金属腐蚀学(刘光明)

金属的腐蚀现象在日常生活和生产中随处可见，腐蚀是一种悄悄进行的破坏，但其造成的危害非常大。通常，金属工程构件在设计、使用和维护过程中都会涉及腐蚀问题，有的甚至成为工程的关键问题。本书介绍了金属腐蚀的基本理论及基本防腐原理。教材编写过程中注重基本理论和基础知识，为体现教材知识体系的系统性和科学性，在内容上按腐蚀热力学到腐蚀动力学再到具体腐蚀形态的逻辑顺序进行编写。教材共分11章，主要包括绪论、腐蚀热力学、电化学腐蚀动力学、析氢腐蚀与耗氧腐蚀、金属的钝化、局部腐蚀、应力作用下的腐蚀、金属在自然环境中的腐蚀、高温腐蚀、金属材料的耐蚀性和金属腐蚀学实验。
本书第1章、第2章、第3章、第4章、第7章和第11章分别由南昌航空大学刘光明、杨军、田礼熙、张帮彦、师超和刘刚编写，第5章由西安建筑科技大学王岩编写，第6章由北华航天工业学院田文明编写，第8章由九江学院余健编写，第9章由西安科技大学张慧慧编写，第10章由青岛大学李希超编写。本书由刘光明、师超、田礼熙和张帮彦统稿，全书由刘光明定稿。
本教材已遴选为教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材 2023 年度建设项目，感谢各位评审专家提出的宝贵意见！本教材也是南昌航空大学金属材料工程国家级一流本科专业建设成果教材，出版过程中得到了南昌航空大学金属材料工程专业的建设资金资助，得到了其他参编单位的大力支持，书中引用了国内外优秀文献，在此一并致谢！
本书可作为高等院校材料类、化学化工类专业师生教学用书，也可作为高等学校石油、机械、冶金等有关专业开设腐蚀课程的教学参考书。本书配套的多媒体课件请登录www.cipedu.com.cn下载，视频课程请到“学堂在线”平台学习。
由于编写人员学识、水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请读者批评指正！

编者
2024年1月于南昌航空大学

刘光明，南昌航空大学，教授，江西省中青年学科带头人。南昌航空大学腐蚀与防护系主任，硕士生导师，美国Mater. Res. Bull. 杂志论文审稿人，江西省表面工程专业委员会副主任委员，中国机械工程学会高*级会员。
获奖情况：
2003年于金属研究所获得“师昌绪奖”。
2003年获得“宝钢教育基金”奖。
主要研究方向：
金属和陶瓷材料的腐蚀机理；
材料的表面改性（镀锌钢板无铬钝化、新型高温涂层制备）。

《金属腐蚀学》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。书中介绍了金属腐蚀的基本理论及基本防腐原理，为体现教材知识体系的系统性和科学性，在内容上按腐蚀热力学到腐蚀动力学再到具体腐蚀形态的逻辑顺序进行编写，注重基本理论和基础知识的讲解。全书共分11章，主要包括腐蚀热力学、电化学腐蚀动力学、析氢腐蚀与耗氧腐蚀、金属的钝化、局部腐蚀、应力作用下的腐蚀、金属在自然环境中的腐蚀、高温腐蚀和金属材料的耐蚀性。为方便高等学校实验教学，第11章为部分腐蚀实验。
本书是高等学校本科和高职高专材料类、化学化工类等专业的教学用书，也可供本领域工程技术人员参考。

第1章绪论
1.1金属腐蚀的基本概念 1
1.2研究金属腐蚀的意义及腐蚀的危害 2
1.2.1研究金属腐蚀与防护的意义 2
1.2.2腐蚀造成的经济损失 3
1.3腐蚀科学技术的发展历程 5
1.4腐蚀的分类 7
1.4.1按腐蚀机理分类 7
1.4.2按腐蚀形态分类 8
1.4.3按腐蚀环境分类 9
1.5金属腐蚀程度的评定方法 9
1.5.1重量法 9
1.5.2深度法 10
1.5.3电流密度表征法 11
1.6腐蚀控制基本方法简介 12
思考题与习题 13

第2章腐蚀热力学
2.1腐蚀倾向的热力学判据 14
2.2电化学腐蚀倾向的判据和标准电位序 16
2.3腐蚀电池 19
2.3.1腐蚀电池电化学历程 19
2.3.2电化学腐蚀次生过程 23
2.4腐蚀电池的类型 23
2.4.1宏观腐蚀电池 24
2.4.2微观腐蚀电池 25
2.4.3超微观腐蚀电池 27
2.5电位-pH图 27
2.5.1电位-pH图原理 27
2.5.2电位-pH图的建立和分析 29
2.5.3电位-pH图应用及其局限性 32
思考题与习题 34

第3章电化学腐蚀动力学
3.1电极反应过程 35
3.2腐蚀电池的极化 37
3.2.1腐蚀电池的极化现象 37
3.2.2阳极极化 37
3.2.3阴极极化 38
3.2.4极化曲线 38
3.3腐蚀极化图及其应用 39
3.3.1腐蚀极化图 39
3.3.2腐蚀极化图的应用 41
3.4极化控制下的腐蚀动力学方程式 44
3.4.1电化学极化控制下的腐蚀动力学方程式 45
3.4.2浓差极化控制下的腐蚀动力学方程式 49
3.4.3实测极化曲线与理想极化曲线的关系 52
3.5混合电位理论及其应用 52
3.5.1混合电位理论 52
3.5.2混合电位理论的应用 53
思考题与习题 55

第4章析氢腐蚀与耗氧腐蚀
4.1析氢腐蚀 56
4.1.1析氢反应 56
4.1.2析氢腐蚀的条件与特点 57
4.1.3析氢腐蚀的控制过程 61
4.1.4减小析氢腐蚀的途径 63
4.2耗氧腐蚀 63
4.2.1耗氧腐蚀的产生条件 63
4.2.2氧的阴极还原过程 64
4.2.3耗氧腐蚀的控制过程及特点 67
4.2.4耗氧腐蚀的影响因素 69
思考题与习题 71

第5章金属的钝化
5.1钝化原理 73
5.1.1钝化现象 73
5.1.2化学钝化 74
5.1.3电化学钝化 74
5.2有钝化特性金属的极化曲线 74
5.3金属的自钝化 77
5.4钝化理论 80
5.4.1成相膜理论 80
5.4.2吸附理论 81
5.4.3两种理论的比较 82
5.5影响金属钝化的因素 83
5.5.1合金成分的影响 83
5.5.2钝化介质的影响 84
5.5.3活性离子对钝化膜的破坏作用 85
5.5.4温度的影响 86
思考题与习题 86

第6章局部腐蚀
6.1全面腐蚀与局部腐蚀的比较 88
6.2电偶腐蚀 90
6.2.1电偶腐蚀的特征与电偶序 90
6.2.2电偶腐蚀的机理 91
6.2.3电偶腐蚀的影响因素 92
6.2.4电偶腐蚀的控制措施 94
6.3点蚀 95
6.3.1点蚀的特征及产生条件 95
6.3.2点蚀的机理 96
6.3.3点蚀的影响因素 99
6.3.4点蚀的控制措施 101
6.4缝隙腐蚀 102
6.4.1缝隙腐蚀的特征及产生条件 102
6.4.2缝隙腐蚀的机理 103
6.4.3缝隙腐蚀与点蚀的比较 104
6.4.4缝隙腐蚀的影响因素 105
6.4.5缝隙腐蚀的控制措施 106
6.5丝状腐蚀 106
6.5.1丝状腐蚀的特征及产生条件 107
6.5.2丝状腐蚀的机理 107
6.5.3丝状腐蚀的影响因素和控制措施 108
6.6晶间腐蚀 109
6.6.1晶间腐蚀的特征 109
6.6.2晶间腐蚀的机理 109
6.6.3晶间腐蚀的影响因素 111
6.6.4晶间腐蚀的控制措施 112
6.7选择性腐蚀 113
6.7.1选择性腐蚀的现象特征 113
6.7.2黄铜脱锌 114
6.7.3铸铁的石墨化腐蚀 115
6.7.4选择性腐蚀的机理 115
6.7.5选择性腐蚀的影响因素与控制措施 116
6.8局部腐蚀敏感性试验评价方法 117
6.8.1点蚀敏感性的试验评定方法 117
6.8.2缝隙腐蚀敏感性的试验评定方法 118
6.8.3晶间腐蚀敏感性的试验评定方法 118
6.8.4选择性腐蚀的试验评定方法 120
思考题与习题 120

第7章应力作用下的腐蚀
7.1应力腐蚀开裂 121
7.1.1应力腐蚀的条件及特征 122
7.1.2应力腐蚀的机理 127
7.1.3应力腐蚀的控制方法 129
7.1.4应力腐蚀的试验方法 130
7.2氢脆 131
7.2.1氢的来源、运输及存在形式 132
7.2.2氢脆的特点 134
7.2.3氢脆的机理 138
7.2.4氢脆的控制措施 139
7.3腐蚀疲劳 140
7.3.1金属疲劳的基本概念 140
7.3.2腐蚀疲劳的特征 141
7.3.3腐蚀疲劳的机理 144
7.3.4材料腐蚀疲劳的控制方法 146
7.4磨耗腐蚀 146
7.4.1微动腐蚀 147
7.4.2冲击腐蚀 150
思考题与习题 153

第8章金属在自然环境中的腐蚀
8.1大气腐蚀 155
8.1.1大气腐蚀类型和特征 155
8.1.2大气腐蚀机理 156
8.1.3大气腐蚀的影响因素 158
8.1.4大气腐蚀的防治措施 160
8.2海水腐蚀 161
8.2.1海水的特性 161
8.2.2海洋环境分类及腐蚀特点 162
8.2.3海水腐蚀机理 164
8.2.4海水腐蚀的影响因素 165
8.2.5海水腐蚀的防治措施 166
8.3土壤腐蚀 167
8.3.1土壤特性 167
8.3.2土壤腐蚀的电极过程 168
8.3.3土壤腐蚀的类型 170
8.3.4土壤腐蚀的影响因素 171
8.3.5土壤腐蚀的防治措施 173
思考题与习题 173

第9章高温腐蚀
9.1高温腐蚀的分类和对其研究的重要意义 175
9.1.1高温腐蚀的类型 175
9.1.2研究高温腐蚀的重要意义 176
9.2金属高温氧化的热力学基础 177
9.2.1金属氧化可能性的判断 177
9.2.2金属氧化物的高温稳定性 180
9.3金属氧化膜的结构和性质 180
9.3.1氧化物中的点缺陷 181
9.3.2金属氧化膜的组成和晶体结构 183
9.3.3金属氧化膜的完整性和保护性 184
9.4金属高温氧化的动力学和机理 187
9.4.1金属高温氧化的基本过程 187
9.4.2金属氧化的动力学规律 187
9.4.3金属氧化的机理 190
9.5影响金属氧化行为的因素 193
9.5.1温度的影响 193
9.5.2氧压的影响 193
9.5.3气体介质的影响 195
9.6合金的氧化 196
9.6.1合金氧化的特点 196
9.6.2合金氧化的分类 196
9.6.3提高合金抗氧化的途径 198
9.7金属材料的热腐蚀 200
9.7.1热腐蚀的概念 200
9.7.2热腐蚀机理 200
9.7.3硫酸盐低温热腐蚀 204
9.7.4影响金属热腐蚀的因素 205
9.7.5金属热腐蚀的控制措施 207
思考题与习题 208

第10章金属材料的耐蚀性
10.1金属耐蚀合金化原理 210
10.1.1利用合金化提高金属耐蚀性的途径 210
10.1.2金属耐蚀合金化机理 213
10.2铁和钢的耐蚀性 215
10.2.1铁的耐蚀性 216
10.2.2铸铁的耐蚀性 217
10.2.3碳钢的耐蚀性 218
10.2.4低合金钢的耐蚀性 219
10.3不锈钢的耐蚀性 220
10.3.1不锈钢的种类及一般耐蚀性 220
10.3.2奥氏体不锈钢的耐蚀性 222
10.3.3铁素体不锈钢的耐蚀性 224
10.3.4马氏体不锈钢的耐蚀性 224
10.3.5奥氏体-铁素体双相不锈钢的耐蚀性 225
10.4铜及铜合金的耐蚀性 225
10.4.1铜的耐蚀性 225
10.4.2铜合金的耐蚀性 226
10.5镍及镍合金的耐蚀性 227
10.5.1镍的耐蚀性 227
10.5.2镍基合金中主要合金元素对耐蚀性的影响 228
10.5.3镍合金的耐蚀性 228
10.6铝及铝合金的耐蚀性 229
10.6.1纯铝的耐蚀性 229
10.6.2铝合金的耐蚀性 229
10.7镁及镁合金的耐蚀性 231
10.7.1镁的耐蚀性 231
10.7.2镁合金的耐蚀性 231
10.8钛及钛合金的耐蚀性 232
10.8.1钛的耐蚀性 232
10.8.2钛合金的耐蚀性 232
10.9非晶态合金概述及耐蚀性 234
10.9.1非晶态合金概述 234
10.9.2非晶态合金的耐蚀性 234
思考题与习题 236

第11章金属腐蚀学实验
实验1重量法和容量法研究酸腐蚀及缓蚀效率 237
实验2极化电阻法测定金属的腐蚀速度 239
实验3电阻法测腐蚀速度 240
实验4简单腐蚀模型实验 243
实验5金属局部腐蚀实验 245
实验6接触腐蚀实验 247
实验7C环试样应力腐蚀实验 249
实验8高温氧化实验 251
实验9化学镀镍层中性盐雾实验 253
实验附录ZRA-2型电偶腐蚀计使用说明书 254

参考文献