腐蚀科学与技术 原书第2版

前言

第1章腐蚀与防护策略概述1

1.1水介质中的腐蚀1

1.1.1腐蚀作为一种系统特性1

1.1.2腐蚀的电化学起因1

1.1.3受激局部腐蚀2

1.2热氧化2

1.2.1防护型氧化物 3

1.2.2非防护型氧化物 3

1.3环境敏感型开裂3

1.4腐蚀控制策略4

1.4.1钝化 4

1.4.2环境条件 4

1.4.3阴极保护 4

1.4.4防护涂层4

1.4.5腐蚀的成本5

1.4.6腐蚀失效的标准5

1.4.7材料选择6

1.4.8几何因素6

1.5一些符号的定义与反应方程式7

1.5.1离子与离子反应方程式7

1.5.2部分反应式7

1.5.3腐蚀过程的表示8

拓展阅读9

第2章参与腐蚀过程的结构10

2.1结构的起源与特性10

2.1.1相10

2.1.2电子在成键中的作用13

2.1.3活度的概念17

2.2水和水溶液的结构17

2.2.1水的性质17

2.2.2水分子18

2.2.3液态水18

2.2.4自解离与水溶液的pH值19

2.2.5pH标度20

2.2.6溶液中的外来离子21

2.2.7离子迁移率21

2.2.8水的结构与金属表面的离子溶液22

2.2.9硬水和软水的成分23

2.3金属氧化物的结构26

2.3.1电负性27

2.3.2金属氧化物的部分离子特性27

2.3.3氧化物的晶体结构28

2.3.4导带和价带的电子能带30

2.3.5金属氧化物中晶格缺陷的起源31

2.3.6依缺陷类型区分金属氧化物33

2.4金属的结构35

2.4.1金属键36

2.4.2晶体结构和晶格缺陷36

2.4.3相平衡37

2.4.4制造过程引入的结构假象39

拓展阅读40

第3章腐蚀过程的热力学和动力学42

3.1水溶液腐蚀的热力学42

3.1.1水溶液中的氧化还原过程42

3.1.2电极反应平衡与能斯特方程44

3.1.3溶液中离子活度的标准态45

3.1.4电极电势45

3.1.5Pourbaix图（电势-pH曲线图）48

3.2水溶液腐蚀的动力学56

3.2.1电极上的动力学平衡57

3.2.2极化58

3.2.3极化特征与腐蚀速率63

3.2.4钝化66

3.2.5钝化的失效67

3.2.6缓蚀剂69

3.3干式氧化的热力学与动力学71

3.3.1促进保护型氧化物形成的因素71

3.3.2薄膜层和Cabrera-Mott理论71

3.3.3厚膜、热激活和Wagner理论72

3.3.4合金中组分的选择性氧化77

拓展阅读81

附录一些Pourbaix图的构建82

第4章混合金属系统89

4.1电偶腐蚀效应89

4.1.1双金属电偶89

4.1.2双金属效应的起源89

4.1.3设计的影响90

4.2阴极保护94

4.2.1原理94

4.2.2使用涂层的阴极保护94

第5章应力干预96

5.1应力腐蚀开裂(SCC)96

5.1.1特征96

5.1.2铝合金的应力腐蚀开裂97

5.1.3不锈钢的应力腐蚀开裂99

5.1.4纯碳钢的应力腐蚀开裂100

5.2腐蚀疲劳101

5.2.1特征101

5.2.2机理101

5.3流动或湍流的液体中腐蚀的增强102

5.3.1冲蚀102

5.3.2气蚀102

5.4针对应力引起失效的预防措施103

5.4.1材料103

5.4.2环境103

5.4.3应力103

5.4.4形状103

5.4.5监测104

拓展阅读104

第6章防护涂层105

6.1表面处理105

6.1.1制造金属形式的表面条件105

6.1.2金属表面的清洁和制备106

6.2电镀110

6.2.1原理和应用110

6.2.2电镀镍111

6.2.3电镀铜115

6.2.4电镀铬115

6.2.5电镀锡117

6.2.6电镀锌119

6.3热浸镀层119

6.3.1锌镀层(镀锌)120

6.3.2锡镀层120

6.3.3铝镀层120

6.4转化涂层121

6.4.1磷化121

6.4.2阳极氧化122

6.4.3铬化125

6.5金属用涂料涂层127

6.5.1涂料的组分127

6.5.2应用129

6.5.3涂料配方130

6.5.4涂料系统对于金属的防护130

拓展阅读131

第7章铁和钢的腐蚀132

7.1铁和钢的显微结构132

7.1.1铁中的固溶体132

7.1.2铁-碳体系133

7.1.3普通碳钢134

7.1.4铸铁135

7.2生锈136

7.2.1铁-氧-水体系中的物种136

7.2.2充气水中的生锈现象138

7.2.3空气中的生锈139

7.2.4铸铁的生锈140

7.3铁和钢的氧化141

7.3.1氧化物晶体结构和缺陷结构142

7.3.2铁-氧体系中的相平衡142

7.3.3瓦格纳（Wagner）氧化机理的

应用143

7.3.4钢的氧化144

7.3.5铸铁的氧化和生长146

拓展阅读147

第8章不锈钢148

8.1相平衡148

8.1.1铁-铬体系149

8.1.2铁-铬体系中其他元素的影响149

8.1.3舍夫勒（Schaeffler）图151

8.2商业不锈钢153

8.2.1分类153

8.2.2结构154

8.3耐水溶液腐蚀的性能155

8.3.1根据极化特性进行评价155

8.3.2铁铬合金中钝化的化学观点158

8.3.3不锈钢的腐蚀特性161

8.4抗干氧化165

8.5应用166

8.5.1铁素体钢166

8.5.2奥氏体钢167

8.5.3硬化钢168

8.5.4双相钢168

8.5.5抗氧化钢168

8.6铸造不锈钢的应用169

拓展阅读170

第9章铝和铝合金的耐蚀性171

9.1一些标准合金的物理冶金171

9.1.1未经热处理的合金172

9.1.2热处理（时效）合金174

9.1.3铸造合金175

9.2耐蚀性175

9.2.1铝-氧-水体系176

9.2.2水介质中纯铝的耐蚀性177

9.2.3水介质中铝合金的耐蚀性179

9.2.4铝和铝合金在空气中的耐蚀性182

9.2.5几何效应182

9.2.6在制造过程中铝-镁合金的

氧化183

拓展阅读185

第10章铜及铜合金的耐蚀性186

10.1纯铜的化学性质和腐蚀行为186

10.1.1铜-氧-水体系187

10.1.2在自然环境中的耐蚀性187

10.1.3供水和循环系统188

10.1.4应力相关的腐蚀失效189

10.1.5伴生金属的电化学腐蚀189

10.2铜合金组分及腐蚀行为189

10.2.1基于铜-锌体系的合金：黄铜190

10.2.2基于铜-铝体系的合金192

10.2.3基于铜-镍体系的合金195

10.2.4基于铜-锡体系的合金196

拓展阅读198

第11章镍及其合金的耐蚀性199

11.1纯镍的化学性质和腐蚀行为199

11.1.1镍-氧-水体系199

11.1.2在自然环境中的耐蚀性200

11.1.3在中性和碱性介质中的耐蚀性200

11.1.4在酸性介质中的耐蚀性200

11.1.5非水介质201

11.2镍合金组成及腐蚀行为201

11.2.1镍合金的一般耐蚀性201

11.2.2燃气轮机部件的高温合金207

第12章钛及其合金的耐蚀性209

12.1纯钛的化学特性和腐蚀行为209

12.1.1钛-水体系209

12.1.2耐蚀性210

12.2钛合金的成分及腐蚀行为213

12.2.1合金配方213

12.2.2添加贵金属提高耐非氧化性酸的

能力214

12.3应用214

12.3.1在航空航天上的应用214

12.3.2在海洋上的应用214

12.3.3典型的工业应用214

12.3.4在医学上的应用216

第13章阴极保护217

13.1原理217

13.2地下管道和分配系统218

13.2.1外加电流保护218

13.2.2牺牲阳极保护220

13.3在开放水域的阴极保护221

13.3.1船舶的船体保护221

13.3.2沿海和海上设施的保护223

13.4副反应和过度保护223

13.5测量仪器224

13.5.1电位的测量224

13.5.2土壤电阻率的测量225

拓展阅读225

第14章航空中的腐蚀和腐蚀控制226

14.1机身226

14.1.1制造材料226

14.1.2机身的腐蚀与防护227

14.1.3环境敏感断裂228

14.1.4腐蚀控制的系统评价229

14.2燃气涡轮发动机229

14.2.1发动机运转230

14.2.2镍合金的性能及应用230

14.2.3发动机环境232

14.2.4合金的选择233

14.2.5监测和技术的发展235

拓展阅读235

第15章汽车制造中的腐蚀控制236

15.1概述236

15.2汽车车身的防腐蚀保护236

15.2.1设计上的考虑236

15.2.2涂装车间操作概述237

15.2.3清洗和预处理车壳238

15.2.4磷化238

15.2.5涂装239

15.2.6整体测试240

15.3发动机的腐蚀防护241

15.3.1排气系统241

15.3.2冷却系统241

15.3.3运动部件241

15.4光亮的装饰件242

15.4.1电镀镍-铬体系242

15.4.2阳极电镀铝243

拓展阅读243

第16章食品加工与配送过程中的腐蚀

控制244

16.1总则244

16.1.1公共卫生244

16.1.2食品生产环境245

16.2马口铁在食品和饮料罐中的应用247

16.2.1历史247

16.2.2现代马口铁罐头247

16.2.3制造马口铁的钢材249

16.2.4马口铁的制造249

16.2.5用作包装材料的无锡钢251

16.3乳品业252

16.3.1牛奶及其衍生物252

16.3.2乳品工业使用的材料254

16.4酿造256

16.4.1酿造工艺256

16.4.2用于酿造厂的材料257

16.4.3啤酒桶258

拓展阅读260

第17章建筑的腐蚀控制261

17.1简介261

17.2结构261

17.2.1钢筋混凝土框架用钢筋262

17.2.2钢结构264

17.2.3传统结构265

17.3覆层265

17.3.1钢筋混凝土板265

17.3.2铝合金板265

17.4金属屋顶、外墙和防水板266

17.4.1自支承屋顶和外墙266

17.4.2全支承屋顶和防水板266

17.5管道和集中供暖装置267

17.5.1管道267

17.5.2水箱268

17.5.3接头268

17.5.4集中供暖水路268

17.6木材上的金属腐蚀268

17.6.1接触腐蚀268

17.6.2木材中的蒸汽造成的腐蚀269

17.7不锈钢在休闲游泳池中的应用269

17.7.1腐蚀损伤270

17.7.2控制270

拓展阅读271

第18章海洋环境中的腐蚀控制272

18.1海洋环境的性质272

18.1.1海洋272

18.1.2海洋大气273

18.2船舶274

18.2.1钢船壳涂料274

18.2.2铝合金上层结构276

18.2.3螺旋桨277

18.2.4船用燃气轮机277

18.2.5多种零件278

18.2.6热交换器278

18.3近海平台278

18.3.1结构278

18.3.2使用海水的系统279

18.3.3酸性服役环境280

18.3.4浸没油气管道280

18.3.5埋入式紧固件及配件280

拓展阅读280

第19章热电厂的腐蚀控制281

19.1燃油锅炉281

19.1.1水侧的腐蚀控制282

19.1.2炉侧的腐蚀控制284

19.2循环压水堆蒸汽发生器（PWR）287

19.2.1设计与操作287

19.2.2腐蚀和腐蚀控制289

拓展阅读291

第20章腐蚀测试的原则292

20.1加速试验292

20.2暴露试验293

20.3先导试验293

20.4应力增强腐蚀测试293

20.4.1应力腐蚀开裂试验293

20.4.2腐蚀疲劳试验294

20.4.3侵蚀、气蚀和冲蚀试验294

20.5抗热氧化试验294

20.5.1热重测量294

20.5.2暴露和先导测试294

拓展阅读295