海洋工程材料2

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1、哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 Harbin Engineering University Shipbuilding Engineering College 苗玉刚苗玉刚2015年年11月月船舶工程学院船舶工程学院一、基本概念三、金属的电极电位四、影响金属电化学腐蚀的因素二、电化学腐蚀原理第第2章章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2001年年11月月07日，日，四川宜宾市南门大桥于七日凌晨四时三十分左右发生悬四川宜宾市南门大桥于七日凌晨四时三十分左右发生悬索及桥面局部断裂事故，导致两辆汽车坠入江中，一艘小船被毁，有二人索及桥面局部断裂事故，导致两辆汽车坠入江中，一艘

2、小船被毁，有二人死亡，二人受伤，交通和市外通讯中断。死亡，二人受伤，交通和市外通讯中断。四川省一些桥梁专家和工程设计四川省一些桥梁专家和工程设计人员在桥梁的断裂处进行了现场勘查，发现坍塌断裂之处露出一层薄薄的人员在桥梁的断裂处进行了现场勘查，发现坍塌断裂之处露出一层薄薄的钢筋网，悬吊的承重钢管中露出了锈迹斑斑的钢缆。钢筋网，悬吊的承重钢管中露出了锈迹斑斑的钢缆。20072007年年8 8月月1 1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌。事故造成日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌。事故造成6 6人死亡。人死亡。早在年由明尼苏达州交通部门作出的一份研究报告显示，大桥连接

3、路堤和主桥早在年由明尼苏达州交通部门作出的一份研究报告显示，大桥连接路堤和主桥的引桥的引桥“存在老化问题存在老化问题”。同时，支撑桥梁的主结构桁架也存在。同时，支撑桥梁的主结构桁架也存在“老化问题老化问题”。 1、什么是腐蚀，金属腐蚀的本质是什么？2.1 腐蚀的基本概念腐蚀的基本概念目前一致认可的定义是：目前一致认可的定义是：材料腐蚀是材料腐蚀是材料受其周围环境介质的化学、电化材料受其周围环境介质的化学、电化学和物理作用下引起失效破坏的现象。学和物理作用下引起失效破坏的现象。金属腐蚀是金属腐蚀是金属与周围环境（介质）金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的之间发生化学或电化学作用

4、而引起的破坏或变质。破坏或变质。非金属腐蚀是非金属腐蚀是非金属材料由于在环境非金属材料由于在环境介质的化学、机械和物理作用下，出介质的化学、机械和物理作用下，出现老化、龟裂、腐烂和破坏的现象。现老化、龟裂、腐烂和破坏的现象。金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：金属原子失去电子被氧金属原子失去电子被氧化而消耗的过程：化而消耗的过程：M-ne-=Mn+。 金属腐蚀金属腐蚀化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀2.1 腐蚀的基本概念腐蚀的基本概念2 2、金属腐蚀的分类、金属腐蚀的分类按腐蚀过程的作用机理分：按腐蚀过程的作用机理分：机械因素作用下的腐蚀机械因素作用下的腐蚀生物腐蚀生物腐蚀1 1）化学腐蚀：）

5、化学腐蚀：金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质 (如如O2、Cl2 、SO2等等) 直接直接发生发生化学反应化学反应而引起的腐蚀。而引起的腐蚀。升温可加升温可加快金属腐快金属腐蚀蚀海边的铁制品比较容易生锈，为什么？原理原理: :原电原电池反应可池反应可加快金属加快金属腐蚀腐蚀3）机械因素作用下的腐蚀：）机械因素作用下的腐蚀：机械因机械因素作用下的腐蚀是指金属结构或制件素作用下的腐蚀是指金属结构或制件在在腐蚀介质腐蚀介质和和机械因素机械因素联合作用下遭联合作用下遭到的加速破坏。到的加速破坏。a. 应力腐蚀开裂（应力腐蚀开裂（stress corrosion cracking）: 金属在拉应力和腐

6、蚀介质共同金属在拉应力和腐蚀介质共同作用下发生的破坏。作用下发生的破坏。三个基本条件：特定的合金成分、足够大的三个基本条件：特定的合金成分、足够大的拉应力、特定的腐蚀介质拉应力、特定的腐蚀介质实例：奥氏体不锈钢实例：奥氏体不锈钢-海水海水(Cl-)、低合金、低合金钢钢海水海水(H2S)、铜合金、铜合金海水海水(NH4+)特点：肉眼难以观察、没有预兆、突然破坏。特点：肉眼难以观察、没有预兆、突然破坏。危害最大的局部腐蚀。危害最大的局部腐蚀。3）机械因素作用下的腐蚀：）机械因素作用下的腐蚀：b. 腐蚀疲劳（corrosion fatigue）:金金属在交变循环应力和腐蚀介质共同作属在交变循环应力和

7、腐蚀介质共同作用下发生的破坏。用下发生的破坏。特点：最易发生在能产生孔蚀的环境特点：最易发生在能产生孔蚀的环境中，蚀孔引起应力集中；对环境没有中，蚀孔引起应力集中；对环境没有选择性，氧含量、温度、选择性，氧含量、温度、pH值、溶值、溶液成分均可影响腐蚀疲劳。液成分均可影响腐蚀疲劳。实例：海水中高铬钢的疲劳强度只有实例：海水中高铬钢的疲劳强度只有正常性能的正常性能的30%-40%。c. 摩擦磨损腐蚀（erosion corrosion）:是指处于腐蚀介质中的构件在受强烈冲刷磨损或表面相互摩擦而导致构件的损坏。4 4）生物腐蚀：）生物腐蚀：在金属表面有某些微在金属表面有某些微生物，由于微生物生命产

8、物的作用而生物，由于微生物生命产物的作用而发生的腐蚀称为生物腐蚀。发生的腐蚀称为生物腐蚀。微生物进行代谢时能产生各种化学物微生物进行代谢时能产生各种化学物质。如硫细菌在有氧条件下能使硫或质。如硫细菌在有氧条件下能使硫或硫化物氧化，反应最终将产生硫酸；硫化物氧化，反应最终将产生硫酸；再如硫酸盐还原菌在通气性差的海水再如硫酸盐还原菌在通气性差的海水和土壤中可将硫酸盐还原成单质硫或和土壤中可将硫酸盐还原成单质硫或分解含硫有机物产生硫化氢，从而加分解含硫有机物产生硫化氢，从而加速金属在电解质溶液中的腐蚀。速金属在电解质溶液中的腐蚀。最新发现的食锈细菌将在二十年内吞噬北大西洋海底的泰坦尼克号残骸。1）全

9、面腐蚀（全面腐蚀（general corrosion） 腐蚀分布在整个金属表面上，可以是腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也可以是不均匀的。例：碳均匀的，也可以是不均匀的。例：碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。2）局部腐蚀（局部腐蚀（localized corrosion） 腐蚀作用仅局限在金属表面的某一区腐蚀作用仅局限在金属表面的某一区域，而表面的其他部分则几乎未被破域，而表面的其他部分则几乎未被破坏。局部腐蚀又分为：小孔腐蚀（点坏。局部腐蚀又分为：小孔腐蚀（点蚀、坑蚀）、缝隙腐蚀、选择性腐蚀、蚀、坑蚀）、缝隙腐蚀、选择性腐蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀、表面下腐蚀等。

10、晶间腐蚀、穿晶腐蚀、表面下腐蚀等。2 2、金属腐蚀的分类、金属腐蚀的分类按金属腐蚀的破坏形式分：2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理 金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏过程称金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏过程称为为电化学腐蚀电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海主要是金属在电解质溶液、天然水、海水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。它的水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。它的特点特点是在腐蚀过程中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应是在腐蚀过程中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应的阳极过程和阴极过程是分区进行的。的阳极过程和阴极过程是分区进行的。 2.2.1 腐

11、蚀原电池腐蚀原电池将将锌片锌片和和铜片铜片浸入稀硫酸水溶液中，再用导浸入稀硫酸水溶液中，再用导线把它们连接起来组成原电池线把它们连接起来组成原电池(图图2-1)。这时。这时由于锌的电位较低，铜的电位较高，它们各由于锌的电位较低，铜的电位较高，它们各自在电极溶液界面上建立的电极过程平衡自在电极溶液界面上建立的电极过程平衡遭到破坏，并在两个电极上分别进行电极反遭到破坏，并在两个电极上分别进行电极反应，这时就有电流产生。应，这时就有电流产生。电子自负极通过外电子自负极通过外导线流向正极，即从锌片流向铜片，导线流向正极，即从锌片流向铜片，电流则电流则从正极流向负极，即从铜片流向锌片。从正极流向负极，即