第六章 金屬的腐蝕和防護(hù)

1、金屬的腐蝕和防護(hù),,在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都發(fā)生一定的變化,腐蝕的危害,直接經(jīng)濟(jì)損失：更換設(shè)備及構(gòu)件；,間接經(jīng)濟(jì)損失：設(shè)備停產(chǎn)、腐蝕泄露；,1.巨大的經(jīng)濟(jì)損失,大量優(yōu)質(zhì)原料泄露大量的金屬需要回?zé)?2.資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi),3.引發(fā)災(zāi)難事故,4 污染人類生存環(huán)境,背景,據(jù)統(tǒng)計，全世界現(xiàn)存的鋼鐵及金屬設(shè)備大約每年腐蝕率為10%，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元。世界各發(fā)達(dá)國家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國民生產(chǎn)總值

2、3.5％～4.2％，超過每年各項大災(zāi)（火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)及地震等）損失的總和。有人甚至估計每年全世界腐蝕報廢和損耗的金屬約為1億噸！所以研究金屬腐蝕和防護(hù)具有重要意義.,什么是金屬腐蝕?,金屬腐蝕的定義: 金屬材料與環(huán)境相互作用,在界面發(fā)生的化學(xué),電化學(xué)和（或）生化反應(yīng)而被破壞的現(xiàn)象,,介質(zhì),,大氣，土壤，水體，化學(xué)介質(zhì),金屬腐蝕的本質(zhì),金屬本身失去電子變成陽離子的過程（發(fā)生氧化反應(yīng)）：

3、 M – neˉ=== M比如： 1、鋼鐵生銹： 鐵銹的主要成分：Fe2O3·XH2O 2 、銅器表面生成銅綠： 銅綠的主要成分：Cu2(OH)2CO3,Go back,n+,按腐蝕環(huán)境分,化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、雜散電流腐蝕、細(xì)菌腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和接觸腐蝕,,,腐蝕的分類,腐蝕的分類,,

4、均勻腐蝕、接觸腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、腐蝕磨損、應(yīng)力腐蝕、電解池性腐蝕等,按腐蝕形式分,按作用機(jī)理分,,化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕,,析氫腐蝕,吸氧腐蝕,氧濃差腐蝕,,干燥氣體中的腐蝕,非電解質(zhì)溶液中的腐蝕,腐蝕的分類,化學(xué)腐蝕,定義：金屬與介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用而引起的金屬損耗特點(diǎn)：金屬原子與介質(zhì)分子兩相的界面上直接交換電子，發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)，腐蝕時沒有電流產(chǎn)生。化學(xué)介質(zhì)是不電離不導(dǎo)電的干氣體和非金屬溶液。,化學(xué)腐蝕,如

5、噴氣發(fā)動機(jī),火箭及原子能工業(yè)設(shè)備在高溫下同干燥氣體作用,金屬在某些液體(如CCl4，CHCl4等非水溶劑)中的腐蝕.,答案,真相永遠(yuǎn)只有一個：,電化學(xué)腐蝕,特點(diǎn)：電化學(xué)與化學(xué)腐蝕不同之處在于前者形成了原電池反應(yīng).它的腐蝕歷程可以分為兩個相對獨(dú)立并且可在不同部位（陽極區(qū)和陰極區(qū)）同時進(jìn)行的過程——陽極過程和陰極過程。比化學(xué)腐蝕更嚴(yán)重,定義：金屬和電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 而引起的金屬損耗。,例如:當(dāng)鋼鐵處在潮濕空氣中時,因表面吸附作用,使鋼鐵

6、表面覆蓋一層水膜,它能溶解空氣中的SO2和CO2氣體,這些氣體溶于水后電離出H+ ,SO3 ˉ ,CO3 ˉ等離子.鐵與雜質(zhì)就形成了原電池,鐵為陽極,雜質(zhì)為陰極,發(fā)生下列反應(yīng):陽極Fe=Fe2++2e-Fe2++2OH-=Fe(OH)2陰極2e-=H2↑總反應(yīng)Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑生成了Fe(OH)2在空氣中被氧氣所氧化成棕色鐵銹Fe2O3·XH2O.,生物腐蝕,定義：由于細(xì)菌及藻類、貝殼等生

7、物體的活動和新陳代謝而引起的對金屬的腐蝕破壞,生物腐蝕的主要原因,(1)由于生物體攝取食物而加速金屬的腐蝕.(2)生物體的代謝產(chǎn)物加速金屬的腐蝕.(3)由于生物好氧而造成金屬表面氧氣濃度不均而引起差異充氣腐蝕.,通過改變金屬的保護(hù)層，介質(zhì)的pH,介質(zhì)中氧的濃度等而影響腐蝕的速率,,,Go back,金屬腐蝕的防護(hù),一. 改善金屬的本質(zhì) 二.形成保護(hù)層 三.緩釋劑法四. 電化學(xué)保護(hù)法,一、改善金屬的本質(zhì),根據(jù)不同的用途選擇不同的

8、材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕能力。加入Cr，Ti，V等元素可防止腐蝕，銅合金 鉛等在稀鹽酸 稀硫酸中是相當(dāng)耐腐蝕的。當(dāng)含Cr 18%，Ni 8%不銹鋼在大氣，水和硝酸中極耐腐蝕。,生活生產(chǎn)中的一些不銹鋼材料,可以有效地延長金屬的使用壽命,,,顧名思義:不銹鋼它是不會銹的,強(qiáng)吧,哈哈!!,4.金屬保護(hù)層,它是以一種金屬鍍在被保護(hù)的另一種金屬制

9、品表面上所形成的保護(hù)鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成，除電鍍、化學(xué)鍍外，還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。熱浸鍍是將金屬制件浸入熔融的金屬中以獲得金屬涂層的方法，作為浸涂層的金屬是低熔點(diǎn)金屬，如Zn、Sn、Pb和A1等，熱鍍鋅主要用于鋼管、鋼板、鋼帶和鋼絲，應(yīng)用最廣；熱鍍錫用于薄鋼板和食品加工等的貯存容器；熱鍍鉛主要用于化工防蝕和包覆電纜；熱鍍鋁則主要用于鋼鐵零件的抗高溫氧化等。,二、形成保護(hù)層,在金屬表面覆蓋各種保

10、護(hù)層，把金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和保護(hù)層兩大類。,Go,1.非金屬保護(hù)層2.金屬保護(hù)層3.金屬的磷化處理4. 金屬的氧化處理,1.非金屬保護(hù)層,用非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護(hù)層，稱為非金屬涂層，可達(dá)到防腐蝕的目的。例如，船身、車廂、水桶等常涂抽漆，汽車外殼常噴漆，槍炮、機(jī)器常涂礦物性油脂等。用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）噴涂

11、金屬表面，比噴漆效果更佳。塑料這種覆蓋層致密光潔。色澤艷麗，兼具防蝕與裝飾的雙重功能。搪瓷是含SiO2量較高的玻璃瓷釉，有極好的耐腐蝕性能，因此作為耐腐蝕非金屬涂層，廣泛用于石油化工、醫(yī)藥、儀器等工業(yè)部門和日常生活用品中。,Return,健身器材刷油漆以防銹,衣架和電線的外面包上一層塑料層,Return,2.金屬保護(hù)層,以一種金屬鍍在被保護(hù)金屬制品的表面上，形成保護(hù)鍍層?？梢杂秒婂?、化學(xué)鍍、熱噴鍍等。,金屬保護(hù)層,,鍍鉻的保險杠,鍍

12、鋅,,Return,3.金屬的磷化處理,鋼鐵制品去油、除銹后，放人特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種過程叫做磷化處理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般為5 μm～20 μm，在大氣中有較好的耐蝕性。膜是微孔結(jié)構(gòu)，對油漆等的吸附能力強(qiáng)，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進(jìn)一步提高。,Return,4. 金屬的氧化處理,將鋼鐵制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0

13、.5 μm～1.5 μm的藍(lán)色氧化膜（主要成分為Fe3O4），以達(dá)到鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍(lán)處理，簡稱發(fā)藍(lán)。這種氧化膜具有較大的彈性和潤滑性，不影響零件的精度。故精密儀器和光學(xué)儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、細(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處理。,Return,三、緩蝕劑法,緩釋劑：加入到介質(zhì)中能明顯抑制金屬腐蝕的少量物質(zhì),,促進(jìn)鈍化,形成沉淀膜,形成吸附膜,-----鉻酸鹽、亞硝酸鹽,-----聚磷酸鹽、聚硅酸鹽、有機(jī)磷酸,-----多數(shù)有機(jī)物,

14、四、電化學(xué)保護(hù)法,1﹑犧牲陽極的陰極保護(hù)法2﹑外加電流陰極保護(hù)法,1.犧牲陽極的陰極保護(hù)法,,犧牲陽極保護(hù)法系牲陽極保護(hù)法是用電極電勢比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護(hù)海輪外殼，海水中的各種金屬設(shè)備、構(gòu)件和防止巨型設(shè)備（如貯油罐）以及石油管路的腐蝕。,,,,船的外殼上鍍有鋅跟鋁一些活潑金屬哦,,,碼頭鋼柱的陰極保護(hù)