第26卷 第3期
2006年6月
航 空 材 料 学 报
J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS
V o.l 26,N o .3June 2006
我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望
蔡健平,陆 峰,吴小梅
(北京航空材料研究院,北京100095)
摘要:评述了我国航空材料腐蚀与防护技术的现状,主要介绍了我国在自然环境试验、户内加速试验、腐蚀机理和测试、高温防护涂层以及表面处理和防护技术,展望了我国航空材料腐蚀与防护技术的发展趋势及应用前景。关键词:航空材料;腐蚀表面防护;高温防护涂层
中图分类号:TG172 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)03-0270-05
收稿日期:2006-01-16;修订日期:2006-03-28
作者简介:蔡健平(1969-),男,博士,高级工程师,(E -m a il):jp .ca@i b i am .ac .cn
腐蚀现象广泛存在于自然界和工业环境中。由于航空产品使用范围更广,服役条件更为恶劣,在自然环境中和工作环境下,腐蚀问题会很突出。例如
英、美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用在11000美元~52000美元之间,而且腐蚀对飞行安全也造成很大威胁。又如涡轮是航空喷气发动机的关键部件,它在非常严酷的环境下工作,易受到高温氧化和热腐蚀的损害。通过防护提高涡轮叶片高温性能,使其能在更高的温度下工作已经成为制约飞机性能的关键技术之一。因此开展航空产品的腐蚀与防护的研究具有明显的经济和社会效益。
1 航空材料的腐蚀与防护发展现状
我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代,经过几十年的曲折发展,取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上,已经进入了向国际接轨的发展阶段。在飞机发动机高温腐蚀和防护上,已经研究成功多种发动机部件所使用的中、高温防护涂层,部分涂层进入批量生产阶段,有些研究工作达到或接近国际先进水平。1 1 自然环境试验
自然环境试验是在极端环境或典型环境条件下对航空产品及其材料、工艺、构件进行环境适应性研究。户外暴露试验是自然环境试验的基本手段,是研究材料和环境作用的试验基础。
我国已经对纯铝及几种常用的航空铝合金进行了二十多年的自户外暴露试验。研究发现一般铝及
铝合金在海洋、工业、湿热乡村和潮湿城市大气暴露约3年后,表面会布满腐蚀产物,并伴有棕、灰、白、黑等均匀分布的点状腐蚀产物。硬铝LY12在酸雨地区有晶间腐蚀的倾向,而在湿热或湿热海洋性大气中还会发生剥蚀。如图1为LY12铝合金万宁暴
露十年后剥蚀的电子显微镜照片。
图1 LY 12航空铝合金在万宁暴露十年后的腐蚀形貌F i g .1 M orphology of LY 12i n wann i ng after 10year
exposure
目前我国户外暴露的试样不仅有平板金属试样,还包括部分实际工程用的非金属材料和受力件和构件。在试验设备和研究能力方面,初步具备了齐全的环境试验和研究的条件。例如北京大气试验站实验室面积已经达到900m 2
,设有气象观测实验室、化学分析实验室、材料性能检测实验室、、微观分析实验室、电化学实验室、腐蚀实验室、腐蚀模拟加速实验室等。目前在户外试验数据分析处理、大气腐蚀监测器和大气环境腐蚀性分类等方面的研究取得了不小的进展。1 2 户内加速试验研究
自然环境下户外暴露试验是评价材料大气腐蚀的基本方法,但试验的周期很长,远远不能满足材
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料研制、腐蚀控制、材料防护工程和科学研究的要求。为了更好地满足我国航空工业对快速评价材料环境适应性的要求,北京航空材料研究院发展了一
种综合环境试验机[1]
,并发展了一种针对航空铝
合金的综合加速试验谱。表1是该综合加速试验的加速试验谱。研究表明,同传统的加速试验相比,该综合加速试验能更好地模拟航空铝合金的大气腐蚀[2]。
表1 综合环境试验试验谱
T ab l e 1 T esti ng cond i tions of co m prehensive env iron m en tal test
N o Step Cond iti on
D urati on 1
R a i n i ng Amb i ent te m perature :35
1m i n
2H u m i d Amb i ent te m perature :35 ;R.H. 90%19m in 3T ransiti on 5m i n 4D ry i ng Am bient temperature :45 ;R.H. 75%
20m in 5T ransiti on 5m i n 6Sa lt f og Amb i ent te m perature :35 20m in 7T ransiti on 5m i n 8D ry i ng Am bient temperature :45 ;R.H. 75%
10m in 9T ransiti on 5m i n
10
G o back step 1
1 3 腐蚀机理和测试技术研究
高强度航空材料在力学-环境因素的交互作用下可能会发生应力腐蚀而导致灾难性的事故。因此开展应力腐蚀的测试和研究是腐蚀和防护的一项重要内容。目前已经发展了一些应力腐蚀敏感性的测
试标准[3~7]
。这些试验标准在研究新研材料和引进飞机材料的应力腐蚀性能方面发挥了重要作用
[8]
。
另外也有人设计了一些非标准的应力腐蚀试验来模拟试件的服役条件,试验的结果与实际情况符合的
较好[9]
。由于实际的应力腐蚀往往发生在大气环境中,所以设计了一种便携式拉伸应力腐蚀试验器
[10]
,用于开展户外大气应力腐蚀的研究。图2是
试验器结构示意图。
飞机结构往往由多种材料构成,在一定条件下不同材料的相互接触会导致接触腐蚀和电偶腐蚀。研究者对钢与铝合金和钛合金接触时的电偶腐蚀和防护方
法进行研究[11,12]
,得到了很多对实际工程有指导价值的结论。随着复合材料在航空产品上得到应用,复合材料和金属材料接触时所引起的相容性问题开始得到人们的重视,并提出了一些防护措施[13,14,15]
。
某型飞机承力框下半框7A 04-T6铝合金与橡胶软油箱接触部位发生了严重腐蚀裂纹故障。研究表明[16]
:这是由于在一定条件下橡胶抗老化涂层对铝合金的接触腐蚀所致。图3是在相同相对湿度条件下,几种橡胶抗老化涂层对铝合金的接触腐蚀作用。图3表明的不同涂层对于接触腐蚀有不同的作用,
因此必须重视非金属材料和金属材料的接触腐蚀。
图2 户外应力腐蚀试验器结构示意图
F i g .2 Struct ure of t he desk -top spr i ng type stress cor -rosion c racki ng T
ester
图3 相对湿度对7A 04铝合金和橡胶抗老化涂层
接触腐蚀的影响
F ig .3 E ffect of relative hu m i d it y on contact co rrosion
bet ween 7A04al um inu m a lloy and rubber an t-i ag i ng coati ng s
总之,在腐蚀机理和测试技术研究方面,我国取得了不少成果,对指导工程应用起到了重要作用。1 4 航空发动机高温防护涂层
航空发动机所用的高温防护涂层一般可分成扩
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第3期我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望散涂层(d iffusion coatings)和包覆涂层(overlay coatings)。目前我国已经发展出多种发动机部件所使用的镍镉扩散涂层、渗A ,l A -l S i 料浆涂层、P-t A l 涂层、包覆型M Cr A l X 涂层、热障涂层、抗氧化防脆化涂层、封严涂层等,部分涂层进入批量生产阶段。
M C r A I Y 涂层是一种包覆性涂层,它克服了传统铝化物涂层与基体之间互相制约的弱点,,进一步提高了发动机材料的抗氧化的能力。图4是通过真空电弧镀技术在实际发动机涡轮叶片上涂敷N i C o C r A l Y H f
高温防护涂层的样件。
图4 发动机涡轮叶片N i CoCrA l Y H f 涂层样件F ig .4 N i C oC r A l Y H f coa ted tubi ne blade o f eng i ne
随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断提高,我国开展了热障涂层(ther m a l barrier coatings ,简称TBC s)的研究。热障涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的涂层系统。Zr O 2是目前陶瓷隔热面层中研究最多的成分,图5是采用电子束物理气相沉积(EB -P VD )方法制备的氧化锆陶瓷隔热层,可以看出隔热层呈现柱状晶组织。热循环试验证明柱状晶组织较普通的纤维状组织具有更高的抗热疲劳性能。另外我国还开展了纳米陶瓷热障涂层的研究,图6是纳米陶瓷热障涂层1100 高温氧化动力学曲线,该涂层氧化动力学曲线呈比较明显的抛物线形状,在氧化进行到340h 才开始失效。1 6 表面处理和防护技术的研究
目前在航空工业中常见的表面处理和防护技术有电镀、阳极化、缓蚀剂、涂层等。为了满足航空工业的需要,国内开展了高强度钢低氢脆无氰镀镉-钛替代氯化铵镀镉的工艺应用研究。研究发现,镉-钛镀层的耐蚀性优于氯化铵镀镉镀层,且其氢脆性能也优于氯化铵镀镉镀层。图7为镀镉-钛+钝化后的镀层微观形貌。由于传统的铝合金铬酸阳极化会造成环境污染,而硫酸阳极化会影响材料的疲劳性能。因此我国开展了硼酸-硫酸阳极化工艺的应用
图5 电子束物理气相沉积(EB -PVD )方法制备的氧
化锆陶瓷隔热层
F i g .5 Z ro cera m ic T BC produced by EB
-PVD
图6 EB -PVD 纳米陶瓷热障涂层1100 高温氧化动
力学曲线
F i g .6
the ox ida tion k i ne ti c curve of EB -PVD nano -ce -ra m ic T
BCs
图7 钝化后的Cd -T i 镀层形貌F i g .7 M orpho logy o f passi v ated Cd -T i p l a ti ng
研究。结果表明:硼酸硫酸阳极化耐蚀性满足航空工业的要求,并且不降低材料的疲劳性能。
为了在日常飞机维护过程中防止和减缓腐蚀,研制了一种飞机用的硬膜型脱水防锈剂
[17]
。该防
锈剂施加在飞机表面,可自动去除表面水分和盐分,
并很快形成透明硬膜。硬膜型防锈剂的特点是膜厚质地较硬、不易破坏,耐磨.不沾灰,保护期一般可长达半年至一年半时间,是飞机外场简便易行的一种防护材料。铝合金的化学氧化由于设备简单、操作方便、生产效率高、成本低等优点,也广泛应用于航空工业中。北京航空材料研究院研制的CJ -23型化学氧化工艺所得到的膜层耐蚀性好,成本低,在实际
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应用中取得了良好的效果。
防腐涂层是提高飞机环境适应性的最重要的防护手段之一,目前我国的防腐涂层正向高性能和环境友好等方向发展。另外国内在防腐密封剂、憎水剂等方面的工程化也取得很大的进步。
2 航空材料的腐蚀和防护技术发展展望
随着我国航空工业的发展,对腐蚀和防护技术提出了更高的要求,因此我国的腐蚀和防护技术将会得到更大发展。
2 1 自然环境中的户外暴露试验
在户外暴露试验方面,将进一步提高试验网站的环境试验能力和水平。如实现环境数据自动采集分析和处理;实现试验对象主要及关键性能的现场检测。
将通过自然环境试验开展新材料和先进材料环境适应性及其环境失效行为研究。如复合材料、铝锂合金、阻尼铝合金、新型铸造铝合金等新材料和先进材料环境适应性及其环境失效行为研究,为新材料和先进材料的应用提供依据。加强零件、部件、受力件、焊接件、涂层防护系统的环境适应性及其环境失效行为研究。加强整机环境适应性及其环境失效行为研究。为提高整机的环境适应性提供方向。开展早期和现场监检测技术研究,研究材料在环境中早期失效的行为,为预测材料的长期环境适应性提供依据,为实现预测-防护的技术路线奠定基础。
2 2 户内加速试验及户内外试验之间的相关性
应根据我国的环境特点和航空材料体系和防护体系,研制具有独立知识产权的加速试验设备、使试验设备向多样化、大型化、综合化发展;发展适合我国的加速试验方法,同时要在试验方法和试验手段上向国际接轨,满足我国航空工业对快速评价材料环境适应性的要求。
2 3 加强腐蚀控制技术及其应用研究
进一步提高已有腐蚀控制技术的工程应用水平,发展高性能、环境友好的防护技术如氟涂料、高速火焰喷涂、微弧氧化、离子镀铝等技术,以满足新一代航空产品腐蚀与防护的要求。
2 4 提高我国航空材料高温防护技术和工程应用水平
在现有研究基础上,大力开发新型高效涂层技术,研究多元、多层及纳米涂层以及高性能抗氧化防脆化防护涂层,加速涂层的应用研究。重视采用电子束物理气相(EB-PVD)等先进技术,从热障涂层寿命、隔热效果、质量检测等方面研究热障涂层工艺及应用技术。
2 5 加强腐蚀和防护工程管理
加强控制腐蚀和防护措施、方案、标准、规范等的制订,进一步开发腐蚀和防护数据库平台、环境适应性知识库,进行人员培训,开展航空腐蚀工程系统控制技术研究。使将环境适应性控制贯穿于设计、维护和日常管理上。
3 结束语
我国的腐蚀和防护研究在过去为我国航空工业的发展做出了应有的贡献,在户外暴露试验、户内加速试验研究、腐蚀机理和测试、航空发动机高温防护涂层以及表面处理和防护技术等方面都取得了不小成绩。未来将重点发展自然环境试验、材料环境适应性、户内加速试验及户内外试验之间的相关性、腐蚀控制技术及其应用、航空发动机高温腐蚀和防护技术和腐蚀和防护的管理等方面。
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Develop m ent of Corrosion and Protection for Aeronautical
M aterials i n China
CA I Jian-p i n g, LU Feng, WU X iao-m e i
(B eiji ng Institute of A eronautica lM ater i a ls,Be iji ng100095,Ch i na)
Abstrac t:The corrosi on and protec tion fo r aeronauticalm ate rials i n Chi na i s rev i ew ed.The techn i ques and research i n natura l environ-m enta l test,i ndoor acce lerated tests,co rrosion mechan i cs and tests,hi gh te m pe rature pro tecti ve cao ti ngs,surface treat m ent and pro-tecti ve techniques are i ntroduced.T he deve l op m ent trend and applicati on prospect o f corros i on and protecti on are proposed.
K ey word s:aeronauti ca lm ate rials;corro si on;pro tecti ve techn i ques;h i gh te m pera t ure pro tecti ve coati ngs
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第一章绪论 1.1 材料腐蚀的基本概念 腐蚀是一种自发过程。 腐蚀是由于环境作用引起的材料的破坏和变质。 从这个定义可以看出，材料（或结构）是否会发生腐蚀破坏，既取决于材料本身的性质，也与环境有关。 导致材料发生腐蚀的环境因素构成了腐蚀环境。腐蚀环境包括总体环境（大气环境）和工作环境。 随着非金属材料（塑料、橡胶，以及树脂基复合材料等）越来越多地用作工程材料，非金属材料的环境破坏现象也越来越引起人们的重视。因此，腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料（金属和非金属材料）。 环境因素可以是机械的、物理的或化学的。如载荷造成的断裂和磨损，光和热造成的老化，氧化剂造成的氧化等。从这个意义来说，所有的材料破坏都可认为是腐蚀。这是腐蚀的广义概念。 但由机械的或物理的因素造成的材料或结构破坏，以及某些材料的老化等破坏形式，有专门的研究方法。所以通常所说的腐蚀是指由于环境因素与材料之间发生化学反应造成的破坏。这是腐蚀的狭义概念。 本课程中将主要介绍金属材料由于环境中化学因素造成的腐蚀及其控制。 1.2 研究材料腐蚀的重要性 材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在着腐蚀问题。腐蚀给社会带来巨大的经济损失，造成了灾难性事故，耗竭了宝贵的资源与能源，污染了环境，阻碍了高科技的正常发展。 一、腐蚀给国民经济带来巨大损失 以金属材料为例，每年由于腐蚀而造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%~4%（表1.1）。这些损失中包含了腐蚀的直接损失和间接损失，包括了浪费的材料和能源、腐蚀引起的原材料或产品的流失或污染、因腐蚀失效而损失的设备和结构、腐蚀降低设备性能造成的损失、因腐蚀造成的误工停产、因腐蚀导致的维修费用、控制腐蚀带来的费用，和因腐蚀造成的毒害物质泄漏所污染环境的治理费用等等。 表1.1 腐蚀造成经济损失的统计数据 国家统计年份腐蚀造成的经济损失占当年国民生产总值的百分比 美国1975 700亿美元 4.2% 1982 1260亿美元-
一．选择题 1.（A ）是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象。 A.腐蚀 B.磨损 C.断裂 D.磨蚀 2.在以下材料失效的形式中，属于突变过程的是（C ）。 A.腐蚀 B.磨损 C.断裂 D.磨蚀 3.下列属于腐蚀的特点的是（C）。 A.自发性 B.普遍性 C.被动性 D. 隐蔽性 4.腐蚀的发生是金属由高能级向低能级退化的过程，是（B）过程。 A.吸热 B.放热 C.升压 D. 降压 5.下列腐蚀类型属于化学腐蚀的是（D）。 A. 土壤腐蚀 B. 电解液中腐蚀 C. 海水腐蚀 D. 非电解液中腐蚀 6.以下物体不属于据导电能力分类的是：（D） A. 导体 B. 半导体 C. 绝缘体 D. 电解质 7.下列导体属于离子导体是：（C）。 A. 金属导体 B. 半导体 C. 电解质溶液 D. 绝缘体 8.下列不属于气体电极的是：（B）。 A. 氢电极 B. 饱和甘汞电极 C. 氧电极 D. 氯电极 9.下列哪种电极不是在实际使用中常常采用的二级参比电极。（B） A.饱和甘汞电极（SCE） B.氢标准电极（SHE） C.银－氯化银电极 D.饱和硫酸铜电极 10.下列金属按其活泼性由高到低排列，次序正确的是（A）。 A. K、Na、Zn、Cu、Ag、Au； B. Cu、K、Na、Zn、Ag、Au； C. K、Na、Cu、Zn、Au、Ag； D. Cu、K、Zn、Na、Au、Ag； 11.下列金属（）不属于负电性贱金属。 A. K B.Ca C.Mg D.Ag 12.下列腐蚀形式（D）不属于金属的局部腐蚀 A.电偶腐蚀 B.应力腐蚀 C.氢损伤 D.析氢腐蚀。 13.下列选项（B）不是孔蚀的破坏特征。 A.破坏高度集中 B.蚀孔的分布均匀 C.蚀孔通常沿重力方向发展 D.蚀孔小，不易发现。 14.黄铜脱锌破坏形式属于（B）。 A.电偶腐蚀 B. 选择性腐蚀 C. 晶间腐蚀 D.缝隙腐蚀 15.根据金属表面的潮湿程度，不属于大气腐蚀分类的是（C）： A.干大气腐蚀 B. 潮大气腐蚀 C. 润大气腐蚀 D.湿大气腐蚀 16.以下（D）不属于影响土壤腐蚀的因素。 A.土壤电阻率 B.土壤的含氧量 C.土壤的pH值 D.土壤的物化性质 17.目前常用来解释缓蚀剂机理的理论不包括：（C）
第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀
2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)
C AV T C航 航空材料与腐蚀防护 一、填空题 1、静力破坏的抗力主要取决于材料的本质。 2、造成疲劳破坏的重复变化载荷称为交变载荷。 3、疲劳载荷一般可分为确定与随机的两种。 4、应力或应变的每一周期性变化称为一个应力循环或应变循环。 5、应力或应变波，当其中最大值为正值，最小值为负值时，称为交变。 6、疲劳强度是指材料或构件在变负荷作用下时的强度。疲劳强度的大小用疲劳极限来衡量。 7、在一定的外作用力下，要求构件不发生断裂或不发生永久变形，这就是说要求构件有足够的强度。 8、在一定的外作用力下，要求构件不发生过大的弹性变形，这就是说要求构件有足够的刚度。 9、在一定的外作用力下，要求构件维持原有的平衡形式，这就是说要求构件有足够的稳定性。 10、受一定的外作用力的构件，要求能正常工作一般必须满足足够的强度、足够的刚度足够的稳定性。 11、金属按起其成分不同,可分为纯金属和合金两大类。 12、纯金属是由一种金属元素组成的金属。 13、合金是由两种或两种以上元素组成的金属。 14、金属的物理性质有：颜色、比重、熔点、凝固点、导电性、热膨胀性和磁性等。 15、金属从固体状态转变为液体状态时的温度称为熔点。 飞机维修专业理论教学题库
C AV T C航 16、金属传导热量的能力，称为导热性。 17、金属在温度变化时，改变体积的性质，称为热膨胀。 18、金属能够吸引钢铁一类物质的性质，称为磁性。 19、金属的化学性质是指金属与其他物质发生化学作用，即形成氧化物、盐类和其他化学物的性质。 20、金属的机械性质通常是指金属队各种载荷的抵抗能力和在载荷作用下的变形能力。 21、载荷的种类按其性质可分为静载荷和动载荷两种。 22、动载荷主要有冲击载荷和重复载荷两种。 23、冲击载荷是以很大速度突然作用在物体上的载荷。 24、重复载荷是大小、方向反复变化或大小方向都反复变化的载荷。 25、内力和外力大小相等方向相反。 26、机件在外力作用下，单位面积上所受的内力叫应力。 27、金属在载荷作用下，其尺寸和形状都会有不同程度的变化，这种尺寸和形状的改变，叫变形。 28、在外力去掉后能够消失的变形称为弹性变形。 29、金属承受载荷的情况不同，它产生的变形形式也不一样，归纳起来其基本形式有拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等五种。 30、金属的机械性质主要包括强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性等。 31、金属的强度是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 32、金属零件受力不超过其弹性极限时，只会产生弹性变形。如受力超过弹性极限后，金属就会产生塑性变形了。 33、强度极限是指拉断试样的整个过程中，试样所受的最大拉伸应力。 飞机维修专业理论教学题库
金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。
华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 题目材料腐蚀与防护论文 学院环境与市政工程学院 专业 姓名 学号 指导教师 完成时间2016年10月20日 华北水利水电大学
前言 工程材料的腐蚀给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识重视。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震灾害（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。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。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。影响金属腐蚀的因素有内部因素、外部因素及设备结构因素。控制腐蚀的根本办法自然应是控制电化学作用，即如何消除腐蚀电池。即使不能完全消除，也要设法使腐蚀电流密度降至最低程度。常用的腐蚀防护方法有涂料、缓蚀剂和电化学保护 关键词：金属腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀 Abstract:The serious damage to the national economy and the social life caused by the corrosion of engineering materials has been more and more recognized by people. The loss of metal corrosion is far more than the flood, fire, typhoon and earthquake disaster (average) the total loss, here does not include indirect losses due to corrosion caused by production downtime, and explosion caused by. Corrosion of metals in aqueous solutions is an electrochemical reaction. The formation of a corrosion cell isolation of anode and cathode area on the metal surface, the metal loses electrons in solution, a positively charged ion, this is a process that the anodic process of oxidation. With the development of the corrosion process, in most cases, cathode or anode process will be blocked by ionic corrosion products, leading to the proliferation resistance and corrosion speed is slow, this phenomenon is called polarization, the corrosion of metal decreases with increasing polarization. Factors affecting metal corrosion include internal factors Keyword :Metal corrosion Electrochemical corrosion
据统计，铝和铝合金要占一架飞机总重量的70%，而飞机的结构件大部分是由铝合金材料构成。铝合金构件的损伤形式有多种，如疲劳断裂、裂纹、变形、磨损等，其中腐蚀是最常见的损伤形式之一。由于腐蚀造成的事故占飞机全部损伤事故的20%，这个问题在老龄飞机上变现的尤为突出。由于腐蚀问题的存在，往往缩短飞机结构件的使用寿命，甚至还危及飞行安全。如1988年Aloha航空公司的波音737飞机发生空中事故，经过事故调查后认为：由于机身增压舱纵向蒙皮搭接接头处一排铆钉孔，在服役的热带海洋环境和循环增压载荷作用下，引起了不可检测的多条腐蚀疲劳裂纹，从而引起事故。因此，腐蚀问题不容忽视，这就需要我们在航空维修过程中加强检查与控制。 飞机结构件的腐蚀是飞机在使用环境中随着时间推移而发生的化学累积性损伤。作为电化学反应，必须同时具备三个条件才能发生，即活性金属、腐蚀环境（介质）和导电通路。同时，它又作为与时间有关的损伤，需要一定时间的累积才能发生，并且要求在一定的损失范围之内就进行维护和修理。一般民航和军航的飞机维修规定：腐蚀损失深度不超过蒙皮厚度的10%。 腐蚀的种类很多，通过对飞机铝合金材料构件腐蚀情况的统计和分析得知，点蚀、剥蚀缝隙腐蚀这三类是腐蚀的主要表现形式。其中，点蚀改变飞机结构的应力分布，引起局部应力集中，从而形成腐蚀疲劳裂纹；剥蚀和缝隙腐蚀使蒙皮、桁条等构件的厚度减薄，大大降低材料的强度，增大应力，最终导致构件裂纹，甚至断裂。 在飞机结构修理中，构件中存在应力腐蚀裂纹是一个常遇到的实
际问题。例如，1L-18飞机上翼面处的大量B94铝合金铆钉产生了应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹通常都很小，宽度较窄，没有引起人们注意的特征，又因常被腐蚀产物覆盖，所以很难发现，有时需要采用无损探伤技术进行检查。构件发生应力腐蚀断裂时，常常是在事先没有明显预兆的情况下突然发生，因此对飞机的飞行安全危害较大。一般来说，腐蚀坑洞是应力腐蚀裂纹的主要萌生源。通常情况下，存在应力腐蚀裂纹构件的表面，常有不同程度的腐蚀痕迹。当然，由交变应力引起的疲劳裂纹以及焊接裂纹、热处理裂纹也可转化为应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹具有较多的二次裂纹，这种现象在铝合金、镁合金、高强度钢及钛合金中都可看到。主裂纹的扩展方向垂直于最大正应力的方向。从宏观看应力腐蚀断裂的断口一般有三个区：1.开裂源区。该区的断口腐蚀较为严重，开裂源的根部往往有蚀坑。2.应力腐蚀裂纹的扩展区。这是应力腐蚀裂纹缓慢扩展过程中所形成区域，；裂纹扩展过程是材料的组织与应力及介质相互作用的过程。从宏观上来看，这个过程的特性是呈脆性的，即使是具有高塑形的Cr-Ni奥氏体不锈钢也如此。由于裂纹是沿着材料的某一结晶学方向（如解理面），所以断口的粗糙不平的。而这种不平度是随着材料的组织与晶粒度而变化的。由于腐蚀产物的存在，在应力腐蚀断口上，可以明显看到，裂纹缓慢扩展区和因为构件的有效载面不能承受静应力而断裂的区域是截然不同的。3.最后一个区域就是快速拉断或撕裂区。从应力腐蚀开裂的方式来看，它的微观开裂途径通常有三种类型，即穿晶型、沿晶型和混合型。一般说来，应力腐蚀的微观开裂途径与材料的晶体结
陕西航空职业技术学院毕业论文 绪论 腐蚀控制是实现飞机结构长寿命、高可靠性、低维修成本的重要保证。为提高飞机，尤其是特种飞机，如水上飞机、舰载机的安全使用寿命，低维护费用，保证飞行安全，必须认真研究探索飞机的腐蚀规律及腐蚀损伤机理，把传统的腐蚀控制技术与新兴的防腐手段结合起来。加强飞机制造厂、机务保障人员防腐意识教育与技能培训。改善维护手段，提高飞机的日常保养与管理能力，使飞机向“长寿命、高可靠性、良好的可检性和维修性”方向发展在以往飞机设计中，一般没有明确密封、排水、腐蚀防护等特殊要求和使用中的防腐蚀控制措施。尤其是在沿海地区使用的飞机服役环境比较恶劣。 随飞机使用寿命的增加，飞机结构中占70%以上的高强度铝合金材料腐蚀严重。且高强度铝合金所发生的腐蚀是一种局部腐蚀，在同一腐蚀环境条件下，同一架飞机上所发生的腐蚀严重程度差别较大。即使是飞机上同一部位或同一个结构件，因腐蚀的具体环境存在差异，有的地方发生腐蚀，有的不腐蚀，腐蚀坑的深度、面积差异也较大。这主要是高强度铝合金材料腐蚀的发生具有随机性和偶然性。从飞机外场维护的角度来看，外场检查中一旦发现腐蚀部位，按技术要求要马上进行防腐处理。因此很难在飞机构件上得到同一部位腐蚀坑连续扩展数据。故采用数理统计的方法，结合某型飞机大修及外场维护中得到的部分腐蚀数据进行统计处理，研究其腐蚀失效模型及腐蚀损伤规律，以提高外场腐蚀实测数据的应用可靠性。
第一章飞机的腐蚀类型 第一章飞机的主要腐蚀类型 从飞机设计和制造来看，不同金属的零部件相接触，造成不同金属之间的电位差和导电通路。而各个部件组装在一起时，缝隙会存水和脏物形成电解质。有些结构由于受力的需要又处于高应力状态形成应力腐蚀的根源。而在制造过程中，由于生产工艺不当，保护性涂层做得不好，缺乏腐蚀控制措施等等原因，都可能带来腐蚀的隐患。而在飞机使用过程中，飞行环境的恶劣，飞机表面涂层损坏，运输牲畜、海鲜等易产生强电解液体的货物都会使飞机结构产生腐蚀问题。偶然污染如水银外溢，化学品外溢，厕所、厨房污物外溢和灭火剂残留物等，也都可能造成直接或间接的腐蚀。而不恰当的飞机维修和勤务，也会使飞机面临更多的腐蚀问题。 飞机的腐蚀按其成因来分，主要可分为电化学腐蚀、表面锈蚀、应力腐蚀三大类，而电化学腐蚀是目前飞机最普遍和最严重的结构腐蚀之一。 电化学腐蚀是金属材料与电解质溶液接触时，在界面上发生有自由电子参加的广义氧化和广义还原反应，使金属元素以及晶格间的排列顺序发生改变，从而改变了原有金属的化学、物理、力学等性能。 飞机金属结构件的腐蚀大多数属于电化学腐蚀。飞机的结构腐蚀如果不能得到有效的预防和控制，会造成结构修理工作量加大、修理周期延长、结构件大面积的加强和更换，由此导致很大的直接和间接经济损失，并造成飞机自身的不安全隐患。 1.1腐蚀原因分析 1.1.1潮湿空气腐蚀环境 潮湿空气是造成飞机结构腐蚀的重要因素之一。潮湿空气与地理环境是紧密相连的，我国地理环境和气候条件十分复杂，受季风影响明显，全国大部地区都处在温暖而潮湿的东南季风和西南季风控制下，暖季节时比世界上同纬度的国家和地区的温度高，相对湿度和降雨量大。这些都是我国各机场的飞机腐蚀问题较为严重的一个非常重要的原因。 1.1.2海洋大气腐蚀环境 海洋大气的特点是湿度高、含盐量高，也就是说含有大量的氯离子。这些氯
吸氧腐蚀：是指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀。 第一章金属与合金的高温氧化 1、金属氧化膜具有保护作用的的充分条件与必要条件充分条件：膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少；稳定性好，蒸汽压低，熔点高；膜与基体的附着能力强，不易脱落；生长内应力小；与金属基体具有相近热膨胀系数；膜的自愈能力强。必要条件：氧化时生成的金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积之比必须大于1，即PBR值大于1. 2、说出几种主要的恒温氧化动力学规律，并分别说明其意义。（1）直线规律：符合这种规律的金属在氧化时，氧化膜疏松，易脱落，即不具有保护性，或者在反应期间生成气相或者液相产物离开了金属表面，或者在氧化初期氧化膜很薄时，其氧化速度直线由形成氧化物的化学反应速度决定，因此其氧化速度恒定不变，符合直线规律。（2）抛物线规律：许多金属或者合金在较高的高温氧化时，其表面可形成致密的固态氧化物膜，氧化速度与膜的厚度成反比，即其氧化动力学符合这种规律。（3）立方规律：在一定温度范围内，一些金属的氧化物膜符合这种规律。（4）对数和反对数规律：许多金属在温度低于300-400摄氏度氧化时，其反应一开始很快，但是随后就降到了氧化速度可以忽略的
程度，该行为符合对数或反对数规律。 3、说出三种以上能提高钢抗高温氧化的元素镍，铝，钛 4.、纯NI在1000摄氏度氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数k=39X10-12cm2/s，如果这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使0.1cm厚镍板全部氧化所需的时间。解：由抛物线规律可知：厚度y与时间t存在如下关系：y2=kt，t=y2/k=2.56x108s 5哈菲价法则：当基体氧化膜为P型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使离子空穴浓度降低，提高电子浓度，结果导致电导率增加，而氧化速率降低，往基体中比此基体原子高价的合金元素，使离子空穴浓度提高，降低电子浓度，结果导致电导率降低，而氧化速度提高。当基体氧化膜为n型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使电子浓度降低，电导率降低，而基体离子浓度增加，氧化速度增加，往基体中加入比基体原子高价的合金元素，使电子浓度增加，电导率增加，而基体离子浓度降低，氧化速度降低。以上合金元素对氧化物晶体缺陷的影响规律成为控制合金氧化的原子价规律，简称哈菲原子价法则。 第二章金属的电化学腐蚀 1、解释下列词语
姓名：贾永乐学号：201224190602 班级：机械6班 检索主题：材料的腐蚀与防护 数据库：中国知识资源总库——中国期刊全文数据库 检索方法：用高级检索，主题词：腐蚀与防护关键词：材料相与检索结果：1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关 的其它技术和方法。 文献综述 1材料腐蚀与防护的发展史： 所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。 每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。航
空材料的腐蚀损失尤为巨大。我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。航空材料由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀, 增加了飞行器的运营成本, 对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11 000~ 55 000美元之间【2】。1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。 1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组(大气腐蚀专业组)副组长，承担了航空航天部分的调查任务。1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。 1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。由于这类钢材含有(0.2%~0.4%
《材料腐蚀与防护》习题与思考题 第一章绪论 1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？ 2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？ 3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其?深(mm/a)多大？ 4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度?失和?深。问铁在此介质中是否耐蚀？ 第二章电化学腐蚀热力学 1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。 3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。 4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？ 5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。 b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。 6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？ 7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？ 第三章电化学腐蚀反应动力学 1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？ 5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。 6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。 7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。 8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？ 9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化？ 10．碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电势为-0.64V（相对饱和Cu-CuSO4电极）。 对于同样的钢的氢过电势（单位为V）遵循下列关系：Γ=0.7+0.1lgι，式中ι单位为A/cm2。 假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度（以mm/a为单位）。 第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀 1．在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快？酸中若含有Pb2+离子为什么会降低锌的腐蚀速度？ 2．说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。
第一章 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质腐蚀材料的强弱程度。 高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B 比：氧化时所生成的金属氧化膜的体积2MeO V 与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积Me V 之比。 腐蚀过程的本质：金属 → 金属化合物 (高温）热腐蚀：指金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在其工作表面上的沉积盐及周围工作气体发生总和作用而产生的腐蚀现象称为热腐蚀. p 型半导体：通过电子的迁移而导电的半导体； n 型半导体：通过空穴的迁移而导电的半导体。 n 型：加Li （低价），导电率减小，氧化速度增加；加Al （高价），导电率增加，氧化速度降低。 p 型：加Li （低价），导电率增加，氧化速度降低；加Cr （高价），导电率减小，氧化度增加。 腐蚀的危害 1)造成巨大的经济损失；2)造成金属资源和能源的浪费造成设备破坏事故,危及人身安全；3)引起环境污染。 金属一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素 1)界面反应速度，包括金属／氧化物界面以及氧化物/气体两个界面上的反应速度；2)参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。（这两个因素实际上控制了继续氧化的整个过程，也就是控制了进一步氧化速度。在氧化初期，氧化控制因素是界面反应速度，随着氧化膜的增厚，扩散过程起着愈来愈重要的作用，成为继续氧化的速度控制因素）反映物质通过氧化膜的扩散，一般可有三种传输形式 1)金属离子单向向外扩散；2)氧单向向内扩散；3)两个方向的扩散。 反应物质在氧化膜内的传输途径 1)通过晶格扩散：温度较高，氧化膜致密，而且氧化膜内部存在高浓度的空位缺陷的情况下，如钴的氧化；2)通过晶界扩散。在较低的温度下，由于晶界扩散的激活能小东北大学 材料腐蚀与防护 整理人 围安 E-mail jr_lee@https://www.doczj.com/doc/e817882033.html, 2016.1.2
第一章绪论 1．根据你对腐蚀的理解、给材料腐蚀下一个你认为比较完善的定义。 2．简述研究金属腐蚀的主要目的和内容。 3．为什么有人把金属的高温氧化归为电化学腐蚀？ 4．腐蚀控制的主要方法有哪些?控制腐蚀有何意义?腐蚀可否根除? 5．腐蚀学科的发展可以划分为几个主要阶段?各阶段有何特点? 6．腐蚀的分类方法有哪些?为什么要从多种角度对腐蚀进行分类?按腐蚀形态可将腐蚀分为哪些类型? 7．化学腐蚀和电化学府蚀有何区别? 8．试评述重量法、深度法和电流密度表征法用于腐蚀速率大小表示时的特点及适用条件。为何这些方法不能评定局部腐蚀?局部腐蚀应该如何评定才合理?对于腐蚀速率随时间改变的均匀腐蚀情况，怎样评定腐蚀程度更为科学?请给出你认为合理的方案。 第二章电化学腐蚀的基本原理 1．电极电位是如何产生的?能否测量电极电位的绝对值? 2．电极体系分为几种类型?它们各有什么特点? 3．化学位和电化学位有什么不同?电化学位由几个部分组成?
5．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向? 6．如何使用电极电位判断金属腐蚀的倾向? 7．什么是腐蚀电池?腐蚀电池有几种类型? 8．何谓腐蚀电池?腐蚀电池和原电池有无本质区别?原因何在? 9．腐蚀电池由几个部分组成?其基本过程是什么?二次反应产物对金属腐蚀有何影响? 10．腐蚀电池分类的根据是什么?它可分为几大类? 11．什么是异金属接触电池、浓差电池和温差电池?举例说明这三类腐蚀电池的作用？何谓标准电极电位?试指出标准电位序和电偶序的区别。 12．含有杂质的锌片在稀H2SO4中的腐蚀是电化学腐蚀，是由于锌片中的杂质形成的微电池引起的，这种说法正确吗?为什么? 13．什么是电位-pH图?举例说明它的用途及局限性。 12．计算下列电极体系的电极电位： (1)Zn／Zn2+(2mol／L)；(2)Fe3+(0.5mol／L)／Fe2+(0.2mol／L)； (3)C1O4-(0.2mol／L)，C103-(0.3mol／L)，0H-(0.6mol／L)组成的电极体系； 13．计算Ag／AgCl电板在1mol／L KCl溶液中的电极电位。
金属材料的腐蚀和防护 罗--（学号：1230060054） （-----大学物理与材料科学学院物理学1202班） 专题授课老师：---- 摘要：自从人类发现并使用金属到如今已有5000年的历史，然而人类在享受金属材料的使用带来便利的同时，也在苦恼着金属腐蚀带来的烦恼。人类在使用金属的同时，也在尽最大的努力对金属进行防护。金属的有效防护，一方面可以降低成本，提高劳动生产率，赢得最大的经济效应；另一方面对加强国防建设也有重要的意义。 关键词：金属材料腐蚀防护 引言：当金属和周围气态或液态介质接触时常常由于发生化学作用或电化学作用而逐渐损坏的过程成为金属腐蚀，每年金属腐蚀给国家带来巨大的经济损失，所以金属的有效防护对于一个企业和国家是至关重要的。 1.金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。 1.2金属腐蚀的发生
自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。 1.3金属腐蚀的危害 金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的10% 。间接损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 2.金属腐蚀防护的方法 2.1 改变金属的组成 这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。2.2 形成保护层 在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护： （1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸
第一章航空材料概论 1.1 航空材料是航空工业主要基础 航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用：航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。 一、航空产品特殊的工作环境对航空材料的性能要求集中表现在“轻质高强、高温耐蚀”。 所谓“轻质高强”是指，要求材料的比强度高，即要求材料不但强度（静强度高、能承受大过载、疲劳强度高）高而且密度小。航空工业有一句口号叫做“为每一克减重而奋斗”，反映了减重对于航空产品的重大经济意义（见表1.1）。而且材料减重对飞机减重的贡献也越来越大，所以轻质高强是航空材料必须满足的首要性能要求。 表1.1 飞行器结构减重带来的效益（1990年数据） “高温耐蚀”的“高温”是指航空材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。 “耐蚀”是指航空材料要有优良的抗腐蚀，特别是抗应力腐蚀、腐蚀疲劳的能力。 当然，除以上性能外，对某些材料还要求有其他方面的性能，如：非金属材料要具有良好的耐老化性能和耐气候性能；透明材料要具有良好的光学性能；电工材料具有良好的电学性能；以及防火安全性能等等。 二、航空产品的高可靠性、多样性对航空材料提出了更高的质量要求。 航空器是技术密集、高集成度的复杂产品，只有采用质地优良的航空材料才能制造出安全可靠、性能优良的飞机、发动机。 航空产品的多样性和小批量生产，导致了航空材料研制和生产上的多品种、多规格、小批量、技术质量要求高等特点。 三、航空产品降低成本的需求导致要发展低成本航空材料。 1 / 58
BI YE SHE JI （20 届） 飞机结构的腐蚀与防护 所在学院 专业班级飞机结构修理 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月
摘要 随着飞机服役的时间不断增加，腐蚀的检查与防护变得非常重要。由于飞机腐蚀造成的飞机事故屡屡发生，给人们带来了非常严重的损失。因此,飞机的腐蚀与防护得到了大家的重视。本文主要介绍了影响飞机腐蚀的因素、飞机腐蚀的种类以及去腐蚀的方法和简单的预防维护措施。 关键词：影响因素、腐蚀类型、去腐蚀、防护
ABSTRACT With the increase of aircraft service time, the effective inspection of corrosion and the protection has become more and more important. Due to corrosion of aircraft accidents frequently occur, it brings the serious loss. Therefore, the inspection of corrosion and prevention should be paid much attention .This article discusses in detail aircraft corrosion type and relevant inspection. Finally, some kinds of preventive maintenance measures will be introduced in this paper. Key Words: Influence factors, the types of corrosion, corrosion and protection
金属的腐蚀与防护练习题 1、把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H2SO4溶液中，用导线两两相连，可以组成各种原电池，若a、b相连，a为负极；c、d相连时，c 为负极；a，c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极，则这四种金属的活动性顺序(由强到弱的顺序)为（） A、a＞b＞c＞d B、a＞c＞d＞b C、c＞a＞b＞d D、b＞d＞c＞a 2、下列叙述的方法不正确的是（） A、金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 B、用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀 C、钢铁在干燥空气中不易被腐蚀 D、用牺牲锌块的方法来保护船身 3、钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（） A、2H+＋2e-＝H2↑ B、Fe2+＋2e-＝Fe C、2H2O＋O2＋4e-＝4OH- D. Fe3+＋e-＝Fe2+ 4、下列各种方法中：①金属表面涂抹油漆，②改变金属的内部结构，③保持金属表面清洁干燥，④在金属表面进行电镀，⑤使金属
表面形成致密的氧化物薄膜。能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的措施是() A、①②③④ B、①③④⑤ C、①②④⑤ D、全部 5、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观 察： ①若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为： 负极：_________________，正极：___________________ ②若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为： 负极___________________，正极：___________________。 6、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是（）
巩固 1、将金属A和金属B分别放入稀H2SO4中均有氢气生成。若将金属A和金属B相连后投入稀H2SO4中发现A被腐蚀；B未被腐蚀。关于B的叙述正确的是（） A、金属活动性A＞B B、还原性B＞A C、在后者装置中金属A发生还原反应，金属B发生氧化反应 D、金属B的表面上明显有气泡产生，金属A表面无明显现象
附表4 一、课程介绍 1. 课程描述 本课程是针对高分子材料与工程专业学生开设的一门综合型专业知识教育层面的选修课程，主要介绍材料腐蚀理论、腐蚀形态、腐蚀防护方法等基础知识，是解决海洋工程腐蚀的复杂问题必须掌握的一门基础知识。 This course is an elective course of comprehensive professional knowledge education for students majoring in polymer materials and engineering. The course introduces the fundamental knowledge about the corrosion mechanism, corrosion morphology, and corrosion protection methods. It is a basic knowledge that must be mastered to solve the complex problem of corrosion in offshore engineering. 2. 设计思路 通过课堂理论知识的讲述，结合工程实例的讲解，把基础的腐蚀理论和海洋工程实践相结合，牢固掌握基础理论并把基础理论知识灵活的运用到解决实际问题中。 3. 课程与其他课程的关系 课程先修课程为材料科学与工程基础，该课程为本课程的开展提供基础知识。课程的并行课程为选修金属材料概论，该课程中涉及到的金属材料知识可以应用于本课程。 二、课程目标 目标1、理解腐蚀发生发展的热力学条件和动力学过程，能够根据腐蚀类型分析其热力学和动力学发展过程；（对应毕业要求2，指标点2-2） 目标2、掌握全面腐蚀和局部腐蚀原理；了解应力作用下腐蚀，典型自然环境、工业环境腐蚀发生的原因及其影响因素；（对应毕业要求1，指标点1-3；毕业要求5，指标点5-1） 目标3、理解实际工况中应力作用下腐蚀原因及预防措施；根据腐蚀类型选择适当的防腐蚀手段解决复杂腐蚀问题。（对应毕业要求1，指标点1-3；毕业要求5，指标点5-1）。