第三章材料的腐蚀失效模式与机理 3.1腐蚀的危害性 32腐蚀失效模式与机理 3.3全面腐蚀 3.4局部腐蚀 3.5应力作用下的腐蚀 3.6苛性腐蚀(碱脆)
3.1 腐蚀的危害性 3.2 腐蚀失效模式与机理 3.3 全面腐蚀 3.4 局部腐蚀 3.5 应力作用下的腐蚀 3.6 苛性腐蚀（碱脆） 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 3.1腐蚀的危害性 ●基本概况 金属材料(金属)作为一种结构材料,一般与周围 的环境及介质发生相互作用,无论是生活用具、公用设 施,还是生产装置,腐蚀问题始终存在,有时比较严重。 客观地说,凡有金属使用的地方,就有腐蚀与防护 问题,尤其工业生产装置由于介质本身具有腐蚀性,腐 蚀问题就变得更为严重。 设备腐蚀引起泄漏、导致报废,有时导致人员伤 亡,危害性和经济损失均很大。1937年,美国壳牌公 司( Shell Company)在比利时布鲁塞尔举行的国际腐蚀 展览会挂置这样一块展牌:
3.1 腐蚀的危害性 ● 基本概况 金属材料（金属）作为一种结构材料，一般与周围 的环境及介质发生相互作用，无论是生活用具、公用设 施，还是生产装置，腐蚀问题始终存在，有时比较严重。 客观地说，凡有金属使用的地方，就有腐蚀与防护 问题，尤其工业生产装置由于介质本身具有腐蚀性，腐 蚀问题就变得更为严重。 设备腐蚀引起泄漏、导致报废，有时导致人员伤 亡，危害性和经济损失均很大。1937年，美国壳牌公 司(Shell Company)在比利时布鲁塞尔举行的国际腐蚀 展览会挂置这样一块展牌： 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 “当你读到此展牌时,760kg的铁已被腐蚀掉,即 用不到5秒钟读这块展牌时,约一吨铁已腐蚀掉了。 目前,全世界每年因腐蚀造成金属材料的损失计有 数亿吨,腐蚀引起的经济损失占到各国GDP的2~4%。 ●我国腐蚀损失相当严重 据2002年中国工程院咨询项目《中国工业和自然环境 腐蚀问题的调查和对策》的统计分析,我国当年因腐蚀造成 的直接经济损失超过5000亿元。 2013年7月,腐蚀界一位资深院士曾指出,我国仅海洋 腐蚀引起的损失每年超过1.5万亿元人民币。因此,腐蚀问 题一直受到各国学者的高度关注,是工业界迫切需要解决的 项技术难题
第三章 材料的腐蚀失效模式与机理 目前，全世界每年因腐蚀造成金属材料的损失计有 数亿吨，腐蚀引起的经济损失占到各国GDP的2~4%。 ● 我国腐蚀损失相当严重 据2002年中国工程院咨询项目《中国工业和自然环境 腐蚀问题的调查和对策》的统计分析，我国当年因腐蚀造成 的直接经济损失超过5000亿元。 2013年7月，腐蚀界一位资深院士曾指出，我国仅海洋 腐蚀引起的损失每年超过1.5万亿元人民币。因此，腐蚀问 题一直受到各国学者的高度关注，是工业界迫切需要解决的 一项技术难题。 “当你读到此展牌时，760kg的铁已被腐蚀掉，即 用不到5秒钟读这块展牌时，约一吨铁已腐蚀掉了
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 32腐蚀失效模式与机理 ●腐蚀失效模式( corrosion failure mode): 金属与介质发生电化学反应或化学反应、导致表面 局部减薄或穿孔所引起的失效。 3.2.1腐蚀机理( corrosion mechanism) ●腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所 造成的破坏(DIN50900-2002)。 按照腐蚀机理,腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 *物理溶解可看作是一种非常特殊的化学腐蚀
3.2 腐蚀失效模式与机理 ● 腐蚀失效模式 (corrosion failure mode)： 金属与介质发生电化学反应或化学反应、导致表面 局部减薄或穿孔所引起的失效。 3.2.1 腐蚀机理 （corrosion mechanism） ● 腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所 造成的破坏（DIN 50900-2002）。 按照腐蚀机理，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 * 物理溶解可看作是一种非常特殊的化学腐蚀。 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 1.化学腐蚀( chemical corrosion) 化学腐蚀是材料与非电解质直接发生化学反应但不 产生电流的破坏过程。 比如,氯气与烧红的钢棒表面反应生成氯化铁 2Fe +3Cl= 2FeCl (3-1) 这个反应无电流产生,故是化学腐蚀。 再比如,金属在千燥气体中的腐蚀(飞机发动机燃 烧室、火焰筒等腐蚀)、金属在有机物液体石油中的腐 蚀、铝在乙醇中的腐蚀,镁、钛在甲醇中的腐蚀等,这 些腐蚀虽然比较缓慢,但是一种特殊形式的化学腐蚀
1. 化学腐蚀 （chemical corrosion） 化学腐蚀是材料与非电解质直接发生化学反应但不 产生电流的破坏过程。 比如，氯气与烧红的钢棒表面反应生成氯化铁: 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理 这个反应无电流产生, 故是化学腐蚀。 再比如，金属在干燥气体中的腐蚀（飞机发动机燃 烧室、火焰筒等腐蚀）、金属在有机物液体石油中的腐 蚀、铝在乙醇中的腐蚀，镁、钛在甲醇中的腐蚀等，这 些腐蚀虽然比较缓慢，但是一种特殊形式的化学腐蚀。 2Fe +3Cl2= 2FeCl3 （3-1）
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 2.电化学腐蚀( electrochemical corrosion) 材料与介质发生电化学反应引起的破坏,这种反应 称为电化学腐蚀。 例如,把金属材料性能不均匀的铁棒浸在盐酸中, 就发生如下的电化学反应: Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ (3-2)
第三章 材料的腐蚀失效模式与机理 2. 电化学腐蚀 (electrochemical corrosion) 材料与介质发生电化学反应引起的破坏，这种反应 称为电化学腐蚀。 例如，把金属材料性能不均匀的铁棒浸在盐酸中， 就发生如下的电化学反应： Fe + 2HCl → FeCl2+ H2↑ （3-2）
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 ●电极反应是 阳极:Fe→Fe2++2e(氧化) (3-3) 阴极:2H++2e→H2↑(还原) (3-4) ●电化学反应是: Fe+2H+2Cr→Fe2++2C+H2↑(3-5) 在此电化学反应过程中,CH并未参与反应,实际 的反应过程是: Fe+2H+→Fe2++H2个 (3-6)
● 电极反应是： 阳极: Fe Fe2+＋2e（氧化） （3-3） 阴极: 2H+ + 2e → H2↑（还原) （3-4） ● 电化学反应是： Fe + 2H+ + 2Cl- →Fe2+ + 2Cl- + H2↑ （3-5） 在此电化学反应过程中，Cl-并未参与反应，实际 的反应过程是： Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 ↑ （3-6） 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 3.2.2腐蚀破坏形式( type of corrosion damage) ●全面腐蚀( general corrosion) 也叫均匀腐蚀( uniform corrosion)。腐蚀发生 在整个材料表面,腐蚀过程均匀,腐蚀速度相当缓慢, 危害性较小,易预防,比如大气腐蚀等。 ●局部腐蚀( local corrosion) 腐蚀发生在材料的微区,隐蔽性大,腐蚀速度快 危害性大,难防范,比如海水中氯离子引起的点蚀。 按破坏形式分类,局部腐蚀主要有电偶腐蚀、缝隙 腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、 腐蚀疲劳、腐蚀磨损、氢损伤及碱脆等
3.2.2 腐蚀破坏形式（type of corrosion damage） ● 全面腐蚀（general corrosion） 也叫均匀腐蚀（uniform corrosion）。腐蚀发生 在整个材料表面，腐蚀过程均匀，腐蚀速度相当缓慢， 危害性较小, 易预防，比如大气腐蚀等。 ● 局部腐蚀（local corrosion） 腐蚀发生在材料的微区，隐蔽性大，腐蚀速度快， 危害性大，难防范，比如海水中氯离子引起的点蚀。 按破坏形式分类，局部腐蚀主要有电偶腐蚀、缝隙 腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、 腐蚀疲劳、腐蚀磨损、氢损伤及碱脆等。 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 3.2.2腐蚀破坏形式( type of corrosion damage) ●全面腐蚀( general corrosion) 也叫均匀腐蚀( uniform corrosion)。腐蚀发生 在整个材料表面,腐蚀过程均匀,腐蚀速度相当缓慢, 危害性较小,易预防,比如大气腐蚀等。 ●局部腐蚀( local corrosion) 腐蚀发生在材料的微区,隐蔽性大,腐蚀速度快 危害性大,难防范,比如海水中氯离子引起的点蚀。 按破坏形式分类,局部腐蚀主要有电偶腐蚀、缝隙 腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、 流体加速腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆,等等
3.2.2 腐蚀破坏形式（type of corrosion damage） ● 全面腐蚀（general corrosion） 也叫均匀腐蚀（uniform corrosion）。腐蚀发生 在整个材料表面，腐蚀过程均匀，腐蚀速度相当缓慢， 危害性较小, 易预防，比如大气腐蚀等。 ● 局部腐蚀（local corrosion） 腐蚀发生在材料的微区，隐蔽性大，腐蚀速度快， 危害性大，难防范，比如海水中氯离子引起的点蚀。 按破坏形式分类，局部腐蚀主要有电偶腐蚀、缝隙 腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、 流体加速腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆, 等等。 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理
第三章材料的腐蚀失效模式与机理 3.3全面腐蚀 均匀腐蚀是一种常见的腐蚀形式。 它是腐蚀介质均匀抵达金属的各个表面,发生电化 学反应,宏观上表现为均匀减薄,是典型的小阴极、大 阳极的腐蚀破坏形式。 图123珠光体的电化学腐蚀 a)珠光体的电化学腐蚀原理b)珠光体腐蚀结果示意图 图3-1电化学反应过程
3.3 全面腐蚀 均匀腐蚀是一种常见的腐蚀形式。 它是腐蚀介质均匀抵达金属的各个表面，发生电化 学反应, 宏观上表现为均匀减薄，是典型的小阴极、大 阳极的腐蚀破坏形式。 第三章 材料的腐蚀失效模式与机理 图3-1 电化学反应过程