高温腐蚀的防护涂层发展现状

标题：高温腐蚀的防护涂层发展现状

学院：理学院

专业：应用化学1101班

姓名：汪云飞

学号：110703102

高温防护涂层研究进展

摘要：简要介绍了高温防护涂层的发展进程，特别关注航空航天领域中几种常用的高温涂层，包括扩散涂层、M CrAlY包覆涂层和热障涂层；介绍了新概念涂层和玻璃基复合涂层等特色高温防护涂层；综述了国内外关于包括抗氧化或耐腐蚀涂层、热障涂层和扩散阻挡层等高温涂层的最新研究进展；还讨论了高温涂层未来的发展。

关键词：高温防护涂层；热障涂层；Pt改性铝化物涂层；MCrAlY涂层

1 引言

高温防护涂层能为高温下使用的金属材料提供有效的抗氧化腐蚀防护，已广泛应用于航空航天、能源、石油化工等领域。其中具有代表性的应用是在飞机、舰船和地面发电用的各种燃气涡轮发动机上，其高温防护涂层的发展主要经历了3个阶段：第一代热扩散涂层，第二代M（ M =Fe，Ni或Co）CrAlY包覆涂层；第三代热障涂层。

为了进一步提高涡轮发动机的工作效率，并达到节能减排的目的，就要提高发动机的进口温度，因此，科学工作者们不断致力于研发更先进的材料、涂层体系及制备技术，例如研制出的第四代镍基单晶高温合金的承温能力已达

1180 ℃。相应地，对高温防护涂层也提出了更高的要求，涌现出多种具有独特设计理念的新型高温防护涂层。本文阐述了常用高温防护涂层的结构、制备方法及应用特点，介绍了几种特色高温防护涂层，综述了国内外关于高温涂层研究的最新进展。对高温防护涂层的发展趋势进行了展望。

2 常用高温防护涂层

2.1 扩散涂层

使一些抗氧化性元素，如Al，Cr， Si等，与金属基体接触，并进入基体表面形成的涂层为扩散涂层。在扩散涂层的形成过程中，基体参与涂层的形成，基体中的元素进入到涂层中，涂层下面的基体中形成扩散层。扩散涂层有渗铝涂层、渗铬涂层、渗硅涂层，以及改进的渗铝涂层等，代表性的有渗铝涂层和改进的渗铝涂层。

2.1.1 渗铝涂层渗铝涂层最早在1911 年由 Van Aller 在美国专利中阐述，采用粉末包埋法制备，后来又出现了热浸渗铝、料浆渗铝、以及非接触式“基材在渗剂之上”的渗铝和化学气相沉积（CVD）渗铝等制备方法。20世纪

50年代粉末包埋渗铝涂层开始用于钴基导向叶片，到了70年代，大多数的镍基和钴基涡轮及导向叶片都采用了粉末包埋渗铝涂层和非接触式渗铝涂层。

在粉末包埋渗铝方法中，样品埋入渗剂粉末中，渗剂由铝源粉末、卤化物活化剂和填料组成，铝源粉末可以是金属Al或适合的合金粉，填料通常为惰性的Al2O3。渗剂一般含有2%～5%的活化剂，例如氯化铵，25%的铝源，剩下的为填料。加热时活化剂在渗剂中挥发，与铝源反应生成挥发性的涂层金属的化合物。挥发性的物质向基材表面扩散，并在那里发生沉积反应。渗铝时须通入氩气等保护性气体，以免铝源和金属基材被氧化。

2.1.2 改进型铝化物涂层在简单渗铝涂层中加入少量Si，Cr,Pt等元素，可以明显改善涂层的性能。改进型铝化物涂层主要有以下几种：

（1）Cr改性铝化物涂层

在涂层中加入Cr可以显著提高涂层的抗热腐蚀性能，减缓因涂层和基材互扩散引起的退化。涂层的制备可以采用一步法和两步法。由于Al和Cr 的卤化物的热稳定性相差巨大，通过纯金属粉末包埋渗的方法实现Al和Cr共渗很难，所以早期通常采用两步法制备铬改性铝化物涂层，即预先沉积铬层于金属基体上，可以用包埋、料浆及电镀等方法，然后包埋热扩散渗铝。通过使用Cr-Al

二元合金，使得相对较高Al的卤化物的蒸气压得以降低，实现了镍基合金上的Al和Cr共渗。涂层以NiAl相为主，Cr 固溶于NiAl相中，或以α -Cr相析出。

（2）Si改性铝化物涂层

在涂层中加入适量的Si能减缓因涂层和基材互扩散引起的退化，亦可改善其抗热腐蚀性能，而且相对于Al-Cr共渗具有更好的抗高温氧化性能，但Si

的含量不宜过高，因为高温下Si与Ni会形成有害的低熔点相而使涂层变脆，氧化过程中容易剥落。制备Al-Si涂层的最常用方法是料浆法。涂层以β -NiAl 相为主，Si以富Si的第二相颗粒分布于涂层中。

（3）Pt改性铝化物涂层

在改进型铝化物涂层中，Pt-Al涂层的改性效果最明显。Pt提高了α -Al2O3膜的抗剥落和自愈能力，增加了铝化物涂层的组织稳定性，降低了涂层与基体之间的互扩散。Pt-Al涂层的制备通常采用两步法，首先在合金基体上电镀一层Pt，然后退火处理，退火后进行粉末包埋渗铝。涂层通常为双层结构，外层为PtAl2和NiAl的双相结构或富Pt的（Pt,Ni）Al 单相层，内层为NiAl的单相层。

上述改进铝化物涂层已在燃气轮机的热端部件等上得到了广泛应用。

2.2 包覆涂层

包覆涂层是指利用物理或化学手段使涂层材料在合金表面直接沉积而形成

的涂层。包覆涂层与扩散涂层的明显不同是涂层沉积时只与基材发生能够提高涂层结合力的相互作用，基材不参与涂层的形成，因此涂层成分的选择更具有多样性。包覆涂层可以是金属涂层和陶瓷涂层等，其中最典型的是MCrAlY包覆涂层。

MCrAlY包覆涂层于20世纪70年代发展起来，现已发展成一系列的涂层体系，其中 M 为Fe, Co, Ni 或它们的组合，Al用来形成保护性的Al2O3膜，Cr 用来促进氧化膜的形成，并提高抗热腐蚀能力，Y用来提高氧化膜的附着力，涂层中还可通过添加Hf ,Si , Ta ,Re, Zr, Nb等元素中的一种或多种以满足一些特定的应用需求。这类涂层主要由β相（NiAl或CoAl）和Ni或Co的γ固溶体组成。镍基Ni-Cr-Al-Y涂层具有优良的抗氧化性能，钴基Co-Cr-Al-Y涂层更抗热腐蚀，Ni-Co-Cr-Al-Y涂层二者兼顾。

2.3 热障涂层

热障涂层（TBCs）的主要功能是隔热，由导热系数较低的陶瓷面层和金属粘结层组成。早期的热障涂层是Al2O3和ZrO2（MgO或CaO稳定的）陶瓷隔热层直接喷涂于合金表面，在70年代中期使用NiCrAlY为粘结层和等离子喷涂技术制备了Y2O3稳定的ZrO2表层以及在20世纪80年代早期发展的EB-PVD技术沉积陶瓷表层是热障涂层发展史上的重要进展。现在的热障涂层的粘结层多为MCrAlY 和Pt改性铝化物涂层，金属粘结层主要作用在于增加陶瓷涂层与基体的结合力，改善二者之间热膨胀系数的不匹配，同时也提高基体的抗氧化性。8% Y2O3部分稳定的ZrO2（Y-PSZ）具有高熔点，高温稳定性、低热导率及与基体材料最为接近的热膨胀率而成为陶瓷隔热层的首选材料。在高温下，粘结层中的Al与从陶瓷层中扩散进来的氧气反应，在粘结层/陶瓷层界面之间形成一层热生长氧化层TGO，其主要成分为α-Al2O3，有效地阻止了基材的氧化。

目前，TBCs应用面临的主要挑战是涂层的耐久性，尤其是涂层抗剥落的能力，其影响因素众多，例如ZrO2层中的应力状态、粘结层的显微组织、TGO 层的厚度和应力状态以及粘结层和TGO之间各种界面的断裂抗力等。目前得到公认的是粘结层的氧化是决定EB-PVD TBCs寿命的关键因素。

3 特色高温防护涂层

3.1 新概念涂层

这类涂层将材料学、物理化学、固体扩散、高温氧化等学科的一些基本理论引入涂层设计中，形成了独特的高温涂层体系。

3.1.1 EQ涂层传统的高温防护涂层渗铝涂层（β-NiAl）和MCrAlY涂层用于镍基单晶高温合金时，由于单晶合金中难熔金属含量较传统高温合金大幅提高，涂层和基材的互扩散导致涂层/基材界面形成了有害的SRZ区，明显降低

了镍基单晶合金的蠕变断裂寿命。Kawa- gishi等和Sato等提出制备EQ涂层抑制SRZ的形成，镍基高温合金由γ和γ′相组成，这两相保持着平衡状态，因此两相中元素的化学势相等，将合金中的γ′相作为EQ涂层材料，则导致涂层和基材之间互扩散的元素化学势差为零，因此可以抑制涂层和基材的互扩散。

3.1.2 智能涂层 Nicholls等提出的智能涂层是一种能在较宽的温度范围和复杂的腐蚀环境中对腐蚀侵蚀做出最佳响应的成分梯度涂层系统，为工业和舰用燃机的高温部件提供腐蚀防护。涂层具有既抗高温氧化又抗低温热腐蚀的功能，涂层以MCrAlY涂层为基，外层是富铝层，在 900 ℃以上的高温氧化环境中以及800 ℃以上的I 型热腐蚀条件下可快速形成Al2O3膜而发挥保护作用；中层为富铬层，既能在高温条件下作为扩散阻挡层阻止富铝层中的Al向基材扩散以及基材中的元素扩散到富铝层，又能在温度较低时，600～800 ℃ II型热腐蚀条件下快速形成Cr2O3降低腐蚀速率，此时外层富铝层由于在此环境中不能快速形成Al2O3 膜而腐蚀失效。这种涂层在工业和舰用燃机上应具有较好的应用前景。

3.2 玻璃基涂层

3.2.1金属-玻璃基复合热障涂层金属-玻璃基复合热障涂层（简称MGC）采用真空等离子喷涂的方法制备，涂层的热膨胀系数可以通过金属与玻璃的比例调整，使之与基体相匹配。另外，涂层是气密性的，可以保护基体与粘结层免受腐蚀性气氛的侵蚀。1000和1200 ℃下空气中恒温及循环氧化实验结果表明，MGC涂层的寿命明显高于传统YSZ热障涂层。玻璃基涂层具有热稳定性高、耐蚀性好的优点，但高温下易软化，温度较低时脆性较大等缺点限制了其使用，通过调节优化涂层成分可提高其软化点、增强其韧性，因此这类涂层还是极具应用潜力的。

4 高温防护涂层的最新研究进展

4.1 Pt改性铝化物涂层和M CrAlY涂层

Pt改性铝化物涂层和MCrAlY涂层因同时兼具抗氧化和热腐蚀的性能，无论是作为高温防护涂层还是热障涂层的粘结底层都得到了广泛的应用。近年围绕这两种涂层的研究主要有：通过添加新元素对涂层进行改性来提高涂层抗氧化性能，例如，在Pt改性铝化物涂层中添加Ir，在NiCrAlY涂层中添加Re；制备成分梯度涂层提高涂层抗氧化性，例如，在 M CrAlY涂层表面渗铝或采用PVD的方法沉积富Al涂层（纯Al或AlSiY等）然后热扩散处理，获得Al含量在涂层中呈梯度分布的复合涂层等等。

4.2γ′基涂层

针对单晶高温合金设计的涂层体系，目的是为了抑制SRZ的形成。这类涂层包括前面提到的EQ涂层，以及Pt改性的γ′-Ni3Al涂层等，后者表现出优良的抗高温氧化性能， Pt的作用机制与其促进了Al的上坡扩散有关。

4.3 新型热障涂层系统

在1170 ℃时纯氧化锆发生单斜到四方相的转变，相变过程中伴随的体积变化会导致涂层中产生裂纹， Y2O3等稳定剂的加入会抑制相变的发生，因此当下热障涂层顶层最常使用的材料是8%Y2O3部分稳定的ZrO2，在温度低于1200 ℃时可以长期使用。但在更高温度下，ZrO2又会发生从 t ′相到单斜和立方相的转变，而且涂层的烧结会导致涂层应变容限的降低，从而加速涂层中裂纹的产生以及随后的剥落及失效。

4.3.1 新型陶瓷隔热层材料新型陶瓷隔热层材料要求具有高温下抗烧结, 室温至服役温度范围内相稳定, 尽可能低的热导率，涂层成分及结构可控，并具有长期服役寿命等多种优点。最近，Vasen等对近年来研究的新型热障涂层陶瓷材料进行了归纳分类。

第一类具有A2B2O7结构，包括以ZrO2为基的（B=Zr）Ln2Zr2O7（Ln为La, Gd, Sm, Nd, Eu，Yb或其组合），以HfO2为基的（B=Hf）La2Hf2O7和Gd2Hf2O7，以CeO2为基的（B=Ce）La2Ce2O7和 La2(Zr0.7Ce0.3)2O7，这类材料因具有比YSZ 更低的热导率而受到关注。

第二类称作缺陷丛热障涂层，也就是用稀土元素阳离子改性的ZrO2，例如5.5mol% Y2O3-2.25mol% Gd2O3-2.25mol% Yb2O3 稳定的ZrO2，改性后涂层热导率明显降低。

第三类的名义成分可写成(La,Nd)MAl11O19，M为Mg, Mn Zn, Cr, Sm，这类化合物熔点高、热膨胀系数大，热导率低，抗烧结能力强，结构稳定（1800 ℃以下），适宜作热障涂层材料。但这类涂层在等离子喷涂沉积制备过程中的再结晶现象是制约其应用的主要缺点。

第四类具有 ABO3 的结构，又分为锆酸类，例如 BaZrO3、SrZrO3、CaZrO3，以及复合类，例如 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3，La(Al1/4Mg1/2Ta1/4)O3，这类化合物的共同特点是具有高温稳定性，相对于YSZ又各有自己的优势和不足。

4.3.2 新陶瓷涂层制备技术除了研发新的陶瓷隔热材料，在新涂层制备技术方面也进行了探索。采用空心阴极物理气相沉积技术和薄膜低压等离子喷涂技术都制备出了柱状晶结构的热障涂层，与EB-PVD相比成本降低，绕射性能较好，适合涂覆复杂形状零件，而且沉积速率较高。利用悬浮液等离子喷涂技术制备出了更高孔隙率和微裂纹密度的低热导率陶瓷隔热层。

4.3.3 优化涂层结构运用现有涂层制备技术，包括EBPVD和APS，通过改变沉积工艺，控制柱状晶的生长方向和涂层的孔隙类型，可获得不同显微结构的陶瓷层，从而使陶瓷隔热层的热导率和力学性质得到优化，例如，通过使旋转轴或样品倾斜，得到弯折（Zig-Zag）的柱状晶结构，使涂层的热导率下降了40%。

5 高温防护涂层的发展趋势

综上所述，高温抗氧化腐蚀涂层有待解决的问题仍然是如何在抑制涂层与基体材料（尤其是单晶高温合金）互扩散的同时提高涂层的抗氧化腐蚀性能，制备成分梯度涂层可能解决这一问题，成为未来发展的方向。

热障涂层仍会是未来高温防护涂层领域的研究热点，研发具有高温下抗烧结、室温至服役温度范围内相稳定、低的热导率、长期服役寿命等多种优点的新型陶瓷层材料；优化粘结层的成分和结构，使之形成生长速率缓慢粘附性好的TGO；开发绕射性好、沉积速率高、沉积态涂层具备隔热性能好和应变容限高的结构特点的新涂层制备技术，可能是未来发展的趋势。

参考文献

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李伟洲, 王启民, 孙超. 高温防护涂层扩散阻挡层的研究进展 [J]. 材料导报, 2009

金属腐蚀与防护

第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀

2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)

金属腐蚀与防护

摘要：本文论述了腐蚀的产生机理，从而探讨了防腐蚀的办法。文章介绍了金属腐蚀与腐蚀机理,详细综述了形成保护层、电化学保护法、缓蚀剂法等几种常见腐蚀防护方法的原理以及在金属腐蚀与防腐中的应用和研究进展。 关键词：金属腐蚀防护 金属腐蚀的分类：根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏；化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要环境的介质中有水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液,比如大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀.。环境中引起金属腐蚀的物质主要是氧分子和氢离子,它们分别导致金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀,其中又以吸氧腐蚀最为普遍。 腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。20世纪70年代前后，许多工业发达国家相继进行了比较系统的腐蚀调查工作，并发表了调查报告。结果显示，腐蚀的损蚀占全国GNP的1%到5%。这次调查是各国政府关注腐蚀的危害，也对腐蚀科学的发展起到了重要的推动作用。在此后的30年间，人们在不同程度上进行了金属的保护工作。在以后的不同时间各国又进行了不同程度的调查工作，不同时期的损失情况也是不同的。有资料记载，美国1975年的腐蚀损失为820亿美元，占国民经济总产值的4.9%；1995年为3000亿美元，占国民经济总产值的4.21%。这些数据只是与腐蚀有关的直接损失数据，间接损失数据有时是难以统计的，甚至是一个惊人的数字。我国的金属腐蚀情况也是很严重的，特别是我国对金属腐蚀的保护工作与发达的工业国家相比还有一段距离。据2003年出版的《中国腐蚀调查报告》中分析，中国石油工业的金属腐蚀损失每年约100亿人民币，汽车工业的金属腐蚀损失约为300亿人民币，化学工业的金属腐蚀损失也约为300亿人民币，这些数字都属于直接损失。如该报告中调查某火电厂锅炉酸腐蚀脆爆的实例，累计损失约15亿千瓦·时的电量，折合人民币3亿元，而由于缺少供电量所带来的间接损失还没有计算在内。所以说，金属腐蚀的损失是很严重的，必须予以高度的重视。金属腐蚀在造成经济损失的同时，也造成了资源和能源的浪费，由于所报废的设备或构件有少部分是不能再生的，可以重新也冶炼再生的部分在冶炼过程中也会耗费大量的能源。目前世界上的资源和能源日益紧张，因此由腐蚀所带来的问题不仅仅只是一个经济损失的问题了。腐蚀对金属的破坏，有时也会引发灾难性的后果，此方面的例子太多了，所以对金属腐蚀的研究是利国利民的选择。由于世界各国对于腐蚀的危害有了深刻的认识，因此利用各种技术开展了金属腐蚀学的研究，经过几十年代努力已经取得了显著的成绩。 金属防护的方法： 改善金属的本质根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐腐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。 在金属表面形成保护层在金属表面覆盖各种保护，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法[3]。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。该法就是使金属表面形成转化层和加上一层坚固的保护层，达到隔离大气保护金属的目的.如对金属表面实施电镀、化学镀以及氧化、磷化处理等，可使金属表面覆盖一层耐腐蚀的保护层;也可以对金属表面氮化。

金属腐蚀与防护课后答案

《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 习题解答 第一章 1.根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6

=0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。（2）对不锈钢在20%HNO ( 25℃)有： 3 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。

过程装备腐蚀与防护综述

过程装备腐蚀与防护综述班级：装控131班 学号：1304310125 姓名：杨哲 指导老师：黄福川

过程装备腐蚀与防护综述 装控131杨哲 1304310125 材料表面现代防护理论与技术 摘要：从材料表面防护技术与防护理论的角度，全面的介绍了材料表面防护技术与防护理论在人们的日常生活和国民经济发展中的重要性，并从金属材料有可能发生的腐蚀老化失效、摩擦磨损失效和疲劳断裂失效的理论基础，介绍了多种现代常见的材料表面防护新技术，如特种电沉积技术、热能改性表面技术、三束表面改性技术、气象沉积技术。金属表面转化膜技术等。同时，对于材料表面的涂、镀层界面结合理论，材料涂、镀层的防护理论，零部件表面防护涂、镀层设计等内容进行了专门的介绍。 关键词：材料表面；防护技术；腐蚀机理；防护理论；材料涂、镀层 Abstract: From the Angle of material surface protection technology and protection theory, comprehensive material surface protection technique is introduced and protection theory in People's Daily life and national economic development, the importance of and the possible corrosion of metal materials aging failure friction and wear and fatigue fracture failure of the theoretical foundation, introduced a variety of modern common material surface protection technology, such as special heat surface modification technology of electrodeposition three beam surface modification technology of meteorological deposition technology conversion film on the metal surface at the same time, such as interface for material surface coatings combined with theory, theory of protective materials, coatings, parts design content such as surface protective coatings specifically introduced Keywords: Material surface; Protection technology; Corrosion mechanism; Protective theory; Material coatings 前言 人们在日常的生活工作中不可避免的都要使用各种不同材料制成部件或产品，而使用这些部件或产品其目的是不同的，有的是为了工作，有的是为了日常生活。在使用这些不同材料制成的产品时，人们经常会发现，一些产品部件在不同的使用环境中，或者在环境条件发生变化时，表面很快会发生腐蚀、氧化、摩擦、磨损、老化等失效破坏现象，使产品的使用功能或使用价值受到影响，严重时甚至导致产品或部件的报废。因此，需要有针对性的对产品部件涂覆不同的防护膜层，以达到在不同使用环境中能够长期使用的目的。但是现代科学技术的进步和产品所处环境的复杂性，要求产品部件的屠夫膜层不再是简单的表面防护作用，而是需要具有多种功能，如耐高温、抗氧化、抗老化，满足光电磁等功能要求，甚至要求与产品部件的结构功能一体化。因此，对产品部件表面进行防护或表面处理，关系到产品应用部件的应用寿命和功能化。实际上，对产品部件涂覆功能性膜层是进一步发挥部件材料潜力的体现，也是现代社会提倡的节约原料资源、节约能源的一项重要措施。 设备和设施的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的，而多种金属材料在空气、水和各种介质中均会产生不同程度的腐蚀现象，致使零件失效，引发设备故障或事故，造成严重后果。所以，设备的腐蚀及其防护问题日益受到工程技术人员和科研人员的高度重视。

腐蚀与防护习题

第一章绪论 1．根据你对腐蚀的理解、给材料腐蚀下一个你认为比较完善的定义。 2．简述研究金属腐蚀的主要目的和内容。 3．为什么有人把金属的高温氧化归为电化学腐蚀？ 4．腐蚀控制的主要方法有哪些?控制腐蚀有何意义?腐蚀可否根除? 5．腐蚀学科的发展可以划分为几个主要阶段?各阶段有何特点? 6．腐蚀的分类方法有哪些?为什么要从多种角度对腐蚀进行分类?按腐蚀形态可将腐蚀分为哪些类型? 7．化学腐蚀和电化学府蚀有何区别? 8．试评述重量法、深度法和电流密度表征法用于腐蚀速率大小表示时的特点及适用条件。为何这些方法不能评定局部腐蚀?局部腐蚀应该如何评定才合理?对于腐蚀速率随时间改变的均匀腐蚀情况，怎样评定腐蚀程度更为科学?请给出你认为合理的方案。 9．通过理论推导，试铜在充空气的中性水溶液中的腐蚀产物为二价铜离子，阳极腐蚀电流密度i =10-2A／m3。请分别计算出以重量法和深度法表示的 corr 铜的腐蚀速率大小，并指出铜在该环境中的腐蚀等级和耐蚀情况。 第二章电化学腐蚀的基本原理 1．电极电位是如何产生的?能否测量电极电位的绝对值? 2．电极体系分为几种类型?它们各有什么特点? 3．化学位和电化学位有什么不同?电化学位由几个部分组成? 5．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向? 6．如何使用电极电位判断金属腐蚀的倾向? 7．什么是腐蚀电池?腐蚀电池有几种类型?

8．何谓腐蚀电池?腐蚀电池和原电池有无本质区别?原因何在? 9．腐蚀电池由几个部分组成?其基本过程是什么?二次反应产物对金属腐蚀有何影响? 10．腐蚀电池分类的根据是什么?它可分为几大类? 11．什么是异金属接触电池、浓差电池和温差电池?举例说明这三类腐蚀电池的作用？何谓标准电极电位?试指出标准电位序和电偶序的区别。 12．含有杂质的锌片在稀H 2SO 4 中的腐蚀是电化学腐蚀，是由于锌片中的杂质形 成的微电池引起的，这种说法正确吗?为什么? 13．什么是电位-pH图?举例说明它的用途及局限性。 12．计算下列电极体系的电极电位： (1)Zn／Zn 2 +(2mol／L)；(2)Fe3+(0.5mol／L)／Fe2+(0.2mol／L)； (3)C1O 4-(0.2mol／L)，C10 3 -(0.3mol／L)，0H-(0.6mol／L)组成的电极体系； 13．计算Ag／AgCl电板在1mol／L KCl溶液中的电极电位。 14．将Zn片浸入Ph=l的0.01 mol／L的ZnCl 2 溶液中，通过计算判断能否发生析氢腐蚀。 15．Zn片浸在活度为1的Zn2+溶液中，Pt片浸在Ph=1，PH2=0．2MPa的酸溶液中，组成电池，求该电池的电动势，并判断该电池的正负极。 16．计算下列电板组成的电池电动势，当该电池短路时，哪个电极被腐蚀? (1)Fe和Mg分别浸在相同活度的Fe2+和Mg2+溶液中。 (2)Pb和Ag分别浸在相同活度的Pb2+和Ag+溶液中。 17．什么是析氢腐蚀？析氢腐蚀发生的必要条件是什么?析氢腐蚀有哪些特征? 18．划分高、中、低氢过电位金属的依据是什么?并据此分析金属元素对析氢腐蚀的影响？

(完整版)金属腐蚀与防护课后习题答案

腐蚀与防护试题 1化学腐蚀的概念、及特点 答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。 是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。 归纳化学腐蚀的特点 在不电离、不导电的介质环境下 反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应 腐蚀速度与程度与外界电位变化无关 2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？ 答案：氧化膜保护作用条件： ①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度 氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。 PB原理的数学表示： 反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量 氧化物的体积： V MO = m'/ ρ ' 用? = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ） 当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件 部分金属的?值 氧化物?氧化物?氧化物? MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7 MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。 MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别 答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀 ②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生 ④与环境电位密切相关

过程装备腐蚀与防护心得体会

学习《过程装备腐蚀与防护》心得腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；人工器官材料在血液、体液中的腐蚀；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。 目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的腐蚀造成的危害是十分惊人的。据估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%，每年生产的钢铁约10%完全成为废物。实际上，由于腐蚀引起工厂的停产、更新设备、产品和原料流失、能源的浪费等间接损失远比损耗的金属材料的价值大很多。各工业国家每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的1%~4%。 腐蚀不仅造成经济上的巨大损失，并且往往阻碍新技术、新工艺的发展。例如，硝酸工业在不锈钢问世以后才得以实现大规模的生产；合成尿素新工艺在上世纪初就已完成中间试验，但直到20世纪50年代由于解决了熔融尿素对钢材的腐蚀问题才实现了工业化生产。 通过学习我们可以从最开始的设计阶段就考虑腐蚀对工程的影响，用正确的方法控制腐蚀，这样既能节省资源，又能延长设备的使用寿命，提高了我们的效率。对我们来说，我们更要踏实的学习知识，如果缺乏对于温度的、压力、浓度等的影响腐蚀规律的分析判断能力，那么按照手册相近选定的材料，往往会造成设备的过早破坏。结构复杂的机器、设备，出于某种特定功能的需要，常常选用不同材料的组合结构，如果不注意材料之间的电化学特征的相容性，或两种材料的结构相对尺寸比例不恰当，热处理度不合理，都会加速设备的腐蚀。所以腐蚀贯穿整个设计过程，所以我们要掌握腐蚀的一些基本知识是十分必要的。 因此，研究材料腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防腐措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产效率无疑具有十分重要的意义！

金属腐蚀防护

金属腐蚀防护 金属材料是现代社会中使用最广泛的工程材料，在人类的文明与发展方面起着十分重要的作用。人们不仅在工农业生产，科学研究方面用到金属材料，在日常生活中也随处可见，无时无刻不在使用金属材料。然而金属材料易与周围介质发生反应，造成金属腐蚀现象，金属一但被腐蚀，其性能就会大大降低。如果是设备上的金属零部件腐蚀，将会使设备无法工作，给人们带来经济以及其它损失。因此金属防腐蚀非常重要。 防止金属腐蚀的方法有很多，具体分为以下几种： 一、在制造金属零件的过程中，添加不易与周围介质发生反应的耐腐蚀材料。比如在铬、镍钛等在空气中不易氧化，能生成致密的印化薄膜，可以抵抗酸、碱、盐等腐蚀，加入到铁或铜中，既可制成防腐蚀性优异的金属制品。利于金属粉末冶金可对各种金属元素进行灵活配比，利用添加不同性能的金属粉末来获得防腐蚀性能优异的金属零件。铁碳合金等金属材料还可通过采用热处理方法来防止腐蚀。 二、采用涂层法防腐蚀。涂层法包括两大类：涂覆和喷涂、镀层。在金属表面上制成保护层，借以隔开金属与腐蚀介质的接触，从而减少腐蚀。涂覆是把有机和无机化合物涂覆在金属表面，常用的方法是涂漆和塑料涂层，喷涂是则通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法，主要为分：电弧喷涂、等离子喷涂、静电喷涂、手工喷涂等；金属镀层是一种利用金属粉末在工件表面形成镀层的工艺。 根据构成涂层法保护层的物质，可以分为：（1）非金属保护层：如油漆、塑料、玻璃钢、橡胶、沥青、搪瓷、混凝土、珐琅、防锈油等。（2）金属保护层：在金属表面镀上一种金属或合金，作为保护层，以减慢腐蚀速度，CVD钽涂层技术便是以传统金属作为基体，在其表面涂覆一层钽金属，使现有产品华丽升级，生成更具有耐腐蚀性、使用寿命更长久的新一代表面合金，使用寿命是普通产品的30倍。 CVD低温化学沉积钽涂层技术 三、处理腐蚀介质。处理腐蚀介质就是改变腐蚀介质的性质，降低或消除介质中的有害成分以防止腐蚀。这种方法只能在腐蚀介质数量有限的条件下进行，对于充满空间的大气当然无法处理。

知识点总结3 金属的腐蚀与防护

知识点总结三·金属的腐蚀与防护 知识点1·金属的腐蚀 1. 金属腐蚀的概念 （1）金属的腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。 （2）金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化的过程，M -ne - === M n+（M 表示金属） （3）金属腐蚀的类型：化学腐蚀和电化学腐蚀 表1 化学腐蚀与电化学腐蚀 2. （1）化学腐蚀：4Fe + 3O 2 + 2nH 2O === 2Fe 2O 3·nH 2O （2）电化学腐蚀：吸氧腐蚀和析氢腐蚀 ① 吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁表面。当周围环境呈若酸性或中性时，发生“吸氧腐蚀”。 负极： ； 正极： 。 总反应： 。 上述电化学腐蚀中吸收氧气，故称为吸氧腐蚀。 ② 析氢腐蚀 当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀” 负极： ； 正极： 。 总反应： 。 上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。 （3）铁锈的生成 铁锈的主要成分：Fe 2O 3·nH 2O 钢铁在中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀后，生成的氢氧化亚铁会进一步被O 2氧化，生成氢氧化铁，氢氧化铁部分脱水生成Fe 2O 3·nH 2O （铁锈的主要成分）。 主要的化学方程式： 4Fe(OH)2+ 2H 2O+O 2==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3== Fe 2O 3 · nH 2O+(3-n)H 2O 知识点2·金属的防护 1. 金属防护的原理 金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程。防止金属被腐蚀，就是阻断金属发生氧化反应的途径。 2. 金属防护的常用方法： （1）改变金属组成或结构 如：将铬、镍加入普通钢里制成不锈钢。 （2）在金属表面覆盖保护层 原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。这样的表面保护常用的方法主要有金属表面涂层保护和镀层保护。 如：在钢铁表面涂上油漆或油脂、覆盖塑料、镀锌等。 （3）电化学防护法 金属的电化学防护是利用电化学原理来保护金属，防止金属腐蚀。 知识点3·金属腐蚀快慢的规律 1. 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀 ＞ 原电池原理引起的腐蚀 ＞ 化学腐蚀 ＞ 有防腐措施的腐蚀（或者：电解池的阳极 ＞ 原电池负极 ＞ 化学腐蚀 ＞ 原电池正极 ＞ 电解池阴极） 2. 对同一金属来说，在同一溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中 ＞ 若电解质溶液中 ＞ 非电解质溶液中 3. 活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。 4. 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 5. 纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢。 6. 不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 防腐措施由好到坏的顺序： 外接电源的阴极保护法 ＞ 牺牲阳极的阴极保护法 ＞ 有一般防腐条件的保护法 ＞ 无防腐条件 补充你的知识点或写出你的疑惑：

材料腐蚀与防护试题

吸氧腐蚀：是指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀。 第一章金属与合金的高温氧化 1、金属氧化膜具有保护作用的的充分条件与必要条件充分条件：膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少；稳定性好，蒸汽压低，熔点高；膜与基体的附着能力强，不易脱落；生长内应力小；与金属基体具有相近热膨胀系数；膜的自愈能力强。必要条件：氧化时生成的金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积之比必须大于1，即PBR值大于1. 2、说出几种主要的恒温氧化动力学规律，并分别说明其意义。（1）直线规律：符合这种规律的金属在氧化时，氧化膜疏松，易脱落，即不具有保护性，或者在反应期间生成气相或者液相产物离开了金属表面，或者在氧化初期氧化膜很薄时，其氧化速度直线由形成氧化物的化学反应速度决定，因此其氧化速度恒定不变，符合直线规律。（2）抛物线规律：许多金属或者合金在较高的高温氧化时，其表面可形成致密的固态氧化物膜，氧化速度与膜的厚度成反比，即其氧化动力学符合这种规律。（3）立方规律：在一定温度范围内，一些金属的氧化物膜符合这种规律。（4）对数和反对数规律：许多金属在温度低于300-400摄氏度氧化时，其反应一开始很快，但是随后就降到了氧化速度可以忽略的

程度，该行为符合对数或反对数规律。 3、说出三种以上能提高钢抗高温氧化的元素镍，铝，钛 4.、纯NI在1000摄氏度氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数k=39X10-12cm2/s，如果这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使0.1cm厚镍板全部氧化所需的时间。解：由抛物线规律可知：厚度y与时间t存在如下关系：y2=kt，t=y2/k=2.56x108s 5哈菲价法则：当基体氧化膜为P型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使离子空穴浓度降低，提高电子浓度，结果导致电导率增加，而氧化速率降低，往基体中比此基体原子高价的合金元素，使离子空穴浓度提高，降低电子浓度，结果导致电导率降低，而氧化速度提高。当基体氧化膜为n型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使电子浓度降低，电导率降低，而基体离子浓度增加，氧化速度增加，往基体中加入比基体原子高价的合金元素，使电子浓度增加，电导率增加，而基体离子浓度降低，氧化速度降低。以上合金元素对氧化物晶体缺陷的影响规律成为控制合金氧化的原子价规律，简称哈菲原子价法则。 第二章金属的电化学腐蚀 1、解释下列词语

金属的腐蚀和防护教案

第二节金属腐蚀和防护 【教学目标】 1．能描述金属腐蚀的化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。 2．进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响； 3．参与试验探究观察铁生锈及析氢腐蚀吸氧腐蚀的过程，体会动手试验自己获得铁的性质的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣； 【教学重点】金属的电化学腐蚀 【教学难点】电化学原理 【教学方法】实验探究、师生共议、归纳总结。 【教学过程】 【引入】【板书】第四节金属的腐蚀 【板书】一、金属腐蚀： 【讲述】以上两个案例都是金属腐蚀造成的，我们以前接触过金属腐蚀的，曾经探讨过铁钉在什么条件下最容易受到腐蚀，我们来设计实验来研究一下钢铁腐蚀的条件，提示大家我们可以利用对比、比较的方法设计实验，我这里提供的实验用品有：铁钉、煮沸过的水（除O2）、干燥剂（CaCl2）、植物油、试管、橡胶塞，还有食盐溶液和醋酸溶液。我们可以设计出至少五种实验方案来探究铁钉在什么条件下会锈蚀，什么条件下锈蚀的速度会加快。 注意在设计实验的时候将方案用到的物品填在学案相对应位置。 【实验设计】（学生自主设计）（由学生讲述设计的实验） 【现象】单独与水或空气接触的铁钉不易腐蚀，但是与水和空气同时接触的铁钉，出现明显的锈蚀。与食盐溶液接触的铁钉和与醋酸接触的铁钉锈蚀的更加明显。 【板书】三、铁钉生锈的条件：潮湿的空气；加速锈蚀的原因，有电解质溶液。

【提问】铁作为我们常见的金属，我们看到的这个现象就是腐蚀现象，那么什么是金属腐蚀？它的定义，本质，分类分别是什么呢？ 【投影】金属腐蚀：指金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）发生化学反应而引起损耗的过程。 本质：金属原子失去电子被氧化。 【讨论】我们刚才做的实验中给予铁钉了不同环境，也造成了不同程度的腐蚀，那么你们能感觉到这些腐蚀有什么明显的不同吗？ 【讲述】如果我将铁钉在空气中灼烧，就是直接接触空气，例如有的地方的洒铁花，印度帕博尔的毒气泄漏事故中钢铁和氯原子的直接反应导致阀门腐蚀。这样的腐蚀叫做金属的化学腐蚀，铁在干燥的空气中是腐蚀速度很慢的，而我们做的铁钉锈蚀条件中接触水和空气，接触食盐溶液和醋酸溶液的腐蚀很快，为什么呢？这就是第二类腐蚀，金属的电化学腐蚀。展示电化学腐蚀的定义。【投影】实验探究2，探究初中锌粒和稀硫酸反应，如果加入铜片会有什么现象。 【学生讲述】本来在锌粒上面的气泡，因为接触了铜片，立刻铜片上会有大量的氢气泡冒出，也相当于加快了锌粒的腐蚀。 【动画模拟】探讨回忆原电池的原理，指出铁钉其实是铁碳合金，含2~4%的碳，这样就组成了铁碳原电池，动画模拟讨论铁碳在酸性条件下和中性及弱酸性条件下的反应。 实验探究3：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 负极(Fe)：Fe - 2e- = Fe2+ 正极(C)：2H＋＋2e-＝H2↑（析氢腐蚀） 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-（吸氧腐蚀） 铁锈的生成：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 生成的Fe(OH)3，失水生成Fe2O3·xH2O就是铁锈。 【讲述】吸氢我们可以通过试验来验证一下铁钉是否发生吸氧腐蚀，我们来看这个试验装置：ｐ８５ 【试验现象和结论】水柱上升，说明发生了吸氧腐蚀。 【讲述】另外，我们还注意到，电化学腐蚀现象在生活中更为普遍而且腐蚀速

金属的腐蚀与防护 教学设计教案

第3节化学能转化为电能——电池 第3课时金属的腐蚀与防护 【学习目标】 1、能够运用原电池原理解释金属发生电化学腐蚀的原因。 2、学会利用原电池原理和电解原理设计防护的方法。 3、认识金属腐蚀的危害和防护的必要性。 【预习】 三、金属的腐蚀与防护 1、金属电化学腐蚀的原理 （1）金属腐蚀。 金属腐蚀常见的类型：。 （2）电化学腐蚀 ①概念：当两种金属（或合金）且又同时暴露在里或与接触时，由于形成原电池而发生的腐蚀就是电化学腐蚀。 电化学腐蚀过程中由于电解质溶液的不同，又可分为和两种。 ②吸氧腐蚀 见课本27页图1-3-13：表示的是一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的腐蚀情况，其中为负极，为正极，铜板表面凝结有一层水膜，空气中CO2及沿海地区空气中的NaCl等物质溶解在水膜中形成电解质溶液，从而构成原电池。 电极反应为：负极：正极： 然后OH－与Fe2+结合为Fe(OH)2，故该原电池的总反应为： Fe(OH)2与潮湿空气反应生成Fe(OH)3：方程式为： 生成的Fe(OH)3分解，从而生成铁锈(Fe2O3·nH2O)，该过程主要消耗O2，称为吸氧腐蚀。③析氢腐蚀 同样是上述腐蚀，若空气中SO2含量较高，处于酸雨的环境下，使水膜酸度较高，即电解质溶液为酸性溶液，正极反应就变为： 总反应为：。该过程为析氢腐蚀。 无论是析氢腐蚀，还是吸氧腐蚀，都使金属成为原电池的负极，金属电子变为金属阳离子而被腐蚀，且金属越越易发生电化学腐蚀。 【例1】下列关于铁器的使用注意事项不正确的是（） A、避免长期接触潮湿空气 B、避免与酸性物质接触 C、不能接触干燥的空气 D、不能盛放硫酸铜溶液 【例2】下列现象中，不是由于原电池反应造成的是( ) A、含杂质的锌与盐酸反应比纯锌与盐酸反应速率快。 B、金属在潮湿的空气中易腐蚀。 C、纯铁和盐酸反应，如滴入几滴硫酸铜溶液，则可加快反应速率。 D、化工厂中的铁锅炉易腐蚀而损坏。 2、金属的防护 金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，只要破坏了原电池的构成要素就可减少电化学腐蚀的发生，常见有以下几种金属防护方法： (1)让金属制品处于的环境。该方法破坏了电解质溶液的存在，金属不易被腐蚀。 (2)在金属表面加一层。常见的方法是刷一层、、、 、等保护层，效果较好的方法还有在金属表面镀上一层金属防护层。

论文-金属材料的腐蚀与防护

金属材料的腐蚀和防护 罗--（学号：1230060054） （-----大学物理与材料科学学院物理学1202班） 专题授课老师：---- 摘要：自从人类发现并使用金属到如今已有5000年的历史，然而人类在享受金属材料的使用带来便利的同时，也在苦恼着金属腐蚀带来的烦恼。人类在使用金属的同时，也在尽最大的努力对金属进行防护。金属的有效防护，一方面可以降低成本，提高劳动生产率，赢得最大的经济效应；另一方面对加强国防建设也有重要的意义。 关键词：金属材料腐蚀防护 引言：当金属和周围气态或液态介质接触时常常由于发生化学作用或电化学作用而逐渐损坏的过程成为金属腐蚀，每年金属腐蚀给国家带来巨大的经济损失，所以金属的有效防护对于一个企业和国家是至关重要的。 1.金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。 1.2金属腐蚀的发生

自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。 1.3金属腐蚀的危害 金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的10% 。间接损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 2.金属腐蚀防护的方法 2.1 改变金属的组成 这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。2.2 形成保护层 在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护： （1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸

2019年金属的腐蚀与防护

2019年金属的腐蚀与防护 篇一：金属的电化学腐蚀与防护知识点 【知识梳理归纳】 一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念 金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．(2)实质 金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型 根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀． 2．化学腐蚀 金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀． 3．电化学腐蚀(1)概念 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．（2）分类

以钢铁的腐蚀为例 【问题探究】将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？ 提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀． 二、金属的防护 1．改变金属内部组织结构如制成等． 2．金属表面加保护层 如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．3．电化学保护 (1)牺牲阳极的阴极保护法——原理 被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理

被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极． 【自我诊断训练】 1．(20XX·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是() A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色 2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是() A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是() A．Ⅰ＞Ⅱ＞ⅢB．Ⅰ＞Ⅲ＞ⅡC．Ⅱ＞Ⅰ＞ⅢD．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ

过程装备腐蚀与防护学习心得

过程装备腐蚀与防护学习心得 经过一学期的学习，以及老师的精心讲解，我对过程装备腐蚀与防护这门课程有了更深的认识。现在就本人的学习心得与对课本的认识作如下讲述：腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；人工器官材料在血液、体液中的腐蚀；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。 目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的。因此，研究材料的腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防止腐蚀的措施。对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率无疑具有十分重要的意义。 比如说管道吧，管道腐蚀产生的原因： 1.外界条件 ①管道周围介质的腐蚀性介质的腐蚀性强弱与土壤的性质及其微生物密切相关，然而对于长输管道涉及的土壤性质比较复杂，准确评定其腐蚀性非常困难。②) 周围介质的物理性状的影响：主要包括地下水的变化、土壤是否有水分交替变化等情况，以及是否有芦苇类的根系影响等。 ③) 温度的影响：包括环境温度和管道运行期间产生的温度。温度的升高，腐蚀的速度会大大加快。温度的高低与管路敷设深度有直接的关系，同时更受地域差别的影响。 ④) 施工因素的影响：包括材料的把关、操作人员的责任心、质量意识等。施工时是否考虑了环境与施工因素的有机结合，根据不同的情况采取不同的措施等。采用盐酸等处理金属管道内壁结垢时可加速管道内壁的腐蚀速度，杂散电流可对管道产生电解腐蚀。 ⑤油气本身含有氧化性物质：如含水，及H S 、 C O 等酸性气体可造成类似原电池的电化学反应和破坏金属晶格的化学反应，可造成管道内壁的腐蚀。 2. 防腐措施的问题防腐层失效是地下管道腐蚀的主要原因，轻度失效可增大阴极保护电流弥补防腐作用；特殊的失效，如因防腐层剥离引起的阴极保护电流屏蔽及防腐层的破坏，管道就会产生严重的腐蚀。腐蚀发生的原因是防腐层的完整性遭到破坏，主要产生于防腐层与管道剥离或是防腐层破裂、穿孔和变形。 ①) 防腐层剥离，即防腐层与管道表面脱离形成空问。如果剥离的防腐层没有破口，空间没有进水一般不产生腐蚀。若有破口，腐蚀性介质进入就可能出现保护电流不能达到的区域，形成阴极保护屏蔽现象。在局部形成电位梯度，管道就会因此产生腐蚀。管道内壁有足够大的拉应力，拉应力与腐蚀同时作用，可产

金属的腐蚀和防护

《金属的腐蚀和防护》教学设计 一、教材分析和设计思想 本教学设计紧扣教材，以科学知识为基础，以日常生活中的问题为起点。通过科学实验，初步解决金属腐蚀和防护的实际问题。同时，充分发挥学生的主体作用，通过对金属腐蚀这一重大课题的讨论和决策，培养学生形成从科学、技术、社会、经济多角度综合的思维方法。 这些知识和方法的介绍，意在培养鼓励学生学习化学，并让学生体会化学知识在实际生活中的广泛的应用。通过对决策的选择，让学生有获得成功的感觉。 二、教学目标 1.理解金属腐蚀和防护的基本原理。 2.通过小组合作，设计并完成金属腐蚀实验，学习对照实验的科学方法。 3.通过将金属防护的各种方法用于实际问题的解决，提高综合分析问题的能力，认识影响决策的多重因素与体验科学决策的重要性。 4.感悟金属腐蚀的两面性，树立趋利避害的意识。 三、教学过程 [[导入新课]同学们好！今天我们一起来学习金属的腐蚀与防护（板书）。

请看：校园内的铁的锈蚀现象比比皆是。除了铁锈蚀以外，其它金属在一定环境下也会发生侵蚀。 在所有金属腐蚀中，钢铁腐蚀现象最为严重。在英国，每90秒钟就有1吨钢被锈蚀；我国每年由于钢铁生锈造成的经济损失大约在100~150亿元。 [设问]钢铁为什么会生锈？怎样减小金属腐蚀？有没有永不腐蚀的金属材料？这样好吗？下面，我们一起来探讨。 [板书]一、金属腐蚀 大家知道，炼铁是把铁矿石中的铁还原出来，而铁生锈是把单质的铁氧化成铁的氧化物。 [板书]金属腐蚀的本质：M-ne→M n+ 金属因失电子而腐蚀。 [设问]金属为何失电子？如何失电子？ 这是因为游离态的金属单质或合金在与周围的气体或液体在一定条件下发生化学反应而失电子，所以根据条件的不同，金属腐蚀可分为：[板书]金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化腐蚀。 化学腐蚀是指金属直接与物质接触发生化学反应。例如铁在纯氧或氯气中的燃烧。金被王水溶液等。 电化腐蚀是原电池反应，较活泼的金属失去了电子而被腐蚀。例如钢铁腐蚀主要是电化腐蚀。