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腐蚀及防护的基本概念课程教案、知识点、字幕

同学们好

欢迎来到腐蚀与防护课堂

我叫程从前

来自大连理工大学材料学院

腐蚀作为自然环境和人们生活生产中

材料及其零部件发生腐蚀损伤的基本形式

是航空航天 石油化工 海洋工程 建筑

能源电力 材料与装备制造等领域

面临的基本问题

材料腐蚀学也成为一门综合性的

工程应用学科

其最大的特点是

理论研究与工程实践应用的结合

工程实际应用

是其理论研究发展的最大推动力

解决工程中的材料腐蚀问题

是材料腐蚀学科的最终目的

那么腐蚀是什么呢

腐蚀有哪些形式和基本特点呢

如何控制腐蚀

请大家学习这门材料腐蚀与防护课程吧

这门课程

是金属材料工程专业的一门重要必修课

主要以金属材料为对象

介绍金属腐蚀电化学基础 腐蚀形态

自然环境腐蚀以及基本的腐蚀控制途径

通过本课程的学习

可以掌握材料腐蚀的基础知识

学会分析并解决工程中腐蚀相关的问题

适用于工科高年级本科生

以及相关工程技术及管理人员

我们首先来看第一章绪论

什么是腐蚀

腐蚀是指材料在环境介质的化学

包括电化学作用

以及与物理因素协同作用下

发生破坏或变质的现象

这里有几个关键点

首先腐蚀是材料和环境构共同成同一体系

才可能发生

也就是说材料的腐蚀是离不开环境的

材料是什么呢

材料是指人类社会可接受

能经济地制造有用器件的物质

包括天然生成和人工合成的材料

如木材 石头 金属 玻璃

混凝土 陶瓷等无机物

塑料 橡胶等有机物

以及由它们组合而成的复合材料和功能材料

在人们开始利用材料时

就几乎同时意识到材料腐蚀问题

环境包括水 大气 土壤等自然环境

也包括污水 化学介质 酸 碱 盐

此外 辐照 液态金属 电场 电流

应力 微生物等也属于导致材料腐蚀的环境

相互作用涉及包括材料与环境的化学反应

电化学反应是属于化学反应中的一种

物理溶解 电磁辐射等

而腐蚀主要指化学或电化学作用

以及它们与力 电 辐照等物理场的综合作用

这些相互作用的结果是材料的破坏或变质

例如因腐蚀生锈 产生质量损失 开裂穿孔等

也包括高分子的老化

以及材料服役性能的劣化

如力学强度下降 弹性降低

韧性减小 脆性增大等

随着各种功能材料的大量出现

以及力 热 声 光 电等物理环境因素

在材料破坏中所起的作用不断被关注

传统的腐蚀概念发生进一步扩充与深化

由于目前使用的工程材料大部分为金属材料

金属材料的腐蚀是研究中最为严密与成熟

通常说的腐蚀一般是指金属材料的腐蚀

因此本课程所讨论的材料腐蚀以金属材料为主

金属腐蚀问题

遍及国民经济和国防建设的各个领域

它具有三个特点

首先是自发性

对于大多数金属

经历了从自然界矿石 高炉冶炼 精炼

热加工 冷加工等多道工序

最终才形成金属制品

制造过程中赋予了金属大量热 动能

因此金属相比于矿石和氧化物

它属于高能态

具有自发转变为低能态氧化物的趋势

第二 普遍性 在我们元素周期表里面

已知的金属元素

除Pt和Au之外

大多数金属均会腐蚀

另外腐蚀的环境也较为广泛

我们的大气 水 土壤 工业环境

太空 微生物等均能对金属造成腐蚀

三 腐蚀有时很难被发现

例如 有的不锈钢在自然环境中的点蚀

孕育期需要10年

再比如应力腐蚀裂纹的萌生

以及晶间腐蚀初期

肉眼观察往往没有明显变化

但组织或性能已经产生较大的劣化衰退

由于腐蚀的自发性 普遍性的特点

给社会造成的危害十分严重

腐蚀造成的经济损失占GDP的2%~5%

全球因腐蚀损失的经济总量远大于

地震 台风和水灾等自然灾害的总和

在英国 腐蚀占全国GDP的3%~4%

平均每人为腐蚀负担约100英镑

腐蚀还造成间接损失

例如 因管道腐蚀泄漏发生的生产事故

与人员受伤

零部件更换造成工厂停工的间接损失

管道本身的经济价值可能不高

但因更换管道或关键部件导致的工程停工

成本极高

在一些重大装备中

工厂停工1天

经济损伤可高达百万元

另外 腐蚀造成维护成本的增加

包括检测及防腐人员 设备的配置

关键部件额外配件的制备等

当腐蚀引发的金属溶解成离子

或以腐蚀产物进入加工生产系统

还对产品产生潜在污染

影响产品成分乃至后续可加工性能

腐蚀还造成各种跑 冒 漏 滴现象

产生热量的散失 化工介质的环境污染

同时 腐蚀造成大量金属材料的损耗

浪费大量资源与能源

因此 腐蚀成为与断裂 磨损并列的

三大失效形式

断裂主要是材料在服役环境下

因力学强度不够导致的破坏

发生失效往往较快

而磨损是在力作用下

于表面发生的相互摩擦运动造成的损伤

发生失效时则相对缓慢

而腐蚀

是化学或化学与力学协同作用下的发生的破坏

腐蚀往往造成工程结构失效

例如大桥倒塌 飞机失事

零部件功能的衰退

如叶轮输送效率的降低等

腐蚀所导致的事故

还引发一系列环境危害

例如2004年4月15日至16日

重庆天原化工总厂

氯氢分厂氯冷凝器列管腐蚀穿孔

造成含铵盐水泄漏到液氯系统

液氯储罐内反应生成三氯化氮发生爆炸

氯罐爆炸后

消防总队对事故核心区域

喷洒大量大强度的碱水

稀释与中和氯气 控制氯气扩散

稀释后的液体被就近排放到

附近河水土壤中

造成一定危害

天原化工厂发生氯气泄露爆炸后

全面停产 工厂实施异地迁建

迁移后

检测到原厂地有机污染物和重金属污染严重

环境问题十分严峻

原厂地需要修复的土壤总方量为

35585立方米

给社会带来了巨大的经济负担

2011年11月6日

松原石化气体分馏装置的

脱乙烷塔顶回流罐

因硫化氢应力腐蚀开裂发生爆炸

不仅造成人员伤亡和经济损失

同时引发火灾对环境造成重大影响

产生大量烟尘 二氧化硫等直接造成污染

2013年11月22日

山东省青岛经济技术开发区

中国石油化工股份有限公司

东黄输油管道与排水暗渠交汇处

管道腐蚀减薄破裂 原油泄漏

引入排水暗渠及反冲到路面

现场处置人员采用液压破碎锤

在暗渠上打孔破碎时产生撞击火花

引发暗渠内油气爆炸

造成62人死亡 136人受伤

直接经济损失7.5亿元

同时原油泄漏对海洋生态环境造成重大影响

由于腐蚀在社会各行各业中的危害

因此研究材料腐蚀机理

开展防护技术研究

发展材料腐蚀学

是金属材料工程领域的重要内容

该学科的特点是

起源于工程实际的客户

与服役环境性能的需求

通过材料服役环境的化学

或电化学相容性与适应性信息

反馈至选材设计及制造

如图所示

选材设计 加工制造

及服役性能及监检技术

成为腐蚀与防护工程的三大关联的环节

因此 要真正达到有效的控制腐蚀

必须将腐蚀工程与科学管理相结合

通过上述各个环节系统 综合地控制

如图所示

一味地追求腐蚀控制的有效性

从经济上讲可能是得不偿失

盲目的在任何情况下都杜绝腐蚀发生

不仅不现实 也没有必要

而是应该合理地控制腐蚀或减缓腐蚀

比根除腐蚀更科学

实践表明 通过合理地控制腐蚀

能够节约腐蚀损失的20%~30%

由此也可以看出

材料腐蚀学是一门融合多种学科的

综合性交叉学科

是一门工程应用学科

解决工程中的材料腐蚀问题

是本学科的最终目的

也是一门实验性质的学科

需要需要大批相关标准与规范方法与技术

材料腐蚀学还是一门数据性质的学科

必须不断积累材料在各种环境中的腐蚀数据

才能构成本学科所有理论

技术和方法的基础

下面我们来看中国工程院重大咨询项目

《我国腐蚀状况及控制战略研究》

专题片的节选

以此来了解我国腐蚀的现状

腐蚀与防护课程列表:

第一章 概论

-1.1 腐蚀与防护的基本概念

--腐蚀及防护的基本概念

-1.2 腐蚀的分类

--腐蚀的分类

-1.3 全面腐蚀速率的评价指标

--全面腐蚀速率的三指标及计算方法

-第一章 概论--本章习题

第二章 电化学腐蚀热力学

-2.1 电化学腐蚀电池

--电化学腐蚀电池

-2.2 电极和电极电位

--电极和电极电位

-2.3 E-pH图及其应用

--E-pH图及其应用

-第二章 电化学腐蚀热力学--本章习题

第三章 电化学腐蚀动力学

-3.1 电极的极化

--电极的极化

-3.2 单电极反应动力学

--单电极反应动力学

-3.3 混合电位理论

--混合电位理论

-3.4 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 一

--析氢腐蚀与吸氧腐蚀

-3.5析氢腐蚀与吸氧腐蚀 二

--析氢腐蚀与吸氧腐蚀 二

-第三章 电化学腐蚀动力学--本章习题

第四章 金属的钝化

-4.1 钝化及电化学极化特征

--钝化及电化学极化特征

-4.2 钝化的影响因素

--钝化的影响因素

-4.3 不锈钢钝化质量的检测

--不锈钢钝化质量的检测

-4.4 金属动电位极化测量实验

--金属动电位极化测量实验

-第四章 金属的钝化--本章习题

第五章 常见的金属局部腐蚀形态

-5.1 电偶腐蚀

--电偶腐蚀

-5.2 点蚀

--点蚀

-5.3 缝隙腐蚀

--缝隙腐蚀

-5.4 晶间腐蚀与选择性腐蚀

--晶间腐蚀与选择性腐蚀

-5.5 晶间腐蚀综合实验

--晶间腐蚀综合实验

-第五章 常见的金属局部腐蚀形态--本章习题

第六章 应力腐蚀

-6.1 应力腐蚀开裂

--应力腐蚀开裂

-6.2 氢致开裂

--氢致开裂

-6.3 腐蚀疲劳

--腐蚀疲劳

-6.4 磨损腐蚀

-- 磨损腐蚀

-本章习题--作业

第七章 自然环境中的腐蚀

-7.1 大气腐蚀

--大气腐蚀

-7.2 水环境腐蚀

--水环境腐蚀

-7.3 土壤环境腐蚀

--土壤环境腐蚀

-7.4 自然环境腐蚀检测方法与腐蚀失效工程案例

--自然环境腐蚀检测方法

--腐蚀失效工程案例 一

--腐蚀失效工程案例(二)

--腐蚀失效工程案例(三)

-本章习题--作业

第八章 金属腐蚀控制与防护

-8.1 选材与结构设计

--正确选材与合理结构设计

-8.2 电化学保护

--外加电流阴极保护法电化学保护

--牺牲阳极阴极保护法

--电化学保护

-8.3 缓蚀剂保护

--缓蚀剂保护

-8.4 金属涂镀层

--金属层防护层

--非金属防护层

-8.5 大型工程中的腐蚀防护应用案例

--大型工程中腐蚀防护的综合应用典型案例

-第八章 金属腐蚀控制与防护--本章习题

期末考试

-一、判断题

-二、填空题

-三、选择题

-四、综合应用题

讨论(一)

-1. 腐蚀电位与电池电压的关联与区别

-2. 关于金属腐蚀电位的讨论二

其他视频资料

-学生自主作业案例一

-学生案例小组作业二

讨论(二)

-讨论二

腐蚀及防护的基本概念笔记与讨论

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