《航空材料与腐蚀防护》讲义 罗mm中国民航大学理学院材料化学教研室苏景新 表22金属在海水中的电位序 18-8不锈钢,304(活性态) 镁合金 18-12-3不锈钢,316(活性态)硅青铜 50-50铅锡焊锡 70:30铜镍合金 镀锌钢 G青铜 铝合金 M青铜 铝 α+B黄铜 镍(钝态) 镉 锰青铜 76Ni-16Cr-7Fe( Inconel)(钝态) 硬铝 海军黄铜 67Ni-33Cu(蒙乃尔) 软钢 镍(活性态) 13cr不锈钢(钝态) 熟铁 黄铜 升铸铁 红黄铜 18-8不锈钢(钝态) 13Cr不锈钢410 18-12-3不锈钢(钝态) (活性态) 银石金铂升 墨(碳) 位 高 从上表中将飞机结构中常用的材料抽取出来,按电位由低至高排列有如下的顺序: 镁合金→锌→铝合金→铁合金(活性态)→铜合金→镍合金→铁合金钝态 钛→贵金属/石墨 有几点值得注意: 铝合金通常认为是一种耐蚀材料。但是实际上铝合金的电位是很低的,从趋势或推动力 来说,铝合金有比较强的腐蚀倾向。铝合金之所以耐蚀,是因为在空气中易生成有保护 作用的氧化物膜层(或者说发生钝化)。一旦该保护层被破坏,铝合金也会以很快的速 度被腐蚀。所以,一个腐蚀过程在热力学上的趋势强、推动力大,并不必然具有很高的 速度。腐蚀的防护或控制,除了选择那些在热力学上稳定的金属材料外,还需要从动力 学出发采取措施 2.金属锌电位很低,而且不会像铝合金那样钝化,非常容易腐蚀。但反过来,如果在电位 高钢铁材料零件(如螺栓)表面电镀或浸镀上一层锌镀层,就可以利用锌更活泼,更易 腐蚀的特点,通过锌先腐蚀的牺牲阳极效应来保护钢铁零件 3.石墨(碳)虽然不是金属,但由于它电位高,且能导电,与电位低的金属材料相接触并 共处于同一电解质溶液中,也会形成腐蚀电池,导致与之相连的金属材料的腐蚀。如今 随着碳纤维增强的复合材料在飞机结构中应用日益广泛,碳纤维与金属结构接触的情形 变得非常常见。所以在处理这些情况时,必须要注意碳与金属(特别是铝合金)构件之 间的绝缘和密封
《航空材料与腐蚀防护》讲义 中国民航大学理学院材料化学教研室 苏景新 表 2.2 金属在海水中的电位序 镁 镁合金 锌 镀锌钢 铝合金 铝 镉 硬铝 软钢 熟铁 铸铁 13Cr 不锈钢 410 （活性态） 18-8 不锈钢，304（活性态） 18-12-3 不锈钢，316（活性态） 50-50 铅锡焊锡 铅 锡 α+β 黄铜 锰青铜 海军黄铜 镍（活性态） 黄铜 红黄铜 铜 硅青铜 70：30 铜镍合金 G 青铜 M 青铜 镍（钝态） 76Ni-16Cr-7Fe（Inconel）（钝态） 67Ni-33Cu（蒙乃尔） 13Cr 不锈钢（钝态） 钛 18-8 不锈钢（钝态） 18-12-3 不锈钢（钝态） 银 石墨（碳） 金 铂 从上表中将飞机结构中常用的材料抽取出来，按电位由低至高排列有如下的顺序： 镁合金 → 锌 → 铝合金 → 铁合金(活性态) → 铜合金 → 镍合金 → 铁合金(钝态)/ 钛 → 贵金属/石墨。 有几点值得注意： 1. 铝合金通常认为是一种耐蚀材料。但是实际上铝合金的电位是很低的，从趋势或推动力 来说，铝合金有比较强的腐蚀倾向。铝合金之所以耐蚀，是因为在空气中易生成有保护 作用的氧化物膜层（或者说发生钝化）。一旦该保护层被破坏，铝合金也会以很快的速 度被腐蚀。所以，一个腐蚀过程在热力学上的趋势强、推动力大，并不必然具有很高的 速度。腐蚀的防护或控制，除了选择那些在热力学上稳定的金属材料外，还需要从动力 学出发采取措施。 2. 金属锌电位很低，而且不会像铝合金那样钝化，非常容易腐蚀。但反过来，如果在电位 高钢铁材料零件（如螺栓）表面电镀或浸镀上一层锌镀层，就可以利用锌更活泼，更易 腐蚀的特点，通过锌先腐蚀的牺牲阳极效应来保护钢铁零件。 3. 石墨（碳）虽然不是金属，但由于它电位高，且能导电，与电位低的金属材料相接触并 共处于同一电解质溶液中，也会形成腐蚀电池，导致与之相连的金属材料的腐蚀。如今， 随着碳纤维增强的复合材料在飞机结构中应用日益广泛，碳纤维与金属结构接触的情形 变得非常常见。所以在处理这些情况时，必须要注意碳与金属（特别是铝合金）构件之 间的绝缘和密封。 电 位 升 高 电位升高
中园氏航大学 《航空材料与腐蚀防护》讲义 Civil Aviation University of Ch中国民航大学理学院材料化学教研室苏景新 24极化现象 腐蚀电池中两个电极之间电位差异大,电池的电动势大,只能说明这个电池工作的推动 力大。但是,腐蚀电池工作的速度,或作为阳极材料的金属的腐蚀速度,却不一定更快。还 需要考虑阻力的问题 在电化学中有一个概念叫做极化。极化是这样一种现象:电极上有电流通过时,会使电 位显著偏离末通电流时的起始电位 般地,有电流通过时,极化会使阳极电位变正,会使阴极电位变负。也就是说,当 腐蚀电池以可察觉到速度工作时,阳极和阴极之间交换的电流强度远大于零的时候,极化的 存在会使腐蚀电池的电极电位差变得比开路时小。或者反过来说,由于极化的存在,要使得 腐蚀以可察觉到速度发生,要求腐蚀电池要有更大的推动力。 所以极化实际上反映了腐蚀电池工作过程中的阻力 这种阻力来自以下三个方面: 1.电子通路的电阻造成的极化(欧姆极化); 2.阳极和阴极界面上发生的电子得失过程本身的阻力造成的极化(活化极化) 3.反应物或产物自电极表面扩散或向电极表面扩散的阻力造成的极化(浓差极化) 由于极化现象的存在,使腐蚀电池工作始终遇到一定的阻力,所以腐蚀反应的速度是受 腐蚀电池电动势和极化共同控制的。 在环境因素和材料性质,以及结构形式一定的前提下,腐蚀电池的电动势是既定的,所 以要控制腐蚀反应发生的速度,推迟腐蚀破坏的发生,可以采取措施,增强腐蚀反应的极化。 比如可以利用氧化物层、有机涂层或密封胶层来増加欧姆极化和浓差极化就是最常用、 最简单易行的腐蚀控制措施 25腐蚀的分类 按照廣蚀环境或廣蚀介质可将腐蚀分为: 1.大气腐蚀:大气中有水蒸汽。当大气的相对湿度高于某个临界值时,水蒸汽会在金属表 面凝结成一薄层吸附水膜。而天然水中都溶解有一定量的电解质和氧,提供了形成腐蚀 电池的电解质溶液(离子导体)和阴极活性物质(氧化剂)。海洋性大气中还存在大量 高浓度的盐雾,工业大气中还含有可溶于水的酸性气体,这些对金属结构是更严重的腐 蚀威胁 2.海水腐蚀:海水中溶解有大量的氯化物,对钢铁和铝合金的腐蚀性很强。 3.土壤腐蚀:土壤中水溶解了矿物质形成电解质溶液。地下水中含有氧。酸性土壤中的矿 物质会向水中释放酸性物质。 4.化工介质腐蚀:化工介质(主要是酸碱盐的水溶液)会对管路和储罐的内壁造成严重的 腐蚀。化工介质的泄漏对污染影响区的其他结构中的金属会造成严重腐蚀 5.微生物腐蚀:微生物生长代谢的环境中有水和微生物代谢产物,容易导致局部腐蚀。微 生物腐蚀在埋地管线、飞机油箱和船舶的腐蚀中很常见
《航空材料与腐蚀防护》讲义 中国民航大学理学院材料化学教研室 苏景新 2.4 极化现象 腐蚀电池中两个电极之间电位差异大，电池的电动势大，只能说明这个电池工作的推动 力大。但是，腐蚀电池工作的速度，或作为阳极材料的金属的腐蚀速度，却不一定更快。还 需要考虑阻力的问题。 在电化学中有一个概念叫做极化。极化是这样一种现象：电极上有电流通过时，会使电 位显著偏离末通电流时的起始电位。 一般地，有电流通过时，极化会使阳极电位变正，会使阴极电位变负。也就是说，当 腐蚀电池以可察觉到速度工作时，阳极和阴极之间交换的电流强度远大于零的时候，极化的 存在会使腐蚀电池的电极电位差变得比开路时小。或者反过来说，由于极化的存在，要使得 腐蚀以可察觉到速度发生，要求腐蚀电池要有更大的推动力。 所以极化实际上反映了腐蚀电池工作过程中的阻力。 这种阻力来自以下三个方面： 1. 电子通路的电阻造成的极化（欧姆极化）； 2. 阳极和阴极界面上发生的电子得失过程本身的阻力造成的极化（活化极化）； 3. 反应物或产物自电极表面扩散或向电极表面扩散的阻力造成的极化（浓差极化）。 由于极化现象的存在，使腐蚀电池工作始终遇到一定的阻力，所以腐蚀反应的速度是受 腐蚀电池电动势和极化共同控制的。 在环境因素和材料性质，以及结构形式一定的前提下，腐蚀电池的电动势是既定的，所 以要控制腐蚀反应发生的速度，推迟腐蚀破坏的发生，可以采取措施，增强腐蚀反应的极化。 比如可以利用氧化物层、有机涂层或密封胶层来增加欧姆极化和浓差极化就是最常用、 最简单易行的腐蚀控制措施。 2.5 腐蚀的分类 按照腐蚀环境或腐蚀介质可将腐蚀分为： 1. 大气腐蚀：大气中有水蒸汽。当大气的相对湿度高于某个临界值时，水蒸汽会在金属表 面凝结成一薄层吸附水膜。而天然水中都溶解有一定量的电解质和氧，提供了形成腐蚀 电池的电解质溶液（离子导体）和阴极活性物质（氧化剂）。海洋性大气中还存在大量 高浓度的盐雾，工业大气中还含有可溶于水的酸性气体，这些对金属结构是更严重的腐 蚀威胁。 2. 海水腐蚀：海水中溶解有大量的氯化物，对钢铁和铝合金的腐蚀性很强。 3. 土壤腐蚀：土壤中水溶解了矿物质形成电解质溶液。地下水中含有氧。酸性土壤中的矿 物质会向水中释放酸性物质。 4. 化工介质腐蚀：化工介质（主要是酸碱盐的水溶液）会对管路和储罐的内壁造成严重的 腐蚀。化工介质的泄漏对污染影响区的其他结构中的金属会造成严重腐蚀。 5. 微生物腐蚀：微生物生长代谢的环境中有水和微生物代谢产物，容易导致局部腐蚀。微 生物腐蚀在埋地管线、飞机油箱和船舶的腐蚀中很常见