高美珍 材料科学与工程导论-18.ppt

第十七章材料的腐蚀和退化 (Corrosion and Degradation of Materials) 17.1引言 三种材料退化机制不同。 金属材料：腐蚀or氧化---材料损失； 陶瓷材料：高温or极端环境； 聚合物材料：溶解，溶胀，or电磁辐射（主要是紫外光线）和高温引起聚合物分子结构变化。 Most developed nations spend about 6% of their total gross domestic product in addressing corrosion-related issues. In the United States, this amounts to about ﹩550 billion in 1998. The process of corrosion affects many important areas of technology, ranging from the construction and manufracturing of bridges, airplanes, ships, and microelectronics; the food industry; space exploration; fiber optics networks; and muclear and other power utilities, just to name a few. 材料的腐蚀按其作用性质分为：物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀； 按腐蚀形态分为全面腐蚀和局部腐蚀； 按腐蚀过程的环境和条件分为：高温腐蚀、大气腐蚀、溶剂腐蚀等。 金属腐蚀 金属腐蚀主要是电化学腐蚀，通常发生在表面，同时以金属离子的形式溶解。 17.2电化学腐蚀 Electrochemical corrosion In this process, an electric circuit is created and the system is called an electrochemical cell. In the cell, the anode gives up electrons to the circuit and corrodes; the cathode receives electrons from the circuit by means of a chemical, or cathode reaction; the anode and cathode must be electrically connected, to permit the electrons to flow from the anode to the cathode and continue the reaction; A liquid electrolyte must be in contact with both the anode and the cathode. The electrolyte is conductive, thus completing the circuit. 在电化学腐蚀中金属原子在氧化反应中失去电子，反应式为： M→Mn++ne- (17.1) 氧化反应发生的地方为阳极，因此氧化反应也称为阳极反应 anode reaction。金属原子氧化产生的电子转移给另一种材料，这里发生还原反应。例如在酸溶液中，氢离子被还原成氢分子。 2H++2e-→H2 (17.3) 在含有氧的酸溶液中，还原反应为： O2+4H-+4e-→2H2O (17.4) 或者在有氧的中性或者碱性溶液中还原反应为： O2+2H2O+4e-→4(OH)- (17.5) 溶液中存在的金属离子也可以被还原，还原反应式为： Mn++e-→M(n-1)+ (17.6) 金属离子也可以被还原成为中性原子。 还原反应发生的地方称为阴极，这种反应也称为阴极反应 cathode reaction。 一个完整的电化学反应至少包含一个氧化反应，一个还原反应。单独的氧化或者还原反应被称为半反应。 例如，金属锌浸入含有H+的酸溶液中，在锌的某些表面，锌被氧化或腐蚀： Zn→Zn2++2e- (17.8) 由于锌是很好的导体，因此电子传输到相邻的区域，那里氢离子被还原： 2H++2e-→H2(gas) (17.9) 如果没有其他的氧化和还原反应，总的电化学反应为： Zn→Zn2++2e- 2H++2e-→H2(gas) Zn+2H+→Zn2+