表面工程技術的相關基礎第一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五教學目的和要求

掌握固體(金屬)的重要表面特性，材料磨損及腐蝕基本原理。

第二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五前言

成功運用表面工程技術的三要素：掌握材料表面與界面的基礎知識掌握各種表面工程技術的特點了解與掌握影響材料表面性能的主要因素第三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.1

固體的表面和界面

表面（定義）：固體與周圍環境（氣相、液相和真空）間的過渡區稱為金屬的（外）表面。因環境不同，過渡區的組成和深度不同。界面（定義）：界面是一種二維的結構缺陷。在體系中，結構和成分不同的區域間；或結構和成分均相同，但取向不同的兩晶粒間的交界面都稱為界面。前者稱相界，而后者稱為晶界。界面種類：外表面和內表面兩大類。外表面：固體和周圍環境間的過渡區；內表面：晶界、相界、亞晶界、孿晶界、層錯界及胞壁界等。第四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五一、典型固體表面1.理想表面

定義：向無限晶體內插入一個平面并切斷插入面兩側的原子結合鍵后，將其分為兩部分而形成的兩個新的表面稱為理想表面。特點：此過程中除了晶體附加了一組邊界條件外，無任何其它改變。在半無限晶體內部，原子和電子的狀態與原來無限晶體的情況一樣。

理想表面實際不存在。實際表面存在表面能。理想表面形成示意圖第五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五1-1.實際表面定義：與理想表面不相同的實際表面（溫度在0K以上的表面）。

J.W.Gibbs于1877年首先提出：在氣固相界面處存在一種二維凝聚物相。

特點：馳豫及重構合金的表面偏析表面吸附和表面化合物表面缺陷馳豫重構表面原子的馳豫與重構

表面吸附表面偏析第六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.潔凈表面與清潔表面潔凈表面（定義）：材料表層原子結構的周期性不同于體內，但其化學成分仍與體內相同的表面。潔凈表面允許有吸附物，但其覆蓋的幾率應該非常低。潔凈表面只有用特殊的方法才能得到清潔表面（定義）：一般指零件經過清洗(脫脂、浸蝕等)以后的表面。清潔表面易于實現，只要經過常規的清洗過程即可。潔凈表面的“清潔程度”比清潔表面高。

潔凈表面與清潔表面這一對概念很重要。第七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.機械加工后的表面第八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五

表面的粗糙度和波紋度構成了金屬的表面形貌。粗糙度:

加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀就構成了其特征，粗糙度的波距與波深之比常常為150：1~5。波紋度:金屬表面呈波浪形的有規律和無規律的表面反復結構誤差稱為波紋度。波紋度的波距與波深的比為：1000：1~100。

經過仔細研磨的金屬：i≥2材料的表面粗糙度是表面工程技術中最重要的概念之一。它與表面工程技術的特征及實施前的預備工藝緊密聯系，并嚴重影響材料的摩擦磨損、腐蝕性能、表面磁性能和電性能等。經過仔細研磨的金屬：i≥2經過仔細研磨的金屬：i≥2第九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五表面粗糙度+波紋度+形狀公差=實際表面形貌第十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五金屬表面的宏觀與微觀粗糙度第十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.一般表面由于表面原子處于非平衡狀態，一般表面會吸咐一層外來原子。

要求進行表面預處理。第十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五二、典型固體界面1.基于固相晶粒尺寸和微觀結構差異形成的界面微晶層(比爾比層(Bilby)層)：1—100nm厚的晶粒微小的微晶層。塑性變形層：塑變程度和它的深度有關。其它變質層：(1)形成孿晶：Zn,Ti等密排六方結構的金屬表層會形成孿晶;(2)發生相變：18-8型奧代體不銹鋼，β黃銅、淬火鋼中的殘余奧氏體，高錳鋼等會形成相變層；(3)發生再結晶：Sn、Pb、Zn等低熔點金屬加工后表層能夠形成再結晶層。(4)發生時效和出現表層裂紋等。塑變深度(μm)010203054321ε變形量(%)第十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.基于固相組織或晶體結構差異形成的界面典型特征是兩相之間的微觀成分與組織存在很大的差異，但無宏觀成分上的明顯區別（珠光體），且宏觀組織變化存在漸變區域。第十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.基于固相宏觀成分差異形成的界面（結合界面）冶金結合界面擴散結合界面外延生長界面化學鍵結合界面分子鍵結合界面機械結合界面

實際表面改性層中界面的結合機理常常是上述幾種機理的綜合。應根據需要設計、控制界面的結合機理。結合強度較高結合強度較低結合強度較高結合強度較低結合強度較高結合強度較低第十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五冶金結合界面定義：當覆層與基體材料之間的界面結合是通過處于熔融狀態的覆層材料沿處于半熔化狀態下的固體基材表面向外凝固結晶而形成時，覆層與基材的結合界面。實質：金屬鍵結合特點：結合強度很高，可以承受較大的外力或載荷，不易在服役過程中發生剝落。技術：激光熔覆技術、堆焊與噴焊技術等。第十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五擴散結合界面定義：兩個固相直接接觸，通過抽真空、加熱、加壓、界面擴散和反應等途徑所形成的結合界面。特點：覆層與基材之間的成分梯度變化，并形成了原子級別的混合或合金化。技術：熱擴滲工藝、離子注入工藝（“類擴散”界面）等。第十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五外延生長界面定義：當工藝條件合適時，在（單晶）襯底表面沿原來的結晶軸向生成一層晶格完整的新單晶層的工藝過程，就稱為外延生長，形成的界面稱為外延生長界面。關鍵：結晶相容性（晶格失配數m?。?/p>

m=│b-a│/a

a-基體晶格常數，b-薄膜晶格常數特點：理論上應有較好的結合強度。具體取決于所形成的單晶層與襯底的結合鍵類型，如分子鍵、共價鍵、離子鍵或金屬鍵等。技術：氣相外延（化學氣相沉積技術等）、液相外延（電鍍技術等）。襯底SubstrateFilm缺失面失配位錯Film襯底Substrate第二十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五化學鍵結合界面定義：當覆層材料與基材之間發生化學反應，形成成分固定的化合物時，兩種材料的界面就稱為化學鍵結合界面。特點：結合強度較高，界面的韌性較差，表面發生粘連、氧化、腐蝕等化學作用也會產生化學鍵結合界面。技術：物理和化學氣相沉積技術、離子注入技術、熱擴滲技術、化學轉化膜技術、陽極氧化和化學氧化技術等。第二十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五分子鍵結合界面定義：涂(鍍)層與基材表面以范德華力結合的界面。特點：覆層與基材(或襯底)之間未發生擴散或化學作用。結合強度較低。技術：部分（低溫）物理氣相技術、涂裝技術等。第二十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五機械結合界面定義：覆層與基材的結合界面主要通過兩種材料相互鑲嵌的機械連接作用而形成。特點：結合強度不高，但可起輔助作用。技術：括熱噴涂與包鍍技術等。

實際表面改性層中界面的結合機理常常是上述幾種機理的綜合。應根據需要設計、控制界面的結合機理。第二十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五三、表面晶體結構二維晶體結構(二維布拉菲晶格)

任何一個二維周期性的結構均可用一個二維晶格（點陣）加上結點（陣點）來描述，稱為二維晶格。(呈二維周期性排列而形成的無限平面點陣，每個結點周圍的情況是相同的。)

五種布拉菲二維晶格及晶胞第二十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五TLK模型（當溫度為0K時－理想表面）：

在溫度相當于0K時，表面原子結構呈靜態。表面原子層可認為是理想平面，其中的原子作完整二維周期性排列，且不存在缺陷和雜質。五種布拉菲二維晶格及晶胞第二十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五TLK模型（當溫度在0K以上時－實際表面）：當溫度在0K以上時，由于原子的熱運動，晶體表面將產生低晶面指數的平臺、一定密度的單分子或原子高度的臺階、單分子或原子尺度的扭折，以及表面吸附的單原子及表面空位等。實際表面上還存在大量各種類型的缺陷，如原子空位、位錯露頭和晶界痕跡等物理缺陷，材料組分和雜質原子偏析等化學缺陷。

上述表面缺陷對于固體材料的表面狀態和表面形成過程都有重要影響。（形核、表面擴散、表面吸附等）TLK模型：平臺(Terrace)一臺階(Ledge)一扭折(Kink)模型第二十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五（補充）表面現象定義：固體表面上產生的各種物理及化學現象稱為表面現象。種類：表面擴散、吸附、潤濕、粘著和毛細現象等。意義：工農業生產上廣泛利用金屬的各種表面現象。在鑄造、焊接、金屬表面技術及防護、表面涂覆等均會涉及到。關系：金屬的各種表面現象與表面自由能密切相關并普遍存在于多相體系內。實際表面存在表面能。第二十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五四、表面擴散物質中原子或分子的遷移現象稱為擴散?？捎蒄ick第Ⅰ和第Ⅱ定律來描述，擴散過程中原子平均擴散距離X為:

Ｘ＝c

其中：

t為擴散時間；c為受幾何因素影響的常數；D為擴散系數，決定擴散速率大小。

D=D0exp(-Q/RT)

Q為擴散激活能，受材料的晶格結構，固溶體的類型，合金元素的濃度及含量和擴散路徑等因素的影響。原子的擴散途徑除了最基本的體擴散過程外，還有表面擴散、晶界擴散和位錯擴散(短路擴散)。

Q表<Q界<Q位<Q體

D表﹥D界﹥D位﹥D體因為表面原子受到的束縛較晶界和晶內低得多，原子在表面遷移所需能量也小得多。

表面擴散在表面工程技術中的薄膜形核及長大過程中起十分重要的作用。第二十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五五、表面（自由）能與表面張力

固體和液體的表面均處于空間三向不對稱狀態，故存在表面自由能和表面張力。

第二十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五液體的表面自由能產生原因：液體（熔體金屬）的表面原子受到向內的吸引力的作用。欲使其內部原子轉變為表面原子，即增大表面積，需要環境對體系作功，從而形成表面能。定義：增大(液體)表面積所需要的功(能量)就是(液體)表面自由能。液體的表面張力產生原因：處于表面的原子在向內的吸引力作用下，有進入液體內部的趨勢，即縮小表面積的趨勢，從而產生表面張力。定義：液體表面切線方向上存在的使其表面積縮小的力稱為表面張力。

第三十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五實驗：如上圖，在無摩擦的活動邊AB的鐵絲框上涂滿肥皂沫，為使膜不收縮，應在活動邊上加外力F。試驗證明：施加的外力F與活動邊邊長L成正比，即

F=2σLσ=F/2L

式中：“2”是因為液膜有兩個表面；

σ即為表面張力(或張力系數)；

表面張力的方向與液面相切，且力圖使表面積縮小，其單位為：N/m。

xLFABσσσ肥皂膜第三十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五增大(液體)表面積所需要的功(能量)

就是(液體)表面自由能。表面自由能：

若使上圖活動邊AB移動dx的距離，根據表面自由能的定義，表面自由能與液膜面積的變化關系為：

G=F?dx=2σL?dx

稱單位面積的表面自由能為比表面自由能(Fs)，即：

Fs=G/S=2σL?dx/2L?dx=σ

由此可知，液體的比表面自由能Fs與表面張力σ在數值上是相等的，其單位為：J/m2

（實際上，1J/m2=1N?m/m2=1N/m，故二者是有聯系的。但一個是單位面積的能，而另一個則為單位長度的力。）

液體表面自由能和表面張力在數學上是相等的，容易測定。xLFABσσσ肥皂膜第三十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五1.（固體）表面（自由）能嚴格意義上的表面能是指材料表面的內能，無法測量其絕對值。常用表面自由能來描述材料表面能量的變化，其物理意義是指產生1cm2新表面需消耗的等溫可逆功。若不考慮重力，一定體積的液體平衡時總取圓球狀，因為這樣表面積最小，表面能最低。固體的外表面總是由若干種原子排列不同的晶面組成的，一定體積的固體必然要構成總的表面自由能最低的形狀。（粉末團聚）第三十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2．（固體）表面張力表面張力是表面能的一種物理表現，是由于原子間的作用力以及原子在表面和內部的排列狀態的差別而引起的。表面張力和表面自由能的關系密切。液體表面自由能和表面張力在數學上是相等的，容易測定。固體的表面張力很難準確測定。

表面自由能和表面張力對其表面性能影響極大，應充分重視。第三十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五六、固體表面的物理吸附和化學吸附1．吸附的基本特性吸附現象（吸咐作用）：物體表面上的原子或分子力場不飽和，有吸引周圍其它物質(主要是氣體、液體)分子的能力。定義：當氣體和液體與固體表面接觸時，在固體表面的氣體或液體增加或減少的現象稱為吸附現象吸附是固體表面最重要的性質之一。固體表面的吸附可分為物理吸附和化學吸附兩類。（表2-1）第三十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五（自學部分）2.固體對氣體的吸咐3.固體對液體的吸咐（重要）4.固體表面之間的吸咐5.吸附對材料力學性能的影響——萊賓杰爾效應（重要）第三十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五七、固體表面的潤濕1.潤濕現象與機理定義：液體在固體表面上鋪展的現象。親水物質、疏水物質：潤濕角：θθσL－G第三十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五潤濕程度的定義：

潤濕和不潤濕不是截然分開的。第三十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五Young方程：Young方程反映了潤濕角的大小與三相界面張力之間的定量關系：第四十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五機理：潤濕與否取決于液體分子間相互吸引力(內聚力)和液一固分子間吸引力(粘附力)的相對大小。若液一固粘附力較大，則液體在固體表面鋪展，呈潤濕；若液體內聚力占優勢則不鋪展，呈不潤濕。

當液體（或固體）種類確定時，選擇合適極性的固體（或液體）將直接影響潤濕程度。第四十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.鋪展系數液體在固體表面（理想的平滑表面）的鋪展系數為：當SL/S=0時，鋪展（完全潤濕）當SL/S＜0時，不鋪展（不完全潤濕或完全不潤濕）當SL/S

＞0時，自動展開，Young方程已不適用液體在粗糙的固體表面的鋪展系數為：粗糙表面的鋪展系數遠大于光滑表面的（當cosθ＞0時）

表面工程技術實施前，材料表面狀態（表面預處理工藝）對表面改性層質量的影響至關重要。≤0第四十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.潤濕理論的應用

潤濕理論在各種工程技術尤其是表面工程技術中應用很廣泛。增強潤濕程度：表面活性物質－減小潤濕角表面適度粗化－增大鋪展系數中間層成分優化……降低潤濕程度：表面惰性物質－增大潤濕角表面平滑－減小鋪展系數不粘涂層：炊具、潔具、防腐蝕等成分優化……第四十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.2材料磨損原理及其耐磨性磨損是材料三大主要失效形式之一，它造成的經濟損失和社會影響是十分巨大的。耐磨性是一個系統性質（非“固有特性”），受到摩擦學系統中接觸條件、工況、環境、介質等多方面因素的影響。材料的磨損始于表面，表面性能是決定材料耐磨性的關鍵。不同的磨損失效過程和方式，要求不同的材料表面性能。第四十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五一、固體材料的摩擦與磨損1.摩擦學三“定律”摩擦的定義：相互接觸的物體相對運動時產生阻力，稱為摩擦。摩擦存在于固體、氣體和液體之間。磨損的定義：相對運動的物質摩擦過程中不斷產生損失或殘余變形的現象。

材料的摩擦與磨損是因果關系。

第四十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五摩擦學三“定律：

①摩擦力與兩接觸體之間的表觀接觸面積無關(第一定律)；②摩擦力與兩接觸體之間的法向載荷成正比(第二定律)；③兩個相對運動物體表面的界面滑動摩擦阻力與滑動速度無關(第三定律)。

F為摩擦力(切向力)；N為法向力(載荷)；μ為摩擦系數。材料或體系的耐磨性高低一般用摩擦系數來表征。人們往往認為“摩擦學中無定律”。第四十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.摩擦與磨損的分類摩擦分為四類：干摩擦：無潤滑摩擦，滑動摩擦邊界潤滑摩擦：摩擦力明顯降低流體潤滑摩擦：具有最小的摩擦系數滾動摩擦：摩擦系數比滑動摩擦的小得多第四十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五磨損分為七類：粘著磨損磨粒磨損疲勞磨損腐蝕磨損微動磨損沖蝕(包括氣蝕)磨損高溫磨損各種復雜的磨損現象是上述基本機理單獨或綜合的表現。

一種摩擦方式常常包含幾種磨損機理。最基本的第四十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五第四十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五二、粘著磨損、潤滑和固體潤滑粘著磨損是最常見的磨損形式之一。（15%）1、粘著磨損機理：

表面粗糙度導致接觸應力產生調幅分布。第五十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五焊合剪切及犁削理論：當接觸表面相互壓緊時，由于微凸體間的接觸面積小，承受的壓力很高，足以引起塑性變形和“冷焊”現象。這樣形成的焊合點因表面的相對滑動而被剪斷，相應的力量構成摩擦力的粘著分量。此外，較硬表面的微凸體對于較軟材料會造成犁削作用，從而構成摩擦力的犁削分量（可忽略）。

材料的摩擦系數主要決定于摩擦副剪切強度τb和屈服強度σs的比值。最合適的耐磨材料體系應該同時具有高的硬度（強度）和低的抗剪強度。第五十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2、液體潤滑和邊界潤濕磨損速率摩擦系數第五十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3、固體潤滑第五十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五影響固體材料粘著磨損性能的因素：

1)潤滑條件或環境：在真空條件下大多數金屬的磨損是極其嚴重的。良好的潤滑條件是降低粘著磨損的重要保障。

2)硬度：材料的硬度越高，耐磨性越好。

3)晶體結構和晶體的互溶性。晶體結構為密排六方的材料摩擦系數最低，磨損率也最低，面心立方材料次之，體心立方材料最高。冶金上互溶性好的一對金屬摩擦副摩擦系數和磨損率高。周期表上相距較遠的元素不易互溶，也不易粘著。

4)溫度。溫度對磨損的影響是間接的。第五十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五三、磨粒磨損磨粒磨損導致的零件失效約占磨損失效的50％。1．磨粒磨損過程中材料的去除機理去除機理：

塑性變形：磨粒與塑性材料表面接觸時-顯微切削、顯微犁溝（塑性材料）斷裂：磨粒和脆性材料表面接觸時-顯微切削、顯微裂紋（脆性材料）

斷裂機理所造成的材料損失比塑性變形機理的大。

兩種方式都可能發生，且相互轉換。材料的磨損率與一般的力學性能沒有簡單的對應關系。第五十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2．磨粒磨損過程的影響因素(1)磨粒特性：

硬度

Ha／Hm<1.0(軟磨粒磨損)，磨損速率很低

Ha／Hm>1.2(硬磨粒磨損)，磨損速率高，但變化不大

1.0<Ha／Hm<1.2，磨損速率較高，但變化很大

提高材料磨粒磨損性能的首要條件：使耐磨表面的硬度大于磨粒硬度。形狀和粒度粒度：存在一臨界尺寸形狀：尖銳型>多角形>圓形第五十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五(2)材料力學性能與微觀組織：

硬度磨損后的表面硬度

耐磨性與硬度之間沒有單值對應關系。組織在同樣硬度條件下，耐磨性：奧氏體和貝氏體>珠光體和馬氏體夾雜物和內部缺陷大大降低耐磨性(3)工況和環境條件的影響：

速度、載荷、磨損距離、磨粒沖擊角，以及環境濕度、溫度和腐蝕介質等。第五十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五四、其它磨損形式（自學）1、疲勞磨損2、腐蝕磨損3、沖蝕磨損

空泡磨損第五十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五五、提高零件耐磨性的途徑

設計或改善機械零部件的耐磨壽命，是工程技術中必須解決的關鍵技術問題。1.工程結構的合理設計

是提高零件耐磨性的基礎。產品內部結構設計必須合理。對零件的重要性、維修難易程度、產品成本、使用特點、環境特點等預先進行綜合分析。第五十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2．零件磨損機理預測、分析和耐磨材料的選擇材料的耐磨性是系統性質，影響因素眾多。弄清影響產品壽命的基本因素和磨損機理(及變化)；確定材料在使用時是否存在工藝性能、使用環境、力學性能、理化性能等方面的限制；材料是否能經受住運行中的載荷如接觸壓力等而不變形或無過分變形；零件表面溫度范圍、防止材料在摩擦過程中軟化與咬合；材料允許的最大載荷和滑動速度；機件工作循環特性；允許的磨損失效形式和機械表面的損傷程度；

……

注意：用材料的磨損率來決定磨損壽命并不充分。第六十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3．材料表面耐磨與減摩處理通過表面工程技術提高耐磨性：耐磨----使表面具有良好的力學性能(高硬度、高韌度等)；減磨----設法降低材料表面的摩擦系數。對耐磨性，最重要的是硬度：在大多數情況下磨損率都會隨硬度的提高而降低。提高材料表面硬度的工藝方法：表面淬火、涂覆、合金化……降低表面摩擦系數：形成非金屬性質的摩擦面或添加固體潤滑膜。對于鋼材：滲硫、滲氧、滲氮、氧碳氮共滲，熱噴涂層中加固體潤滑物質，物理氣相沉積、化學氣相沉積及離子注入等，使材料表面形成特殊的表面層：可以抑制粘著、焊合等，從而提高其耐磨性。

許多表面強化方法具有耐磨和減磨兩種特性，使耐磨性大幅度提高。第六十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.3金屬腐蝕原理與防護技術定義：腐蝕就是材料與環境介質作用而引起的惡化變質或破壞。腐蝕的危害：資源與能源，經濟損失巨大(我國：3%GDP)

污染與事故一、化學腐蝕與電化學腐蝕原理二、金屬表面的極化、鈍化及活化三、腐蝕的主要形式四、金屬材料腐蝕控制及防護方法第六十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五一、化學腐蝕與電化學腐蝕原理1．基本概念(分類)腐蝕原理：化學腐蝕：不導電介質中發生，腐蝕過程中無電流產生。電化學腐蝕：導電介質中發生，腐蝕過程中有電流產生。環境：濕蝕(包括水溶液腐蝕、大氣腐蝕、土壤腐蝕和化學藥品腐蝕)

干蝕(包括高溫氧化、硫腐蝕、氫腐蝕、液態金屬腐蝕、熔鹽腐蝕等)

微生物腐蝕(包括細菌腐蝕、真菌腐蝕等)腐蝕形態全面腐蝕：腐蝕分布在整個金屬表面上(包括較均勻的和不均勻的)。腐蝕區域小、分布較均勻，危害相對較小。局部腐蝕：腐蝕局限在金屬的某一部位。不易發現，但危害較大。

第六十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2．金屬化學腐蝕的基本原理

與一般化學反應(金屬氧化反應)基本相同。

物理吸咐→化學吸咐→擴散（離子電遷移）第六十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3．金屬電化學腐蝕原理電極電位：雙電層的形成標準電極電位：以標準氫電極為負極平衡電位：

材料的種類、組織結構、表面狀態，介質的成分、濃度、溫度等均會影響電極電位。腐蝕電位：

判斷金屬腐蝕的熱力學可能性－其越負的金屬越容易腐蝕。能斯特方程第六十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五陰極和陽極的選擇第六十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4．腐蝕原電池與腐蝕微電池原電池：Cu-Zn腐蝕電池的總反應：在電解液中的兩種金屬直接接觸也能形成腐蝕原電池

(接觸電池、微腐蝕電池)陽極：電極電位較負，發生氧化反應陰極：電極電位較正，發生還原反應第六十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五5．電化學腐蝕速率腐蝕電流單位時間的腐蝕深度腐蝕電流密度

腐蝕原電池中大陰極、小陽極是極其有害的。第六十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五二、金屬表面的極化、鈍化及活化1．金屬表面的極化現象極化現象(極化作用)：腐蝕電池工作時，陰、陽極之間有電流通過，使陰、陽極之間的電位差(實際電極電位)比初始電位差要小得多的現象。

在計算腐蝕速度時，應采用通電以后的實際電極電位。極化與電流密度的大小有關：電流密度越大，極化也越大。

陰極極化：電極電位隨電流密度增大，向負的方向變化；

陽極極化：電極電位隨電流密度增大，向正的方向變化。第六十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五極化曲線：過電位：對于可逆電極，某一電流密度下的電極電位值與平衡電位值之差，稱為該電極在給定電流密度下的過