材料腐蚀讲稿

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1、第一章绪论1.1材料腐蚀的基本概念材料的腐蚀是指材料体系与环境之间发生作用而导致材料的破坏或变质的现象。金属材料体系材料包括金属材料和非金属材料。金属材料的腐蚀系指金属受到环境的高温化学氧化、电化学溶解等作用，使金属单质变为化合物，导致金属受到损失和破坏的现象。如钢铁构件在大气中的生锈（见图1.1）；铜制品在潮湿的空气中形成铜绿；埋在地下的各种管道发生穿孔；发电厂锅炉的脆性破坏；海水中船体的局部开裂；轧钢过程中氧化铁皮的形成等等都属于金属的腐蚀。钢铁构件在大气中的生锈非金属材料体系非金属材料的腐蚀系指非金属受到环境的化学或物理作用，

2、导致非金属构件变质或破坏的现象。如陶瓷、水泥和玻璃等制品在酸、碱、盐和大气的化学作用下形成开裂、粉化和风化；塑料在有机溶剂的作用下溶解和溶胀，橡胶制品的氧化与老化等均属于非金属材料的腐蚀。环境环境指的是与材料体系直接接触的所有介质和气氛，包括水（蒸馏水、自来水、地下水、雨水、淡水、海水、污水等）、大气、水蒸气、化学气体（氧气、氯气、氨气、二氧化硫、硫化氢、二氧化碳等）土壤、化学介质（酸、碱、盐的溶液）。此外，电磁场（阳光、放射性辐射）、电场，电流、应力、微生物等也属于导致材料体系腐蚀的环境。作用材料体系与环境的作用包括化学反应、电化

3、学反应、物理溶解、电磁辐射等。材料的破坏指的是材料的重量损失、开裂、穿孔、溶解、溶胀等。材料的变质是指材料的服役性能变差，如力学强度下降，弹性降低、韧性减小、脆性增大。本课程所讨论的材料体系由于目前使用的工程材料大部分为金属材料，通常说的腐蚀一般是指金属材料的腐蚀，因此本课程所讨论的材料腐蚀以金属材料为主。1.2金属腐蚀的危害金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设的各个领域，从日常生活到工农业生产，凡是使用材料的地方都存在腐蚀问题，对国计民生的危害十分严重。1.2.1腐蚀造成重大的经济损失全世界每年因腐蚀报废和损耗的钢铁约为2亿多吨，约

4、占当年钢产量的10～20％。英国每年由于金属腐蚀造成的经济损失达几十亿英镑；美国每年由于金属腐蚀造成的经济损失为3000亿美元；世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5％～4.2。超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。目前我国的钢铁产量已高达数亿吨，但其中却有30%由于锈蚀而白白损失掉了。据此测算，我国每年因钢铁腐蚀损失约有2700多亿元人民币，远远大于自然灾害和各类事故损失的总和，数字非常触目惊心，可见腐蚀造成的经济损失之大。至于金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算。1.2.2

5、腐蚀引起灾难性事故在某些腐蚀体系中，特别是在伴随有力学因素的作用下，金属的腐蚀会造成灾难性事故。腐蚀造成生产中的“跑、冒、滴、漏”，使有毒气体、液体、核放射物质等外泄，不仅污染周围的环境．而且会危及人类的健康和生命安全。案例1984年12月，美国联合碳化物公司在印度博帕尔市的农药厂因储罐腐蚀开裂，泄漏了甲基异氰酸酯剧毒物，造成3500多人丧生，20多万人中毒；1985年8月，日航一架波音747客机由于机身增压舱端框应力腐蚀断裂而坠毁，机上524人全部遇难；1985年，瑞士一个游泳馆顶棚因不锈钢吊杆长期承受馆内空气中的氯和顶棚载荷(2

6、00吨)的联合作用，发生应力腐蚀而突然坍塌，造成12人死亡，多人受伤；1990年美国仅轻水堆核电站由于腐蚀的原因不仅引起13亿美元的经济损失，而且导致1万多人被辐射污染；1981～1990年原苏联因腐蚀造成的管道事故次数累计为300次，其中内部腐蚀和磨蚀引起的事故为51次，占事故总数的17％；外部腐蚀引起的事故为249起，占10年中全部事故总数的83％，是所有管道事故中事故率最高的。案例1980年3月，我国北海油田一采油平台，在海水腐蚀和应力的共同作用下，发生腐蚀疲劳破坏，致使123人丧生；2003年，四川省成都市某建筑工地的塔式起

7、重机，由于底架与基础连接的法兰盘背面角焊缝长期受到泥水腐蚀，焊缝有效高度越来越小，当正常起吊额定载荷时，焊缝撕裂，塔式起重机从根部整体倒下，造成严重事故。以上所述的事故都是由于结构材料的腐蚀所引起的。2007年，辽宁省铁岭市某特殊钢有限公司，由于炼钢车间吊运钢水包的起重机主钩在下降作业时，控制回路中的一个联锁常闭辅助触点锈蚀断开，致使驱动电动机失电，未能有效阻止钢水包继续失控下坠，钢水包撞击浇注台车后落地倾覆，发生钢水包倾覆特别重大事故，造成32人死亡、6人重伤，直接经济损失800多万元。以上触目惊心的事实表明，一个小小零件的腐蚀会

8、造成非常重大的事故，可见其非结构材料的腐蚀与防护的重要性之大。1.2.3腐蚀阻碍了科学技术的发展例如，现代电子技术需要极高纯度的单晶硅半导体材料，而生产设备受到副产品四氯氢硅腐蚀，不仅损坏了设备，也污染了目标产品，降低了各种物理性能，