緒論1

0.1材料的分類1

0.2金屬腐蝕與社會發(fā)展2

0.3腐蝕電化學(xué)科學(xué)發(fā)展簡史3

【科學(xué)視野】金屬腐蝕與化學(xué)的關(guān)系5

【科學(xué)家簡介】榮獲2016年度諾貝爾化學(xué)獎科學(xué)家7

第一篇腐蝕電化學(xué)原理

第1章金屬腐蝕的基本概念10

1.1金屬腐蝕的定義10

1.2金屬腐蝕的分類10

1.2.1按腐蝕機理分類10

1.2.2按腐蝕溫度分類12

1.2.3按腐蝕環(huán)境分類12

1.2.4按腐蝕的破壞形式分類12

1.3金屬腐蝕速率的表示法12

1.3.1重量法13

1.3.2深度法13

1.3.3電流密度指標14

1.4金屬耐蝕性評定15

【科學(xué)視野】世界腐蝕日倡議：關(guān)注腐蝕，保護人類家園16

【科學(xué)家簡介】杰出的腐蝕科學(xué)家：赫伯特·尤利格17

思考練習(xí)題17

第2章腐蝕過程熱力學(xué)19

2.1腐蝕原電池的概念19

2.1.1腐蝕電池及其工作歷程19

2.1.2腐蝕電池的類型20

2.1.3電化學(xué)腐蝕的次生過程22

2.2平衡電極電位和非平衡電極電位23

2.2.1電極電位產(chǎn)生的原因23

2.2.2平衡電極電位23

2.2.3非平衡電位24

2.3金屬電化學(xué)腐蝕傾向的判斷26

2.4電位-pH圖27

2.4.1H2O的電位-pH圖27

2.4.2Fe的電位-pH圖的原理28

2.4.3Fe-H2O體系電位-pH圖的繪制29

2.4.4Fe-H2O體系電位-pH圖在腐蝕控制中的應(yīng)用31

2.4.5理論電位-pH圖的局限性32

【科學(xué)視野】國際腐蝕大會33

【科學(xué)家簡介】杰出的電化學(xué)家和腐蝕科學(xué)家M.布拜35

思考練習(xí)題37

第3章電化學(xué)腐蝕動力學(xué)39

3.1電化學(xué)反應(yīng)速率39

3.1.1電極過程39

3.1.2電極反應(yīng)速率40

3.1.3交換電流密度40

3.2極化作用42

3.2.1腐蝕電池的極化現(xiàn)象42

3.2.2極化原因及類型42

3.2.3過電位43

3.3單電極電化學(xué)極化方程式44

3.3.1改變電極電位對電化學(xué)步驟活化能的影響44

3.3.2單電極電化學(xué)極化方程式45

3.4濃差極化48

3.4.1液相傳質(zhì)的三種方式48

3.4.2理想情況的穩(wěn)態(tài)擴散過程50

3.4.3濃差極化公式與極化曲線51

3.5電化學(xué)極化和濃差極化同時存在的極化曲線52

3.6瓦格納混合電位理論53

3.6.1共軛體系53

3.6.2腐蝕電位54

3.7活化極化控制的腐蝕體系55

3.7.1影響腐蝕速率的電化學(xué)參數(shù)55

3.7.2影響腐蝕電位的電化學(xué)參數(shù)57

3.8腐蝕金屬電極的極化行為57

3.8.1外加極化電流與腐蝕金屬電極的極化57

3.8.2腐蝕金屬電極極化曲線方程式58

3.9極化曲線61

3.9.1理想極化曲線與實測極化曲線62

3.9.2極化曲線在腐蝕研究中的重要意義63

3.10測定金屬腐蝕速率的電化學(xué)方法63

3.10.1強極化區(qū)的Tafel直線外推法63

3.10.2微極化區(qū)的線性極化法64

3.10.3弱極化區(qū)的三點法65

3.11伊文斯腐蝕極化圖及應(yīng)用67

3.11.1腐蝕極化圖的概念67

3.11.2腐蝕極化圖的應(yīng)用68

【科學(xué)視野】能源、材料領(lǐng)域的電化學(xué)研究進展69

【科學(xué)家簡介】國際著名電化學(xué)家：阿倫.J.巴德70

思考練習(xí)題71

第4章電化學(xué)腐蝕的陰極過程73

4.1陰極去極化反應(yīng)的幾種類型73

4.2析氫腐蝕74

4.2.1析氫腐蝕的必要條件74

4.2.2析氫腐蝕的基本步驟74

4.2.3析氫腐蝕的陰極極化曲線與析氫過電位75

4.2.4析氫腐蝕的控制77

4.2.5減小析氫腐蝕的途徑79

4.3吸氧腐蝕79

4.3.1吸氧腐蝕的必要條件與特征79

4.3.2氧去極化過程的基本步驟80

4.3.3氧還原過程中陰極極化曲線82

4.3.4吸氧腐蝕的控制83

4.3.5影響吸氧腐蝕的因素85

4.3.6析氫腐蝕與吸氧腐蝕的簡單比較87

【科學(xué)視野】酸雨的危害87

【科學(xué)家簡介】腐蝕科學(xué)的奠基人：U.R.伊文斯89

思考練習(xí)題90

第5章金屬的鈍化91

5.1金屬的鈍化現(xiàn)象91

5.1.1金屬鈍化的兩種方式化學(xué)鈍化與電化學(xué)鈍化91

5.1.2金屬鈍化的陽極極化曲線93

5.1.3金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定性佛萊德電位94

5.2金屬的自鈍化96

5.3金屬鈍化理論98

5.3.1成相膜理論98

5.3.2吸附理論99

5.4影響金屬鈍化的因素101

5.4.1合金成分的影響101

5.4.2鈍化介質(zhì)的影響102

5.4.3溫度的影響103

5.5鈍化膜破壞引起的腐蝕103

5.5.1過鈍化103

5.5.2活性離子對鈍化膜的破壞104

【科學(xué)視野】不銹鋼的出現(xiàn)105

【科學(xué)家簡介】著名材料科學(xué)家：李薰105

思考練習(xí)題107

第6章金屬的局部腐蝕108

6.1局部腐蝕概述108

6.2小孔腐蝕110

6.2.1孔蝕的概念110

6.2.2孔蝕發(fā)生的機理111

6.2.3孔蝕的影響因素113

6.2.4孔蝕的防護措施114

6.3縫隙腐蝕115

6.3.1縫隙腐蝕的概念115

6.3.2縫隙腐蝕機理116

6.3.3縫隙腐蝕與孔蝕的比較117

6.3.4縫隙腐蝕的影響因素117

6.3.5縫隙腐蝕的防護措施118

6.4電偶腐蝕119

6.4.1電偶腐蝕的概念119

6.4.2電偶腐蝕的原理119

6.4.3差數(shù)效應(yīng)121

6.4.4電偶腐蝕的影響因素121

6.4.5控制電偶腐蝕的措施125

6.5晶間腐蝕125

6.5.1晶間腐蝕的形態(tài)及產(chǎn)生條件125

6.5.2晶間腐蝕機理126

6.5.3晶間腐蝕的防護措施128

【科學(xué)視野】拯救自由女神像128

【科學(xué)家簡介】腐蝕專家M.G.方坦納130

思考練習(xí)題131

第7章金屬在自然環(huán)境中的腐蝕133

7.1大氣腐蝕133

7.1.1大氣腐蝕的分類及特點134

7.1.2大氣腐蝕機理135

7.1.3大氣腐蝕的主要影響因素138

7.1.4防止大氣腐蝕的措施142

7.2海水腐蝕143

7.2.1海水腐蝕區(qū)域的劃分144

7.2.2海水的性質(zhì)及對金屬腐蝕的影響145

7.2.3海水腐蝕的電化學(xué)特征147

7.2.4海水腐蝕的防護措施148

7.3土壤腐蝕150

7.3.1土壤的組成和性質(zhì)150

7.3.2土壤腐蝕的電化學(xué)特征152

7.3.3土壤腐蝕常見的幾種形式153

7.3.4土壤腐蝕的防護技術(shù)156

7.4鋼筋混凝土腐蝕157

7.4.1鋼筋混凝土腐蝕機理157

7.4.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕防護159

【科學(xué)視野】中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕調(diào)查160

【科學(xué)家簡介】當代金屬腐蝕與防護專家：柯偉院士163

思考練習(xí)題163

第二篇腐蝕電化學(xué)測試方法

第8章腐蝕電化學(xué)測量基礎(chǔ)166

8.1腐蝕電化學(xué)測量概述166

8.1.1腐蝕電化學(xué)測量的特點166

8.1.2腐蝕電化學(xué)研究方法的類型167

8.1.3腐蝕電化學(xué)研究方法發(fā)展167

8.2電極電位的測量168

8.2.1電位測量技術(shù)168

8.2.2腐蝕電化學(xué)測量系統(tǒng)的組成169

8.3電極系統(tǒng)170

8.3.1研究電極及其制備170

8.3.2輔助電極及其作用172

8.3.3參比電極172

8.3.4Ag/AgCl微參比電極174

8.4電解池及其應(yīng)用175

8.4.1電解池材料175

8.4.2電解池的設(shè)計與應(yīng)用176

8.4.3幾種常用的電解池178

8.5電化學(xué)測量儀器179

8.5.1恒電位儀工作原理179

8.5.2恒電位儀的電路組成180

8.5.3恒電位儀使用方法182

8.5.4電化學(xué)工作站簡介183

8.6電化學(xué)實驗前的準備184

8.6.1二次蒸餾水的制備184

8.6.2氫氣和氮氣的凈化185

8.6.3鍍鉑黑的方法186

【科學(xué)視野】石英晶體微天平及其在大氣腐蝕研究中的應(yīng)用186

【科學(xué)家簡介】中國最年輕的中科院院士：盧柯院士189

思考練習(xí)題190

第9章穩(wěn)態(tài)極化曲線測量192

9.1穩(wěn)態(tài)192

9.1.1穩(wěn)態(tài)的概念192

9.1.2穩(wěn)態(tài)測量方法的特點193

9.2穩(wěn)態(tài)極化曲線測量193

9.2.1自變量控制方式193

9.2.2控制電流法和控制電位法的選擇194

9.2.3自變量的給定方式194

9.3慢掃描法測定穩(wěn)態(tài)極化曲線196

9.3.1動電位掃描法196

9.3.2線性電流掃描法197

9.4穩(wěn)態(tài)極化測量在腐蝕電化學(xué)研究中的應(yīng)用197

9.4.1金屬腐蝕機理的研究197

9.4.2金屬腐蝕速度的極化測量198

9.4.3金屬局部腐蝕的研究動電位法測定孔蝕特征電位202

9.4.4金屬鈍態(tài)及其影響因素的研究203

【科學(xué)視野】電化學(xué)極化過程實驗數(shù)據(jù)處理分析的研究204

【科學(xué)家簡介】燃料電池專家：衣寶廉院士208

思考練習(xí)題210

第10章電化學(xué)阻抗譜方法211

10.1引言211

10.1.1阻抗的概念211

10.1.2交流阻抗的復(fù)數(shù)表示212

10.1.3電化學(xué)阻抗譜的種類214

10.1.4電化學(xué)系統(tǒng)的等效電路214

10.1.5電化學(xué)交流阻抗法的特點216

10.2電化學(xué)控制引起的阻抗217

10.2.1電化學(xué)極化下交流阻抗法測定Rl、Rct和Cd217

10.2.2電荷傳遞控制的腐蝕體系220

10.3擴散控制引起的阻抗220

10.3.1交流電極化引起的表面濃度的波動220

10.3.2濃差極化時可逆電極反應(yīng)的法拉第阻抗221

10.3.3濃差極化時腐蝕電極反應(yīng)的法拉第阻抗222

10.4電化學(xué)阻抗的測量223

10.4.1電化學(xué)阻抗測試的特點223

10.4.2電化學(xué)阻抗的測試224

10.4.3頻率域的測量技術(shù)224

10.4.4時間域的測量技術(shù)225

10.5電化學(xué)阻抗譜的數(shù)據(jù)處理與解析226

【科學(xué)視野】電化學(xué)原位實驗技術(shù)228

【科學(xué)家簡介】腐蝕電化學(xué)專家：曹楚南院士230

思考練習(xí)題232

第三篇金屬的電化學(xué)防護技術(shù)

第11章緩蝕劑236

11.1概述236

11.1.1緩蝕劑的定義236

11.1.2緩蝕劑分子的結(jié)構(gòu)特征236

11.1.3緩蝕劑的技術(shù)特性237

11.2緩蝕劑的分類238

11.2.1按化學(xué)成分分類238

11.2.2按作用機理分類238

11.2.3按緩蝕劑所形成的保護膜特征分類238

11.2.4按物理狀態(tài)分類239

11.2.5按用途分類240

11.3緩蝕劑的作用機理240

11.3.1緩蝕劑的電化學(xué)機理240

11.3.2緩蝕劑的物理化學(xué)機理242

11.3.3緩蝕劑的協(xié)同作用245

11.4緩蝕作用的影響因素246

11.4.1介質(zhì)流速的影響246

11.4.2溫度的影響246

11.4.3緩蝕劑濃度的影響247

11.5緩蝕劑的測試評定及研究方法247

11.5.1實驗室中緩蝕劑性能測試247

11.5.2現(xiàn)場條件下緩蝕劑性能測試250

11.6緩蝕劑的應(yīng)用252

11.6.1在石油與化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用252

11.6.2在化學(xué)清洗中的應(yīng)用253

11.6.3在冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用255

11.6.4在大氣腐蝕中的應(yīng)用255

【科學(xué)視野】自組裝膜技術(shù)在金屬防腐蝕中的應(yīng)用256

【科學(xué)家簡介】海洋腐蝕權(quán)威：弗朗西斯.L.拉克258

思考練習(xí)題260

第12章電化學(xué)保護法261

12.1陰極保護法261

12.1.1陰極保護的基本原理261

12.1.2陰極保護的基本控制參數(shù)263

12.1.3外加電流陰極保護法265

12.1.4犧牲陽極保護法271

12.1.5陰極保護的應(yīng)用范圍273

12.2陽極保護法273

12.2.1陽極保護的基本原理274

12.2.2陽極保護的主要參數(shù)275

12.2.3陽極保護參數(shù)的測定280

12.2.4陽極保護應(yīng)用及實例280

【科學(xué)視野】陰極保護也有一段奇特的歷史281

【科學(xué)家簡介】金屬腐蝕和陰極保護專家：哈維漢克283

思考練習(xí)題284

第13章電鍍285

13.1電鍍概述285

13.1.1電鍍的定義285

13.1.2電鍍的目的285

13.1.3鍍層的分類285

13.1.4合格鍍層的條件286

13.1.5電鍍液的組成及功能286

13.2電鍍的基本原理287

13.2.1電鍍的陰極過程電沉積過程287

13.2.2電鍍的陽極過程289

13.2.3電流效率290

13.3影響電鍍質(zhì)量的因素291

13.3.1電鍍?nèi)芤旱挠绊?91

13.3.2工藝因素的影響292

13.4電鍍液的性能293

13.4.1鍍液的均鍍能力和深鍍能力293

13.4.2電鍍時陰極上電流的分布294

13.4.3最佳電流密度及均鍍能力的測定方法296

13.4.4提高鍍液均鍍能力的機械措施297

13.5常用鍍層舉例298

13.5.1電鍍鋅298

13.5.2電鍍銅300

13.6電鍍工藝過程中的鍍前預(yù)處理和鍍后處理303

【科學(xué)視野】鮮花電鍍技術(shù)304

【科學(xué)家簡介】電化學(xué)專家：屠振密教授306

思考練習(xí)題307

附錄308

附錄1一些物理化學(xué)常數(shù)(IUPAC 1988推薦值)308

附錄2幾種氣體在水中的溶解度［在標準狀況下1cm3水中溶解氣體的體積(cm3)］308

附錄3甘汞電極相對標準氫電極的電極電位308

附錄4線性極化技術(shù)中B的文獻值（摘錄）309

附錄5水的飽和蒸氣壓309

附錄6酸性溶液中的標準電極電位E�� (298K)310

附錄7堿性溶液中的標準電極電位E��(298K)312

附錄8清除各種金屬腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)方法313

參考文獻314

主題索引315