腐蚀科学介绍课件

腐腐蚀-悄无声息的自然悄无声息的自然过程程张波中国科学院金属研究所2016年11月22日青岛1.腐蚀-悄无声息的自然过程张 波1.腐蚀的定义材料与环境发生作用所引起的破坏或变质称为腐蚀。金属材料的金属材料的腐腐蚀无机非金属材料的腐无机非金属材料的腐蚀有机材料的腐有机材料的腐蚀2.腐蚀的定义金属材料的腐蚀2.腐蚀的类型3.腐蚀的类型3.腐蚀的类型4.腐蚀的类型4.腐蚀的类型5.腐蚀的类型5.腐蚀造成的经济损失美国：美国：GDP 3%GDP 3%6.腐蚀造成的经济损失美国：GDP 3%6.腐蚀危害7.腐蚀危害7.腐蚀危害8.腐蚀危害8.腐蚀危害9.腐蚀危害9.腐蚀危害10.腐蚀危害10.金属发生腐蚀的根本原因本质：电磁力的作用原因：从能量的从能量的观点来看，金属比氧化物的能量点来看，金属比氧化物的能量高高Fe-2e=Fe2+FeO2+2H2O+4e=4OH-阳极溶解阴极还原O2+2H2O+2Fe=2Fe(OH)2eFe2+2H2OFe(OH)2+2H+11.金属发生腐蚀的根本原因本质：电磁力的作用Fe-2e=Fe化学反应：反应粒子吸收能量，活化态电化学反应：反应粒子吸收能量，活化态，电极电势能改变活化能。化学反化学反应与与电化学反化学反应的异同的异同能量化学反应电化学反应化学反应：反应粒子吸收能量，活化态化学反应与电化学反应的异同影响阳极反影响阳极反应速率关速率关键因子因子Fe+H2OFe(H2O)adFe(H2O)adFe(OH-)ad+H+Fe(OH-)ad(FeOH)ad+e(FeOH)adFeOH+e速控步骤FeOH+H+Fe2+H2On电子放子放电：纯Fe阳极溶解的经典BDD模型13.影响阳极反应速率关键因子Fe+H2OFe(H2O)腐蚀的金属就是短路原电池 电极平衡极平衡电位位Nernst方程方程14.腐蚀的金属就是短路原电池 电极平衡电位Nernst方程14金属的电偶腐蚀Zn和Cu连接产生电偶腐蚀15.金属的电偶腐蚀Zn和Cu连接产生电偶腐蚀15.极化曲线测量 16.极化曲线测量 16.腐蚀电极极化曲线 H2-2e=2H+Fe=Fe2+2e-极化曲极化曲线2H+2e-=H2Fe-2e-=Fe2+17.腐蚀电极极化曲线 H2-2e=2H+Fe=Fe2从热力学角度判断腐蚀程度Pourbaix Diagrams18.从热力学角度判断腐蚀程度Pourbaix Diagrams1钝化体系的均匀腐蚀Fe，Al，Stainless steel钝化体系的均匀腐蚀Fe，Al，Stainless steel点蚀机理（缝隙腐蚀）O2+4H2O+4e=4OH-局部酸化理局部酸化理论Al-3e=Al3+Al3+H2O=H+AlOH2+Al(OH)Cl+H2O=Al(OH)2Cl+H+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-H+H+H+H+AlOH2+AlOH2+H+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-H+H+H+H+点蚀机理（缝隙腐蚀）O2+4H2O+4e=4OH合金相诱发点蚀示意图21阳极相阳极相阴极相阴极相eeOH-OH-ee2H2O+O2+4e=4OH-H+Al2O3Cl-阳极反阳极反应阴极反阴极反应H+Cl-AlAl微微电偶腐偶腐蚀合金相诱发点蚀示意图21阳极相阴极相eeOH-OH-ee2H1.1.材料因素材料因素（内因）（内因）v金属金属的的化学化学稳定性定性v合金成分合金成分v晶晶相相组织与与热处理理v金属金属表面表面状状态v变形形v应力力影响金属腐蚀的因素2.2.环境因素境因素（外因）（外因）vpHpH值v离子离子类型及型及浓度度v温度温度v溶解氧溶解氧浓度度v流速流速v电偶偶v缝隙隙1.材料因素（内因）影响金属腐蚀的因素2.环境因素（外因）腐蚀控制方法23.腐蚀控制方法23.合理的防腐蚀设计u结构形式构形式应尽量尽量简单u防止防止残留液残留液腐腐蚀和和沉沉积物物腐腐蚀合理的防腐蚀设计结构形式应尽量简单n 尽可能尽可能不采用不采用铆接接结构而采用构而采用焊接接结构构n 尽可能尽可能采用采用对焊、连续焊而不采用搭接而不采用搭接焊、间断断焊避免避免电偶和偶和缝隙腐隙腐蚀合理的防腐蚀设计 尽可能不采用铆接结构而采用焊接结构避免电偶和缝隙腐蚀合理的1000系系 工工业纯铝2000系系Al-Cu3000系系Al-Mn4000系系Al-Si5000系系Al-Mg6000系系Al-Mg-Si7000系系Al-Zn-Mg8000系系其他合金其他合金9000系系备用系用系别1900年年铝合金合金诞生生比比强度高度高易加工易加工易成型易成型导电导热耐耐蚀性性可可焊性性铝合金的腐蚀1000系2000系3000系4000系5000系6000系27n纯AlAl耐耐蚀性好，但性好，但强度很低；度很低；n加入合金元素，加入合金元素，显著提高著提高强度，但降低耐度，但降低耐蚀性性n点点蚀、晶、晶间腐腐蚀、应力腐力腐蚀等等纯Al 电位位-pH图纯Al的热力学性质27纯Al耐蚀性好，但强度很低；纯Al 电位-pH图纯Al的合金相的电化学性质化学计量式自腐蚀电位（0.6 M NaCl，mV/SCE)Cu-220Si-452Al3Fe-566Al2Cu-695Al-849Al6Mn-913Zn-1028Al2CuMg-1061MgZn2-1095Al3Mg2-1162Mg2Si-1536Mg-1688n阴极相n阳极相合金相的电化学性质化学计量式自腐蚀电位（0.6 M NaCl合金相诱发点蚀示意图29阳极相阳极相阴极相阴极相eeOH-OH-ee2H2O+O2+4e=4OH-H+Al2O3Cl-阳极反阳极反应阴极反阴极反应H+Cl-AlAl合金相诱发点蚀示意图29阳极相阴极相eeOH-OH-ee2H2024铝合金的S相腐蚀Al2CuMg（S相）中相）中Mg、Al原子原子发生溶解生溶解2024铝合金的S相腐蚀Al2CuMg（S相）中Mg、Al原富富Fe相相富Fe相5xxx 铝合金晶间腐蚀325218铝合金，4.5%Mg3.5%NaCl,pH3,72hAl3Mg2ab5xxx 铝合金晶间腐蚀325218铝合金，4.5%Mg3.100 g/L(NH4)2S2O8 溶液分溶液分别刻刻蚀6h、2.5h、2h、2hAl-Mg合金的晶间腐蚀100 g/L(NH4)2S2O8 溶液分别刻蚀6h、2.第34页铝合金的合金的应力腐力腐蚀机理机理晶粒晶粒A晶粒晶粒B晶内析出相晶内析出相MMn+neMn+nH2OM(OH)n+nH+H+eH GB氢致开裂致开裂阳极溶解阳极溶解 Dix 阳极溶解理阳极溶解理论1940192719351944195319621971发现铝合金合金SCC1919Gest 氢致开裂致开裂1974Viswanadham等等 Mg-H复合复合19801977 Christodoulou等等 氢陷阱陷阱34.铝合金的应力腐蚀机理晶粒A晶粒B晶内析出相MMn+neM铝合金的应力腐蚀敏感性系系别合金合金类型型SCC敏感程度敏感程度1000系Al不敏感2000系Al-Cu-Mg-Si（36%Cu)敏感3000系Al-Mn-Mg不敏感5000系Al-Mg（12.5%Mg）不明感5000系Al-Mg（36%Mg）敏感6000系Al-Mg-Si不敏感7000系Al-Zn-Mg-（Cu）敏感铝合金的应力腐蚀敏感性系别合金类型SCC敏感程度1000系A铝合金的应力腐蚀行为元素元素ZnMgCuFeSiMnCrZrTiVAlwt%4.151.270.0170.160.130.280.190.110.0260.01Bal峰峰值过时效效过度度过时效效铝合金的应力腐蚀行为元素ZnMgCuFeSiMnCrZrTi216 m17 m40 m裂纹形貌观察峰峰值时效效过时效效过度度过时效效216 m17 m40 m裂纹形貌观察峰值时效过时效过小 结A铝合合金金中中的的第第二二相相对点点蚀、晶晶间腐腐蚀和和应力力腐腐蚀有有很很大影响；大影响；B B较大大点点蚀一一般般与与富富FeFe夹杂有有关关，是是降降低低腐腐蚀疲疲劳寿寿命命的的主主要要原原因因；晶晶界界析析出出相相则会会诱发晶晶间腐腐蚀，在在受受力力条件下条件下还会会导致致应力腐力腐蚀。C峰峰值时效效Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合合金金易易发生生氢致致开开裂裂型型的的SCCSCC，采采用用适当适当时效效处理理可可提高提高应力腐力腐蚀抗力。抗力。小 结A铝合金中的第二相对点蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀有很大影响应力腐蚀和腐蚀疲劳试验设备39应力腐蚀和腐蚀疲劳试验设备39金属研究所金属研究所简简介介40.金属研究所简介40.在岗人员总计 1400人，其中专业技术人员800人院士：8人研究员：113人副高级职称：187人具有博士学位人员：180人具有硕士学位人员：80人研究生700人;博士后 33人；工程硕士78人离退休人员 900人人人员状况状况41.在岗人员总计 1400人，其中专业技术人员800人人员状况4金属腐金属腐蚀与防与防护研究研究主要研究方向主要研究方向自然自然环境腐境腐蚀高温氧化与腐高温氧化与腐蚀力学力学/化学（化学（环境）交互作用境）交互作用金属所荣获国际腐蚀工程师协会2011年度杰出机构奖防防防防护护技技技技术术 耐腐耐腐蚀材料材料 腐腐蚀防防护涂涂层/镀层 材料表面改性材料表面改性 阴极保阴极保护 缓蚀剂 腐腐蚀监检测方法方法42.金属腐蚀与防护研究主要研究方向金属所荣获国际腐蚀工程师协会2