金屬腐蝕理論及腐蝕控制（第二版）

本書分為金屬腐蝕原理與金屬腐蝕控制兩篇，以結構材料中應用 多的金屬材料為主要物件，重點介紹金屬腐蝕的原理、規律、影響因素等；在腐蝕控制部分選擇了石油化工行業中防腐蝕工程的一些典型案例和防腐蝕措施，突出理論與實踐的結合。本書可供材料類專業及相關專業本科及研究生教學使用，也可作為工程技術人員和施工人員的參考用書。

第1篇 金屬腐蝕原理

第1章 緒論 2
1.1　腐蝕 2
1.1.1　腐蝕的定義 2
1.1.2　腐蝕過程的本性 3
1.1.3　腐蝕的分類 4
1.1.4　均勻腐蝕速率的表示方法 4
1.2　腐蝕的危害 5
1.2.1　腐蝕造成巨大的經濟損失 6
1.2.2　腐蝕造成金屬資源和能源的大量浪費 6
1.2.3　腐蝕造成設備破壞事故和環境污染問題 6
1.2.4　腐蝕阻礙新技術的發展 7
思考題 7
習題 7

第2章 腐蝕電池 8
2.1　腐蝕電池的工作過程 8
2.1.1　什麼是腐蝕電池 8
2.1.2　腐蝕電池的工作環節 10
2.1.3　腐蝕電流-腐蝕速率的指標 10
2.1.4　腐蝕過程的產物 11
2.2　腐蝕電池的形成原因 12
2.2.1　腐蝕電池的形成原因 12
2.2.2　腐蝕電池的種類 12
2.2.3　腐蝕電池的觀察 13
2.3　腐蝕電池的極化 14
2.3.1　極化現象 14
2.3.2　極化曲線 15
2.3.3　Evans 極化圖及其應用 16
思考題 18
習題 18

第3章 電化學腐蝕的傾向(腐蝕熱力學) 19
3.1　電極電位 19
3.1.1　電極系統和電極反應 20
3.1.2　電極電位 21
3.1.3　平衡電位和能斯特公式 23
3.1.4　非平衡電位 26
3.2　電化學腐蝕傾向的判斷 27
3.2.1　自由焓準則 27
3.2.2　電位比較準則 28
3.3　電位-pH 平衡圖 32
3.3.1　電位-pH平衡圖的定義 32
3.3.2　電位-pH平衡圖的繪製 32
3.3.3　電位-pH 圖上的區域 34
3.3.4　電位-pH平衡圖的應用 35
3.3.5　電位-pH 平衡圖的局限和發展 35
思考題 36
習題 36

第4章 電化學腐蝕速率(腐蝕動力學) 37
4.1　單一電極反應速率 38
4.1.1　過電位和電極反應速率 38
4.1.2　電極反應速率控制步驟 39
4.1.3　活化極化 39
4.1.4　濃度極化 43
4.1.5　活化極化與濃度極化共同存在時的陰極極化曲線 44
4.2　均相腐蝕電極的極化 46
4.2.1　腐蝕電位和腐蝕電流密度 46
4.2.2　腐蝕電極的極化 47
4.2.3　活化極化腐蝕體系 48
4.2.4　陽極反應受活化極化控制，陰極反應包括濃度極化的腐蝕體系 54
4.2.5　差數效應和陰極保護效應 55
4.3　複相電極和腐蝕電池 57
4.3.1　電位和電流關係 57
4.3.2　電偶腐蝕電池 59
4.3.3　氧濃差電池 63
4.3.4　腐蝕微電池 64
思考題 65
習題 65

第5章 析氫腐蝕和吸氧腐蝕 67
5.1　析氫腐蝕 67
5.1.1　發生析氫腐蝕的體系 67
5.1.2　析氫腐蝕的陰極過程 69
5.1.3　陽極過程 71
5.1.4　析氫腐蝕的控制類型 72
5.1.5　影響因素 74
5.1.6　討論 75
5.2　吸氧腐蝕 77
5.2.1　發生吸氧腐蝕的體系 77
5.2.2　陰極過程 77
5.2.3　吸氧腐蝕體系 79
5.2.4　吸氧腐蝕的影響因素 81
5.2.5　討論 82
5.2.6　析氫腐蝕與吸氧腐蝕的比較 83
思考題 83
習題 83

第6章 金屬的鈍化 85
6.1　鈍化現象 85
6.1.1　研究鈍化現象的意義 85
6.1.2　鈍化現象的實驗規律 86
6.1.3　金屬鈍化的定義 88
6.2　鈍化體系的極化曲線 88
6.2.1　陽極鈍化的陽極極化曲線 88
6.2.2　鈍化體系的類型 90
6.2.3　實現自鈍化的途徑 92
6.3　金屬鈍化的理論 94
6.3.1　研究鈍化的方法 94
6.3.2　主要的鈍化理論簡介 94
6.3.3　鈍化研究中的幾個問題 97
思考題 99
習題 100

第7章 金屬的高溫氧化 101
7.1　高溫氧化的熱力學問題 102
7.1.1　高溫氧化傾向的判斷 102
7.1.2　ΔG??-T 平衡圖 104
7.2　金屬表面上的膜 104
7.2.1　膜具有保護的條件 104
7.2.2　表面膜的破壞 105
7.2.3　氧化膜成長的實驗規律 106
7.3　高溫氧化理論簡介 110
7.3.1　氧化膜的半導體性質 110
7.3.2　氧化膜成長的電化學歷程 112
7.3.3　合金的高溫氧化 113
7.3.4　鐵的高溫氧化 115
7.4　材料高溫氧化的研究 117
思考題 118
習題 118

第8章 局部腐蝕 119
8.1　概述 119
8.1.1　定義 119
8.1.2　主要類型 120
8.1.3　危害性 120
8.1.4　發生局部腐蝕的條件 120
8.2　電偶腐蝕 121
8.2.1　發生電偶腐蝕的幾種情況 121
8.2.2　電偶腐蝕的影響因素 121
8.2.3　電偶腐蝕案例 125
8.3　晶間腐蝕 125
8.3.1　發生晶間腐蝕的電化學條件 125
8.3.2　不銹鋼的晶間腐蝕 126
8.3.3　不銹鋼晶間腐蝕理論 127
8.3.4　提高不銹鋼抗晶間腐蝕性能的冶金方法 128
8.3.5　晶間腐蝕的危害及案例 129
8.4　選擇性腐蝕 129
8.4.1　黃銅脫鋅 129
8.4.2　灰鑄鐵石墨化 130
8.5　孔蝕和縫隙腐蝕 131
8.5.1　孔蝕 131
8.5.2　縫隙腐蝕 134
8.5.3　閉塞腐蝕電池理論 136
8.5.4　孔蝕和縫隙腐蝕的比較 137
8.5.5　孔蝕和縫隙腐蝕案例 138
8.6　應力腐蝕 138
8.6.1　應力腐蝕破裂（SCC）的概況 139
8.6.2　SCC 的影響因素 140
8.6.3　應力腐蝕破裂的機理 144
8.6.4　腐蝕疲勞 147
8.6.5　應力腐蝕的案例 148
8.7　磨損腐蝕 149
8.7.1　定義和影響因素 149
8.7.2　磨損腐蝕的兩種重要形式 150
8.7.3　空泡腐蝕的案例 151
8.8　氫損傷 152
8.8.1　氫損傷概況 152
8.8.2　氫損傷的影響因素 152
8.8.3　氫損傷機理 153
8.8.4　氫損傷的控制措施 154
8.8.5　氫脆的案例 155
思考題 155
習題 155

第2篇 金屬腐蝕控制

第9章 腐蝕控制原理 158
9.1　腐蝕控制的要求 158
9.1.1　什麼是腐蝕控制 158
9.1.2　確定腐蝕控制水準時需要考慮的因素 159
9.2　腐蝕控制的途徑 159
9.2.1　從腐蝕體系的構成分析 159
9.2.2　從電化學腐蝕歷程分析 160
9.2.3　腐蝕控制途徑的歸納 160
9.3　腐蝕控制的環節 161
思考題 161

第10章 防腐蝕設計 163
10.1　耐蝕材料的選擇 164
10.1.1　選擇的依據 164
10.1.2　耐蝕材料評價 165
10.1.3　主要的金屬材料 170
10.2　結構設計 177
10.2.1　腐蝕控制對結構設計的一般要求 177
10.2.2　防腐蝕結構設計的若干細則 178
10.3　應力影響和強度設計 185
10.3.1　應力對腐蝕的影響 185
10.3.2　消除殘餘應力影響的措施 186
思考題 188
習題 188

第11章 加工建造和操作運行中的腐蝕控制 189
11.1　加工建造 189
11.1.1　焊接對腐蝕的影響和對策 189
11.1.2　加工 191
11.1.3　安裝，檢修和貯運 191
11.2　工藝操作 192
11.2.1　一般原則 192
11.2.2　從工藝路線解決腐蝕問題的實例 192
11.3　維護管理 193
11.3.1　維護管理要求 193
11.3.2　設備腐蝕事故分析 194
11.3.3　腐蝕破壞分析實例 194
思考題 195

第12章 防護方法 196
12.1　電化學保護 197
12.1.1　保護原理及保護參數 197
12.1.2　電化學保護中的輔助電極系統 203
12.1.3　直流電源和控制方式 207
12.1.4　犧牲陽極法陰極保護 208
12.1.5　陰極保護和陽極保護的比較 210
12.1.6　電化學保護應用實例 211
12.2　控制環境方法 215
12.2.1　除去環境中的腐蝕性物質 215
12.2.2　緩蝕劑 216
12.3　覆蓋層保護 231
12.3.1　概述 231
12.3.2　金屬覆蓋層 232
12.3.3　非金屬覆蓋層 241
12.3.4　化學轉化膜 245
12.3.5　金屬表面清潔處理 251
思考題 254
習題 254

第13章 特定環境的金屬腐蝕與防護 256
13.1　大氣腐蝕與防銹 257
13.1.1　大氣的腐蝕性 257
13.1.2　大氣腐蝕的特點 258
13.1.3　大氣腐蝕的影響因素 260
13.1.4　防銹 261
13.1.5　鋼鐵大氣腐蝕監測技術 264
13.1.6　大氣腐蝕防護案例 265
13.2　土壤腐蝕與地下金屬管道保護 265
13.2.1　土壤腐蝕的特點 265
13.2.2　土壤腐蝕的幾種常見形式 267
13.2.3　埋地鋼鐵管道的保護 269
13.2.4　埋地鋼鐵管道的保護案例 271
13.3　海水腐蝕與海洋設施防護 271
13.3.1　海水腐蝕 271
13.3.2　船舶和海洋設施的保護 273
13.3.3　海洋工程及設施保護 274
13.4　高溫氣體腐蝕及防護 276
13.4.1　高溫氣體腐蝕 276
13.4.2　高溫氣體腐蝕的防護 277
13.5　迴圈冷卻水的腐蝕和水質穩定技術 279
13.5.1　迴圈冷卻水 279
13.5.2　迴圈冷卻水的腐蝕 281
13.5.3　迴圈冷卻水的結垢 281
13.5.4　水質穩定技術 282
13.6　工業建築物和構築物的腐蝕與保護 285
13.6.1　建築材料的腐蝕 285
13.6.2　建築和構築物的防護 286
思考題 290
習題 290

參考文獻

龔敏

政府特殊津貼專家，四川省教學名師，材料類專業教學指導委員會委員。主持“金屬腐蝕理論與腐蝕控制”級一流本科課程，是級專業綜合改革試點專業材料科學與工程、省級精品課程“金屬腐蝕理論及腐蝕控制”、省級教學團隊“材料腐蝕與防護四川省高校重點實驗室”和省級特色專業“材料科學與工程”的負責人。

主要從事材料失效與保護的研究與應用，腐蝕電化學、電化學保護，緩蝕劑開發與應用等研究。主持或參與級、省部級項目多項，獲授權發明專利4項，先後在包括Corrosion Science, Industrial Engineering Chemistry Resererch, Int.J.Electrochem.等外期刊上發表學術論文多篇；以第一項目完成人獲得四川省科技進步二等獎2項。