1、腐蚀是指(包括金属和非金属)在周围介质(水、空气、酸、碱、盐、溶剂等)作用下产生损耗与破坏的过程。

【资料图】

2、腐蚀是一个汉语词汇，读音为fǔ shí，本为化学用词，指物质与环境相互作用而失去它原有的性质的变化。

3、可引申指腐烂、消失、侵蚀。

4、中文名腐蚀外文名corrosion拼音fǔ shí释义指腐烂、消失、侵蚀等所属学科化学金属机理金属腐蚀是指在周围介质的化学或电化学作用下，并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏。

5、根据腐蚀过程进行的历程，一般可将金属腐蚀分为两类，即化学腐蚀和电化学腐蚀。

6、[1]化学腐蚀金属在干燥的气体和非电解质溶液中发生化学作用所引起的腐蚀叫作化学腐蚀。

7、化学腐蚀的产物存在于金属的表面，腐蚀过程中没有电流产生。

8、如果化学腐蚀所产生的化合物很稳定，即不易挥发和溶解，且组织致密，与金属母体结合牢固，那么这层腐蚀产物附着在金属表面上，对金属母体可以起到保护的作用，有钝化腐蚀的作用，称为“钝化作用”。

9、如果化学腐蚀所生成的化合物不稳定，即易挥发或溶解，或与金属结合不牢固，则腐蚀产物就会一层层脱落(氧化皮即属此类)，这种腐蚀产物不能保护金属不再继续受到腐蚀，这种作用称为“活化作用”。

10、金属的高温氧化及脱碳在石油化工生产中，有很多机器、设备是在高温下操作的，如氨合成塔、硫酸氧化炉、石油裂解炉等。

11、金属的高温氧化及脱碳是一种在高温下的气体腐蚀，是过程设备中常见的化学腐蚀之一。

12、一般当钢材和铸铁的温度高于3000℃时，在其表面就会出现可见的氧化皮。

13、随着温度的升高，其氧化的速度也大大的提高。

14、在570℃以下氧化时，氧化所形成的氧化物中不含FeO，其氧化层是由Fe2O3和Fe3O4构成。

15、这两种氧化物所构成的氧化层组织致密、稳定，附着在钢材表面上不易脱落，起到了保护膜的作用。

16、在570℃以上时，钢材表面所形成的氧化物有三种，即Fe2O3、Fe3O4、FeO，其厚度比大约为Fe2O3：Fe3O4：FeO=1：10：100，氧化层的主要成分是FeO，其结构疏松，容易剥落，这就是常见的氧化皮。

17、因此，为了提高钢材的高温抗氧化能力，必须设法阻止或减弱钢材表面FeO的形成。

18、在冶金工业中，通过在钢里加入适量的合金元素如铬、硅或铝，可以使钢材具有抗氧化的能力。

19、当温度高于700℃时，钢材在氧化的同时，还发生了脱碳作用，脱碳作用的化学反应如下：Fe3C+O2-->3Fe+CO2Fe3C+CO2-->3Fe+2COFe3C+H2O-->3Fe+CO+H2钢材脱碳会使其机械性能下降，特别是降低了表面硬度和抗疲劳强度，因而高温工作的零件要注意这一问题。

20、(2)氢腐蚀在合成氨工业、石油加氢裂解及其他一些化工工艺中，常遇到氢在反应介质中占有很大比例的混合气体，而且这些化学反应过程又多是在高温、高压下进行的，例如合成氨的压力通常在31.4MPa，温度一般在470～500℃左右。

21、在较低温度和压力(温度≤200℃，压力≤4.9MPa)下，氢气对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀作用。

22、但是，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“红腐蚀”或“氢脆”。

23、铁碳合金在高温高压下的氢腐蚀过程可分为氢脆阶段和氢侵蚀阶段。

24、第一阶段为氢脆阶段。

25、在该阶段，氢在与钢材直接接触时被钢材所吸附，并以原子状态向钢材内部扩散，溶解在铁素体中，形成固溶体。

26、但是，在此阶段溶在钢中的氢并未与钢材发生化学作用，也未改变钢材的组织，在显微镜下观察不到裂纹，钢材的强度极限和屈服极限也无大改变。

27、但是它使钢材塑性降低，冲击韧性值明显减少。

28、钢材的这种脆性与氢在其中的溶解量成正比。

29、材料处于氢脆阶段只要将材料进行消氢处理，其性能又可恢复为原来状态。

30、第二阶段为氢侵蚀阶段。

31、这时，溶解在钢材中的氢气与钢中的渗碳体发生化学反应，生成甲烷气，从而改变了钢材的组织，其化学反应式为：Fe3C+2H2-->3Fe+CH4该化学反应常常在晶界处发生，生成的甲烷气也通常聚集在晶界原有的微观孔隙内，形成局部高压，引起应力集中，使得晶界变宽，从而产生更大的裂纹；或者在钢材表层夹杂等缺陷处聚集，形成气泡，使钢材的机械性能降低。

32、另一方面，由于渗碳体在还原为铁素体时，其体积也将减小，因此，在钢材内部由于组织的体积变化而产生相应的组织应力，该应力与前述的内应力叠加在一起，将使得裂纹扩展。

33、而裂纹的扩展又为氢和碳的扩散与反应提供了更加有利的条件。

34、如此反复不断地进行下去，最后导致钢材完全脱碳，内部的裂纹形成网格，机械性能严重下降，甚至遭到破坏。

35、因为高压有利于氢气在钢中的溶解，而高温则增加了氢在钢的组织中的扩散速度及脱碳反应的速度，因此，铁碳合金的氢腐蚀随着压力和温度的升高而加剧。

36、通常铁碳合金产生氢腐蚀都有一个起始温度和起始压力，它是衡量钢材抵抗氢腐蚀能力的一个指标。

37、铁碳合金氢腐蚀开始的温度和压力的关系见表。

38、压力/MPa2.94~9.89.8~19.619.6~29.429.4~39.239.2~58.858.8~78.4温度/℃300~280270~240230~220220~210210~200200~190通过降低钢中的含碳量，使其没有碳化物(Fe3C)析出，可以有效地防止氢腐蚀的发生。

39、另外，在钢中加入某些合金元素如铬、钼、钛、钨、钒等，与钢材组织中的碳元素形成稳定的碳化物，使其不易与氢作用，也可以避免氢腐蚀的发生。

40、电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属与电解质溶液问产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。

41、在水分子作用下，电解质溶液中金属本身呈离子化，当金属离子与水分子的结合能力大于金属离子与其电子的结合力时，上部分金属离子就从金属表面跑到电解液中，形成了电化学腐蚀。

42、[2]原电池作用金属在电解质溶液中的腐蚀过程与电池中的电化学反应过程完全类同。

43、如图所示是铁一铜电池，即铁与铜在H2SO4溶液中所构成的电池。

44、因为铁的电位较铜低而成为阳极，而铜则成为阴极。

45、在阳极，铁被溶解并释放出电子，即Fe-->Fe2-+2e，所放出的电子经过外部导线可以移动到阴极。

46、在阴极，流来的电子被能吸收电子的物质所吸收，在这里即被溶液中的阳离子(H+)所吸收，并释放出氢气，即2H++2e-->H2↑。

47、在实际腐蚀过程中，这类腐蚀电池是最常见的，因有的设备可能是由两种金属材料制成，或者同一材料内部存在不同的相，或者材料各部分的物理机械性能不同、受力不均等导致了设备材料各部分的电位不相同，从而形成这类腐蚀电池。

48、微电池和电化学腐蚀原理　　如前所述，金属表面组织常常存在着不同的相(如钢中的铁素体和碳化物)，在同一介质中相邻两个区域可能具有不同的电位，这些区域往往是直接接触的，故形成了许多局部的微电池，如图所示。

49、利用微电池的原理，可以说明电化学腐蚀的化学反应过程。

50、①阳极反应，金属溶解：Me-->Me++e②电子移动，阳极过剩的电子流向阴极：e阳-->e阴③阴极反应，电子在阴极被吸收电子的物质所吸收：e阴+D-->(De)在阴极区的反应，由于吸收电子的物质不同，有几种不同的反应情况：当溶液中有电位较高的金属离子(如Cu2+)存在时，这种金属离子就吸收电子，还原为金属：Me++e阴-->Me当溶液呈酸性、溶液中有氢离子H+存在时，H+吸收电子变成氢原子，再结合成氢分子：H++e-->HH+H-->H2↑当溶液为中性时，溶液中含有的氧吸收了电子，和水一起变成了OH-离子，其反应为：O2+4e+4H2O-->4OH-在腐蚀过程中，金属常常不是在含有电位较高的金属离子的溶液中，电位较高的离子金属吸收电子的阴极反应是不常发生的。

51、而后两种化学反应意义较大，特别是第二种化学反应更为常见。

52、但应指出，阴极反应往往是后两种化学反应同时存在。

53、电化学腐蚀的条件由上述电化学腐蚀过程和原理可以发现，电化学腐蚀过程是由阳极反应过程、电子流动及阴极反应过程等三个环节组成，三者缺一不可。

54、其中阻力最大的环节决定着整个腐蚀过程的速度。

55、也可以看出，电化学腐蚀进行的过程必须具备下列三个条件：①同一金属上有不同电位的部分存在或不同金属之间存在着电位差；②阴极和阳极相互连接；③阳极和阴极处在互相联通的电解质溶液中。

56、金属影响因素金属制品腐蚀的影响因素有：大气湿度、温度、氧气以及大气中的污染物；金属本身的材料性质、金属的表面状态等对其腐蚀也有影响。

57、[3]环境因素湿度影响金属腐蚀的湿度，实际上是相对湿度。

58、因为空气相对湿度大小关系着金属上是否形成水膜和形成的水膜厚度。

59、洁净空气中，当相对湿度达到100%时，在金属表面上会凝结水分子，成为水滴和水膜。

60、然而由于金属表面对水的吸附、金属表面不平整等等，在相对湿度还相当低时，金属表面就已吸附了一定的水形成水膜。

61、但是太薄的水膜还不是足以使金属表面的电化学腐蚀顺利进行。

62、因为这种情况下，还难以形成有效的离子传递。

63、当空气中相对湿度达到一定高度，使金属表面上能形成一定厚度的水膜时，电化学腐蚀速度会突然上升，此时的相对湿度对某种金属而言，为其临界相对湿度。

64、钢的临界相对湿度为70%。

65、水膜厚度与金属腐蚀速度的关系如图所示。

66、金属在表面上水膜极薄、相当于区域Ⅰ时，腐蚀速度很小。

67、到水膜厚度为100Å时，腐蚀速度突然上升，至水膜厚度为约1um时，金属腐蚀速度最大(相当于图区域Ⅰ)。

68、此后水膜再继续增厚，超过1um以后，腐蚀速度略有下降(相当于图中区域Ⅲ)，当水膜厚度超过1um时，已相当于金属全浸在水中，空气中氧溶入水膜，扩散到达金属表面的速度已经较慢，使电化学腐蚀所需氧的供给变得较难，腐蚀速度不再随水膜厚度而变化(相当于图中区域Ⅳ)，腐蚀速度因而减慢。

69、氧气中性介质中金属腐蚀主要为氧去极化过程。

70、反应式O2(阴极区)==>O2+2H2O+4e-->40H-中氧是阴极中主要电子接受体，所以说没有氧存在，金属的腐蚀也就不会发生。

71、有资料表明，在脱氧的海水中，铁钉浸泡数十年后仍不失其光泽。

72、大气中存在着大量的氧气，且在金属表面上吸附的水膜又相当薄，从而使氧溶解、扩散到金属表面的阴极区相当容易。

73、帮氧在金属腐蚀过程中常起着主要作用。

74、但在特殊情况下，因氧气到达金属表面的各处有难有易，就会形成浓差电池。

75、例如在金属重叠面上，即金属表面与另一金属表面紧密接触时，在接触面的边缘虽不锈蚀，但离开边缘处会有云彩状的暗影或锈蚀，这种锈蚀产物常呈现灰色或黑色。

76、这是因为在边缘上氧的供给容易而形成阴极，深入处氧供给较难，故成为阳极而发生腐蚀。

77、刚铁制品在此情况下的腐蚀产物为黑色的氧化铁。

78、此种腐蚀称为重叠腐蚀，是由于氧的浓差而引起的。

79、在纯铁片的水滴下也可见到因氧浓差而引起的腐蚀，如图所示。

80、由于液滴边缘与中心氧充气不均匀，液滴中心氧不易到达，成阳极而腐蚀。

81、边缘上成为阴极，只在开始时有少许腐蚀，然后停止。

82、在边缘和中心之间可见到一圈疏松的铁锈沉淀物。

83、这是由氧的浓差造成的，所以叫做氧浓差腐蚀或差异充气腐蚀。

84、温度一般化学反应在温度提高时速度增加。

85、金属在大气腐蚀中，当相对湿度处于临界状态以上时，反应速度才随温度的提高而增加。

86、和一般化学反应相似，每当温度升高10℃腐蚀速度增加一倍。

87、虽然温度升高时，水液中氧气的溶解度降低，从而会降低金属腐蚀的速度，但在大气温度范围内，氧溶解度的影响还不是很大的。

88、温度急剧降低时，相对湿度大大增加，甚至产生凝露，从而促进腐蚀。

89、例如在昼夜温差大的地区或季节，环境温度大幅度下降，金属表面很容易凝结水膜而锈蚀。

90、大气污染物大气中除空气与水气以外，还含有各种各样的污染杂质。

91、气体的杂质有SO2、氮的氧化物、CO2、HCl等。

92、海洋大气中包括有含盐分的粒子。

93、在工业地区，固体尘埃每月每平方公里面积上的降落量达数十吨之多。

94、这些尘埃包括腐蚀性和非腐蚀性两类。

95、非腐性尘埃尽管不能直接使金属腐蚀，但可间接促进金属腐蚀。

96、下面分术各种污染物的影响。

97、(1)各种有腐蚀活性的污染物，包括各种气体、盐类的粒子等，当空气中有水雾形成时，这些粒子会溶解于雾滴中。

98、故金属表面上凝结的水滴或水膜并非纯水，即使它们在空气中含量相当小，但溶于水中的浓度仍是相当可观的。

99、这些腐蚀活性物会起到如下作用之一或数种：①各种非金属氧化物溶于水成为酸，增加H+浓度。

100、②CI-破坏金属表面的钝化膜。

101、③各种电解质增加了薄层水膜的导电性。

102、④降低金属的临界相对湿度。

103、二氧化硫是影响最大的一种有害气体。

104、大气中含有0.01%的s02，可使金属的临界相对湿度由70%下降到50%。

105、在潮湿大气中，一个分子的SO2可使几十个原子的铁腐蚀变成氧化物，其反应为腐蚀产物硫酸铁水解后又生成硫酸，继续促进腐蚀。

106、氯化钠会破坏金属表面的钝化膜。

107、它和硫酸等留在金属表面上，即使金属表面干燥，也能重新吸湿而恢复活性。

108、(2)无化学活性但有吸附活性的物质，如炭粒，本身不具腐蚀活性，但如吸附SO2，就会使金属表面SO2的浓度大于在空气中的浓度，因而也加速了金属腐蚀，如图所示。

109、(3)非化学活性，且非吸附活性的物质如砂粒，当沉淀到金属表面上时，与金属表面接触中形成缝隙。

110、在此缝隙中因毛细管作用而吸收水分，促使水膜的形成并使水膜保持下来。

111、水膜下构成氧的浓差腐蚀。

112、在砂料下的金属变成阳极而被腐蚀掉，如图所示。

113、工业地区大气污染最重，腐蚀较为严重，海洋、城市次之，乡村、山林的大气污染较小，腐蚀也较轻。

114、金属本身特性金属种类金属本身种类不同，其腐蚀趋势也不相同。

115、较贵的金属因自身热力学稳定性而为耐蚀的。

116、这类金属不多，如金、银、铂、铱等，它们以元素状态存在于自然界，不因大气环境因素影响而变质。

117、铝、铬、钛等金属在自然条件下，因大气氧的作用，表面能很快形成稳定的钝化膜而耐蚀。

118、在金属制品中，最常见的铁制品是不耐蚀的。

119、在常温下，其表面生成的氧化膜是疏松的，不具保护作用。

120、相反疏松层更易蓄积水分，降低钢铁的临界相对湿度，更有助于电化学腐蚀的进行。

121、钢铁中各因素钢铁中加入了耐蚀性合金元素，当其含量达到一定值后，可使钢铁获得耐蚀性。

122、如各种不锈钢其含铬量超过13%，钢铁表面就可得到稳定的钝化膜，在大气中具有相当好的耐蚀性。

123、铜钢中含有2%以上铜时，表面能形成防护性的锈层而显示一定的耐蚀性。

124、钢铁在微观组织方面是不均匀的。

125、它具有不同的相，如铁素体、渗碳体等，铸铁中还有石墨相。

126、这些都会形成微电池而致电化学腐蚀。

127、钢铁经不同热处理后，组织亦不相同，耐蚀性当然不同。

128、金属部件因冷热加工引起残余应力之不均，受应力大的部位处于高能位状态，是较不稳定的，故易于锈蚀。

129、异金属的接触异种金属的接触，促进活性较强的金属腐蚀。

130、例如铜钢组合件，钢的腐蚀被促进，用锌与钢铁接触，钢得到保护，但锌的腐蚀加速，此时锌即成为所谓牺牲阳极。

131、异种金属接触时，如作为阴极部分的金属表面积大，而作为阳极部分金属面积小，则腐蚀更为严重。

132、金属表面状态金属表面粗糙，易吸湿和形成水膜，又易积聚尘埃，故较金属表面光洁的更易被腐蚀。

133、金属制品形状复杂、有凹处、缝隙、沟槽、小孔，特别是盲孔都能显著降低水膜的蒸气压从而降低形成水膜的临界相对湿度，因而更容易促进金属的电化学腐蚀。

134、加工过程因素金属制品从原料开始，经过各种加工成为产品。

135、其中有各种冷热J加工、装配以及管理的各个过程如检查、搬运等。

136、接触各种人员、各种加工、搬运机械与器具，这些因素某种程序上与金属制品的腐蚀有关系。

137、有时原材料已经锈蚀甚重，在加工过程中锈蚀部分不能完全去除，导致成品的锈蚀。

138、加工中所用工艺材料，在加工完后如不彻底清除掉，也会造成金属制品的锈蚀。

139、如酸洗后，中和清洗不彻底，少量残酸留在金属制品的表面，会造成此金属制品的腐蚀。

140、在金属制品检查、搬运、装配过程中，工作人员常裸手与其接触，手上汗液的影响，常使一些金属制品上出现指纹状锈蚀。

141、这是由于汗水中含有盐分(氯化钠)及有机酸之故。

142、此外，由于管理方面的一些疏忽，也会造成锈蚀。

143、例如工作液内混有污物，搬运器具不洁，工件周转期过长，半成品仓库防锈包装管理差，工作场所不清洁等，都会对金属腐蚀有影响。

144、分类按性质分可分为湿腐蚀和干腐蚀两类。

145、[4]湿腐蚀指金属在有水存在下的腐蚀，干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀。

146、由于大气中普遍含有水，化工生产中也经常处理各种水溶液，因此湿腐蚀是最常见的，但高温操作时干腐蚀造成的危害也不容忽视。

147、湿腐蚀金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。

148、在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。

149、与此同时在接触水溶液的金属表面，电子有大量机会被溶液中的某种物质中和，中和电子的过程是还原过程，即阴极过程。

150、常见的阴极过程有氧被还原、氢气释放、氧化剂被还原和贵金属沉积等。

151、　　随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会因溶液离子受到腐蚀产物的阻挡，导致扩散被阻而腐蚀速度变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。

152、干腐蚀一般指在高温气体中发生的腐蚀，常见的是高温氧化。

153、在高温气体中，金属表面产生一层氧化膜，膜的性质和生长规律决定金属的耐腐蚀性。

154、膜的生长规律可分为直线规律、抛物线规律和对数规律。

155、直线规律的氧化最危险，因为金属失重随时间以恒速上升。

156、抛物线和对数的规律是氧化速度随膜厚增长而下降，较安全，如铝在常温氧化遵循对数规律，几天后膜的生长就停止，因此它有良好的耐大气氧化性。

157、按形态分腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种。

158、在化工生产中，后者的危害更严重。

159、均匀腐蚀腐蚀发生在金属表面的全部或大部，也称全面腐蚀。

160、多数情况下，金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜，使腐蚀变慢。

161、有些金属，如钢铁在盐酸中，不产生膜而迅速溶解。

162、通常用平均腐蚀率(即材料厚度每年损失若干毫米)作为衡量均匀腐蚀的程度，也作为选材的原则，一般年腐蚀率小于1~1.5mm，可认为合用(有合理的使用寿命)。

163、局部腐蚀腐蚀只发生在金属表面的局部。

164、其危害性比均匀腐蚀严重得多，它约占化工机械腐蚀破坏总数的70%，而且可能是突发性和灾难性的，会引起爆炸、火灾等事故。

165、　　当然，腐蚀不光是有危害，有许多生产的工艺，是利用了腐蚀而进行的。

166、腐蚀电位腐蚀电位是在没有外加电流时金属达到一个稳定腐蚀状态时测得的电位，它是被自腐蚀电流所极化的阳极反应和阴极反应的混合电位，此时金属上发生的共轭反应是金属的溶解及去极化剂的还原。

167、[5]即金属在介质中未通过电流时所产生的电位，称为腐蚀电位，也称自然电位或自腐电位或自然腐蚀电位或自腐蚀电位。

168、金属结构物的性质和土质都可直接影响到腐蚀电位，但这种影响不大，当测得腐蚀电位有变化且电位增大时，应考虑土层中有杂散电流存在的。

169、　　狭义的腐蚀电位是指金属与环境间的物理-化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属、环境及其构成系功能受到损伤的现象。

170、参考资料[1] 黄永昌．金属腐蚀与防护原理 ．上海：上海交通大学出版社 ，1989-05-01[2] 张宝宏，丛文博，杨萍．金属电化学腐蚀与防护 ．北京：化学工业出版社，2005-08-01[3] 郑书忠．工业水处理技术及化学品．北京：化学工业出版社，2010-08-01。

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