第2章 金属腐蚀的典型分类及工业案例
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第二章电子产品的防腐蚀设计2.1 概述2.1.1 腐蚀效应1.腐蚀的概念材料受环境介质的化学作用而发生性能下降、状态改变、甚至损坏变质的现象。
2.腐蚀的分类根据被腐蚀材料的种类,可分为金属腐蚀和非金属腐蚀两大类。
金属腐蚀:金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质现象。
按照腐蚀的机理分类,可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。
化学腐蚀主要为金属在无水的液体和气体以及在干燥的气体中的腐蚀。
物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏,金属与熔融液态金属接触引起的金属溶解或开裂就属于物理腐蚀。
电化学腐蚀是金属与电解液发生作用所产生的腐蚀。
其特征是腐蚀过程中有电流产生,在金属表面上有隔离的阳极区和阴极区,被腐蚀的是阳极区。
电化学腐蚀的现象与原电池作用相似。
电化学腐蚀是最普遍、最常见的金属腐蚀,在造成电子设备故障的常见的原因中,金属的电化学腐蚀是最常受到指责的因素。
大多数电子设备的制造、运输、储存和使用都是在地面或接近地面的地方进行,因此金属材料在潮湿大气中的腐蚀破坏是电子设备防腐蚀设计重点考虑的问题。
非金属材料在化学介质或化学介质与其他因素(如应力、光、热等)共同作用下,因变质而丧失使用性能称为非金属材料腐蚀。
电子设备使用的非金属材料,以有机高分子材料为最广泛,如塑料、涂料、薄膜、绝缘材料等。
高分子材料腐蚀的主要形式有老化、化学裂解、溶胀和溶解、应力开裂等。
由于生物活动而引起材料变质破坏的现象通常称为生物腐蚀,其中由于霉菌和其他微生物引起的腐蚀也称为霉腐或霉变。
2.1.2 腐蚀性环境因素凡是能够作为腐蚀介质引起材料腐蚀的环境因素,都可称之为腐蚀性环境因素,主要有以下几种:1.水分。
2.氧和臭氧。
3.温度。
4.腐蚀性气体。
5.盐雾。
6.沙和灰尘。
7.太阳辐射。
8.微生物额动物。
2.1.3 防腐蚀设计的基本要求实践证明,采取恰当的防护措施,腐蚀是可以受到一定程度的控制,有些腐蚀事故是可以避免的。
金属腐蚀案例金属腐蚀是指金属在特定环境条件下受到化学或电化学作用而逐渐损坏的过程。
金属腐蚀不仅会降低金属材料的强度和耐久性,还会导致设备的故障甚至事故。
以下将介绍一些金属腐蚀的案例,以便更好地了解金属腐蚀的危害和防范措施。
案例一,海洋环境下的金属腐蚀。
在海洋环境中,金属材料容易受到盐雾、潮湿等因素的影响,导致腐蚀加剧。
一艘货轮在长时间的海上运输后,船体上的金属结构出现了严重的腐蚀,甚至出现了漏水的情况。
这不仅影响了货轮的使用寿命,还可能危及船员的生命安全。
为了解决这一问题,船舶制造商采用了防腐涂层和防腐处理技术,有效延长了船体的使用寿命。
案例二,化工设备中的金属腐蚀。
在化工生产过程中,许多设备和管道都是由金属材料制成的。
然而,由于化工生产中存在腐蚀性介质和高温高压等因素,金属材料容易受到腐蚀的影响。
某化工企业的反应釜在使用一段时间后出现了严重的腐蚀,导致了设备的泄漏和停产。
为了解决这一问题,企业采用了耐腐蚀合金材料和防腐涂层等技术,有效提高了设备的耐腐蚀性能。
案例三,建筑结构中的金属腐蚀。
在建筑领域,金属材料广泛应用于桥梁、钢结构等建筑中。
然而,由于大气中的雨水、酸雨等因素,金属结构容易受到腐蚀的影响。
某城市的大型钢桥在使用多年后出现了严重的腐蚀,影响了桥梁的安全性能。
为了解决这一问题,城市管理部门采用了防腐涂层和定期检测维护等措施,有效延长了桥梁的使用寿命。
结语。
以上案例充分说明了金属腐蚀对设备、建筑等的危害,也表明了采取有效的防腐措施对延长金属材料的使用寿命具有重要意义。
因此,我们在生产和生活中应加强对金属腐蚀的认识,采取有效的防腐措施,保护好我们的设备和建筑结构,确保其安全可靠地运行。
金属腐蚀的案例分析与实践报告英文回答:Corrosion of metals is a common problem that can have significant consequences in various industries. In thiscase study and practical report, I will analyze and discuss different examples of metal corrosion, as well as provide insights into how it can be prevented and managed.One example of metal corrosion is the rusting of iron. When exposed to moisture and oxygen, iron undergoes a chemical reaction that forms iron oxide, commonly known as rust. This process weakens the metal and eventually leadsto its deterioration. For instance, I once had a bicyclethat was left outside in the rain for a long time. As a result, the metal parts, including the frame and handlebars, started to rust. The rust not only made the bicycle look unsightly but also affected its functionality. The handlebars became stiff and difficult to turn, making it unsafe to ride the bike.Another example of metal corrosion is the pitting of aluminum. Pitting corrosion occurs when small holes or pits form on the surface of the metal due to localized chemical reactions. This can happen in environments with highchloride concentrations, such as coastal areas. For example, I had a friend who owned a boat that he frequently used for fishing trips. Over time, the aluminum hull of the boat developed small pits due to exposure to saltwater. Thesepits weakened the structure of the boat and required costly repairs to prevent further damage.To prevent and manage metal corrosion, severalstrategies can be employed. One common approach is the useof protective coatings, such as paints or galvanization. These coatings act as a barrier between the metal and the corrosive environment, preventing direct contact and reducing the likelihood of corrosion. For instance, when constructing a bridge, the steel beams can be coated with a layer of paint to protect them from rust caused by exposure to rain and humidity.Another effective method to prevent metal corrosion is the use of sacrificial anodes. These are metals that are more reactive than the metal being protected and are connected to it. The sacrificial anodes corrode instead of the protected metal, sacrificing themselves to protect the main metal from corrosion. A common example is the use of zinc sacrificial anodes on the hulls of ships to prevent corrosion of the steel structure.In conclusion, metal corrosion is a significant problem that can have detrimental effects on various industries. By understanding different examples of corrosion and implementing preventive measures such as protective coatings and sacrificial anodes, we can effectively manage and mitigate the impact of corrosion. It is crucial to prioritize regular inspections and maintenance to identify and address corrosion issues promptly.中文回答:金属腐蚀是一个常见的问题,在各个行业中都可能产生重大后果。
金属的电化腐蚀与防护------- 研究性学习案例一则一、问题的提出“金属的腐蚀与防护”始终是一个世界性的一场棘手的科技难题,据统计,发达国家每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%-4%,远远超过自然灾害的造成损失的总和。
这给我们一个重要的警示:金属腐蚀不可等闲视之,防止金属腐蚀任重道远!那么,金属腐蚀的原理是什么?我们怎样防护?同学们能为防护金属,保护国家资源做些什么呢?带着这样的问题,我们展开了这一课题的研究。
二、研究方案的设I十确定了研究课题后,开始进行研究方案的确定,通过对想要研究的问题的罗列、分类、取舍,逐步明确研究目的,确定研究方法,结合现有的研究条件,制定研究过程,确定预期的成果及表达形式。
1、研究目的(1)揭示金属腐蚀的严重性和危害性;(2)分析金属腐蚀的种类、分析金属发生腐蚀的原因、本质及腐蚀速度的比较;(3)根据金属发生腐蚀的原因,研究如何防护金属;(4)通过查阅资料、实验等手段,培养学生搜集资料的能力、分析总结的能力、实验能力,锻炼思维品质,培养创新能力。
2、研究方法文献法、实验法3、研究过程(1)准备阶段确定子课题:①金属腐蚀的总类②各类金属腐蚀的原理③各类腐蚀速率的简单比较④金属腐蚀的防护方法及原理(2)查阅与实验阶段:通过查阅资料、实验完成各个子课题(3)集中交流与讨论阶段4、总结研究成果以小论文、实验报告形式完成三、研究方案的具体实施过程1、实验过程负责子课题①的同学(①组)通过上网查阅书籍,了解金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化腐蚀,并且资料显示,电化腐蚀的速度比化学腐蚀速度快。
负责子课题②的同学(②组)通过查资料了解到化学腐蚀的原理为金属(Fe)与化学物质的直接接触而发生的反应,而电化腐蚀的原理比较复杂,在不同环境下,腐蚀的原理有所不同,所以同学做了以下两个实验。
实验一:【操作】将经过酸洗除锈的铁钉(最好多几根),先用清水清洗一 下,再用饱和食盐水浸泡一下,放入如图1的具支试管中,几分钟后,观察 导管中水柱的变化。
《金属的腐蚀与防护》腐蚀类型与识别在我们的日常生活和工业生产中,金属材料无处不在。
从建筑结构中的钢铁到日常用品中的金属零件,金属的应用极为广泛。
然而,金属材料常常面临着一个严重的问题——腐蚀。
金属的腐蚀不仅会造成资源的浪费和经济的损失,还可能导致安全隐患。
因此,了解金属的腐蚀类型以及如何识别它们,对于采取有效的防护措施至关重要。
一、金属腐蚀的类型1、化学腐蚀化学腐蚀是指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
这种腐蚀通常在干燥的环境中发生,没有电流产生。
例如,铁在高温下与氧气反应生成氧化铁,即我们常见的铁锈。
化学腐蚀的速度相对较慢,但在某些特定条件下,如高温、高压、强氧化剂存在时,腐蚀速度会加快。
2、电化学腐蚀电化学腐蚀是金属腐蚀中最常见、也是最严重的一种类型。
它是指金属在电解质溶液中形成原电池,发生氧化还原反应而导致的腐蚀。
在电化学腐蚀中,存在着阳极和阴极两个区域。
阳极发生金属的氧化反应,失去电子成为金属离子进入溶液;阴极则发生还原反应,接受电子。
例如,钢铁在潮湿的空气中,表面吸附的水膜形成了电解质溶液,铁作为阳极失去电子被氧化为亚铁离子,氧气在阴极得到电子被还原为氢氧根离子,最终形成铁锈。
电化学腐蚀的速度通常比化学腐蚀快得多。
3、均匀腐蚀均匀腐蚀是指金属表面均匀地受到腐蚀,腐蚀的速度相对较为稳定。
这种腐蚀类型在金属暴露于腐蚀性介质中时较为常见。
例如,铁在稀硫酸中发生的腐蚀就是均匀腐蚀。
虽然整个金属表面都在受到腐蚀,但相对来说,其对金属结构的破坏较为均匀,容易预测和评估。
4、局部腐蚀局部腐蚀与均匀腐蚀不同,它是指金属表面的某些局部区域受到严重的腐蚀,而其他区域则腐蚀较轻或几乎不受腐蚀。
局部腐蚀的危害往往比均匀腐蚀更大,因为它难以预测和检测,可能在短时间内导致金属结构的失效。
常见的局部腐蚀类型包括点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂等。
(1)点蚀点蚀是一种在金属表面形成小孔状的局部腐蚀。
这些小孔通常很小,但深度较大,容易导致金属穿孔。
金属材料腐蚀的分类
金属材料的腐蚀可以按照不同的分类方式进行划分,以下是常见的几种分类方式:
1. 电化学腐蚀分类:
- 酸性腐蚀:金属在酸性环境中的腐蚀。
- 碱性腐蚀:金属在碱性环境中的腐蚀。
- 电池腐蚀:由于金属表面产生微观电池,导致腐蚀。
- 微生物腐蚀:由微生物代谢产生的酸、碱或化学物质导致
的腐蚀。
2. 物理腐蚀分类:
- 氧化腐蚀:金属与氧发生化学反应导致腐蚀。
- 湿气腐蚀:金属与湿气中的水蒸气等产生的化学物质发生
反应导致腐蚀。
- 焊接腐蚀:焊接过程中产生的热应力和化学物质导致的腐蚀。
3. 腐蚀形式分类:
- 均匀腐蚀:金属表面均匀腐蚀,使金属材料的厚度逐渐减少。
- 局部腐蚀:金属表面仅部分区域发生腐蚀,如点蚀、缝蚀、孔蚀等。
- 应力腐蚀:金属在受到应力作用的同时,发生化学物质的
腐蚀。
- 磨蚀腐蚀:金属材料在摩擦或冲刷作用下发生的腐蚀。
这些分类方式只是根据不同的角度对金属材料腐蚀进行的分类,实际上金属腐蚀是一个复杂的过程,往往同时存在多种腐蚀形式。
金属的腐蚀与个案说明金属材料受周围介质的作用而损坏,称为金属腐蚀。
金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。
腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态。
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,增加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。
人类进入21世纪的今天,由于科学技术的进步,金属材料的应用也得到空前的拓宽,特别在继工业革命以后,并随近现代海洋、空间和原子能技术的出现,使金属腐蚀与防护的研究比以往任何时期都倍受重视[1]。
1 金属腐蚀简介金属与环境中的组分由于发生化学反映而导致表面破坏的现象称为金属腐蚀。
造成金属发生腐蚀的最根本原因是金属的热力学不稳定性造成的,即金属原子的自由能处于较高的状态,在一定条件下,金属单质就会向化合物进行转化,从而发生腐蚀。
导致金属和金属腐蚀破坏的主要原因就是化学或电化学作用,有时也包括机械、生物或物理作用。
单纯物理作用的破坏(如合金在液态金属中的物理溶解)仅是少数的例子。
单纯的机械破坏不属于腐蚀的范畴。
2 金属腐蚀的分类腐蚀的分类方法有很多,包括按腐蚀环境、腐蚀形态以及腐蚀现象或原因进行分类[2]。
按环境分:湿蚀:如:大气腐蚀、化学药品腐蚀以及水溶液腐蚀和土壤腐蚀等。
干蚀:如:高温氧化、氢腐蚀、液态金属腐蚀以及硫腐蚀等。
微生物腐蚀:如:真菌腐蚀、藻类腐蚀以及细菌腐蚀和硫化菌腐蚀等。
3 金属腐蚀的几种案例分析3.1大气腐蚀[3]3.1.1大气腐蚀的机理钢结构在常温下的大气腐蚀,主要是由于在常温大气环境中使用,受空气中的水分和其他污染物的化学、电化学的作用而引起的腐蚀,它是在金属表面极薄的一层水膜下进行的,这些水膜或是由于水分的直接沉降或是由于大气温度的突然变化而产生的凝露。
这些水膜又能溶人大气中的气体(如02,CO2、S02等)、盐类、尘土及其他污染物,再加上生产制造、运输及使用过程中人为污染因素,所有这些都会提高水膜的导电性而促进腐蚀过程的加速,当金属表面形成连续的电解液层时,便形成电化学腐蚀过程。