金属材料腐蚀与防护

第0章 绪论

0.1 金属腐蚀的基本概念

0.2 研究材料腐蚀的重要性

0.3 材料的腐蚀控制

第1章 金属与合金的高温氧化

1.1 金属高温氧化的热力学基础

1.1.1 金属高温氧化的可能性

1.1.2 金属氧化物的高温稳定性

1.2 金属氧化膜

1.2.1 金属氧化膜的形成

1.2.2 金属氧化膜的生长

1.2.3 金属氧化膜的P-B比

1.2.4 金属氧化物的晶体结构

1.3 高温氧化动力学

1.3.1 高温氧化速度的测量方法

1.3.2 恒温氧化动力学规律

1.3.3 高温氧化理论——Wagner理论

1.4 影响金属氧化的因素

1.4.1 合金元素对氧化速度的影响

1.4.2 温度对氧化速度的影响

1.4.3 气体介质对氧化速度的影响

1.5 合金氧化及抗氧化原理

1.5.1 二元合金的几种氧化形式

1.5.2 提高合金抗氧化性的途径

1.5.3 常见金属和耐热合金的抗氧化性

1.5.4 耐氧化涂层材料

习题

第2章 金属电化学腐蚀热力学

2.1 电极体系和电极电位

2.1.1 电极体系

2.1.2 电极电位

2.2 腐蚀电池

2.2.1 腐蚀电池的概述

2.2.2 金属腐蚀的电化学历程

2.2.3 腐蚀电池的类型

2.3 电位-pH图及其在腐蚀研究中的应用

2.3.1 电位-pH围的简介

2.3.2 电位-pH图的绘制

2.3.3 电位-pH图的应用

2.3.4 应用电位-pH图的局限性

2.4 极化

2.4.1 极化现象

2.4.2 极化原因

2.4.3 过电位

2.4.4 极化曲线

2.5 去极化

2.5.1 去极化

2.5.2 析氩腐蚀

2.5.3 氧去极化腐蚀

2.6 腐蚀极化图

2.6.1 伊文思（Evans）极化图

2.6.2 腐蚀电流

2.6.3 腐蚀控制因素

2.7 金属的钝化

2.7.1 金属的钝化现象

2.7.2 钝化原因及其特性曲线

2.7.3 钝化膜的性质

2.7.4 钝化理论

习题

第3章 均匀腐蚀与局部腐蚀

3.1 均匀腐蚀

3.1.1 均匀腐蚀的概述

3.1.2 均匀腐蚀速度的表示

3.2 电偶腐蚀

3.2.1 电偶腐蚀的概述

3.2.2 电偶腐蚀的原理

3.2.3 宏观腐蚀电池对微观腐蚀电池的影响

3.2.4 影响电偶腐蚀的因素

……

第4章 金属在各种环境中的腐蚀

第5章 材料的耐蚀性

第6章 电化学腐蚀防护

第7章 金属的缓蚀

第8章 表面防护涂层

第9章 热点课题讨论——混凝土中钢筋的腐蚀与防护

第10章 热点课题讨论——超疏水涂层的制备工艺及性能

参考文献

第0章绪论

0.1金属腐蚀的基市概念

金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀(Metallic Corrosion)。金属的锈蚀是最常见的金属腐蚀。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属处于氧化(离子)状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。

腐蚀现象是十分普遍的。从热力学的观点出发，除了极少数贵金属(Au、Pt等)外，一般金属材料发生腐蚀都是一个自发过程，如铁制品生锈(Fe2O,・xH0)、铝制品表面出现白斑(Al,03)、铜制品表面产生铜绿[Cuz(OH),CO,]、银器表面变黑(AgS、Ag20)等都属于金属腐蚀，其中用量最大的金属一一铁制品的腐蚀最为常见。

人们已经认识到，人类使用的金属材料很少是由单纯机械因素(如拉、压、冲击、疲劳、断裂和磨损等)或其他物理因素(如热能、光能等)引起破坏的，绝大多数金属和非金属材料的破坏都与其周围环境的腐蚀因素有关。因此，金属材料的腐蚀问题已成为当今材料科学与工程领域不可忽略的课题。

0.2研究材料腐蚀的重要性

材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在着腐蚀问题。腐蚀给社会带来了巨大的经济损失，造成了灾难性事故，消耗了宝贵的资源与能源，污染了环境，阻碍了高科技的正常发展腐蚀遍及国民经济各部门，给国民经济带来巨大的经济损失。20世纪50年代前，腐蚀的定义只局限于金属腐蚀。20世纪50年代以后，许多权威的腐蚀学者或研究机构倾向于把腐蚀的定义扩大到所有的材料。因为金属及其合金至今仍然是最重要的结构材料，所以金属腐蚀还是最引人注意的问题之一。腐蚀给合金材料造成的直接损失巨大，据统计，每年全世界腐蚀报废的金属约1亿吨。随着工业化的进程，腐蚀问题日趋严重，如美国1949年腐蚀消耗为50亿美元，1975年达 700亿美元，到1985年高达1680亿美元，与1949年相比增加了30余倍。估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备相当于年产量的30%。显然，金属构件的毁坏，其价值远比金属材料的价值大得多。发达国家每年因腐蚀造成的经济损失占国民生产总值的2%~4%;美国每年因腐蚀要多消耗3.4%的能源;我国每年因腐蚀造成的经济损失至少达200亿美元。腐蚀不仅会造成经济损失，还会造成人员伤亡、环境污染、资源浪费，并阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗。以上数据表明，因腐蚀而造成的经济损失是十分惊人的腐蚀事故危及人身安全。腐蚀引起的灾难性事故屡见不鲜，损失极为严重。例如，1965年3月，美国一条输气管线因应力腐蚀断裂着火，造成17人死亡。1970年，日本大阪地下铁道的管线因腐蚀折断，造成瓦斯爆炸，乘客当场死亡75人。1985年8月12日，日本的一架波音747飞机由于构件的应力腐蚀断裂而坠毁，造成500多人死亡的惨剧，直接经济损失1亿多美元。1988年，英国北海油田的阿尔法平台由于原油中含有1.5%~3%的CO2，并含有大量的C1，仅两个月时间，API-X50 高温管线就被腐蚀得薄如纸页。2000年，美国EIPaso公司在新墨西哥州的一条天然气管道发生断裂，造成12人死亡，事故原因是管壁在02、C0，和氯化物等介质的长期作用下，不断腐蚀变薄。2007年，我国新疆雅克拉气田集输管线因C0，的存在及产出水中CI的影响，在仅仅不到两年的服役期就出现了大量的腐蚀穿孔现象。而且，由意外事故而引起的停工、停产所造成的间接经济损失，可能超过直接经济损失的若干倍。

腐蚀消耗宝贵的资源和能源。据统计，每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的10%~40%，其中2/3可再生，而1/3的金属材料被腐蚀无法回收。我国目前年产钢以1亿吨计，但每年因腐蚀消耗的钢材近1000万吨。可见，腐蚀对自然资源是极大的浪费，同时还浪费大量的人力和能源。因此，从有限的资源与能源出发，研究解决腐蚀问题，已刻不容级。

全书共10章，在教材内容上，本书较系统地、由浅入深地阐述了材料腐蚀的基本规律、腐蚀控制原理及防腐蚀技术与工艺，注重理论与应用的统一性。本书的主要内容包括金属上合金的高温氧化、金属电化学腐蚀热力学、均匀腐蚀与局部腐蚀、金属在各种环境中的腐蚀、材料的耐蚀性、电化学腐蚀防护、金属的缓蚀、表面防护涂层以及金属腐蚀与防护的热点课题讨论等。