第二章-1材料腐蚀原理.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第二章材料腐蚀原理,第一节 材料腐蚀程度的评定方法,均匀腐蚀程度的评定方法,1,局部腐蚀程度的评定方法,2,Content,：,腐蚀的分类,-,腐蚀形态,1.,普遍性腐蚀（或全面腐蚀）,(General Corrosion),腐蚀分布在整个金属的表面，可以是均匀的或不均匀的。这类金属的危险性较小，也较容易控制，并且依据腐蚀速率可进行结构腐蚀控制设计和使用寿命预测。,2.,局部腐蚀,(Localized Corrosion),局部可以是部分的也可以是成分的：前者包括坑，斑点，焊接区，缝隙区，金属与导电体接触区表面下及晶间腐蚀等；后者较明显的实例是黄铜的脱锌破坏。局部腐蚀较普遍性腐蚀更具危险性，更容易导致机械产品腐蚀失效。,3.,应力腐蚀,应力作用下的腐蚀断裂即材料在应力和腐蚀性环境介质协同作用下发生的开裂及断裂失效现象。,当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变（,Strain,）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（,Stress,）。,一、材料腐蚀程度的评定方法,材料的,腐蚀倾向,由其热力学稳定性决定，热力学上不稳定的材料具有腐蚀自发性，然而，腐蚀造成的,破坏状况和程度大小,则取决于腐蚀的动力学。腐蚀的类型不同，所采用的评定方法也不同。,主要为两种评定方法：,均匀腐蚀程度,的评定方法,局部腐蚀程度,的评定方法,1.,重量法,2.,深度法,3.,电流密度表征法,均匀腐蚀,对于全面腐蚀情况下的,均匀腐蚀,，通常采用这三种方法来表征腐蚀的平均速率,平均腐蚀速率,：,average corrosion rate,一,.,均匀腐蚀程度的评定方法,1.,重量法,重量法,（确切讲应该为质量法）灵敏、有效、用途广泛，是最基本的定量评定方法之一。是根据腐蚀前后的,重量变化,(,增加或减少,),来表示腐蚀的平均速率。,增重法：若腐蚀产物,全部牢固地附着,于试样表面，或虽有脱落但易于全部收集，则常用增重法来表示。,失重法：如果腐蚀产物,完全脱落,或易于全部清除、则往往采用失重法。,计算公式：,平均腐蚀速率,(,单位时间、单位面积的重量变化,),的计算公式为：,式中，,w,为腐蚀速率,(g,(m,2,h),；,W,|W-W,0,|,，为试样腐蚀前重量,W,0,和腐蚀后重量,W,的变化量,(g),；,S,为试样的表面积,(m,2,),；,t,为试样腐蚀的时间,(h),。,注意事项,假定整个试验周期内腐蚀始终以恒定的速率进行，而实际常并非如此,S,通常是利用试样腐蚀前的表面积，当试样周期内腐蚀导致的试样表面积变化明显时将会影响数据真实性,采用失重法时，应按照标准规定的方法去除试样表面的残余腐蚀产物,条件,表面积,S,操作,注意事项：,2.,深度法,从工程应用角度上看，影响结构或设备寿命和安全的重要指标是,腐蚀后构件的有效截面尺寸,。因此，用,深度法,表征腐蚀程度更有实际意义。特别是对衡量不同密度的材料的腐蚀程度，目前该方法已被纳入有关标准,(,如我国国标,GBl0124,金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法,，美国材料试验协会标准,ASTMG1,，,ASTMG3,等,),。,方法：直接测量腐蚀前后或腐蚀过程中某两时刻的,试样厚度,就可以得到深度法表征的腐蚀速率,(,失厚或增厚,),。,计算公式：,深度法表征的腐蚀速率可以由重量法计算出的腐蚀速率换算得到，换算公式为：,?,V,d,=V,w,/8.76,式中,d,w,分别为深度法和重量法表示的腐蚀速率，单位分别为,mm/a,和,g/m,2,h,。对于腐蚀减薄情况,为,腐蚀材料,的密度；对于增厚情况，,应为,腐蚀产物,的密度。但实际中腐蚀产物密度的准确值难以确定，因而式一般仅用于,减薄,情况，,的单位为,g/cm,3,。,根据深度法表征的腐蚀速率大小，可以将材料的耐蚀性分为不同的等级,:,d,：,1.0mm/a,d,：,0.11.0mm/a,d,0.1mm/a,耐蚀（,1,级）,不可用（,3,级）,可用（,2,级）,其他方法：三级分类法,不管按几级分类，仅具有相对性和参考性，科学地评价腐蚀等级还必须考虑具体应用背景。,3.,电流密度表征法：,金属的电化学腐蚀是由阳极溶解导致的、因而电化学腐蚀的速率可以用阳极反应的,电流密度,来表征。,法拉第定律,指出，当电流通过电解质溶液时，电极上发生电化学变化的物质的量与通过的电量成正比，与电极反应中转移的电荷数成反比。,法拉第定律：,设通过阳极的电流强度为,I,，通电时间为,t,，则时间,t,内通过电极的电量为,I t,，相应溶解掉的,金属的质量,M,为,A,为,1mol,金属的相对原子质量，单位为,g/mol,；,n,为金属阳离子的价数,F,为法拉第常数其值约为,96500C/mol,。,腐蚀速率计算公式：,对于均匀腐蚀情况阳极面积为整个金属表面,S,，因此腐蚀电流密度,i,corr,为,I/S,。这样就可以得到,重量法,表示的腐蚀速率,w,和电流密度之间的关系：,同样可以得到以,深度法,表征的腐蚀速率与腐蚀电流密度的关系为,腐蚀速率计算公式：,当电流密度,i,corr,的单位取,A/cm,2,，其他量的单位同前面规定时,重量法,所表示的腐蚀速率,w,：,w,=3.73,10,-1,Ai,corr,/n,深度法,所表示的腐蚀速率,d,可以换算为？,前面所介绍的腐蚀速率表征方法均适用于,均匀腐蚀,情况。而对于非均匀腐蚀，即便是全面腐蚀，上述方法也不适用，这时需要借助其他方法来评定腐蚀程度。,二,.,局部腐蚀程度的评定方法,包括应力作用下腐蚀在内的广义局部腐蚀的特点是，材料的,质量损失很小,，但是，材料,局部腐蚀,可能会很严重。,因此，评价局部腐蚀程度不能简单地采用前面介绍的适用于均匀腐蚀的方法，这时需要根据具体腐蚀类型，以及对材料或结构安全可靠性的影响等来选择适用的评定方法。,应力作用下的腐蚀,多数局部腐蚀,点蚀密度，平均点蚀深度，最大点蚀深度,测量电阻率的改变,断裂寿命，断裂时间法,点腐蚀,评价局部腐蚀程度不能简单地采用前面介绍的适用于均匀腐蚀的方法，这时需要根据具体腐蚀类型，以及对材料或结构安全可靠性的影响等来选择适用的评定方法。,局部腐蚀程度的评定方法,计算公式：,测定腐蚀前后试件机械强度或断裂延伸率的变化，不仅适用于全面腐蚀（均匀的或不均匀的），更有利于,评价局部腐蚀,。,假设试件腐蚀前、后的,抗拉强度,分别为,b,和,b,，,延伸率,分别为,f,和,f,，则在规定腐蚀时间内，评定腐蚀程度的,指标抗拉强度损失,K,和延伸率损失,K,可分别表示为,宏观与微观腐蚀电池,金属的电化学腐蚀,腐蚀倾向的热力学判据,腐蚀原电池,电极与电位,1,2,3,4,绝大多数金属均处于热力学不稳定状态，有自动发生腐蚀的倾向，研究腐蚀现象需要从两个方面着手，一方面是看腐蚀的,自发倾向,大小另一方面是看,腐蚀进程,的快慢，前者需要用热力学原理进行分析，后者则要借助动力学理论。,对于金属腐蚀和大多数化学反应来说，一般都是在,恒温、恒压,的敞开体系条件下进行的，在这种情况下，用系统状态函数吉布斯,(Gibbs),自由能判据来判断反应的方向和限度较为方便。,吉布斯自由能用,G,表示、它被定义为物质系统的焓减去它的绝对温度与熵的乘积。,腐蚀倾向的热力学判据,腐蚀倾向的热力学判据,对于等温、等压并且没有非膨胀功的过程，物质系统的平衡态对应于吉布斯自由能,G,为最低的状态,G,的,负值,的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向就越大。,金属原子态和化合态自由能状况,腐蚀与环境的关系,例：判断那种情况下会发生腐蚀：,(1),铜在纯盐酸,(pH,0),中，则有,Cu+2H,+,Cu,2+,+H,2,0 0,65.52 0,(2),铜在含有溶解氧的盐酸,(PH,0,，,p,O2,21278Pa),中，则有,Cu+1/2O,2,+2H,+,Cu,2+,+H,2,O,0 -3.86 0,65.52 -237.19,金属腐蚀,对于,Mg,Cu,和,Au,在含氧的潮湿环境中的反应，标准条件下自由能变化,G,的情况为,:,