飞机结构的腐蚀与防护

第一篇：飞机结构的腐蚀与防护

钢筋混凝土结构的腐蚀与防护

摘要

大型土木工程结构中,钢筋混凝土的腐蚀对其结构的耐久性具有很大的影响,混凝土结构钢筋腐蚀是影响结构耐久性和安全性的重要因素之一。根据混凝土结构钢筋腐蚀机理,抑制钢筋腐蚀,应控制好混凝土保护层厚度、氯离子含量和混凝土裂缝宽度,并应采取有效措施提高混凝土的密实性、合理选择饰面材料等。因而正确分析钢筋腐蚀原因至关重要。

关键词:钢筋混凝土;腐蚀;抑制措施;

The Corrosion and Protection of Reinforced Concrete

Structures

Abstract:

Large civil engineering structure, the corrosion of reinforced concrete has a great influence on the durability of the structure, the steel corrosion of concrete structure is one of the important factors that affect the structure durability and safety. Based on the mechanism of concrete structure reinforcement corrosion and inhibition of steel corrosion, should control the thickness of concrete cover, chloride ion content and concrete crack width, and effective measures should be taken to improve the compactness of concrete, the reasonable choice facing material, etc. Steel corrosion reason and correct analysis is very important.Key Words: Reinforced concrete; Corrosion; Inhibition of measures

引言

钢筋混凝土结构是由钢筋及混凝土两种力学性能完全不同的材料所组成的复合材料，它具有材料来源容易、价格低廉、坚固耐用等特点[1],有效的利用了钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，已成为最常见的建筑结构。但是，钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀会影响钢筋的力学性能，降低了钢筋与混凝土之间的黏结

力，从而引起混凝土胀裂破坏，影响钢筋混凝土结构的可靠度、耐久性和适用性，在使用过程中常因腐蚀而提前失效,甚至导致事故发生,因而人们对钢筋混凝土结构的腐蚀与防护的研究越来越重视[2]。

1钢筋混凝土简介

钢筋混凝土[3](英文：Reinforced Concrete或Ferroconcrete)，是指通过在混凝土中加入钢筋与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料，被广泛应用于建筑结构中。浇筑混凝土之前，先进行绑筋支模，也就是用铁丝将钢筋固定成想要的结构形状，然后用模板覆盖在钢筋骨架外面[4]。

1.1结构现状

目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区[5]。混凝土是水泥(通常硅酸盐水泥)与骨料的混合物。当加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上[6]，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。

1.2工作原理

钢筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性质决定的。首先钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。其次钢筋与混凝土之间有良好的粘结力，有时钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条(称为变形钢筋)来提高混凝土与钢筋之间的机械咬合，当此仍不足以传递钢筋与混凝土之间的拉力时，通常将钢筋的端部弯起180 度弯钩[7]。此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀[8]。

2 混凝土中钢筋腐蚀过程

2.1腐蚀孕育期t0:从浇注混凝土到混凝土碳化层深度达到钢筋表面,或氯离子侵入开始破坏钢筋钝化层,即钢筋开始腐蚀为止。

[9]2.2腐蚀发展期t1:从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而出现破坏。

2.3腐蚀破坏期t2:从混凝土表面因钢筋锈蚀肿胀开始破坏发展到混凝土严重胀裂、剥落破坏,达到不可容忍的程度,必须全面大修时为止。

2.4腐蚀危害期t3:钢筋修饰已经扩大到使混凝土结构区域性破坏,致使结构不能安全使用[8]。 通常, t0> t1> t2> t3。

3影响钢筋腐蚀的因素

混凝土结构中钢筋腐蚀是一个非常复杂的过程,一方面是由混凝土碳化,钢筋表面的钝化膜遭到破坏,从而产生电化学腐蚀,腐蚀结果在钢筋表面生成红铁锈[10],体积膨胀数倍,引起混凝土开裂;另一方面是由于外加剂或原材料中含有氯盐成分混入混凝土内,或由于环境中所含的氯盐渗透到混凝土中,Cl-进入混凝土并到达钢筋表面,穿透氧化膜,导致钢筋表面局部钝化膜破坏,使钢筋表面产生点蚀(坑蚀)。碳化和Cl-的作用结果都是先腐蚀钢筋,后引起保护层混凝土胀裂破坏,而保护层的破坏又加剧了钢筋的电化学腐蚀[11]。

3.1水对混凝土中钢筋腐蚀的影响

在混凝土中钢筋发生腐蚀的过程中，水发挥着重要作用。水是混凝土中形成电解质的必要条件[12]，也是使钢筋发生化学反应所必需的反应物。此外，水还起到扩散离子的作用，为化学反应提供了适当的反应环境。水对钢筋的腐蚀的影响与水的含量有关。综合各种情况，水对混凝土中钢筋腐蚀的影响具有以下规律：

(1)当混凝土孔隙水含量较多时，会引起腐蚀电位降低，从而加快钢筋腐蚀速率。

(2)当混凝土孔隙水含量处于饱和及过饱和时，腐蚀电位降低，但此时由于过氧控制下阴极的极限腐蚀电流降低，会导致钢筋腐蚀速率下降。

(3)当混凝土孔隙含水量极高时，会发生氧浓差极化，加快钢筋腐蚀速率。

3.2温度对钢筋腐蚀速率的影响

在阳极区，温度的升高使参与腐蚀反应的离子的溶解度提高，从而使混凝土孔隙溶液中离子的活动能力提高，提高了阳极的反应速度。在阴极区，随着温度的升高，O2在水中的溶解度降低，当温度超过一定值后，离子溶解度也会降低，从而降低了钢筋腐蚀速率[6]。

混凝土内钢筋的腐蚀速率由混凝土自身的材料性质和外部的环境气候条件共同决定。环境的相对湿度和环境与温度的综合效应可对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速度产生影响。水分及温度对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀均有较大影响，仅考虑其单独作用并不能真实地反映钢筋腐蚀的规律。水和温度对钢筋的腐蚀是相互影响的，其共同作用不能单纯地进行叠加。水和温度相互之间的关系具有以下特点[12]。

(1)在环境湿度相同的情况下，混凝土的腐蚀速率随着温度的升高而增大，其增长速率随着温度的增加逐渐增大。

(2)在环境温度相同的情况下，混凝土的腐蚀速率随着湿度的增大，在前期处于较平缓的发展，在后期增加幅度较大。

(3)环境的温度与混凝土孔隙水含量对钢筋腐蚀速率的影响并不是孤立的，钢

筋腐蚀速率随着温度的升高，所需混凝土孔隙的水含量也相应降低。

(4)温度、湿度对混凝土腐蚀增长速率的影响也是不同的，总体来说，温度效应比湿度效应的影响明显。

3.3电化学对钢筋腐蚀的影响

钢筋腐蚀机理混凝土内钢筋的腐蚀过程实际是电化学腐蚀过程,其原理本质上是氧化还原反应[13]。这种氧化还原反应是通过阳极反应(氧化反应)和阴极反应(还原反应)同时而分别进行的,类似于将化学能直接转变为电能的原电池,反应过程见图1。

在钢筋混凝土结构中，阳极反应和阴极反应分别看作是一个电极反应过程,在具备阳极、阴极、阳极与阴极间的电连接及电解质的条件下，以微观腐蚀电池及宏观腐蚀电池的形式，在阳极和阴极发生氧化还原反应。具体过程如下：钢筋混凝土中，Fe为阳极，O2与水共同构成阴极，钢筋为阳极与阴极间的电连接，混凝土孔隙液为电解质。在阳极区和阴极区会产生如下反应：

阳极区反应为Fe→Fe2++2e-

阴极区反应为O2+2H2O+4e-→4OH-

阳极区产生的Fe2+由钢筋表面向周围水溶液扩散，阴极区产生的OH-由水溶液通过混凝土孔隙到达阳极，在这种情况下会发生以下反应：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2 Fe(OH)又可与O2发生进一步反应：

在氧气充足条件下，有4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O 在氧气不充足条件下，有Fe(OH)2+O2→2Fe2O3+3H2O

3.4氯盐对钢筋的腐蚀的影响

氯盐对钢筋的腐蚀是电化学腐蚀的一种,使用海砂、含氯盐的施工用水、含氯盐外加剂、在氯盐环境中拌制和浇注混凝土是Cl-进入水泥石的主要途径,这通常是施工管理的问题。此外, Cl-也可通过混凝土宏观、微观缺陷进行侵入,这是综合技术问题,与混凝土的多孔性、密实性、钢筋表面的混凝土保护层等因素有关。

Cl-进入混凝土后,首先是破坏钢筋表面的保护膜。保护膜通常是Fe的氧化物,能阻碍铁基体与外界介质发生,降低钢筋的活性,又被称为钝化膜。该层氧化物遇水微溶呈碱性,Cl-吸附在局部保护膜上可使该处的pH迅速降低,因绝大部分氯化物会不同程度地与水发生反应(NaCl、KCl、BaCl除外),生成碱式盐与盐酸,使酸性增强。如FeCl2+H2O→Fe (OH) Cl+HCl,其中Fe (OH) Cl为碱式氯化亚铁,故Cl-也可以归为酸根[14]。

4钢筋混凝土结构的防护措施

4.1降低混凝土中腐蚀性组分的渗透性

混凝土中腐蚀性组分的渗透是钢筋发生腐蚀的必要条件。因此要抑制钢筋的腐蚀可以从两方面着手，一方面要尽可能控制混凝土中C1一的浓度和相对湿度;另一方面要选择适当的水泥品种以尽量提高混凝土的密实性及适当增加混凝土层厚度以阻止腐蚀性组分的渗人。

4.2 合理选择饰面材料

结构饰面装修除了达到美观效果外,还可达到保护结构的重要目的。不同的饰面材料抑制外部环境对混凝土结构的影响也不一样。设计过程中应根据环境情况合理选择混凝土结构的饰面材料[12]。

4.3采用钢筋的阴极保护

阴极保护常作为一种补助措施来防止混凝土中钢筋的腐蚀。在良好的导电介质中，例如海水中，这可以通过在钢筋上联结牺牲阳极来实现。而在导电性差的环境中，例如在大气中，这种阴极保护则在钢筋和难溶性阳极之间施加电流实现。

4.4在混凝土中加入添加剂

为了改善混凝土某一方面的性能，或防止钢筋的锈蚀，常常使用添加剂。比如亚硝酸钙、油酸乳化丁醋和二甲基乙醇胺常作为缓蚀剂添加到混凝土中[15]，可控制混凝土中钢筋的腐蚀。但缓蚀剂的加入不能破坏混凝土的其他性能，阳极型缓蚀剂要特别慎用。

4.5防止杂散电流混入混凝土结构

电气火车、电车等以接地为回路的交通工具以及电焊机、电解槽等直流电力系统都可以引起杂散电流，正确的接地和隔离杂散电流源，可以有效地防止杂散电流引起钢筋混凝土结构的电化学腐蚀[16]。

4.6进行腐蚀检测或监测

对钢筋混凝土结构的关键部位进行定期的检测或监测，以便及时发现混凝土

结构的早期断裂和潜在的事故隐患。根据检测或监测结果，调整和优化工况条件，作出维修保养的决策。通常采用物理方法和电化学方法来检测或监测钢筋混凝土结构的腐蚀[11]。

4.7 提高混凝土的密实性

提高混凝土的密实性可抑制空气和水分的侵入,抑制外界环境中氯离子和化学介质渗透侵蚀,是抑制混凝土结构钢筋腐蚀的有效措施。

5结论

分析了钢筋混凝土结构的钢筋腐蚀机理,简要地介绍了钢筋腐蚀过程,总结了钢筋腐蚀的影响因素。钢筋混凝土结构的腐蚀主要受电化学腐蚀受到温度、水的综合效应的影响。应重视温度、水等环境对钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的影响[17]。应寻求更加合理、科学的措施来减缓钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速率，以便对症下药选择最佳的维修对策,更经济有效地延长结构的使用寿命;另一方面也有助于对新建过程项目进行耐久性设计和研究,揭示影响结构寿命的内部和外部因素, 从而提高工程的设计水平和施工质量,保证钢筋混凝土结构的耐久性、可靠性和适用性，确保混凝土结构在使用年限中正常工作。

参考文献

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第二篇：金属的电化学腐蚀与防护教案

金属的电化学腐蚀与防护 电解原理知识梳理 1. 电解原理 电解

使通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起 的过程

电极名称

阳极

和电源相连的电极，发生反应

阴极

和电源相连的电极，发生

电极材料

惰性电极

Pt、Au、石墨

金属电极

除Pt、Au外的金属材料(如Fe、Cu、Zn、Ag等)

电子流向

电源活波→导线→电解池→电解池→导线→电源

离子移动方向

.

.

电解质溶液中阳离子移向

电解质溶液中阴离子移向

离子放电顺序

阳极

金属活泼电极>>>>>含氧酸根

阴极

Ag+>Fe3+>>H+>>>Zn2+

应用

电解精炼、电镀、氯碱工业、电解制铝

2.电解原理的应用

(1)氯碱工业：用电解饱和NaCl溶液的方法来制取、和，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。 (2)电镀

电镀时，镀件接电源极，镀层金属接电源极。溶液中必须含有一定浓度的，当通电时，阳极。在阴极。 (3)铜的电解精炼

电极材料：粗铜板与直流电源正极相连作，纯铜片与直流电源负极相连作。

电解质溶液：用作电解液。

反应原理：阳极粗铜(以及比铜活泼的锌、铁、镍等)被，阴极Cu2+被;其他Zn2+、Fe2+留在溶液中，而比铜活泼性弱的银、金等金属沉积在阳极下面，形成。 二.金属的腐蚀与防护

1.金属腐蚀是指金属与周围接触到的空气或液体发生反应而引起损耗的现象。

2.金属腐蚀可以分为和。化学腐蚀是金属跟接触到的氧化性气体或氧化性液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀。而电化学腐蚀是指不纯的金属跟溶液接触时，因发生反应而发生的腐蚀。

3.金属发生电化学腐蚀时，可分为腐蚀和腐蚀。两者的本质相同，但正极反应不同，即析氢腐蚀的正极反应为，而吸氧腐蚀的正极反应为。

4.金属防护的措施有：(1)制成，(2)涂盖，(3)牺牲阳极的阴极保护法——，(4)外加电流的阴极保护法——原理。

金属腐蚀快慢顺序：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀 随堂练习

1.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(

) A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变 B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH-，故溶液pH减小

C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2 D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1 2.(2010·原创)关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是 (

) A.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色 B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 3. (2009·北京理综，6)下列叙述不正确的是(

) A.铁表面镀锌，铁作阳极

B.船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀 C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e-===4OH- D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl--2e-===Cl2↑

4.如下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关 的判断正确的是(

) A.a为负极、b为正极

B.a为阴极、b为阳极 C.电解过程中，d电极质量增加 D.电解过程中，氯离子浓度不变

5.下列关于铜电极的叙述正确的是(

) A.铜锌原电池中铜是负极

B.用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极

C.在镀件上电镀铜时可用金属铜做阳极 D.电解稀硫酸制H2和O2时铜做阳极 6. (2010·试题调研，江苏南通3月)下列描述中，不符合生产实际的是(

) A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D.在镀件上电镀锌，用锌作阳极

7. (2010·试题调研，广东广州3月)用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10-3 mol的OH-放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是(

) A.阳极上析出5.6 mL O2(标准状况) B.阴极上析出16 mg Cu C.阴极上析出11.2 mL H2(标准状况)

D.阳极和阴极质量都无变化

8、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：。

9. 电解原理在化学工业中有广泛的应用。如右图表示一个电解池，装有电解液c;A、B分别是两块电极板，通过导线与直流电源相连。

(1)若A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U型管两边各滴入几滴酚酞试液，试判断

①a是________极(填“正”或“负”)，B是________极(填“阴”或“阳”); ②A电极上的电极反应式为______________________________________， B电极上的电极反应式为______________________________________;

③检验A电极产物的方法是_______________________________________。 (2)如用电解法精炼粗铜，电解液c选用CuSO4溶液，则

①A电极的材料是________，电极反应式为________; ②B电极的材料是________，电极反应式为________。

(3)用惰性电极电解CuSO4溶液。若阴极上析出Cu的质量为3.2 g，则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为________;常温下，若将电解后的溶液稀释至1 L，则溶液的pH约为________。

第三篇：金属的电化学腐蚀与防护教学反思

人教版选修四第四章第四节《金属的电化学腐蚀与防护》是在学习了原电池和电解池原理的基础上展开的，学生已经具备了一定的理论知识，本节课的学习有利于培养学生探索问题、解决问题能力。

本节课讲述了金属腐蚀的严重危害、电化学腐蚀的原理和防止金属腐蚀的方法，重点是掌握金属电化学腐蚀

1、析氢腐蚀

2、吸氧腐蚀和防护金属电化学腐蚀的方法。本节课是原电池和电解池原理的实际应用，和生活联系很多，容易引起学生学习的兴趣，具有学习好的原动力，存在的问题是学生理解起来有点困难。

据新课程的理念，在教学过程中设计教学情景，激发起学生学习的兴趣，突出学生学习的主体地位，引导学生探索问题、解决问题能力，让学生参与到整个课堂教学中。由实物和图片导入课程，学生课堂气氛活跃。通过比较的方法学好

1、析氢腐蚀

2、吸氧腐蚀，收到了很好的效果。在讲述防护金属电化学腐蚀的方法时，由轮船引入学生再次提高兴趣，总体效果良好。这节课通过自主学习和比较对比，分析、讨论得出金属腐蚀的本质，引导学生得出析氢腐蚀和吸氧腐蚀的形成条件及二者的区别，达到学以致用之目的。

第四篇：材料腐蚀与防护

航空材料的腐蚀与防护

姓 名：王 俊 专 业：材料物理 学号：1320122111

航空材料的腐蚀与防护

摘要：材料腐蚀的概念和研究材料腐蚀的重要性，航空材料的分类和演变，航空材料腐蚀防护技术的历史和现状特点，航空材料腐蚀现象及其机理，腐蚀对航空材料的影响，解决航空材料腐蚀问题及其防护与治理。

关键词：航空材，腐蚀，防护。 前言

金属和它所在的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏，称为金属腐蚀。随着非金属材料的发展，其失效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，定义为：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。

腐蚀现象在人们在社会生产及使用到的各种材料中都普遍存在，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。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.航空材料的历史与发展

1.1航空材料的概论

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。 1.2.航空材料的分类 航空材料有不同的分类方式。 按成份可分为四大类: 

1)金属材料:铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末冶金合金等。 

2)无机非金属材料:玻璃、陶瓷等。 

3)高分子材料:透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工程塑料等。 

4)先进复合材料:聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料、碳 /碳复合材料等。

按使用功能可分为两大类:结构材料和功能材料。 1.3航空材料的演变

早期飞机的结构以木材、蒙布、金属丝绑扎而成，后来又发展为木材与金属的混合结构。到了二十世纪三十年代，随着铝合金材料的发展，全金属承力蒙皮逐渐成为普遍的结构形式。二十世纪

三、四十年代，镁合金开始进入航空结构材料的行列。

四、五十年代，不锈钢 成为航空结构材料。到五十年代中期开始出现钛合金，嗣后并被用于飞机的高温部位。二十世纪六十年代，开发出树脂基先进复合材料，后来在树脂基复合材料的基础上又出现了金属基复合材料。 现代飞机大量采用新型材料。 2.航空材料的不同腐蚀

航空器包括很多不同种类的航空材料，这些材料的种类不同，所处工作环境不同，导致航空材料的腐蚀具有多样性。

2.1环境作用下的电化学腐蚀

电化学腐蚀是一种非常普遍的现象，很多材料物品都会受到其影响。而电位差与电解质溶液就是形成电化学腐蚀的两个基本条件。在飞行器结构中，不同的结构由于承担的功能不同，所使用材料的性质也不同。例如，飞行器的蒙皮多采用具有出色延展性而强度相对较低的铝合金，起落架和龙骨梁则多选用高强度的合金钢。材料不同，它们的电极，如果接触就有可能产生腐蚀的隐患;就算是同种类的材料，由于其内部杂质的存在或其自身就是由不同电极电位多相组成。因此, 构成飞行器的航空材料客观上都存有电化学腐蚀的可能。仅有电极电位差，而没有在电极间传递电荷的电解质溶液, 并不会形成导致腐蚀现象的腐蚀电池，但现实中飞行器的电化学腐蚀现象说明电解质溶液在飞行器中普遍存在。

2.2 承力结构应力腐蚀

材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。应力腐蚀是应力和腐蚀环境共同作用下的材料破坏形式。应力腐蚀仅发生在特定的腐蚀环境和材料体系中，其特点是造成此种破坏的静应力远低于材料的屈服强度，断裂形式为没有塑性变形的脆断，且主要由拉应力造成。

以起落架的应力腐蚀为例，飞行器的起落架结构为飞行器的主要受力结构之一，当飞行器处于停放状态时，起落架的轮轴受拉应力作用，可能在相应的腐蚀介质作用下发生应力腐蚀。起落架材质一般为镀铬的高强钢，铬镀层强度高、耐磨但镀层较脆，容易在飞行器起降的交变载荷作用下沿缺陷剥落而失效。

2.3 发动机的高温腐蚀

发动机的主要腐蚀表现形式是高温氧化腐蚀。推力大、效率高、油耗低、寿命长是航空发动机发展趋势。只有对涡轮进口燃气温度进行提升，才能供给出需 要的增压比与流量比，实现提升推力的同时降低油耗。所以发动机涡轮叶片的抗高温腐蚀性能极其关键。对此主要可采取以下几种方法:保障性能前提之下，提高叶片材料本身的熔点及高温抗氧化能力;使用与基体材料亲和力更好、高温性 能更好的抗氧化保护涂层。

2.4 意外腐蚀

飞行器服役中还存在意外腐蚀。这种腐蚀与飞行器的设计、选材及运行环境无关，完全是由人为不当操作造成。比如机上承载强腐蚀性物质，发生泄漏而造成飞行器发生腐蚀。通过编制详细的操作流程与有关部门加强监督管理，并制定相应的强制性规定规范，并由专人进行负责落实便可完全避免人为因素而造成的腐蚀现象。

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。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。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。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,用于开展户外大气应力腐蚀的研究。

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,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。现役飞机铝合金构件的主要腐蚀形式是点腐蚀，点蚀形成的蚀坑通常是腐蚀疲劳的裂纹的裂纹源，航空材料的腐蚀疲劳损伤往往是在腐蚀点上的裂纹生成和扩展导致的。点蚀形成现在比较公认的是蚀点内部发生的自催化过程。铝合金材料点蚀形成是一种自发催化闭塞电池作用的结果，蚀点不断向金属深处腐蚀，并使在钝化过程受到抑制，由于闭塞电池的腐蚀电流使周围得到了阴极保护，因而抑制了蚀点周围的全面腐蚀，但是加速了点蚀的迅速发展。随着腐蚀时间的延长，点蚀的深度和表面半径都在不断的增大，相邻的蚀点会相互交错形成更大更深的蚀点。

4.表面强化和防护

4.1 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散涂层和包覆涂层。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Al，Al+Si料浆涂层、Pt-Al涂层、包覆型M、Cr、Al、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。MC r A IY 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。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(thermal 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。ZrO2 是目前陶瓷隔热面层中研究最多的成分。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。 4.2表面强化

表面强化工艺技术涉及到各种金属材料(钢、铝合金、钛合金、高温合金、 金属基复合材料等)，对于不同的晶体结构(面心立方、体心立方、密排六方)有多种不同的强化方法和工艺参教;同时根据航空高强度构件外形的几何形状不同，选择不同工艺参教和前后顺序的搭配方式。但是，所有强化工艺处理后材料都会因为塑性变形引起表层组织结构、残余应力和硬度的梯度以及表面形貌等发生变化，起到降低外加拉应力和应力集中系数的作用，从而对耐磨性和疲劳性能 产生影响。电子束表面处理是利用高能量密度的电子束对材料表面进行加工，是不同于机械加工的一种新型加工方法悄。

12I，其中电子束物理气相沉积以及电子束表面处理等在工业上的应用最为广泛。电子束加工方法起源于德国，经过几十年的 发展，目前全世界已有几千台设备在核工业、航空航天工业、精密加工业及重型 机械等工业部门应用，现已完全被工业部门所接受。电子束表面改性技术是20世纪70年代才发展起来的新技术。电子束表面改性处理包括金属材料的表面淬 火、 表面合金化、 表面清洗及熔覆、 薄极退火，以及半导体材料的退火和掺杂等。目前，电子束表面非晶态处理及冲击淬火等先进处理工艺的研究也已经在世界各国广泛展开。 激光冲击强化(Laser Shock Pening，LSP)技术是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。目前激光冲击技术在工程中应用最广泛的领域是合金材料的表面强化，与滚压、喷丸、冷挤压等材料表面强化处理的方法相比，激光冲击强化处理具有非接触，无热影响区和强化效果显著等突出的优点。其原理是当短脉冲(十几纳秒)的高峰值功率密度(大于109W/cm2)的激光辐射金属靶材时，金属表面吸收层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高温(大于10000K)、高压(大于1GPa)的等离子体，该等离子体受到约束层约束时产生高强度压力冲击波，作用于金属表面并向内部传播。材料表层就产生应变硬化，残留很大的压应力。激光束经过凸透镜聚焦后，功率密度可以达到1～50 GW/cm2，接着大部分激光能量将被涂层吸收，能量转化成冲击波的形式，透明物质水即所谓限制层，它将基体和基体表面的涂层包覆起来。

5.航空材料的腐蚀与防护的意义

我国的腐蚀和防护研究为我国航空工业的发展做出了应有的贡献,在腐蚀机理和测试、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。

参考文献

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[ 2]《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. [3]《航空材料腐蚀疲劳研究进展.腐蚀与防护》-------耿德平，宋庆功。[4] 《TA 15钛合金与铝合金接触腐蚀与防护研究》-------------张晓云，孙志华，汤智慧等 [5]《航空材料的腐蚀问题与防治对策》------------------------------崔坤林. [6]《民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究》--------杨洪源，刘文。

[7]《材料腐蚀与防护》-------------冶金工业出版社------------孙秋霞主编。

第五篇：大气腐蚀与防护论文

大气腐蚀与防护

摘要：金属材料是我们生产生活中运用最广泛的材料，它有着强度大，硬度高等优点，在实际应用过程中，人们逐渐发现金属材料容易被大气腐蚀，每年因为大气腐蚀人们要承受巨大经济损失，本文主要探究大气腐蚀的原理和原因，以及主要的防护措施。

关键字：金属材料，大气腐蚀，原因，防护措施。

前言：据统计，材料的大气腐蚀所造成的损失占全部腐蚀的一半以上，因此，材料的大气腐蚀与防护对策的研究在本世纪处成为一个重要的研究对象。美国试验与材料学会(ASTM)自1916年开始大气腐蚀研究，并进行大量的大气腐蚀数据积累，近年来的大气腐蚀试验研究项目主要集中在工程材料户外长期腐蚀暴露试验，我国材料环境腐蚀试验自1982年开始国产常用材料大气，海水，土壤环境长期系统的腐蚀试验研究，至今也取得了大量有价值的研究成果。 那么究竟为甚么大气会腐蚀金属呢?其原理是怎么样的呢?

一、大气腐蚀的原理

金属腐蚀，是指金属材料与周围环境发生化学、电化学和物理等作用而引起的变质和破坏。大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种，在一定的相对湿度下，大气中的水气在金属表面上凝聚或吸附成水膜是造成金属大气腐蚀的主要原因之一。 由于在大气环境中，金属表面存在着一层饱和了氧的电解液膜，所以在合适的湿环境中 大气腐蚀阴极过程优先以氧的去极化过程进行。

金属材料的大气腐蚀过程所涉及的体系是一个复杂的多相系统。 影响大气腐蚀的因素复杂众多, 主要取决于金属材料种类及其表面状态,环境湿度，温度等气候条件的影响,以及大气中污染物质的影响。人们通过研究发现大气腐蚀与微滴的出现有着密切联系。微液滴现象是一种新发现的实验现象!当易被腐蚀的金属表面上预先形成有腐蚀性主液滴时!在合适的条件下!主液滴的周围有更小的微液滴出现并不断扩展" 微液滴的形成和扩展遵循一定的规律!并与大气腐蚀起始过程密切相关" 电化学极化结果显示!大气腐蚀过程中的腐蚀电流是微液滴形成和发展的推动力" 当大量的微液滴出现，诱导期的长短取决于由材料，主液滴及环境气氛所组成体系腐蚀性的强弱。体系的腐蚀性越强，腐蚀发生得越快，微液滴出现的诱导期越短。我们通过对微液滴的形成和扩展来探究大气腐蚀的影响因素。 影响微液滴形成和扩展的因素 1. 环境气氛

由前可知，微液滴现象与大气的腐蚀过程密切相关。而大气腐蚀过程是一种在饱和了氧的液膜下所发生的电化学腐蚀过程，其阴极过程优先以氧的去极化反应进行。因此气氛中有无氧化性气体必将影响微液滴的形成与扩展。实验结果表明： 当实验箱中的空气被惰性气体替代时，不管金属材料的耐腐蚀性好还是不好，也不管预先形成的主液滴是否具有腐蚀性，微液滴均不能形成，即微液滴的形成是以腐蚀过程的发生为前提 。因此，在合适的条件下只要有腐蚀过程发生就能出现微液滴现象，这是微液滴现象与大气腐蚀过程密切相关论断的直接证据之一。

2.相对湿度

由于大气腐蚀是一种薄电解液膜下的电化学反应，空气中的水气分子在金属表面凝聚而生成水膜和空气中氧气通过水膜进入金属表面是发生大气腐蚀的基本条件。作为与大气腐蚀过程密切相关的微液滴现象肯定要受大气中的相对湿度的影响。

3.环境温度

材料所处的环境温度及其变化是影响大气腐蚀的又一重要因素。 因为它能影响金属表面水蒸气的凝聚 水膜中各种腐蚀气体和盐类的溶解度，水膜电阻以及腐蚀电池中阴极和阳极过程的反应速度。当大气中的相对湿度超过临界值时，温度的影响更为明显。在微液滴的形成和扩展过程中，温度同样起着很重要的作用。在一定的相对湿度下，温度越高，气相中水分子密度越大，越有利于水蒸气的吸附和凝聚，微液滴也更容易形成和扩展。 结论

微液滴的出现是一种与大气腐蚀密切相关的实验现象，其形成与扩展与环境气氛、相对湿度、温度及主液滴的浓度等环境参数密切相关。同时，微液滴的形成和扩展与主液滴的表面扩散有关。对于腐蚀性体系，由于主液滴中央与边缘之间的电势差而形成的腐蚀电流是微液滴形成和扩展的推动力。微液滴的形成机理及其在大气腐蚀过程中所起的作用仍在研究中。

二、各种金属的大气腐蚀对比

过总结各种金属材料在中国不同环境下的长期大气腐蚀试验结果，环境中包括了亚热带、温带，工业性、海洋性，干燥环境及湿热环境等各种典型环境。材料中包括了最常用的碳钢及低台金钢、不锈钢，铝及铝台金、铜及铜合金等典型材料。分析了环境对大气腐蚀的作用，碳钢、低合金钢在不同腐蚀环境中所显示的大气腐蚀性规律在初期与后期大不相同。环境对碳钢的影响极为明显，不同环境的腐蚀率可以相差三十倍。不锈钢随铬、镍含量和环境的不同，其大气腐蚀行为有较大差异。环境中的盐粒子含量是造成铝及铝合金腐蚀的主要因素;铜及铜合金中的其他合金元素对其大气腐蚀有较大的影响。

三、大气腐蚀的防护措施

1.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、能源的消耗以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。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30% ,造成地球上的有限资源日益枯竭. 全世界每90s就有1t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月,因此,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大,甚至难以估计。这些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。为了提高金属材料的使用寿命和使用性能，减少因为腐蚀带来的经济损失，我们需要对金属的腐蚀进行防护。 2.金属腐蚀防护的方法

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.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盐溶液中浸泡即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色厚度一般为520μm在大气中有较好的耐蚀性。

(2)氧化处理将钢铁制品加到NaOH的混合溶液中加热处理其表面即可形成一层厚度约为0.51.5μm 的蓝色氧化膜(主要成分为四氧化三铁)以达到钢铁防腐蚀的目的此过程称为发蓝处理。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。

(3非金属涂层用非金属物质如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料(如塑料、橡胶、聚酯)等涂在金属表面上形成保护层称为非金属涂层也可达到防腐蚀的目的。例如船身、车厢、水桶等常涂油漆汽车外壳常喷漆枪炮、机器常涂矿物性油脂等。

(4)金属保护层它是以一种耐腐蚀性较强的金属或合金镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。金属镀层的形成除电镀、化学镀外还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法

3 阴极保护法金属的腐蚀是一阳极过程。因此,防治金属腐蚀的第三大对策就是将金属置于阴极,即阴极保护法。阴极保护法具体又分为两种。其一是将被保护的金属(阴极) 和电极电势较低的金属(作为牺牲性阳极而溶解掉) 接在一起,这也称为牺牲阳极保护法。比如海上航行的船只,在船底四周镶上锌块,此时,船体是阴极受到保护,锌块是阳极代替船体而受腐蚀。其二是将被保护的金属接在外加电源的负极上使之成为阴极,正极则接到一些废铁上作为牺牲性阳极或接到某些导体如石墨、高硅铸铁、铅银合金、镀铂钛等上面作为惰性阳极。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或输油管常用这种方法防腐。 3.4 缓蚀剂法缓蚀剂是一类能够防止或减缓金属腐蚀的无机物或有机物目前应用范围较广,具有用量少、保护效能高、不改变金属制品性能,使用方便等优点。无机缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚硝酸盐等。有机缓蚀剂如炔醇类、羧酸盐类、杂环类、有机磷酸盐类、胺类、醛类等譬如医院中常用&解新洁尔灭和多亚硝酸钠溶液浸泡钢制器械, 以达到消毒和防腐蚀的双重目的。 3.5 寻找新的耐腐蚀替代品上述四大对策只能防护不能根治。解决金属腐蚀问题的根本方法是研制开发新的耐腐蚀材料,如特种合金、新型陶瓷、复合材料等。比如实验室中常用铂作坩锅或惰性电极,防腐效果很好,但因其成本太高而不可能在工业上大规模使用。不锈钢则是便宜得多因而也用得较为普遍。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。由爆炸焊接新技术制造出的一种钛钢复合材料,既不怕酸、碱、盐等的腐蚀,价格也较低。化工厂的反应罐、输液管道,用钛钢复合材料来替代不锈钢,使用寿命可大大延长。科学家研制成功的一种貌似玻璃的透明金属,称“金属玻璃”,它具有很高的抗张强度,还对外界酸碱的侵蚀显现出惊人的抵抗力。精密陶瓷,已开始在精密机械和化工领域取代金属材料和高分子材料。在宇航、核能等领域中,工程陶瓷可取代昂贵的耐蚀、耐热合金。随着科技的进步,新的耐腐蚀材料正层出不穷。

参考文献：

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