金屬腐蝕學（簡體書）

《金屬腐蝕學》是高等學校材料類專業教學指導委員會規劃教材。書中介紹了金屬腐蝕的基本理論及基本防腐原理，為體現教材知識體系的系統性和科學性，在內容上按腐蝕熱力學到腐蝕動力學再到具體腐蝕形態的邏輯順序進行編寫，注重基本理論和基礎知識的講解。全書共分11章，主要包括腐蝕熱力學、電化學腐蝕動力學、析氫腐蝕與耗氧腐蝕、金屬的鈍化、局部腐蝕、應力作用下的腐蝕、金屬在自然環境中的腐蝕、高溫腐蝕和金屬材料的耐蝕性。為方便高等學校實驗教學，第11章為部分腐蝕實驗。本書是高等學校本科和高職高專材料類、化學化工類等專業的教學用書，也可供本領域工程技術人員參考。

劉光明，南昌航空大學，教授，江西省中青年學科帶頭人。南昌航空大學腐蝕與防護系主任，碩士生導師，美國Mater. Res. Bull. 雜志論文審稿人，江西省表面工程專業委員會副主任委員，中國機械工程學會高*級會員。獲獎情況：2003年於金屬研究所獲得“師昌緒獎”。2003年獲得“寶鋼教育基金”獎。主要研究方向：金屬和陶瓷材料的腐蝕機理；材料的表面改性（鍍鋅鋼板無鉻鈍化、新型高溫塗層制備）。

金屬的腐蝕現象在日常生活和生產中隨處可見，腐蝕是一種悄悄進行的破壞，但其造成的危害非常大。通常，金屬工程構件在設計、使用和維護過程中都會涉及腐蝕問題，有的甚至成為工程的關鍵問題。本書介紹了金屬腐蝕的基本理論及基本防腐原理。教材編寫過程中注重基本理論和基礎知識，為體現教材知識體系的系統性和科學性，在內容上按腐蝕熱力學到腐蝕動力學再到具體腐蝕形態的邏輯順序進行編寫。教材共分11章，主要包括緒論、腐蝕熱力學、電化學腐蝕動力學、析氫腐蝕與耗氧腐蝕、金屬的鈍化、局部腐蝕、應力作用下的腐蝕、金屬在自然環境中的腐蝕、高溫腐蝕、金屬材料的耐蝕性和金屬腐蝕學實驗。
本書第1章、第2章、第3章、第4章、第7章和第11章分別由南昌航空大學劉光明、楊軍、田禮熙、張幫彥、師超和劉剛編寫，第5章由西安建築科技大學王巖編寫，第6章由北華航天工業學院田文明編寫，第8章由九江學院余健編寫，第9章由西安科技大學張慧慧編寫，第10章由青島大學李希超編寫。本書由劉光明、師超、田禮熙和張幫彥統稿，全書由劉光明定稿。
本教材已遴選為高等學校材料類專業教學指導委員會規劃教材 2023 年度建設項目，感謝各位評審專家提出的寶貴意見！本教材也是南昌航空大學金屬材料工程國家級一流本科專業建設成果教材，出版過程中得到了南昌航空大學金屬材料工程專業的建設資金資助，得到了其他參編單位的大力支持，書中引用了國內外優秀文獻，在此一並致謝！
本書可作為高等院校材料類、化學化工類專業師生教學用書，也可作為高等學校石油、機械、冶金等有關專業開設腐蝕課程的教學參考書。本書配套的多媒體課件請登錄www.cipedu.com.cn下載，視頻課程請到“學堂在線”平臺學習。
由於編寫人員學識、水平有限，書中難免有不妥和疏漏之處，懇請讀者批評指正！

編者
2024年1月於南昌航空大學

第1章緒論
1.1金屬腐蝕的基本概念 1
1.2研究金屬腐蝕的意義及腐蝕的危害 2
1.2.1研究金屬腐蝕與防護的意義 2
1.2.2腐蝕造成的經濟損失 3
1.3腐蝕科學技術的發展歷程 5
1.4腐蝕的分類 7
1.4.1按腐蝕機理分類 7
1.4.2按腐蝕形態分類 8
1.4.3按腐蝕環境分類 9
1.5金屬腐蝕程度的評定方法 9
1.5.1重量法 9
1.5.2深度法 10
1.5.3電流密度表征法 11
1.6腐蝕控制基本方法簡介 12
思考題與習題 13

第2章腐蝕熱力學
2.1腐蝕傾向的熱力學判據 14
2.2電化學腐蝕傾向的判據和標準電位序 16
2.3腐蝕電池 19
2.3.1腐蝕電池電化學歷程 19
2.3.2電化學腐蝕次生過程 23
2.4腐蝕電池的類型 23
2.4.1宏觀腐蝕電池 24
2.4.2微觀腐蝕電池 25
2.4.3超微觀腐蝕電池 27
2.5電位-pH圖 27
2.5.1電位-pH圖原理 27
2.5.2電位-pH圖的建立和分析 29
2.5.3電位-pH圖應用及其局限性 32
思考題與習題 34

第3章電化學腐蝕動力學
3.1電極反應過程 35
3.2腐蝕電池的極化 37
3.2.1腐蝕電池的極化現象 37
3.2.2陽極極化 37
3.2.3陰極極化 38
3.2.4極化曲線 38
3.3腐蝕極化圖及其應用 39
3.3.1腐蝕極化圖 39
3.3.2腐蝕極化圖的應用 41
3.4極化控制下的腐蝕動力學方程式 44
3.4.1電化學極化控制下的腐蝕動力學方程式 45
3.4.2濃差極化控制下的腐蝕動力學方程式 49
3.4.3實測極化曲線與理想極化曲線的關係 52
3.5混合電位理論及其應用 52
3.5.1混合電位理論 52
3.5.2混合電位理論的應用 53
思考題與習題 55

第4章析氫腐蝕與耗氧腐蝕
4.1析氫腐蝕 56
4.1.1析氫反應 56
4.1.2析氫腐蝕的條件與特點 57
4.1.3析氫腐蝕的控制過程 61
4.1.4減小析氫腐蝕的途徑 63
4.2耗氧腐蝕 63
4.2.1耗氧腐蝕的產生條件 63
4.2.2氧的陰極還原過程 64
4.2.3耗氧腐蝕的控制過程及特點 67
4.2.4耗氧腐蝕的影響因素 69
思考題與習題 71

第5章金屬的鈍化
5.1鈍化原理 73
5.1.1鈍化現象 73
5.1.2化學鈍化 74
5.1.3電化學鈍化 74
5.2有鈍化特性金屬的極化曲線 74
5.3金屬的自鈍化 77
5.4鈍化理論 80
5.4.1成相膜理論 80
5.4.2吸附理論 81
5.4.3兩種理論的比較 82
5.5影響金屬鈍化的因素 83
5.5.1合金成分的影響 83
5.5.2鈍化介質的影響 84
5.5.3活性離子對鈍化膜的破壞作用 85
5.5.4溫度的影響 86
思考題與習題 86

第6章局部腐蝕
6.1全面腐蝕與局部腐蝕的比較 88
6.2電偶腐蝕 90
6.2.1電偶腐蝕的特徵與電偶序 90
6.2.2電偶腐蝕的機理 91
6.2.3電偶腐蝕的影響因素 92
6.2.4電偶腐蝕的控制措施 94
6.3點蝕 95
6.3.1點蝕的特徵及產生條件 95
6.3.2點蝕的機理 96
6.3.3點蝕的影響因素 99
6.3.4點蝕的控制措施 101
6.4縫隙腐蝕 102
6.4.1縫隙腐蝕的特徵及產生條件 102
6.4.2縫隙腐蝕的機理 103
6.4.3縫隙腐蝕與點蝕的比較 104
6.4.4縫隙腐蝕的影響因素 105
6.4.5縫隙腐蝕的控制措施 106
6.5絲狀腐蝕 106
6.5.1絲狀腐蝕的特徵及產生條件 107
6.5.2絲狀腐蝕的機理 107
6.5.3絲狀腐蝕的影響因素和控制措施 108
6.6晶間腐蝕 109
6.6.1晶間腐蝕的特徵 109
6.6.2晶間腐蝕的機理 109
6.6.3晶間腐蝕的影響因素 111
6.6.4晶間腐蝕的控制措施 112
6.7選擇性腐蝕 113
6.7.1選擇性腐蝕的現象特徵 113
6.7.2黃銅脫鋅 114
6.7.3鑄鐵的石墨化腐蝕 115
6.7.4選擇性腐蝕的機理 115
6.7.5選擇性腐蝕的影響因素與控制措施 116
6.8局部腐蝕敏感性試驗評價方法 117
6.8.1點蝕敏感性的試驗評定方法 117
6.8.2縫隙腐蝕敏感性的試驗評定方法 118
6.8.3晶間腐蝕敏感性的試驗評定方法 118
6.8.4選擇性腐蝕的試驗評定方法 120
思考題與習題 120

第7章應力作用下的腐蝕
7.1應力腐蝕開裂 121
7.1.1應力腐蝕的條件及特徵 122
7.1.2應力腐蝕的機理 127
7.1.3應力腐蝕的控制方法 129
7.1.4應力腐蝕的試驗方法 130
7.2氫脆 131
7.2.1氫的來源、運輸及存在形式 132
7.2.2氫脆的特點 134
7.2.3氫脆的機理 138
7.2.4氫脆的控制措施 139
7.3腐蝕疲勞 140
7.3.1金屬疲勞的基本概念 140
7.3.2腐蝕疲勞的特徵 141
7.3.3腐蝕疲勞的機理 144
7.3.4材料腐蝕疲勞的控制方法 146
7.4磨耗腐蝕 146
7.4.1微動腐蝕 147
7.4.2衝擊腐蝕 150
思考題與習題 153

第8章金屬在自然環境中的腐蝕
8.1大氣腐蝕 155
8.1.1大氣腐蝕類型和特徵 155
8.1.2大氣腐蝕機理 156
8.1.3大氣腐蝕的影響因素 158
8.1.4大氣腐蝕的防治措施 160
8.2海水腐蝕 161
8.2.1海水的特性 161
8.2.2海洋環境分類及腐蝕特點 162
8.2.3海水腐蝕機理 164
8.2.4海水腐蝕的影響因素 165
8.2.5海水腐蝕的防治措施 166
8.3土壤腐蝕 167
8.3.1土壤特性 167
8.3.2土壤腐蝕的電極過程 168
8.3.3土壤腐蝕的類型 170
8.3.4土壤腐蝕的影響因素 171
8.3.5土壤腐蝕的防治措施 173
思考題與習題 173

第9章高溫腐蝕
9.1高溫腐蝕的分類和對其研究的重要意義 175
9.1.1高溫腐蝕的類型 175
9.1.2研究高溫腐蝕的重要意義 176
9.2金屬高溫氧化的熱力學基礎 177
9.2.1金屬氧化可能性的判斷 177
9.2.2金屬氧化物的高溫穩定性 180
9.3金屬氧化膜的結構和性質 180
9.3.1氧化物中的點缺陷 181
9.3.2金屬氧化膜的組成和晶體結構 183
9.3.3金屬氧化膜的完整性和保護性 184
9.4金屬高溫氧化的動力學和機理 187
9.4.1金屬高溫氧化的基本過程 187
9.4.2金屬氧化的動力學規律 187
9.4.3金屬氧化的機理 190
9.5影響金屬氧化行為的因素 193
9.5.1溫度的影響 193
9.5.2氧壓的影響 193
9.5.3氣體介質的影響 195
9.6合金的氧化 196
9.6.1合金氧化的特點 196
9.6.2合金氧化的分類 196
9.6.3提高合金抗氧化的途徑 198
9.7金屬材料的熱腐蝕 200
9.7.1熱腐蝕的概念 200
9.7.2熱腐蝕機理 200
9.7.3硫酸鹽低溫熱腐蝕 204
9.7.4影響金屬熱腐蝕的因素 205
9.7.5金屬熱腐蝕的控制措施 207
思考題與習題 208

第10章金屬材料的耐蝕性
10.1金屬耐蝕合金化原理 210
10.1.1利用合金化提高金屬耐蝕性的途徑 210
10.1.2金屬耐蝕合金化機理 213
10.2鐵和鋼的耐蝕性 215
10.2.1鐵的耐蝕性 216
10.2.2鑄鐵的耐蝕性 217
10.2.3碳鋼的耐蝕性 218
10.2.4低合金鋼的耐蝕性 219
10.3不銹鋼的耐蝕性 220
10.3.1不銹鋼的種類及一般耐蝕性 220
10.3.2奧氏體不銹鋼的耐蝕性 222
10.3.3鐵素體不銹鋼的耐蝕性 224
10.3.4馬氏體不銹鋼的耐蝕性 224
10.3.5奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的耐蝕性 225
10.4銅及銅合金的耐蝕性 225
10.4.1銅的耐蝕性 225
10.4.2銅合金的耐蝕性 226
10.5鎳及鎳合金的耐蝕性 227
10.5.1鎳的耐蝕性 227
10.5.2鎳基合金中主要合金元素對耐蝕性的影響 228
10.5.3鎳合金的耐蝕性 228
10.6鋁及鋁合金的耐蝕性 229
10.6.1純鋁的耐蝕性 229
10.6.2鋁合金的耐蝕性 229
10.7鎂及鎂合金的耐蝕性 231
10.7.1鎂的耐蝕性 231
10.7.2鎂合金的耐蝕性 231
10.8鈦及鈦合金的耐蝕性 232
10.8.1鈦的耐蝕性 232
10.8.2鈦合金的耐蝕性 232
10.9非晶態合金概述及耐蝕性 234
10.9.1非晶態合金概述 234
10.9.2非晶態合金的耐蝕性 234
思考題與習題 236

第11章金屬腐蝕學實驗
實驗1重量法和容量法研究酸腐蝕及緩蝕效率 237
實驗2極化電阻法測定金屬的腐蝕速度 239
實驗3電阻法測腐蝕速度 240
實驗4簡單腐蝕模型實驗 243
實驗5金屬局部腐蝕實驗 245
實驗6接觸腐蝕實驗 247
實驗7C環試樣應力腐蝕實驗 249
實驗8高溫氧化實驗 251
實驗9化學鍍鎳層中性鹽霧實驗 253
實驗附錄ZRA-2型電偶腐蝕計使用說明書 254

參考文獻