《海洋结构金属腐蚀机理及防护》余杨，王彩妹，余建星，吴世博编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《海洋结构金属腐蚀机理及防护》

【作　者】余杨，王彩妹，余建星，吴世博编

【丛书名】工业和信息化部、国家自然科学基金、国家重大工程攻关专项成果

【页 数】 160

【出版社】 天津：天津大学出版社 , 2021.03

【ISBN号】978-7-5618-6892-8

【价 格】45.00

【分 类】海洋工程-金属结构-防腐

【参考文献】 余杨，王彩妹，余建星，吴世博编. 海洋结构金属腐蚀机理及防护. 天津：天津大学出版社, 2021.03.

图书封面：

图书目录：

《海洋结构金属腐蚀机理及防护》内容提要：

本书应用金属电化学腐蚀基本原理探究金属结构腐蚀的基本形式及影响因素，探索金属腐蚀的防护措施和适用范围等，旨在通过对电化学腐蚀规律与其防护措施的实验研究以保证结构系统的安全可靠性，为金属材料防护的相关工作者提供参考。本书在通过对金属电化学腐蚀基本原理、腐蚀类型及防护措施的介绍，以加强腐蚀工作者或交叉学科工作者的理论水平。本书由余建星教授团队编著，书中列入了近三年天津大学深海结构实验室的最新科研成果，代表先进的科研方向具有重要的参考意义，对反映新科技新成果具有重要的意义。

《海洋结构金属腐蚀机理及防护》内容试读

第1章绪论

1.1金属腐蚀的定义

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金属材料与周围介质发生化学或电化学作用而引起的损坏或性能恶化的现象称为金属腐蚀，其中一些腐蚀伴随着机械因素或生物因素的作用。锈蚀是最常见的金属腐蚀。当腐蚀发生时，金属表面或缺陷处发生化学或电化学反应，使金属由原子态氧化成离子态，这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加金属构件的磨损，使其性能恶化，从而降低设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故，给人类带来巨大的经济损失和社会危害。

1.2金属腐蚀的分类

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金属腐蚀所处环境复杂，影响因素众多，这些因素可分为内部因素和外部因素。内部因素主要包括金属材料的化学组成、晶体结构、微观组织形态、相组成、金属晶型、结构状态、形成缺陷以及金属表面的结构状态等。外部因素主要包括介质的组成、温度、压力、pH值、湿度、材料的受力情况、生产过程中的一些影响因素以及生产过程的工艺参数等。因此，从不同的方面出发，可以有不同的腐蚀分类方法，目前主要的腐蚀分类方法包括按腐蚀形态分类、按腐蚀过程分类和按腐蚀环境分类。

1.2.1按腐蚀形态分类

依据腐蚀形态，腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀。

1)全面腐蚀的特征为腐蚀分布在金属的整个表面，使金属整体减薄，在其微区可能存在不均匀的情况，但在整体减薄的尺寸上相当于均匀腐蚀。从电化学角度来说，全面腐蚀属于微电池效应，腐蚀过程没有固定的阴极和阳极，即阴极部位和阳极部位是交替变化的。这类腐蚀对结构产生的危险性较小，相对容易控制，可依据腐蚀速率进行材料研发、装备结构设计，确定服役年限和金属强度、裕度、防护工艺，预测使用寿命。

2)局部腐蚀是指腐蚀集中发生在金属材料表面局部面积内，而其余大部分表面腐蚀十分轻微，甚至不发生腐蚀。从电化学角度来说，局部腐蚀过程具有明显的阴极区和阳极区，这种阴极区和阳极区可用肉眼或显微检测方法加以区分和辨别。局部腐蚀也可以由腐蚀介质分布不均匀造成。金属本身的结构、组织、化学成分、表面状态的差异引起的电化学腐蚀不均匀，即不同的部位具有不同的电极电位，从而造成电位差，成为局部腐蚀的驱动力。常见的易于腐蚀的部位包括斑点、坑、焊缝区、热影响区、缝隙处、金属与导线接触区、晶间区、

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高位错密度区等。在实际的腐蚀体系中，大多发生局部腐蚀，通常局部腐蚀造成的金属质量损失较小。局部腐蚀具有隐蔽、不易察觉、危害性大的特点，一旦发生局部腐蚀，很容易造成构件的腐蚀失效，严重时会造成灾难性事故。常见的局部腐蚀有点腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。

1.2.2按腐蚀过程分类

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按照金属的腐蚀过程，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

1)化学腐蚀是指金属材料在环境介质中发生化学反应生成化合物的腐蚀过程，其特点是在整个过程中没有腐蚀电流产生，例如高温炉气等氧化性气体使钢材表面生成氧化铁及表面脱碳的腐蚀。

2)电化学腐蚀是指金属在导电的溶液介质中由于发生电化学反应而产生的腐蚀现象，其特点是在电化学反应过程中有腐蚀电流产生，它服从电化学动力学规律。

1.2.3按腐蚀环境分类

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(1)自然环境中的腐蚀

自然环境中的腐蚀可分为大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀和微生物腐蚀。

1)大气腐蚀是指金属在大气环境中的腐蚀，按照金属表面潮湿程度的不同，可分为干的大气腐蚀、潮的大气腐蚀和湿的大气腐蚀。大气腐蚀在金属腐蚀中是覆盖面广、数量众多的一种腐蚀。

2)海水腐蚀是指金属在海洋环境中的腐蚀。根据海水与金属接触的情况，可将海洋环境分为海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区，金属在各个区域中的腐蚀情况存在明显的差异。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，在这种环境中，海水本身就是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流对金属构件产生低频的往复应力和冲击，海洋中的微生物及其代谢产物等也都会对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。

3)土壤腐蚀是指金属在土壤环境中的腐蚀。土壤是具有毛细管、多孔性的特殊固体电解质。土壤腐蚀的阴极过程主要由氧去极化作用引起。西气东输的输气管道、北油南调的输油管道、电缆、地下水管、排污管等都可能发生土壤腐蚀。土壤腐蚀会引起油、气、水的泄漏，容易造成巨大的损失和严重的后果。

4)微生物腐蚀是指与腐蚀体系中存在的微生物作用有关的金属腐蚀。凡是与水、土壤和湿润空气接触的金属构件，如地下输油、输水、输气管道，电缆，采油系统的油井、注水井，电力管道，工业用冷却水系统，贮油罐，喷气飞机的油箱等，都存在微生物腐蚀。

(2)工业介质中的腐蚀

工业介质中的腐蚀包括电解质溶液中的腐蚀（即金属在酸、碱、盐水溶液中的腐蚀）、工业水中的腐蚀、工业气体中的腐蚀和熔盐腐蚀。

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1.3.2研究金属腐蚀的重要性

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金属材料应用于人们生产、生活的各个方面，是现代社会中广泛使用的工程材料。金属的腐蚀不仅会造成巨大的经济损失和灾难性事故，而且会危及人身安全，污染人类生存的环境，造成资源和能源的浪费。因此，研究腐蚀并探究腐蚀的基本原理，减缓腐蚀破坏的发生，具有重要意义。腐蚀损失中有相当大一部分是可以避免的，从报道的腐蚀破坏事故来看，很多事故是人为造成的。一方面，有相当多的从业人员对腐蚀及防护知识知之甚少，在设备的选材、设计、采购、制造等环节中又缺少与腐蚀技术人员的合作，造成了许多违反腐蚀基本常识的错误：另一方面，许多有效的防腐技术缺乏推广，即使是行业技术人员往往也不了解。世界各国的腐蚀与防护专家普遍认为，如各国能有效应用现有的腐蚀科学知识和技术，因腐蚀而造成的经济损失可降低25%30%。随着现代工业的飞速发展，腐蚀已经成为人们要解决的一个重要问题。新型防腐材料、防腐技术、缓蚀剂的开发将产生巨大的经济效益和社会效益，使腐蚀现象得到更加有效的控制。

我国逐渐建立了专门的腐蚀研究机构和教学单位，科技队伍不断壮大，目前不少企业设置了与腐蚀相关的科室，制定了防护设计规范与标准，科学合理地选用材料，采用长效防腐涂料与阴极保护相结合等综合防护措施来控制腐蚀，取得了很好的效果。例如石油化工等重点行业的企业能够通过大修总结经验，加强防护，保证施工质量，解决了以往经常发生的腐蚀问题，延长了检修周期，取得了明显的经济效益。泸州天然气公司通过大修总结经验使大修周期从1年延长至2年，经济效益显著提高。中原油田加大防腐蚀投入，建立系统防腐蚀管理网络，制定防腐蚀管理的规章制度。管理比较严格的铁路系统对车辆采用耐候钢代替了普通碳钢，加强了钢材表面防护，使客车与货车的厂修期延长。大亚湾核电站实现微机化管理，建有较完备的腐蚀与防护技术档案，采用综合防腐蚀措施后，使腐蚀控制成本降低，经济效益显著提高。新疆石油管理局的输油管线，大修时采用涂层与阴极保护联合防护措施，严格保证施工质量，20年来运行良好，没有发生泄漏事故，节约了防护费用。

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第2章金属电化学腐蚀基础

2.1电极系统与电极电位

电化学腐蚀是腐蚀电池电极反应的结果。因此，在了解金属电化学腐蚀之前，首先要了解电极系统及电极电位的概念。

2.1.1电极系统

电极系统由电子导体相和离子导体相组成，在系统中电荷从一个相通过两个相的界面转移到另一个相。导体是指能够导电的物体，依据导体中形成电流的荷电粒子，导体可分为电子导体和离子导体。在电场作用下向一定方向移动的荷电粒子为电子或带正电荷的电子空穴的导体称为电子导体，这类导体包括金属导体和半导体。在电场作用下向一定方向移动的荷电粒子为带正电荷或负电荷的离子导体称为离子导体，这类导体包括电解质溶液或熔融盐。电荷在两相之间转移，同时会在两相之间的界面上发生物质的变化（即由一种物质变为另一种物质)，即化学变化。若互相接触的两导体相均为电子导体相，虽然两相由不同的物质组成，但在两相之间发生电荷转移时，只是电子从一个电子导体相穿越两相界面进入另一个电子导体相，而在两相界面上并未发生化学变化。若两个互相接触的导体为非同类导体，则电荷从一个导体相穿过两相界面转移到另一个导体相，必然要依靠两种不同类型的荷电粒子（电子和离子）之间互相转移电荷的过程来实现，这个过程即为某种物质得到或失去价电子的过程，这是化学变化的基本特征。

电极反应是在电极系统中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应。一般在由金属和电解质水溶液两种不同类型的导体组成的系统中有4种不同类型的电极反应。

1)第一类电极反应的电极系统由金属与含有该金属离子的溶液构成。例如将一块金属铜片浸人无氧的CuSO,溶液中，电子导体是金属Cu,离子导体是CuS0,溶液。当两相之间发生电荷转移时，发生的电极反应为

Cu(M)=Cu2*(sol)+2e

其中括号内的字母代表物质所处的相，M表示金属，sol表示溶液，ε代表电子。反应按上式

自左向右进行，伴随着正电荷从电子导体相金属铜转移到离子导体相C$0,溶液，在铜的

表面上有Cu原子失去2个电子形成溶液中的C+。相反，伴随着正电荷从离子导体相转移到电子导体相，发生相反的反应。

2)第二类电极反应的电极系统由一种金属及该金属的难溶盐（或金属氧化物）和含有该难溶盐的负离子的溶液构成。例如一块表面覆盖有AgCI的银片浸到KCI溶液中，电子

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导体是Ag,离子导体是KC1溶液，当两相之间有电荷转移时，发生的电极反应为

Ag(M)+CI(sol)=AgCl(s)+e

其中括号内的字母s表示固体。此电极反应的产物是处于两相界面上的固体AgC1。

3)第三类电极反应的电极系统由吸附了某种气体的惰性金属和被吸附元素的离子溶

液构成。例如将铂片浸到H,气体下的HC1溶液中，电子导体为铂片，离子导体为HCI溶

液，当在两相界面上发生电荷转移时，发生的电极反应为

Hz(g)=H'(sol)+e

其中括号内的字母g表示气体。此类电极还包括氧电极和氯电极等。

4)第四类电极反应中，发生电极反应的物质在溶液中，电极的电子导体相只用作导体。例如将铂片浸入含有三价铁离子(Fe3+)和亚铁离子(Fe2+)的溶液中，发生的电极反应为

Fe2+(sol )Fe3+(sol)+e

属于这种类型的电极还有Pt与Sn+和Sn艹溶液组成的电极」

第一类和第二类电极反应的特点是电极材料本身参加电极反应，还原体是电极材料本身，氧化体是它的离子或化合物。第三类和第四类电极反应的电极材料本身并不参加电极反应，在这种情况下，电极材料一方面为氧化体提供电子或接收来自还原体的电子，另一方面作为进行电极反应的场所。因此，电极材料对有关物质的吸附作用、在电极表面上形成的中间产物的情况等都会影响电极反应的进行。

2.1.2电极电位

2.1.2.1绝对电位

电极系统的绝对电位是电极材料内电位与溶液相内电位之差。在电化学文献中，常把两个相的内电位差叫作伽尔伐尼(Galvani)电位差，因此一个电极系统的绝对电位就是电极材料相与溶液相两相之间的伽尔伐尼电位差。但是一个相的内电位或是两个相的内电位之差的绝对值是无法测量的。为了测量系统的绝对电位，需要用到一个高灵敏度的高阻测量仪器，如电位差计或输入电阻值很大的半导体电压表。测量仪器有两个输入端，一个输入端

为导体相（如Cū），而另一个输入端（如M)应与水溶液相连，这就需要在水溶液上端引人另

一根导线连接到仪器的另一端。这样做仪器上会有电压值，但会引人导线与水溶液相组成的另一个系统，因此这个电压值并不是导体相与水溶液相之间的内电位差，即不是电极系统

的绝对电位，它实际上表示的是由导体相与水溶液(C/水溶液)和另一导线与水溶液(M

水溶液)两个电极系统组成的原电池的电动势。

2.1.2.2电极电位

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为了测量电极系统的绝对电位而引入的电动势由两项组成，其中一项只与要测量的

C水溶液电极系统有关，另一项则只与为了测量而使用的电极系统有关。因此，如果能使

为了测量而使用的电极系统保持定值，则对于不同的处于平衡状态下的电极系统，所测出的

···试读结束···