目錄
1緒論
1.1引言
1.2金屬腐蝕的定義
1.3金屬腐蝕科學(xué)在發(fā)展國民經(jīng)濟中的意義
1.4金屬腐蝕科學(xué)技術(shù)的發(fā)展簡史
1.5金屬腐蝕的分類
1.6金屬腐蝕學(xué)課程的內(nèi)容
思考題
2金屬的高溫腐蝕
2.1高溫腐蝕熱力學(xué)
2.1.1金屬在單一氣體中腐蝕的熱力學(xué)
2.1.2氧化物固相的穩(wěn)定性
2.1.3金屬在混合氣氛中的優(yōu)勢區(qū)相圖
2.2金屬氧化物的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)
2.2.1氧化物的結(jié)構(gòu)與缺陷
2.2.2與缺陷相關(guān)的氧化物的性質(zhì)
2.3金屬氧化過程的動力學(xué)
2.3.1金屬氧化的恒溫動力學(xué)曲線
2.3.2薄氧化膜的生長
2.3.3厚氧化膜的生長
2.3.4氧化膜中的應(yīng)力與應(yīng)力松弛
2.4合金的氧化
2.4.1合金的選擇氧化
2.4.2合金的內(nèi)氧化及外氧化
2.4.3摻雜對合金氧化的作用
2.4.4活性元素效應(yīng)
2.5其它類型的金屬高溫腐蝕
2.5.1金屬的高溫硫化
2.5.2金屬在O-S體系中的高溫腐蝕
2.5.3金屬的熱腐蝕
2.5.4金屬的碳化
思考題
3金屬腐蝕電化學(xué)理論基礎(chǔ)
3.1金屬腐蝕熱力學(xué)
3.1.1自然環(huán)境中金屬的不穩(wěn)定性
3.1.2腐蝕過程的自發(fā)性判據(jù)
3.1.3電化學(xué)電位和電動序
3.1.4界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
3.1.5腐蝕電池
3.1.6腐蝕形態(tài)與分類
3.1.7電位pH圖原理
3.1.8電位-pH圖在腐蝕研究中的應(yīng)用與其局限性
3.2金屬腐蝕動力學(xué)
3.2.1電化學(xué)腐蝕速度和腐蝕速度
3.2.2極化與混合電位理論
3.2.3腐蝕極化圖及其應(yīng)用
3.2.4極化控制下的腐蝕動力學(xué)方程
3.2.5腐蝕過程中的陰極反應(yīng)
3.2.6腐蝕過程中的陽極溶解反應(yīng)
3.2.7均勻腐蝕動力學(xué)
3.2.8局部腐蝕及其動力學(xué)
3.3金屬的鈍化
3.3.1鈍化現(xiàn)象
3.3.2鈍化膜
3.3.3金屬的自鈍化
3.3.4鈍化理論
思考題
4局部腐蝕
4.1點腐蝕
4.1.1點腐蝕的形貌與特征
4.1.2點腐蝕機理
4.1.3影響點蝕的因素
4.1.4防止點蝕的措施
4.2縫隙腐蝕
4.2.1縫隙腐蝕的特征
4.2.2縫隙腐蝕機理
4.2.3影響縫隙腐蝕的因素
4.2.4防止縫隙腐蝕的措施
4.2.5絲狀腐蝕――縫隙腐蝕的一種特殊形式
4.3電偶腐蝕
4.3.1電動序和電偶序
4.3.2電偶電流及電偶腐蝕效應(yīng)
4.3.3影響電偶腐蝕的因素
4.3.4防止電偶腐蝕的措施
4.4晶間腐蝕
4.4.1晶間腐蝕的機理
4.4.2影響晶間腐蝕的因素
4.4.3防止晶間腐蝕的措施
4.4.4不銹鋼焊縫的晶間腐蝕
4.5選擇性腐蝕
4.5.1黃銅脫鋅
4.5.2石墨化腐蝕
4.5.3其它合金系的選擇性腐蝕
思考題
5應(yīng)力作用下的腐蝕
5.1應(yīng)力腐蝕斷裂
5.1.1應(yīng)力腐蝕斷裂的特征
5.1.2應(yīng)力腐蝕斷裂的影響因素
5.1.3應(yīng)力腐蝕機理
5.1.4奧氏體不銹鋼的氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂
5.1.5碳鋼、低合金鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂
5.1.6鋁合金的應(yīng)力腐蝕斷裂
5.1.7銅合金的應(yīng)力腐蝕斷裂
5.1.8防止應(yīng)力腐蝕斷裂的措施
5.2氫致開裂
5.2.1氫在金屬中的行為
5.2.2不可逆氫脆
5.2.3可逆氫脆
5.2.4減少氫脆敏感性的途徑
5.3腐蝕疲勞
5.3.1疲勞的概念
5.3.2腐蝕疲勞的特點
5.3.3影響腐蝕疲勞的因素
5.3.4腐蝕疲勞裂紋擴展規(guī)律
5.3.5腐蝕疲勞的機理
5.3.6防止腐蝕疲勞的措施
5.4與磨損有關(guān)的腐蝕
5.4.1沖刷腐蝕
5.4.2腐蝕磨損
思考題
6自然環(huán)境中的腐蝕
6.1大氣腐蝕
6.1.1大氣腐蝕的特征
6.1.2大氣腐蝕的影響因素
6.1.3金屬在大氣中的耐蝕性
6.1.4防止大氣腐蝕的措施
6.2土壤腐蝕
6.2.1土壤腐蝕的特征
6.2.2土壤腐蝕的影響因素
6.2.3金屬在土壤中的耐蝕性
6.2.4防止土壤腐蝕的措施
6.3淡水和海水腐蝕
6.3.1淡水腐蝕
6.3.2海水腐蝕
6.3.3金屬在海水中的耐蝕性
6.3.4防止海水腐蝕的措施
6.4微生物腐蝕
6.4.1微生物腐蝕的特征
6.4.2與腐蝕有關(guān)的主要微生物
6.4.3防止微生物腐蝕的措施
思考題
7工業(yè)介質(zhì)中的腐蝕與防護
7.1酸、堿、鹽介質(zhì)中的腐蝕
7.1.1酸溶液中的腐蝕
7.1.2堿溶液中的腐蝕
7.1.3金屬在鹽類水溶液中的腐蝕
7.2工業(yè)水腐蝕
7.2.1冷卻水腐蝕
7.2.2高溫高壓水腐蝕
7.3熔鹽腐蝕
7.3.1熔鹽腐蝕的特征
7.3.2金屬在熔鹽中的耐蝕性
7.4液態(tài)金屬腐蝕
7.4.1液態(tài)金屬腐蝕的特征
7.4.2金屬材料在液態(tài)金屬中的耐蝕性
思考題
8金屬材料的耐蝕性能
8.1純金屬的耐蝕性
8.1.1純金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性
8.1.2金屬的耐蝕性與元素周期表
8.2提高金屬材料耐蝕性的合金化途徑
8.2.1金屬耐蝕合金化的電化學(xué)原理
8.2.2增加金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性
8.2.3阻滯陰極過程
8.2.4阻滯陽極過程
8.2.5增大腐蝕體系電阻
8.3鐵的耐蝕性
8.3.1鐵的電化學(xué)性質(zhì)
8.3.2鐵的耐蝕性
8.3.3鐵在各種電解質(zhì)中的腐蝕
8.4鑄鐵的耐蝕性及其應(yīng)用
8.4.1高合金鑄鐵的耐蝕性
8.4.2低合金鑄鐵的耐蝕性
8.5碳鋼和低合金鋼的耐蝕性
8.5.1碳鋼的耐蝕性
8.5.2低合金鋼的耐蝕性
8.6不銹鋼
8.6.1不銹鋼的成分與組織結(jié)構(gòu)
8.6.2不銹鋼的耐蝕性
8.6.3鉻不銹鋼
8.6.4高純高鉻鐵素體不銹鋼
8.6.5奧氏體不銹鋼
8.6.6奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼
8.6.7沉淀硬化不銹鋼
8.7耐熱鋼及耐熱合金
8.7.1耐熱鑄鐵
8.7.2耐熱鋼
8.7.3高溫合金
8.7.4鉆基高溫合金
8.7.5新型高溫材料
8.8鎳、鉆、鉻及其合金
8.8.1鎳及其合金
8.8.2鈷及其合金
8.8.3鉻及其合金
8.9銅及其合金
8.9.1純銅
8.9.2青銅
8.9.3黃銅
8.10輕金屬及其合金
8.10.1鋁及其合金
8.10.2鎂及其合金
8.10.3鈹及其合金
8.11鈦、鋯、鉿及其合金
8.11.1鈦及其合金
8.11.2鋯
8.11.3鉿
8.12鉛、錫、鋅、鎘的耐蝕性及其應(yīng)用
8.12.1鉛
8.12.2錫
8.12.3鋅
8.12.4鎘
8.13貴金屬
8.13.1銀
8.13.2金
8.13.3鉑
8.13.4鈀
思考題
主要參考文獻
1989年在張文奇和朱日彰教授的關(guān)懷和親自主持下,《金屬腐蝕學(xué)》(第1版)編寫完成。出版后受到各方面的歡迎,并榮獲1992年國家教委全國優(yōu)秀教材獎。我們對這兩位教授深表懷念與感謝。
經(jīng)過10年的教學(xué)實踐,我們認為有必要對該書進行修訂,補充近年來國內(nèi)外在這一領(lǐng)域中的新進展,尤其是要充分反映我國在腐蝕學(xué)科領(lǐng)域的科研成果,使本書更具有先進性、科學(xué)性和實用性。
本書強調(diào)基本理論,同時注意到這些基本理論的實際應(yīng)用,也注意到教學(xué)的適用性,為此我們在各章后面補充了思考題,這不僅便于學(xué)生學(xué)習(xí),也有助于加深理解。
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金屬腐蝕的類別及形態(tài) 腐蝕是指由于材料與環(huán)境反應(yīng)而引起的破壞或變質(zhì),也可以認為是除了單純的機械破壞 以外的材料的各種破壞。 金屬的腐蝕是指金屬材料由于介質(zhì)的作用而發(fā)生狀態(tài)的變化, 轉(zhuǎn)變 成新相,從而遭受破壞。 金屬的腐蝕是一個熱力學(xué)自發(fā)的過程,而且最為普遍,所以金屬的 腐蝕也就成為腐蝕科學(xué)研究的主要對象。 金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕、 生物腐蝕、 和電化學(xué)腐 蝕。金屬表面與介質(zhì)發(fā)生單純的化學(xué)作用而引起的腐蝕稱為化學(xué)腐蝕。例如碳鋼中的 Fe3C 與周圍介質(zhì)如氧氣、 二氧化碳和水在高溫下發(fā)生反應(yīng), 結(jié)果使其表面硬度降低, 抗疲勞性能 下降 ;金屬由于細菌等微生物的作用而引起的腐蝕稱為生物腐蝕。例如地下管道由于細菌腐 蝕經(jīng)常發(fā)生泄漏等現(xiàn)象 ;金屬和電解質(zhì)溶液接觸時,由于電化學(xué)作用而引起的腐蝕稱為電化 學(xué)腐蝕。鐵制品的銹蝕主要是電化學(xué)腐蝕。 因為在煉鋼的時候由于鋼材的性能需要經(jīng)常要滲 入碳或其它元素,
金屬原子失去電子變?yōu)殡x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)
金屬在腐蝕過程中所發(fā)生的化學(xué)變化,從根本上來說就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。
這種腐蝕過程一般通過兩種途徑進行:化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?;瘜W(xué)腐蝕:金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。
電化學(xué)腐蝕:金屬材料(合金或不純的金屬)與電解質(zhì)溶液接觸 , 通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。
生物腐蝕也是金屬腐蝕的一種途徑
異金屬腐蝕又稱接觸腐蝕或電偶腐蝕,由于腐蝕電池的作用而產(chǎn)生的腐蝕。當兩種不同的金屬或合金在介質(zhì)中相偶接,電位較負的金屬腐蝕速度加大,而電位較正的金屬受到了保護,即異金屬腐蝕 。
金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類。
(一)化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕是由金屬表面與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而引起的,它的特點是在作用進行過程中沒有電流產(chǎn)生?;瘜W(xué)腐蝕可分為以下兩類。
(1)氣體腐蝕:金屬在干燥氣體中(表面上沒有濕氣冷凝)發(fā)生的腐蝕。氣體腐蝕一般是指在高溫時金屬的腐蝕,例如軋鋼時生成的氧化皮,內(nèi)燃機活塞的燒壞等。
(2)在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕)金屬在不導(dǎo)電的液體中發(fā)生的腐蝕。例如金屬在有機液體(如乙醇、石油等)中的腐蝕。
(二)電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕是由金屬表面與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的,在作用過程中有陰極區(qū)和陽極區(qū),在金屬與介質(zhì)中有電流流動。電化學(xué)作用有時單獨造成腐蝕,有時有機械作用、生物作用共同產(chǎn)生腐蝕。電化學(xué)腐蝕可分為以下幾類。
(1)大氣腐蝕:金屬在潮濕的空氣中發(fā)生的腐蝕。
(2)土壤腐蝕:埋設(shè)在地下的金屬構(gòu)作物(如管道、電纜等)所產(chǎn)生的腐蝕。
(3)在電解質(zhì)溶液中的腐蝕:這是極其廣泛的一類腐蝕。天然水及大部分水溶液對金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕(例如在海水和酸、堿、鹽的水溶液中所發(fā)生的腐蝕)都屬于這一類。
(4)在熔鹽中的腐蝕:金屬在熔鹽中發(fā)生的腐蝕。如熱處理車間中,熔鹽加熱爐中電極和被處理金屬等發(fā)生的腐蝕,
(5)應(yīng)力腐蝕開裂:是在拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下的金屬腐蝕破壞。應(yīng)力來自冷熱加工過程中的殘余應(yīng)力或外應(yīng)力。開裂的裂紋與拉應(yīng)力垂直,有時沿金屬晶體的晶界開裂,有時穿晶開裂。
(6)腐蝕疲勞:是在交變應(yīng)力(或脈沖應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)共同作用下,金屬的疲勞極限大大降低而導(dǎo)致過早地破裂(如螺旋槳軸、泵軸)的腐蝕。
(7)磨損腐蝕(磨蝕):同時存在腐蝕作用和機械磨損,兩者相互加速。磨損的形式有多種。
①沖擊腐蝕(沖蝕):是由于液體湍流或沖擊所造成的。
②空泡腐蝕(空蝕):高速流動的液體,因不規(guī)則的流動,產(chǎn)生了所謂空泡。這種空泡內(nèi)只有一點水汽或低壓的空氣,由于壓力和流動條件經(jīng)常變化,空泡會周期性地產(chǎn)生和消失,當它消失時由于與周圍高壓形成很大的壓力差,在靠近空泡的金屬表面產(chǎn)生所謂“水錘作用”,常常破壞金屬表面的保護膜,使腐蝕作用繼續(xù)深入。
③微振磨損腐蝕,是由兩個緊接著的表面相互振動引起的磨損,破壞了金屬的保護膜,使腐蝕加速。
(8)微生物腐蝕:某些微生物的生命活動,能夠促進陽極區(qū)或陰極區(qū)的電化學(xué)反應(yīng),或能削弱金屬表面膜的耐蝕作用,或能產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì),從而加速電化學(xué)腐蝕。如硫酸鹽還原菌和鐵細菌對金屬的腐蝕。
(9)海洋生物腐蝕、不少海洋生物(動物或植物)能夠粘附在金屬表面并且不斷繁殖,在其新陳代謝過程中能產(chǎn)生腐蝕性的物質(zhì),或由于其在金屬表面覆蓋不均勻而造成氧濃差電池,從而加速電化學(xué)腐蝕。