材料腐蚀知识点

1金属材料最重要最常见的破坏形式是断裂磨损和腐蚀1断裂crack是指金属构件受力超过其弹性极限塑性极限而发生的破坏可从不同角度分为脆性断裂塑性断裂沿晶断裂穿晶断裂机械断裂等等断裂的结果使构件失效但金属材料本身还可重新熔炼再用2磨损wear是指金属表面与其相接触的物体或与其周围环境发生相对运动因摩擦而产生的损耗或破坏它是个渐变过程有时磨损了的零件还可修复例如用电刷镀可修复轻微磨损的轴3腐蚀corrosion是指金属在其周围环境的作用下引起的破坏或变质现象从不同角度曾对腐蚀下过不同的定义如1材料因与环境反应而引起的损坏或变质2除了单纯机械破坏之外的一切破坏3冶金的逆过程4材料与环境的有害反应2金属腐蚀Corrosionofmetals金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质就是说金属腐蚀发生在金属与介质间的界面上由于金属与介质间发生化学或电化学多相反应使金属转变为氧化离子状态可见金属及其环境所构成的腐蚀体系以及该体系中发生的化学和电化学反应就是金属腐蚀学的主要研究对象一腐蚀分类方法由于腐蚀领域广而且多种多样因此有不同的分类方法最常见的是从下列不同角度分类1腐蚀环境按腐蚀环境分类最合适可分为潮湿环境干燥气体熔融盐各种腐蚀试验研究方法主要取决于腐蚀环境2腐蚀机理潮湿环境下属电化学机理干燥气体中为化学机理3腐蚀形态类型点蚀应力腐蚀断裂4金属材料在手册中是常见的和实用的但从分类学观点来看效果不好5应用范围或工业部门实为按环境分类的特殊应用6防护方法是从防腐蚀出发根据采取措施的性质和限制进行分类如a改变金属材料本身如改变材料的成分或组织结构研制耐蚀合金b改变腐蚀介质如加入缓蚀剂改变介质的pH值等c改变金属介质体系的电极电位如阴极保护和阳极保护等d借助表面涂层把金属与腐蚀介质分开二按腐蚀环境分类根据腐蚀环境腐蚀可分为下列几类1干腐蚀drycorrosion1失泽金属在露点以上的常温干燥气体中腐蚀氧化生成很薄的表面腐蚀产物使金属失去光泽为化学腐蚀机理2高温氧化金属在高温气体中腐蚀氧化有时生成很厚的氧化皮在热应力或机械应力作用下可引起氧化皮剥落属于高温腐蚀2湿腐蚀humidcorrosion湿腐蚀主要是指潮湿环境和含水介质中的腐蚀绝大部分常温腐蚀属于这一种为电化学腐蚀机理湿腐蚀又可分为以下两类1自然环境下的腐蚀大气腐蚀土壤腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀2工业介质中的腐蚀酸碱盐溶液中的腐蚀工业水中的腐蚀高温高压水中的腐蚀3无水有机液体和气体中的腐蚀化学腐蚀机理1卤代烃中的腐蚀如Al在CCl4和CHCl3中的腐蚀2醇中的腐蚀如Al在乙醇中Mg和Ti在甲醇中的腐蚀这类腐蚀介质都是非电解质不管是液体或气体腐蚀反应都是相同的在这些反应中水实际上起缓蚀剂的作用但在油这类有机液体中的腐蚀绝大多数情况是由于痕量水的存在而水中常含有盐和酸因而这种腐蚀实为电化学机理4熔盐和熔渣中的腐蚀电化学腐蚀5熔融金属中的腐蚀物理腐蚀机理三按腐蚀机理分类1化学腐蚀chemicalcorrosion化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏其反应历程的特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应形成腐蚀产物腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的因而没有电流产生纯化学腐蚀的情况并不多主要为金属在无水的有机液体和气体中腐蚀以及在干燥气体中的腐蚀金属的高温氧化高温气体中金属的氧化最初虽是通过化学反应但随后膜的生长过程则属于电化学机理这是因为此时金属表面的介质已由气相改变为既能电子导电又能离子导电的半导体氧化膜金属可在阳极金属膜界面离解后通过膜把电子传递给膜表面上的氧使其还原变成氧离子O2而氧离子和金属离子在膜中又可进行离子导电即氧离子向阳极金属膜界面迁移和金属离子向阴极膜气相界面迁移或在膜中某处进行第二次化合所有这些均已划入电化学腐蚀机理的范畴故现在已不再把金属的高温氧化视为单纯的化学腐蚀了2电化学腐蚀electrochemicalcorrosion电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质电解质发生电化学反应而引起的破坏任何以电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成回路阳极反应是氧化过程即金属离子从金属转移到介质中并放出电子阴极反应为还原过程即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的过程例如碳钢在酸中腐蚀时在阳极区铁被氧化为Fe2离子所放出的电子由阳极Fe流至钢中的阴极Fe3C上被H离子吸收而还原成氢气即阳极反应FeFe22e阴极反应2H2eH2总反应Fe2HFe2H2可见与化学腐蚀不同电化学腐蚀的特点在于它的腐蚀历程可分为两个相对独立并可同时进行的过程由于在被腐蚀的金属表面上存在着在空间或时间上分开的阳极区和阴极区腐蚀反应过程中电子的传递可通过金属从阳极区流向阴极区其结果必有电流产生这种因电化学腐蚀而产生的电流与反应物质的转移可通过法拉第定律定量地联系起来由上述电化学机理可知金属的电化学腐蚀实质上是短路的电偶电池作用的结果这种原电池称为腐蚀电池电化学腐蚀是最普遍最常见的腐蚀金属在大气海水土壤和各种电解质溶液中的腐蚀都属此类电化学作用既可单独引起金属腐蚀又可和机械作用生物作用共同导致金属腐蚀当金属同时受拉伸应力和电化学作用时可引起应力腐蚀断裂金属在交变应力和电化学共同作用下可产生腐蚀疲劳若金属同时受到机械磨损和化学作用则可引起磨损腐蚀微生物的新陈代谢可为电化学腐蚀创造条件参与或促进金属的电化学腐蚀称为微生物腐蚀microbialcorrosion或称为细菌腐蚀项目化学腐蚀电化学腐蚀介质干燥气体或非电解质溶液电解质溶液过程推动力化学位不同的反应相相互接触电位不同的导体物质组成电池能量转换化学能与机械能和热化学能与电功过程规律化学反应动力学电极过程动力学电子传递反应物直接碰撞和传递测不出电流通过电子导体在阴阳极上的得失测出电流反应区在碰撞点上瞬时完成在相对独立的阴阳极区同时完成产物在碰撞点直接形成一次产物在电极上形成二次产物在一次产物相遇处形成温度主要在高温条件下室温和高温条件下3物理腐蚀physicalcorrosion物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏熔融金属中的腐蚀就是固态金属与熔融液态金属如铅锌钠汞等相接触引起的金属溶解或开裂这种腐蚀不是由于化学反应而是由于物理溶解作用形成合金或液态金属渗入晶界造成的例如热浸锌用的铁锅由于液态锌的溶解作用很快腐蚀坏了四按腐蚀形态分类1全面腐蚀或均匀腐蚀generalcorrosionuniformcorrosion2局部腐蚀localizedcorrosion包括电偶腐蚀点蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀剥蚀选择性腐蚀丝状腐蚀3应力作用下的腐蚀stresscorrosion包括应力腐蚀断裂氢脆和氢致开裂腐蚀疲劳磨损腐蚀空泡腐蚀微振腐蚀五金属腐蚀程度的大小根据腐蚀破坏形式的不同有各种不同的评定方法对于全面腐蚀来说通常用平均腐蚀速度来衡量腐蚀速度可用失重法或增重法深度法和电流密度来表示1失重法和增重法weightlossweightIncrease金属腐蚀程度的大小可用腐蚀前后试样质量的变化来评定由于生活和贸易中人们习惯上把质量称为重量因此根据质量变化评定腐蚀速度的方法习惯上仍称为失重法或增重法失重法就是根据腐蚀后试样质量的减小量用下式计算腐蚀速度式中失为腐蚀速度gm2hm0为试样腐蚀前的质量gm1为试样清除腐蚀产物后的质量gS为试样表面积m2t为腐蚀时间h这种方法适用于均匀腐蚀而腐蚀产物完全脱落或很容易从试样表面清除掉的情况当腐蚀后试样质量增加且腐蚀产物完全牢固地附着在试样表面时可用增重法用下列公式汁算腐蚀速度式中增为腐蚀速度gm2hm2为带有腐蚀产物的试样的质量g2深度法depthmethod工程上腐蚀深度或构件腐蚀变薄的程度直接影响该部件的寿命更具有实际意义在比较不同密度的金属的耐蚀性时更适合用这种方法腐蚀深度与失重速度之间的关系Vdepth是以腐蚀深度表示的腐蚀速度单位为loss为失重腐蚀速度单位为gm2h为金属的密度单位为gcm3876为单位换算系数根据金属年腐蚀深度不同可将其耐蚀性按十级标准表12和三级标准表13分类耐蚀性分类耐蚀性等级腐蚀速度mmaI完全耐蚀1II很耐蚀23000100050005001III耐蚀4500100500501IV尚耐蚀6701050510V欠耐蚀89105050100VI不耐蚀10100耐蚀性分类耐蚀性等级腐蚀速度mma耐蚀1可用20110不可用310以电流密度currentdensity表示腐蚀速度电化学腐蚀中阳极溶解导致金属腐蚀根据法拉第定律每通过1法拉第即96500C的电量阳极溶解的金属的量为1nmol若电流强度为I通电时间为t则通过的电量为It阳极所溶解的金属量m应为式中A为金属的原子量n为价数即金属阳极反应方程式中的电子数F为法拉第常数即F96500Cmol电子对于均匀腐蚀来说整个金属表面积S可看成阳极面积故腐蚀电流密度corr为IS因此可由上式求出腐蚀速度失与腐蚀电流密度corr间的关系即腐蚀速度与腐蚀电流密度成正比因此可用腐蚀电流密度corr表示金属的电化学腐蚀速度若corr的单位取Acm2金属密度的单位取gcm3则以不同单位表示的腐蚀速度为必须指出金属的腐蚀速度一般随时间而变化腐蚀试验时应测定腐蚀速度随时间变化规律选择合适的时间以测得稳定的腐蚀速度局部腐蚀速度及其耐蚀性的评定比较复杂一般不能用上述方法表示腐蚀速度corrosionrate