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第1章 腐蚀与防护策略概述 1

1.1水介质中的腐蚀 1

1.1.1腐蚀作为一种系统特性 1

1.1.2腐蚀的电化学起因 1

1.1.3受激局部腐蚀 2

1.2热氧化 2

1.2.1防护型氧化物 3

1.2.2非防护型氧化物 3

1.3环境敏感型开裂 3

1.4腐蚀控制策略 4

1.4.1钝化 4

1.4.2环境条件 4

1.4.3阴极保护 4

1.4.4防护涂层 4

1.4.5腐蚀的成本 5

1.4.6腐蚀失效的标准 5

1.4.7材料选择 6

1.4.8几何因素 6

1.5一些符号的定义与反应方程式 7

1.5.1离子与离子反应方程式 7

1.5.2部分反应式 7

1.5.3腐蚀过程的表示 8

拓展阅读 9

第2章 参与腐蚀过程的结构 10

2.1结构的起源与特性 10

2.1.1相 10

2.1.2电子在成键中的作用 13

2.1.3活度的概念 17

2.2水和水溶液的结构 17

2.2.1水的性质 17

2.2.2水分子 18

2.2.3液态水 18

2.2.4自解离与水溶液的pH值 19

2.2.5 pH标度 20

2.2.6溶液中的外来离子 21

2.2.7离子迁移率 21

2.2.8水的结构与金属表面的离子溶液 22

2.2.9硬水和软水的成分 23

2.3金属氧化物的结构 26

2.3.1电负性 27

2.3.2金属氧化物的部分离子特性 27

2.3.3氧化物的晶体结构 28

2.3.4导带和价带的电子能带 30

2.3.5金属氧化物中晶格缺陷的起源 31

2.3.6依缺陷类型区分金属氧化物 33

2.4金属的结构 35

2.4.1金属键 36

2.4.2晶体结构和晶格缺陷 36

2.4.3相平衡 37

2.4.4制造过程引入的结构假象 39

拓展阅读 40

第3章 腐蚀过程的热力学和动力学 42

3.1水溶液腐蚀的热力学 42

3.1.1水溶液中的氧化还原过程 42

3.1.2电极反应平衡与能斯特方程 44

3.1.3溶液中离子活度的标准态 45

3.1.4电极电势 45

3.1.5 Pourbaix图（电势-pH曲线图） 48

3.2水溶液腐蚀的动力学 56

3.2.1电极上的动力学平衡 57

3.2.2极化 58

3.2.3极化特征与腐蚀速率 63

3.2.4钝化 66

3.2.5钝化的失效 67

3.2.6缓蚀剂 69

3.3干式氧化的热力学与动力学 71

3.3.1促进保护型氧化物形成的因素 71

3.3.2薄膜层和Cabrera-Mott理论 71

3.3.3厚膜、热激活和Wagner理论 72

3.3.4合金中组分的选择性氧化 77

拓展阅读 81

附录 一些Pourbaix图的构建 82

第4章 混合金属系统 89

4.1电偶腐蚀效应 89

4.1.1双金属电偶 89

4.1.2双金属效应的起源 89

4.1.3设计的影响 90

4.2阴极保护 94

4.2.1原理 94

4.2.2使用涂层的阴极保护 94

第5章 应力干预 96

5.1应力腐蚀开裂（SCC） 96

5.1.1特征 96

5.1.2铝合金的应力腐蚀开裂 97

5.1.3不锈钢的应力腐蚀开裂 99

5.1.4纯碳钢的应力腐蚀开裂 100

5.2腐蚀疲劳 101

5.2.1特征 101

5.2.2机理 101

5.3流动或湍流的液体中腐蚀的增强 102

5.3.1冲蚀 102

5.3.2气蚀 102

5.4针对应力引起失效的预防措施 103

5.4.1材料 103

5.4.2环境 103

5.4.3应力 103

5.4.4形状 103

5.4.5监测 104

拓展阅读 104

第6章 防护涂层 105

6.1表面处理 105

6.1.1制造金属形式的表面条件 105

6.1.2金属表面的清洁和制备 106

6.2电镀 110

6.2.1原理和应用 110

6.2.2电镀镍 111

6.2.3电镀铜 115

6.2.4电镀铬 115

6.2.5电镀锡 117

6.2.6电镀锌 119

6.3热浸镀层 119

6.3.1锌镀层（镀锌） 120

6.3.2锡镀层 120

6.3.3铝镀层 120

6.4转化涂层 121

6.4.1磷化 121

6.4.2阳极氧化 122

6.4.3铬化 125

6.5金属用涂料涂层 127

6.5.1涂料的组分 127

6.5.2应用 129

6.5.3涂料配方 130

6.5.4涂料系统对于金属的防护 130

拓展阅读 131

第7章 铁和钢的腐蚀 132

7.1铁和钢的显微结构 132

7.1.1铁中的固溶体 132

7.1.2铁-碳体系 133

7.1.3普通碳钢 134

7.1.4铸铁 135

7.2生锈 136

7.2.1铁-氧-水体系中的物种 136

7.2.2充气水中的生锈现象 138

7.2.3空气中的生锈 139

7.2.4铸铁的生锈 140

7.3铁和钢的氧化 141

7.3.1氧化物晶体结构和缺陷结构 142

7.3.2铁-氧体系中的相平衡 142

7.3.3瓦格纳（Wagner）氧化机理的应用 143

7.3.4钢的氧化 144

7.3.5铸铁的氧化和生长 146

拓展阅读 147

第8章 不锈钢 148

8.1相平衡 148

8.1.1铁-铬体系 149

8.1.2铁-铬体系中其他元素的影响 149

8.1.3舍夫勒（Schaeffler）图 151

8.2商业不锈钢 153

8.2.1分类 153

8.2.2结构 154

8.3耐水溶液腐蚀的性能 155

8.3.1根据极化特性进行评价 155

8.3.2铁铬合金中钝化的化学观点 158

8.3.3不锈钢的腐蚀特性 161

8.4抗干氧化 165

8.5应用 166

8.5.1铁素体钢 166

拓展阅读 81

附录 一些Pourbaix图的构建 82

第4章 混合金属系统 89

4.1电偶腐蚀效应 89

4.1.1双金属电偶 89

4.1.2双金属效应的起源 89

4.1.3设计的影响 90

4.2阴极保护 94

4.2.1原理 94

4.2.2使用涂层的阴极保护 94

第5章 应力干预 96

5.1应力腐蚀开裂（SCC） 96

5.1.1特征 96

5.1.2铝合金的应力腐蚀开裂 97

5.1.3不锈钢的应力腐蚀开裂 99

5.1.4纯碳钢的应力腐蚀开裂 100

5.2腐蚀疲劳 101

5.2.1特征 101

5.2.2机理 101

5.3流动或湍流的液体中腐蚀的增强 102

5.3.1冲蚀 102

5.3.2气蚀 102

5.4针对应力引起失效的预防措施 103

5.4.1材料 103

5.4.2环境 103

5.4.3应力 103

5.4.4形状 103

5.4.5监测 104

拓展阅读 104

第6章 防护涂层 105

6.1表面处理 105

6.1.1制造金属形式的表面条件 105

6.1.2金属表面的清洁和制备 106

6.2电镀 110

6.2.1原理和应用 110

6.2.2电镀镍 111

6.2.3电镀铜 115

6.2.4电镀铬 115

6.2.5电镀锡 117

6.2.6电镀锌 119

6.3热浸镀层 119

6.3.1锌镀层（镀锌） 120

6.3.2锡镀层 120

6.3.3铝镀层 120

6.4转化涂层 121

6.4.1磷化 121

6.4.2阳极氧化 122

6.4.3铬化 125

6.5金属用涂料涂层 127

6.5.1涂料的组分 127

6.5.2应用 129

6.5.3涂料配方 130

6.5.4涂料系统对于金属的防护 130

拓展阅读 131

第7章 铁和钢的腐蚀 132

7.1铁和钢的显微结构 132

7.1.1铁中的固溶体 132

7.1.2铁-碳体系 133

7.1.3普通碳钢 134

7.1.4铸铁 135

7.2生锈 136

7.2.1铁-氧-水体系中的物种 136

7.2.2充气水中的生锈现象 138

7.2.3空气中的生锈 139

7.2.4铸铁的生锈 140

7.3铁和钢的氧化 141

7.3.1氧化物晶体结构和缺陷结构 142

7.3.2铁-氧体系中的相平衡 142

7.3.3瓦格纳（Wagner）氧化机理的应用 143

7.3.4钢的氧化 144

7.3.5铸铁的氧化和生长 146

拓展阅读 147

第8章 不锈钢 148

8.1相平衡 148

8.1.1铁-铬体系 149

8.1.2铁-铬体系中其他元素的影响 149

8.1.3舍夫勒（Schaeffler）图 151

8.2商业不锈钢 153

8.2.1分类 153

8.2.2结构 154

8.3耐水溶液腐蚀的性能 155

8.3.1根据极化特性进行评价 155

8.3.2铁铬合金中钝化的化学观点 158

8.3.3不锈钢的腐蚀特性 161

8.4抗干氧化 165

8.5应用 166

8.5.1铁素体钢 166

8.5.2奥氏体钢 167

8.5.3硬化钢 168

8.5.4双相钢 168

8.5.5抗氧化钢 168

8.6铸造不锈钢的应用 169

拓展阅读 170

第9章 铝和铝合金的耐蚀性 171

9.1一些标准合金的物理冶金 171

9.1.1未经热处理的合金 172

9.1.2热处理（时效）合金 174

9.1.3铸造合金 175

9.2耐蚀性 175

9.2.1铝-氧-水体系 176

9.2.2水介质中纯铝的耐蚀性 177

9.2.3水介质中铝合金的耐蚀性 179

9.2.4铝和铝合金在空气中的耐蚀性 182

9.2.5几何效应 182

9.2.6在制造过程中铝-镁合金的氧化 183

拓展阅读 185

第10章 铜及铜合金的耐蚀性 186

10.1纯铜的化学性质和腐蚀行为 186

10.1.1铜-氧-水体系 187

10.1.2在自然环境中的耐蚀性 187

10.1.3供水和循环系统 188

10.1.4应力相关的腐蚀失效 189

10.1.5伴生金属的电化学腐蚀 189

10.2铜合金组分及腐蚀行为 189

10.2.1基于铜-锌体系的合金：黄铜 190

10.2.2基于铜-铝体系的合金 192

10.2.3基于铜-镍体系的合金 195

10.2.4基于铜-锡体系的合金 196

拓展阅读 198

第11章 镍及其合金的耐蚀性 199

11.1纯镍的化学性质和腐蚀行为 199

11.1.1镍-氧-水体系 199

11.1.2在自然环境中的耐蚀性 200

11.1.3在中性和碱性介质中的耐蚀性 200

11.1.4在酸性介质中的耐蚀性 200

11.1.5非水介质 201

11.2镍合金组成及腐蚀行为 201

11.2.1镍合金的一般耐蚀性 201

11.2.2燃气轮机部件的高温合金 207

第12章 钛及其合金的耐蚀性 209

12.1纯钛的化学特性和腐蚀行为 209

12.1.1钛-水体系 209

12.1.2耐蚀性 210

12.2钛合金的成分及腐蚀行为 213

12.2.1合金配方 213

12.2.2添加贵金属提高耐非氧化性酸的能力 214

12.3应用 214

12.3.1在航空航天上的应用 214

12.3.2在海洋上的应用 214

12.3.3典型的工业应用 214

12.3.4在医学上的应用 216

第13章 阴极保护 217

13.1原理 217

13.2地下管道和分配系统 218

13.2.1外加电流保护 218

13.2.2牺牲阳极保护 220

13.3在开放水域的阴极保护 221

13.3.1船舶的船体保护 221

13.3.2沿海和海上设施的保护 223

13.4副反应和过度保护 223

13.5测量仪器 224

13.5.1电位的测量 224

13.5.2土壤电阻率的测量 225

拓展阅读 225

第14章 航空中的腐蚀和腐蚀控制 226

14.1机身 226

14.1.1制造材料 226

14.1.2机身的腐蚀与防护 227

14.1.3环境敏感断裂 228

14.1.4腐蚀控制的系统评价 229

14.2燃气涡轮发动机 229

14.2.1发动机运转 230

14.2.2镍合金的性能及应用 230

14.2.3发动机环境 232

14.2.4合金的选择 233

14.2.5监测和技术的发展 235

拓展阅读 235

第15章 汽车制造中的腐蚀控制 236

15.1概述 236

15.2汽车车身的防腐蚀保护 236

15.2.1设计上的考虑 236

15.2.2涂装车间操作概述 237

15.2.3清洗和预处理车壳 238

15.2.4磷化 238

15.2.5涂装 239

15.2.6整体测试 240

15.3发动机的腐蚀防护 241

15.3.1排气系统 241

15.3.2冷却系统 241

15.3.3运动部件 241

15.4光亮的装饰件 242

15.4.1电镀镍-铬体系 242

15.4.2阳极电镀铝 243

拓展阅读 243

第16章 食品加工与配送过程中的腐蚀控制 244

16.1总则 244

16.1.1公共卫生 244

16.1.2食品生产环境 245

16.2马口铁在食品和饮料罐中的应用 247

16.2.1历史 247

16.2.2现代马口铁罐头 247

16.2.3制造马口铁的钢材 249

16.2.4马口铁的制造 249

16.2.5用作包装材料的无锡钢 251

16.3乳品业 252

16.3.1牛奶及其衍生物 252

16.3.2乳品工业使用的材料 254

16.4酿造 256

16.4.1酿造工艺 256

16.4.2用于酿造厂的材料 257

16.4.3啤酒桶 258

拓展阅读 260

第17章 建筑的腐蚀控制 261

17.1简介 261

17.2结构 261

17.2.1钢筋混凝土框架用钢筋 262

17.2.2钢结构 264

17.2.3传统结构 265

17.3覆层 265

17.3.1钢筋混凝土板 265

17.3.2铝合金板 265

17.4金属屋顶、外墙和防水板 266

17.4.1自支承屋顶和外墙 266

17.4.2全支承屋顶和防水板 266

17.5管道和集中供暖装置 267

17.5.1管道 267

17.5.2水箱 268

17.5.3接头 268

17.5.4集中供暖水路 268

17.6木材上的金属腐蚀 268

17.6.1接触腐蚀 268

17.6.2木材中的蒸汽造成的腐蚀 269

17.7不锈钢在休闲游泳池中的应用 269

17.7.1腐蚀损伤 270

17.7.2控制 270

拓展阅读 271

第18章 海洋环境中的腐蚀控制 272

18.1海洋环境的性质 272

18.1.1海洋 272

18.1.2海洋大气 273

18.2船舶 274

18.2.1钢船壳涂料 274

18.2.2铝合金上层结构 276

18.2.3螺旋桨 277

18.2.4船用燃气轮机 277

18.2.5多种零件 278

18.2.6热交换器 278

18.3近海平台 278

18.3.1结构 278

18.3.2使用海水的系统 279

18.3.3酸性服役环境 280

18.3.4浸没油气管道 280

18.3.5埋入式紧固件及配件 280

拓展阅读 280

第19章 热电厂的腐蚀控制 281

19.1燃油锅炉 281

19.1.1水侧的腐蚀控制 282

19.1.2炉侧的腐蚀控制 284

19.2循环压水堆蒸汽发生器（PWR） 287

19.2.1设计与操作 287

19.2.2腐蚀和腐蚀控制 289

拓展阅读 291

第20章 腐蚀测试的原则 292

20.1加速试验 292

20.2暴露试验 293

20.3先导试验 293

20.4应力增强腐蚀测试 293

20.4.1应力腐蚀开裂试验 293

20.4.2腐蚀疲劳试验 294

20.4.3侵蚀、气蚀和冲蚀试验 294

20.5抗热氧化试验 294

20.5.1热重测量 294

20.5.2暴露和先导测试 294

拓展阅读 295