐蝕控制原理熊金平北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院一、腐蝕的代價及防腐的意義普遍性：生活工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；尖端科學(xué)國防工業(yè)；西部開發(fā)等，涉及國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。嚴重性：30%鋼鐵報廢，若2/3可回收，10%永遠流失。經(jīng)濟損失：全球7000億美元/年（GNP)1-5%美國3000億美元/年4%我國2800億人民幣（1998年）4%以上危害：消耗寶貴的資源和能源污染環(huán)境造成災(zāi)難性事故，危及人生安全限制新技術(shù)新工藝的實現(xiàn)，影響可持續(xù)發(fā)展腐蝕是一種自發(fā)性傾向腐蝕（氧化劑存在）冶金過程（加能量）腐蝕控制途徑正確選材：金屬、非金屬介質(zhì)處理：除去有害成分（去O2，去濕、改變pH）加緩蝕劑。電化學(xué)保護：陰極

2、保護（犧牲陽極，外加電流）陽極保護表面覆蓋層：涂、鍍、噴、襯、滲（耐蝕材料），氧化、磷化合理防腐設(shè)計：設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計（局部、整體）生產(chǎn)工藝合理設(shè)計科學(xué)管理：專人負責(zé)，防腐設(shè)計、施工、維護操作規(guī)程，記錄檔案等金屬化合物狀態(tài)（礦物）（不穩(wěn)定）（穩(wěn)定）做好防腐工作原則：科學(xué)、合理，經(jīng)濟、可行，綜合考慮注意：一種防腐措施不是萬能的，不能夠解決所有腐蝕問題一個腐蝕問題，不限于只用一種方法解決。正確選材、合理設(shè)計、精心施工、科學(xué)管理腐蝕控制的意義控制腐蝕、節(jié)約資源改善環(huán)境、保障安全、創(chuàng)造財富二、腐蝕的定義廣義說：任何材料與環(huán)境作用造成的破壞（失效）。金屬腐蝕更為重要金屬腐蝕金屬/環(huán)境變質(zhì)、破壞腐蝕科學(xué)

3、研究目的探求材料腐蝕規(guī)律、揭示機理尋找有效的腐蝕控制途徑開發(fā)各種測試技術(shù)、防腐措施適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要難點多學(xué)科交叉領(lǐng)域材料、環(huán)境影響因素多自制模擬試驗裝置化學(xué)、電化學(xué)作用物理作用三、腐蝕的分類按機理分類電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕材料/電解質(zhì)破壞材料/非電解質(zhì)破壞（離子導(dǎo)電）特點特點①至少有2對以上電極過程分區(qū)進行①電子在界面同一地點交接②有電流產(chǎn)生②無電流產(chǎn)生③可與機械力、生物協(xié)同作用③低溫腐蝕小，高溫才有意義④一般腐蝕速度大④有少量水時即轉(zhuǎn)化為電化學(xué)腐蝕FeFe2++2eH++eH電化學(xué)化學(xué)eFen+Oe按形貌分類全面腐蝕局部腐蝕●腐蝕分布在整個金屬表面上●腐蝕主要集中于金屬表面某一可以是均

4、勻、也可非均勻區(qū)域，其余部分幾乎未被破壞?！裎ｋU小，可預(yù)測●危險性大，事先無征兆，不可預(yù)測?！裨O(shè)計時考慮腐蝕裕度即可●特殊腐蝕，如孔蝕、縫隙腐蝕●如碳鋼在強堿、酸中的腐蝕晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂等。四、腐蝕熱力學(xué)腐蝕發(fā)生的根本原因，材料所處環(huán)境中有氧化劑存在。1、腐蝕傾向大小的判斷（熱力學(xué)第二定律）<0自發(fā)進行Fe+2H+Fe2++H2=0反應(yīng)平衡μ：00-84.94KJ0>0不能進行=-84.94KJ<0(自發(fā)進行)反應(yīng)自發(fā)進行反應(yīng)自發(fā)進行●●●●2、平衡電位與非平衡電位平衡體系平衡電極電位（穩(wěn)定、可逆）●電極上僅一對電極過程進行MMn++ne●平衡時：平衡電位（Ee）物質(zhì)交換平衡電荷交

5、換平衡交換電流密度（i0）●E~服從Nernst方程，E可測●金屬浸在含本身離子的溶液中●平衡電位序表—電動序金屬溶液MMn+非平衡體系穩(wěn)定電位（不可逆、腐蝕電位）●電極上至少有二對電極過程進行MMn+D.eDM●穩(wěn)定時：穩(wěn)定電位（Ec）腐蝕電流密度（ic）●電極電位只能實測，不符合Nernst方程●金屬浸在不含本身離子的溶液中●環(huán)境介質(zhì)一定的條件下，腐蝕電位序表—電偶序D.e物質(zhì)交換不平衡電荷交換平衡DMn+金屬溶液ic3、電位—pH圖根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)原理建立起來的一種電化學(xué)平衡圖（E、pH、）。用途●了解腐蝕體系中各種平衡●預(yù)測金屬腐蝕的傾向●指導(dǎo)選擇腐蝕控制的途徑如B腐蝕狀態(tài)的控制途

6、徑①使電位負移至1處，陰極保護②使電位正移至2處，陽極保護③pH升高至3處，鈍化局限性Fe—H2O理論E—pH圖●不表示速度問題●不表示鈍化膜保護性能大小aB●pHEe穩(wěn)定區(qū)(免蝕)1鈍態(tài)3b2腐蝕經(jīng)驗電位—pH圖五、腐蝕動力學(xué)—速度問題1、腐蝕原電池成因：電化學(xué)不均勻性（各處電位不等）ZnZnH2SO4H2SO4腐（純）<腐（雜質(zhì)Cu）類型：●微電池金屬化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)不同●宏電池濃度、溫度不同，異種金屬接觸特點：●短路原電池●化學(xué)能變電能，只是變成熱能散失●只是加速腐蝕如果沒有氧化劑，腐蝕電池存在也不腐蝕●Cu●陽極(-)ZnZn2++2e●陰極(＋)2H++2eH22、

7、腐蝕電池的工作歷程金屬溶液陽極●陽極反應(yīng)MMn++nene?Mn+Mn+●陰極反應(yīng)D+ne[D?ne]●電流流動金屬側(cè)—電子溶液側(cè)—離子neD[D?ne]陰極三個環(huán)節(jié)缺一不可，一個步驟停止進行，體系中材料不發(fā)生蝕?！耜枠O（氧化反應(yīng)）電位較負，電流流出部分●陰極（還原反應(yīng)）電位較正，電流流入部分腐蝕不可抗拒，但可增大阻力控制腐蝕速度。Ic●3、腐蝕速度與極化作用eIc陰極極化短路前陽ZnCu陰陽極極化短路后3%NaCl短路前短路后t腐