➢ 普遍性 纯金属最低能级状态一般为其化合物（除Au、Pt）普遍存在的空气和水是两类 主要腐蚀环境（O2、H+）
➢ 隐蔽性 (1) 发展速度缓慢（如不锈钢在海水中点蚀） (2) 表现形式不易被发觉（ 生锈：容易观察应力腐蚀；断裂：表面光亮如新
内部满布裂纹）
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§1.1 材料腐蚀的基本概念
腐蚀实例
管路腐蚀
每年因腐造成的金属材料损耗占大约10-20%的金属年产量。
2003年钢产量： 世界：9.625亿吨 中国：2.2 亿吨 美国：0.914 亿吨
世界每年腐蚀掉的钢超过美国的钢产量； 我国每年腐蚀掉的钢相当于宝钢一年的产量。
全球资源枯竭时间预测
年代 矿产资源
2050年 一般矿产
2070年 金属
2080年
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§1.3 腐蚀的分类
根据腐蚀的温度分类：
➢ 常温腐蚀：在常温条件下，材料与环境介质发生化学或电化学反应引起的破 坏。
➢ 高温腐蚀：在高温条件下(一般温度>100oC)材料与介质发生化学或电化学反 应而引起的破坏。
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§1.3 腐蚀的分类
根据腐蚀的环境分类：
➢ 自然环境腐蚀 • 大气腐蚀 • 淡水和海水腐蚀 • 土壤腐蚀 • 微生物腐蚀
维修成本300亿美元。 ➢ 美国有410 000英里的油气输运管线，60%是40年以上的老管线，操作和维
修的年度成本估计为40-120亿美元。管线失效造成的间接损失可能很大，每 次溢油估计损失1亿美元。 ➢ 给排水系统需要大量维修工作，给水花费10亿，废水为9亿。 交通 ➢ 美国有7000架飞机，有些飞机已超过20年设计寿命。每架波音777的腐蚀成 本设计阶段为2500万美元，加工和装配阶段为45000美元，每年的维护费用 为100-250万美元。 ➢ 美国有道路车辆2亿台，汽车用到10年以上才发现明显的腐蚀问题。广泛采 用镀锌和更好的磷化预处理，车身下密封由沥青换成PVC 材料，排气系统大 量用不锈钢，车身用铝合金与塑料引入近代控制方法仍要花去总加工费的4－ 5％。
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§1.2.1.3 腐蚀造成的设备破坏、人员伤亡和环境污染
3、 化 工 工 业 （ 石 化 、 造 纸 等 ）
金属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏 可造成大量有毒的物质泄漏，污染环 境，危害人民的健康。
化工设备：管道、锅炉、储存、阀门、 冷凝；
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§1.2.1.3 腐蚀造成的设备破坏、人员伤亡和环境污染
影响材料部件的寿命，因此对其深度的测量具有实际意义。
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§1.4 腐蚀防护的评定方法
容量法：析氢腐蚀时，如果氢气析出量与金属腐蚀量呈正比，可
以用单位时间内单位面积析出的氢气量来表示金属的腐蚀速率。
16
§1.4 腐蚀防护的评定方法
腐蚀电流密度法
腐蚀电流密度icorr: 单位时间通过金属电极单位面积的电量
环境介质：材料-环境交互作用
表面/界面现象（氧化态）
自发现象（体系自由能降低的过程）
材料损伤
宏观上：材料质量流失、强度退化 微观上：组织、结构或价态的改变
Thomas H. Huxley 1825-1895
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§1.1 材料腐蚀的基本概念
腐蚀的特点：
➢ 自发性 材料的腐蚀过程是能量降低的自发过程
剥蚀
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§1.3 腐蚀的分类
根据腐蚀的机理分类：
➢ 物理腐蚀：是材料在环境介质作用下，没有化学反应，而以物理变化发生破坏的腐蚀 类型（Fe在液体钠中的腐蚀）。
➢ 化学腐蚀：是指材料表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏（高温氧化）。
➢ 电化学腐蚀：是指金属材料和电解质溶液接触时，由于腐蚀电池作用而引起的金属材 料腐蚀破坏。其腐蚀规律遵循电化学腐蚀原理（应力机械腐蚀开裂、腐蚀疲劳、磨损 腐蚀、氢致腐蚀、空泡腐蚀）
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§1.2.1.1 腐蚀造成的经济损失
国家 英国 日本
前苏联
德国
年份
1957 1969 1975 1999
1975
1985 1968 1982 1994
年腐蚀损失 GDP/%
6亿英镑 13.65亿英镑 3.5 25509亿日元 39377亿日元
130-140亿卢 布 400亿卢布 190亿马克 3 450亿马克 1170亿马克
①在电极上析出或溶解的物质的量与通过电化学体系的电量呈 正比 ②在通过相同电量的情况下，在电极上析出或溶解的不同物质 的量与其化学当量成正比，
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§1.4 腐蚀防护的评定方法
力学性能指标： 测定腐蚀前后试样的抗拉强度的变化率来评定腐
蚀速率。如：对非金属材料如水泥的腐蚀评定，可采用此方法。
σb0和σb1分别是腐蚀前后的抗拉强度
材料成型及控制工程专业选修课
材料腐蚀与防护
1
第五章 金属的钝化
3
本章主要内容
5.1 钝化现象 5.2 有钝化特性金属的极化曲线 5.3 金属的自钝化 5.4 钝化理论 5.5 影响金属钝化的因素
4
§1.1 材料腐蚀的基本概念
➢ 腐蚀(corrosion)源于拉丁文“corrdere”，意即“损坏”、“腐烂” ➢ 20世纪60年代前，腐蚀是指“材料（通常指金属）与环境发生作用（一般为电
⑦剥蚀：又称层蚀。是铝合金的一种特殊腐蚀形式，其表现形式为鼓泡并如同云母一般可以层层剥 落。
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§1.3 腐蚀的分类
应力条件下的局部腐蚀
①应力腐蚀开裂：材料在拉应力与环境介质共同作用下产生的破坏现象。 ②腐蚀疲劳：材料在循环载荷与环境介质共同作用下产生的破坏现象
③磨损腐蚀：由于腐蚀介质和材料表面之间的相对运动引起材料的加速破坏和腐蚀。
③缝隙腐蚀：材料表面由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙(如焊缝、铆缝、垫片或沉积物下面 等)，缝隙的存在使得缝隙内的溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难，由此而引起的缝隙内材料的腐蚀， 称为缝隙腐蚀。
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§1.3 腐蚀的分类
无应力条件下的局部腐蚀
④晶间腐蚀：是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象，指材料在特定的腐蚀介质中沿着 材料的晶界产生的腐蚀。
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§1.1 材料腐蚀的基本概念
腐蚀的定义——
材料受环境介质的化学、电化学和物理作用而破坏的现象。 腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。
大自然常常有这样一种倾向，就是讨回她的儿 子 ——人类 —从她那儿借去而加以安排结合的、 那些不为普遍的宇宙过程所赞同的东西。
------Huxley
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§1.2.2 腐蚀控制及其重要性
腐 合理的结构设计 蚀 控 正确选材和发展新型耐蚀材料 制 的 采用合理的表面工程技术 基 本 改善环境和合理使用缓蚀剂 方 法 电化学保护
腐蚀损失与防护间关系的示意图
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§1.3 腐蚀的分类
高分子材料腐蚀
材料腐蚀 金属材料腐蚀
无机材料腐蚀
氧化/水解/取代/交联 溶胀/溶解 应力开裂 环境老化 渗透溶解 生物腐蚀 ……
化学作用）所引起的性能降低或破坏”。因此，腐蚀理论也多建立在电化学基 础之上，研究对象主要是金属。 如生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀 ➢ 随着科学技术的进步，腐蚀的概念也在向深度和广度发展腐蚀的概念逐步涉及 到整个材料领域，是指“材料（结构）与 ➢ 环境作用（物理化学的、电化学的），所引起的性 ➢ 能降级与破坏” 这里“材料”已经不再指金属 能降级与破坏”。这里“材料” 已经不再指金属，而是指一切材料以及由它们组成的结构。 塑料发胀或开裂 木头干裂或腐烂 花岗岩风蚀 水泥剥离脱落
⑤选择性腐蚀：腐蚀在合金的某些特定部位有选择性地进行,或者说,腐蚀从一种溶体合金表面除 去其中某一些元素或某一相,其中电位低的金属或相发生优先溶解而被破坏。
黄铜脱锌
⑥丝状腐蚀：涂有透明清漆或油漆膜的金属暴露在潮湿的大气中时，金属表面由于漆膜能渗透水分 和空气而发生腐蚀。腐蚀产物呈丝状纤维网样，这种腐蚀称丝状腐蚀。
④氢损伤：由于氢的存在或与氢发生反应而引起的金属设备破坏。 35
§1.3 腐蚀的分类
各种腐蚀所占比例
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§1.4 腐蚀防护的评定方法
重量法: 单位时间单位面积内质量的变化，适用于均匀腐蚀。分为失重
法和增重法。
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§1.4 腐蚀防护的评定方法
深度法/失厚法: 材料的腐蚀深度或构件腐蚀变薄的程度直接
➢ 生物环境中的腐蚀
➢ 工业环境介质中的腐蚀 • 酸、碱、盐溶液的腐蚀 • 工业水的腐蚀 • 石油天然气的腐蚀 • 熔盐的腐蚀 • 液态金属的腐蚀
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§1.3 腐蚀的分类
根据腐蚀的破坏形态分类：
➢ 全面腐蚀: 指腐蚀作用遍布整个材料表面和连成一片的腐蚀。
➢ 局部腐蚀：指腐蚀作用仅局限在材料表面的一区域，而表面的其他部分未受到破坏。
2120年
石油/天然气 煤
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§1.2.1.3 腐蚀造成的设备破坏、人员伤亡和环境污染

1、 交 通 运 输
铁轨、机车部件的腐蚀和磨蚀； 飞机零部件的高温腐蚀和应力腐蚀； 船舶在海洋环境中的腐蚀；
带来极大的事故隐患!
钢轨—锈蚀、磨损；机车底架—局部腐 蚀穿透，机车气缸—气缸套壁空泡腐蚀
裂断的起引蚀腐
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§1.2 材料腐蚀的危害及腐蚀控制的重要性
§1.2.1 材料腐蚀的危害
造成巨大的经济损失 造成资源和能源的浪费 造成设备破坏、人员伤亡和环境污染 阻碍新技术的发展
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§1.2.1 腐蚀造成的经济损失
材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1.8～4.2％
•（1）设备和结构的更换 •（2）生产的损失 •（3）维护与修理的费用 •（4）过剩的能力和多余设备 •（5）腐蚀控制 •（6）指定的技术支持 •（7）保险 •（8）设备存货
➢ 无应力条件下的腐蚀 ①电偶腐蚀 ②点蚀/孔蚀 ③缝隙腐蚀 ④晶间腐蚀 ⑤选择性腐蚀