01-1 第1章1 金属腐蚀绪论.pptx

第1页：金属的腐蚀与防护

金属的腐蚀与防护

第2页：本章目录

本章目录

(电化学腐蚀热力学、电化学腐蚀动力学)第三章影响腐蚀的结构因素第四章海洋腐蚀第五章海洋中的钢筋混凝土及非金属材料的防腐蚀第六章电化防蚀法第七章金属镀层、金属包覆法和表面处理第八章防蚀涂料和缓蚀剂第九章海洋设备腐蚀与防护实例目录

第3页：主要参考资料

主要参考资料

主要参考资料[1]《腐蚀与防腐》，《腐蚀与防腐》编辑小组，中国工业出版社，1965.8；[2]《腐蚀与防护手册：腐蚀理论.试验及监测》，化工部化工机械研究院主编，化学工业出版社，1989.5；[3]《腐蚀与腐蚀控制：腐蚀科学和腐蚀工程导论》，(美)尤里克,瑞维亚著，翁永基译，石油工业出版社，1994.12；[4]《海洋腐蚀环境理论及其应用》，侯保荣等著，科学出版社，1999.02；

[5]《腐蚀科学与防护技术》，中国科学院金属腐蚀与防护研究所；[6]《腐蚀与防护手册．耐蚀金属材料及防蚀技术》，化学工业部化工机械研究院主编，化学工业出版社，1990.8；[7]《腐蚀与防护手册：耐蚀非金属材料及防腐施工》，化工部化工机械研究院主编，化学工业出版社，1991.04；[8]《船舶中的金属腐蚀》，(英)奈杰尔.沃伦著，吴敏、张义译，国防工业出版社，1987；

[9]《海船的腐蚀与保护》，(苏)И.Я.鲍戈拉德等著，王日义、杜桂枝译，国防工业出版社，1983。[10]《金属结构的腐蚀与防腐》，吴开源、王勇、赵卫民编著，石油大学出版社，2000。[11]《化工机械材料腐蚀与防护》，陈匡民主著，化学工业出版社，1995。[12]《过程装备腐蚀与防护》，陈匡民主著，化学工业出版社，2001。

第4页：绪论

主要内容：一、腐蚀与防护的意义二、腐蚀定义、腐蚀环境与腐蚀学三、腐蚀工程

第5页：经济损失危害

经济损失危害

腐蚀是金属(材料)和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象，它是悄悄自发进行的一种冶金的逆过程，给人类带来巨大的经济损失和社会危害。

第6页：金属材料的重要地位

金属材料在现代工农业生产中占有非常重要的地位

金属材料在现代工农业生产中占有非常重要的地位。机械、交通、运输、国防和科学技术等各部门都需要大量的金属材料。在人们的日常生活用品方面也离不开金属材料。金属材料广泛应用的原因在于金属材料有优良的使用性能(即材料的物理、化学和力学性能)和优良工艺性能(包括铸造、压力加工、焊接、热处理、切削加工性能)。

在现代经济生活中，金属材料是最重要的工程材料。

第7页：金属腐蚀现象

金属腐蚀现象

金属会发生腐蚀早已为人们所知，可以说人类一开始使用金属就发现了这一现象。虽然金属腐蚀现象极其广泛和常见，但作为一门学科，对其进行研究却还是近百年的事。

第8页：金属腐蚀是对金属材料的一种破坏

金属腐蚀是对金属材料的一种破坏

金属腐蚀是对金属材料的一种破坏。这种破坏使许多金属设备的使用寿命大为缩短甚至报废，给经济带来巨大的损失，它会使生产停顿、物质流失、资源耗损、产品质量降低、环境受到污染、影响新技术的发展。根据一些国家对金属腐蚀所造成损失的调查，其结果是惊人的。

第9页：经济损失危害

经济损失危害

腐蚀是金属(材料)和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象，它是悄悄自发进行的一种冶金的逆过程，给人类带来巨大的经济损失和社会危害。

第10页：金属腐蚀

金属腐蚀

人类开始使用金属后不久，便提出了防止金属腐蚀的问题。古希腊早在公元前就提了用锡来防止铁的腐蚀。我国商代就已经用锡来改善铜的耐蚀性而出现了锡青铜。18世纪以来由于工业的迅速发展，为金属材料的出现创造了条件。

第11页：凯依尔(Keir)在1790年详细论述

凯依尔(Keir)在1790年详细论述

凯依尔(Keir)在1790年详细论述了铁在硝酸中的钝化，从此研究金属在各种介质中破坏的科学才活跃起来。哈尔(Holl)在1819年证明铁在没有氧的情况下是不会生锈的。德维(Dary)在1824年证明，当没有氧时，海水并不对钢起作用；在同年他又提出了用锌保护钢壳船的原理。

第12页：微电池作用

微电池作用

电离理论以及法拉第(Faraday)定律的出现对腐蚀的电化学理论的发展起到了重要的推动作用。德·拉·李夫(De.La.Rive)在1830年提出了腐蚀电化学的概念(即微电池理论)，随后能斯特定律、热力学腐蚀图(pH—E)等也相继产生，并创立了电极动力学过程的理论。到了20世纪初，腐蚀学科成为一门独立的科学，在科学领域中占有一定的位置。

第13页：工业介质

工业介质

自然环境(大气、土壤、海洋、生物和微生物等)和工业介质(酸、碱、盐、工业水、熔盐、燃气等)都有可能造成材料的腐蚀，它的危害遍及所有的行业，包括冶金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、信息、农业、食品、医药、海洋开发和基础设施等。

第14页：直接损失

直接损失

除了材料、能源的消耗和设备的失效等直接损失外，腐蚀还可能进一步引起物料的污染和产品质量下降、工艺流程的中断、装置的泄漏、爆炸和人员伤亡以及大规模的环境污染等间接损失。这类间接的腐蚀损失往往会比直接损失更大，甚至难以估算。

第15页：大量得之不易的有用的材料变成废料

大量得之不易的有用的材料变成废料

由于腐蚀，大量得之不易的有用的材料变成废料。由于人们无节制地开采和使用原材料，地球上的有限资源日益枯竭，于此同时．全世界每90s就有lt钢腐蚀成铁锈．而炼制lt钢所需的能源则可供一个家庭用3个月，由此可见，腐蚀实际上是对自然资源的极大浪费。腐蚀破损或断裂不仅引起有害物质的泄漏，污染了环境，有时还会引起突发的灾难性事故，危及人身安全。

第16页：金属储量与消耗年限表

绪论：下表内容提取自源文件，原文字与数字粘连，表格结构需对照原图人工还原。

每公斤材料消耗(Kw.h)乐观计算年数可用年数年消耗增长率(％)储量(百万吨)金属16～303191091.31×106Fe约8035355.11170Al30～4024243.4308Cu15～2018182.5123Zn约20051512.7147Ti

第17页：天然气井

天然气井

例如，1966年某天然气井套管因硫化物应力腐蚀开裂发生井喷造成特大爆炸和人员伤亡事故．日产百万立方米的高产气井报废；1971年某天然气管线腐蚀断裂、爆炸．仅第一次爆炸的直接经济损失达7000万元；1979年由于环境敏感断裂引起某液化气罐爆炸当场炸死30余人，重伤50多人；1997年6月27日北京某化工厂18个乙烯原料储罐发生火灾(因硫化物腐蚀)，停产达半年，直接经济损失达2亿多元．间接损失巨大；

2000年6月16日广东某石化厂焦化装置由于高温管线硫化物腐蚀发生重大火灾，大火烧了25min。

第18页：经济损失

经济损失

• 一、腐蚀与防护的意义
• 1．腐蚀损害
• 腐蚀无时无地不存在，所造成的后果是严重的。
• 首先是会造成巨大的经济损失。

第19页：海洋环境

海洋环境

• 根据惯用的估算方法，金属构筑物在一般环境下的防蚀费用约占整体成本的2%～4%，而在海洋环境中则占10%～30%。每年因腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的2%～4%；因腐蚀消耗的钢材大约为年产量的三分之一，其中占总产量的十分之一是不可回收利用的。
• 按此比例，1995年我国国民生产总值为5.76万亿元，钢产量为9400万t，则我国因腐蚀造成的直接经济损失在1152亿～2304亿之间；年腐蚀报废钢材3100万t，其中940万t不可回收利用。仅就海船而言，每年钢铁消耗量为500～570mg/m2，50万吨级的船，每年因腐蚀而消耗的钢铁为40t，每年因腐蚀造成的经济损失比水灾、火灾、风暴和地震等自然灾害损失的总和还大。

第20页：腐蚀损失

腐蚀损失

据化工部1980年对10个化工企业的统计，腐蚀损失约占年生产总值的3.97%。一个大型染料厂，每年腐蚀报废的钢材达2000多t，每年用于设备防腐维修、更换的费用即高达1600万元，国内年产30万t合成氨的中型化肥厂，每年因腐蚀报废的钢铁达1350—2100t，平均每吨氨耗钢4.5～7kg。

第21页：中原油田

中原油田

•据不完全统计，至1992年底，中原油田已有100多口注水井套管腐蚀穿孔，400多口井的套管出现问题，并有30多口井因腐蚀而报废。仅1992年，中原油田375口注水井因腐蚀频繁更换油管达4889t，损失资金2979万元。有400多口油井因深井泵及抽油杆等井下设备的腐蚀而陆续停产。中原油田11座联合站因腐蚀而不同程度地改造47座次，生产系统腐蚀速度高达1.5～3mm·a-1，远远高于国家标准（0.076～0.125mm·a-1），全年直接经济损失达7000多万元。

第22页：中原油田损失

中原油田损失

•腐蚀给中原油田造成的直接损失由1980年的几百万元上升到1990年的几千万元，间接损失至少在2亿元以上。2006年统计资料显示，中原油田自开发以来，因腐蚀造成的直接经济损失累计已达5亿元左右。

第23页：2000年公司用于各种管线

2000年公司用于各种管线

2000年公司用于各种管线的更换费用高达1700多万元。更为忧虑的是，输送介质强腐蚀结垢影响到整个输油、掺水、注水、污水处理系统，甚至油水井的管柱。腐蚀、结垢较为严重的管线约258Km，占总长的23%。公司现有各种管线长达1141.8Km管线腐蚀、结垢严重，使用寿命短，维护费用支出过大由于水质成分复杂，管线腐蚀、结垢问题相当严重。

单井管线平均寿命不足5年，干线寿命也只有8年。腐蚀、结垢现状例子

第24页：绪论

俯视图换下管线结垢厚度高达3cm腐蚀、结垢现状例子

第25页：管线腐蚀图

管线腐蚀图

第26页：腐蚀、结垢现状例子

腐蚀、结垢现状例子

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金属的腐蚀在生活中非常普遍钢铁生锈

第38页：铜器生锈铜器表面生成铜绿

铜器生锈铜器表面生成铜绿

第39页：腐蚀不仅使金属的外形、色泽有了明显变化

腐蚀不仅使金属的外形、色泽有了明显变化，而且机械性能等方面都发生了巨大变化

第40页：绪论

钢铁生锈造成大桥断裂！四川省宜宾市城区的南门大桥

第41页：大桥发生坍塌造成6人死亡

大桥发生坍塌造成6人死亡。美国明尼苏达州跨越密西西比河的大桥

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第74页：钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀问题也不容忽视

钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀问题也不容忽视

钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀问题也不容忽视。在1981年调查的华南18座海港钢筋混凝土码头中，因钢筋腐蚀而危及安全使用的占89%。1985年调查的北方港口，因钢筋腐蚀而造成混凝土结构破损的占总数的44%。在海洋大气环境工作的舰载飞机以及海面上起飞的水上飞机，出现过由于修复蚀损的费用超过本身造价而提前报废的情况。

•20世纪60～70年代，某些国家曾对本国的腐蚀损失进行过调查。最近，美国又宣布了1995年的最新调查结果，并对1975年的统计结果进行了修正。由表0—1可以看出，即使是发达国家，腐蚀造成的损失也相当可观。按美国腐蚀工程师协会（NACE）主席霍特伯姆（W.B.Holtabaum）的说法，美国人均腐蚀损失达1100美元／（人·年）。

第75页：表0—1部分国家腐蚀损失统计

表0—1部分国家腐蚀损失统计：下表内容提取自源文件，原文字与数字粘连，表格结构需对照原图人工还原。

表0—1部分国家腐蚀损失统计

第76页：海洋腐蚀

海洋腐蚀

腐蚀不仅造成经济上的损失，也经常对安全构成威胁。•在航空航天、船舶、舰艇及机械结构方面因腐蚀造成的事故屡屡发生。近二十余年来，海洋腐蚀向人类敲响警钟。1985年8月12日，日本一架波音747客机由于应力腐蚀断裂而坠毁，造成500多人死亡，直接损失1亿多美元。

日本一艘5万吨级的矿物专用运输船，因为腐蚀破坏而突然沉没；日本沿海地区一石油厂的贮罐因腐蚀开裂使大量重油流入海面，造成该区严重污染。在美国东部快乐岬和卡诺加之间的一座铁桥，使用了40年后塌落在俄亥俄河中，使46人丧生。美国国家标准局和商业部的专家们对残骸作了检查，发现受力部分出现深达3mm以上的蚀孔，缺口处钢材的抗断强度显著降低，致使蚀孔处发生应力腐蚀开裂（SCC）而酿成灾难性事故。

第77页：1980年3月

1980年3月

•1980年3月，在北海埃科菲斯油田上作业的“亚历山大·基定德”号钻井平台，在8级大风掀起高6—8m海浪的反复冲击下，5根巨大桩腿中的D号桩腿因6根主撑管先后断裂而发生剪切断裂，万余吨重的平台在25min内倾倒，使123人遇难，造成近海石油钻探史上罕见的灾难。挪威事故调查委员会检查报告表明，D号桩腿上的D-6主撑管首先断裂。这里曾经开过一个直径325mm的孔，并焊上一个法兰，准备安装平台定位声纳装置，实际上后来并未安装，开裂就从这个法兰角上的6mm焊缝开始。裂纹在涌浪与载荷的反复作用下不断扩展，最后导致平台沉没。

第78页：腐蚀事故环境

腐蚀事故环境

化工厂的腐蚀事故更多，如贮酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备的跑、冒、滴、漏，不但严重污染生产环境，而且有毒气体，如氯、硫化氢、氰化氢等的泄漏，则更危及工作人员和附近居民的生命安全。因而，腐蚀对安全和环境的危害决不容忽视。

第79页：腐蚀是阻碍新技术发展的重要因素

腐蚀是阻碍新技术发展的重要因素

• 腐蚀是阻碍新技术发展的重要因素。
• 一项新技术、新工艺、新产品的实现过程中，往往会遇到腐蚀问题，只有解决了这些棘手的腐蚀问题，这些新技术、新工艺、新产品才得以发展。工业史上有许多例子，如铅室法硫酸工业在找到了耐稀硫酸的铅材之后才得以发展；发明了不锈钢以后，生产硝酸和应用硝酸的工业才蓬勃兴起。
• 近代，美国人在实施登月计划的过程中，遇到一个严重的腐蚀问题，盛N2O4（氧化剂）的容器是用钛合金（6%Al，4%V）制成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止腐蚀破裂的方法，即在氧化剂中加入少量水（＞1.5%）或加入0.6%NO作为缓蚀剂，控制了应力腐蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。

第80页：能源环境

能源环境

现在和未来的高新技术发展过程中，还会不断遇到各种新的腐蚀问题，而且是越来越困难的问题，例如化学、能源（包括核能）、航天工业等都有向高温、高压方向发展的趋势，这样可获得更高的生产率，更快的生产速度和更低的生产成本，但高温高压却会造成更加苛刻的腐蚀环境。早期的喷气机油泵温度约为790℃，现在已达到约1100℃，这就需要适应高温、高速的新材料。

第81页：金属材料

金属材料

地球只有薄薄的一层外壳贮藏着可用的矿藏，而金属矿的贮量是有限的，并且越来越少。人类花费大量劳动，消耗相当多的能量而获得的金属材料，多数在自然条件（大气、天然水体、土壤）或人为条件（酸、碱、盐及其他介质）下，每时每刻都在发生腐蚀而消耗，变成无用的、不能回收的散碎的氧化物，致使整个配件、机械、设备和装置报废，因此，腐蚀加速了自然资源的耗损和浪费。

第82页：2．腐蚀控制的意义 实践告诉人们，若

2．腐蚀控制的意义 实践告诉人们，若

• 2．腐蚀控制的意义
• 实践告诉人们，若充分利用现有的防腐蚀技术，广泛开展防腐蚀教育，并采用严格的防蚀设计与科学管理，因腐蚀造成的经济损失中有30%～40%是可以避免的。另外仍有一半多的腐蚀损失在目前还没有一种行之有效的防蚀方法来避免，需要今后加强腐蚀基础理论与工程应用研究予以控制。可见，防腐蚀工作的潜在经济价值与综合效益是不可忽视的。
• 作为防腐蚀工程技术人员，除掌握先进实用的防腐蚀理论与技术外，还需要宣传腐蚀的危害性，普及防腐蚀基础知识，引起有关部门乃至全社会的重视，同心协力控制腐蚀，使腐蚀损失降到最低程度。

第83页：非金属材料

非金属材料

二、腐蚀定义、腐蚀环境与腐蚀学•关于腐蚀的定义，学术界颇多争议。早期的提法是“金属和周围介质发生化学或电化学作用而导致的消耗或破坏，称为金属的腐蚀”。这一定义的缺陷是没有包括非金属材料。事实上，非金属材料如混凝土、塑料、橡胶等，它们在介质的作用下也会发生消耗或破坏。

另外，也有人认为生物作用和某些物理作用引起的材料破坏也属于腐蚀的范畴。

第84页：目前腐蚀界多数人采用的定义

目前腐蚀界多数人采用的定义

•目前腐蚀界多数人采用的定义是：“材料在环境作用下引起的破坏或变质称为腐蚀。”除此之外，国外还有采用“除了单纯机械破坏以外的材料的一切破坏”、“冶金的逆过程”等。对于人们最关注的金属材料而言，比较确切而实用的腐蚀定义为：金属材料与环境相互作用，在界面处发生化学、电化学和（或）生化反应而破坏的现象。

第85页：金属材料

金属材料

同任何“破坏”效应一样，它的“害”和“利”，取决于人们的意愿，对于材料腐蚀来说，结构部件的腐蚀是有害的，这是一种导致严重损害的材料失效方式；另一方面，利用腐蚀现象进行金属材料的电化学加工和表面氧化、磷化、钝化处理，制备信息硬件的印刷线路，制取奥氏体不锈钢粉末等，此处腐蚀却对材料的应用与开发有利。

第86页：腐蚀环境泛因素

腐蚀环境泛因素

•腐蚀环境泛指影响材料腐蚀的一切外界因素，包括化学因素、物理因素和生物因素。化学因素指介质的成分与性质，如溶液成份，pH，pE，溶解氧及物相等等；物理因素指介质的物理状态与作用场，如温度、压力、速度、机械作用（冲击、摩擦、振动、张力等），辐射强度及电磁场强度等；生物因素指生物种类、群落活动特性及代谢产物，如细菌、粘膜、藻类、附着生物及其排泄物和污损等等。

第87页：腐蚀环境

腐蚀环境

• 从实际情况出发，也可将腐蚀环境分为介质性环境和作用性环境。
• 介质性环境指材料所处的周围介质，如湿的或干的、热的或冷的、淡的或咸的、化学的或生物的，以及土壤、大气、水膜、烟气、熔盐、液体金属、食品、饮料等等。
• 作用性环境指材料所受外界作用，如应力、疲劳、振动、湍流、冲击、摩擦、空泡、辐射等等。

第88页：腐蚀学的定义

腐蚀学的定义

• 腐蚀学是研究腐蚀的学科，可将其划分为微观及宏观两个分支。
• 微观腐蚀学着眼于腐蚀现象的微观分析，建立腐蚀理论，在它的指导下，开发防蚀技术，即材料的腐蚀与防护。微观腐蚀学体系包括腐蚀科学和防蚀技术，是处理环境与材料之间的交互作用问题。这一分支内容就是本书讲述的腐蚀工程。
• 宏观腐蚀学着眼于从整体上分析腐蚀问题，即将腐蚀现象的整体作为研究对象，考察它与社会环境的交互作用以及腐蚀学的经济与社会效益。宏观腐蚀学是自然科学与社会科学之间的交叉科学，强调腐蚀学的经济效益和社会效益。这一分支的主要内容是以方法论为指导，腐蚀教育为基础，腐蚀经济为核心，科学研究与技术开发为未来，腐蚀管理为保证。

第89页：腐蚀工程的内容

三、腐蚀工程 腐蚀工程

• 三、腐蚀工程
• 腐蚀工程包括腐蚀原理和防护技术两部分。
• 腐蚀原理是从热力学和动力学方面解释和论述腐蚀的原因、过程和控制。
• 防护技术泛指防止或延缓腐蚀损害所采用的有效措施。

第90页：腐蚀防护技术大体上有以下几种

腐蚀防护技术大体上有以下几种

• 腐蚀防护技术大体上有以下几种：
• ①选择材料，根据使用环境合理选用各类金属材料或非金属材料；
• ②电化学保护技术，主要是阴极保护技术、阳极保护技术与排流技术；
• ③表面处理技术，如磷化、氧化、钝化及表面转化膜；
• ④涂层、镀层技术，主要有涂料、油脂、镀层、衬里与包覆层等；
• ⑤调节环境，即改善环境介质条件，如封闭式循环体系中使用缓蚀剂、调节pH值，以及脱气、除氧和脱盐等；
• ⑥正确设计与施工，从工程与产品设计时就应考虑腐蚀问题，如正确选材与配合，合理设计表面与几何形状，严格施工工艺，采取保护措施，特别是防止接触腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀及焊接腐蚀等。

第91页：自行车如何防生锈

自行车如何防生锈

自行车如何防生锈？在金属表面镀上一层耐腐蚀的金属，如自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的Cr

第92页：健身器材如何防锈

健身器材如何防锈？刷油漆

第93页：衣架和电线如何防锈

衣架和电线如何防锈？外面包上一层塑料层

第94页：机械传动部位的防锈

某些工具的“机械传动部位”，能用油漆来防锈吗

某些工具的“机械传动部位”，能用油漆来防锈吗？不能用油漆来防锈，而是选用油脂应选用什么呢？

第95页：船身防腐蚀与牺牲锌块

船身如何防腐蚀的？用牺牲锌块的方法来保护船身上装锌块

第96页：表面处理环境

表面处理环境

由此可见，腐蚀工程涉及的专业知识领域很广，主要有冶金、材料、机械、表面处理、化学、化工、电子、生物和环境科学等。