海洋船舶常年處于腐蝕性強(qiáng)的海洋環(huán)境中,腐蝕及防護(hù)問(wèn)題是船舶設(shè)計(jì)、建造、服役中必須面臨的一大問(wèn)題。《船舶腐蝕與防護(hù)》圍繞船舶腐蝕與防護(hù)的特點(diǎn)進(jìn)行編寫,全書分3篇:第1篇金屬腐蝕的原理,系統(tǒng)闡述了金屬電化學(xué)腐蝕原理、析氫腐蝕與吸氧腐蝕、金屬的鈍化、局部腐蝕、金屬的高溫腐蝕及其防護(hù);第2篇船舶相關(guān)環(huán)境的腐蝕,闡述了金屬在海洋環(huán)境中的腐蝕、船舶動(dòng)力裝置的腐蝕;第3篇船舶腐蝕的控制與防護(hù)技術(shù),介紹了金屬腐蝕控制與防護(hù)方法分類、防腐蝕設(shè)計(jì)、緩蝕劑、陰極保護(hù)技術(shù)、金屬覆蓋層保護(hù)技術(shù)、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、船舶涂料與涂裝技術(shù)。
《船舶腐蝕與防護(hù)》可作為高等學(xué)校船舶與海洋工程、材料科學(xué)與工程、應(yīng)用化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的教材,對(duì)船舶設(shè)計(jì)人員在防腐蝕設(shè)計(jì)中具有指導(dǎo)作用,同時(shí)可供造船廠、修船廠相關(guān)技術(shù)人員、管理人員學(xué)習(xí)參考。
在海洋環(huán)境中服役的船舶,尤其是艦船,常年處于復(fù)雜海洋介質(zhì)、嚴(yán)苛氣候環(huán)境中,腐蝕問(wèn)題突出,對(duì)艦船的影響尤為嚴(yán)重。腐蝕問(wèn)題是船舶設(shè)計(jì)、建造、服役中必會(huì)面臨而必須解決的重要問(wèn)題,腐蝕與防護(hù)的基本原理應(yīng)是從事船舶設(shè)計(jì)、建造、管理、使用維護(hù)、維修等的科研、管理和技術(shù)人員應(yīng)該了解并初步掌握的基本知識(shí),尤其是艦船的技術(shù)人員和管理人員更應(yīng)具有腐蝕與防護(hù)的知識(shí)。為此,我校開設(shè)了船舶腐蝕與防護(hù)課程,該課程是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)課,也是我校其他專業(yè)本科生的一門重要選修課。為適應(yīng)材料科學(xué)與工程、船舶與海洋工程、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)本科生的教學(xué)需要,編寫了本教材。
本書是結(jié)合作者從事船舶腐蝕與防護(hù)多年的教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn),參考大量文獻(xiàn)資料編寫而成的,力求做到與船舶結(jié)合緊密,緊跟船舶防腐蝕技術(shù)的發(fā)展,理論系統(tǒng)、實(shí)用性強(qiáng),同時(shí)可兼顧其他相關(guān)行業(yè)的使用。本書由三大部分組成,第1~5章為第1篇,系統(tǒng)地介紹了金屬腐蝕的原理,其中第1~4章介紹常溫的電化學(xué)腐蝕,內(nèi)容從腐蝕電池入手,系統(tǒng)介紹了電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、析氫腐蝕與吸氧腐蝕、金屬的鈍化和局部腐蝕,第5章介紹金屬的高溫腐蝕及其防護(hù)。第2篇介紹船舶相關(guān)環(huán)境的腐蝕,內(nèi)容包括金屬在海洋環(huán)境中的腐蝕和船舶動(dòng)力裝置的腐蝕。第3篇介紹船舶腐蝕的控制與防護(hù)技術(shù),內(nèi)容包括金屬腐蝕的控制方法及其相關(guān)技術(shù),其中第9~11章介紹目前防腐蝕常用的表面技術(shù),考慮到表面技術(shù)的發(fā)展及今后可能的應(yīng)用,該部分并不局限于目前船舶已應(yīng)用的技術(shù)。每章后編有思考題與習(xí)題,供學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí),鍛煉分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
在本書的編寫過(guò)程中得到了很多同仁和前輩的指導(dǎo)和建議,宋玉蘇、劉信提供了寶貴資料,劉信、卜世超等對(duì)書稿進(jìn)行了認(rèn)真的校對(duì),中國(guó)人民解放軍海軍研究院的方志剛研究員審閱了全書,并提出了寶貴意見(jiàn),此外,還得到了孔小東、李國(guó)明、胡會(huì)娥、蘇小紅等的大力幫助,在此一并對(duì)他們表示衷心感謝。
由于編者水平所限,書中疏漏與不足在所難免,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)胡裕龍
2021年5月
胡裕龍,海軍工程大學(xué),副教授,從事船舶腐蝕與防護(hù)教學(xué)科研近20年,發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文30余篇,獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
緒論001
0.1腐蝕的定義和分類001
0.1.1腐蝕的定義001
0.1.2腐蝕的分類001
0.2船舶腐蝕的特點(diǎn)002
0.2.1船舶制造工藝復(fù)雜,易產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題002
0.2.2船舶腐蝕介質(zhì)環(huán)境特殊003
0.2.3船舶涂裝工藝復(fù)雜,易產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題004
0.3船舶腐蝕與防護(hù)的重要性004
思考題與習(xí)題005
第1篇金屬腐蝕的原理/006
第1章金屬電化學(xué)腐蝕原理006
1.1腐蝕電池006
1.1.1電極系統(tǒng)007
1.1.2腐蝕電池的工作原理008
1.1.3腐蝕電池的類型009
1.1.4電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的區(qū)別011
1.2電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)012
1.2.1電極電位012
1.2.2電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)判據(jù)016
1.2.3電位-pH圖018
1.3電化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)022
1.3.1腐蝕電池的電極過(guò)程023
1.3.2極化現(xiàn)象及原因024
1.3.3單電極的極化方程026
1.3.4電極反應(yīng)的耦合與腐蝕電位、腐蝕電流030
1.3.5金屬腐蝕體系的極化033
1.3.6極化曲線035
1.3.7腐蝕速度的測(cè)定方法036
思考題與習(xí)題037
第2章析氫腐蝕與吸氧腐蝕040
2.1析氫腐蝕040
2.1.1氫去極化的基本步驟040
2.1.2氫去極化的陰極極化曲線和氫過(guò)電位040
2.1.3析氫腐蝕的影響因素041
2.2吸氧腐蝕042
2.2.1氧向金屬表面的輸送042
2.2.2氧離子化過(guò)程043
2.2.3氧去極化的陰極極化曲線043
2.2.4吸氧腐蝕體系043
2.2.5吸氧腐蝕的影響因素044
思考題與習(xí)題045
第3章金屬的鈍化048
3.1概述048
3.1.1鈍化現(xiàn)象048
3.1.2鈍化的有關(guān)概念048
3.1.3研究鈍化的意義048
3.2鈍化的特性極化曲線049
3.3影響鈍態(tài)建立的因素049
3.3.1金屬自鈍化049
3.3.2陽(yáng)極鈍化外加陽(yáng)極電流050
3.3.3溫度050
3.3.4溶液中的溶解氧050
3.3.5其他因素050
3.4鈍化理論051
3.4.1成相膜理論051
3.4.2吸附理論051
3.4.3兩種理論比較051
3.5鈍態(tài)的穩(wěn)定性052
3.5.1再活化傾向和弗萊德(Flade)電位052
3.5.2過(guò)鈍化052
3.5.3氯離子對(duì)鈍化膜的破壞053
3.5.4實(shí)驗(yàn)電位-pH圖054
思考題與習(xí)題054
第4章局部腐蝕055
4.1概述055
4.2電偶腐蝕056
4.2.1電偶腐蝕傾向與電偶序057
4.2.2影響電偶腐蝕的因素059
4.2.3電偶腐蝕評(píng)價(jià)方法及控制060
4.3點(diǎn)蝕061
4.3.1點(diǎn)蝕的特征061
4.3.2點(diǎn)蝕的機(jī)理062
4.3.3影響點(diǎn)蝕的因素063
4.3.4點(diǎn)蝕敏感性的評(píng)價(jià)方法064
4.4縫隙腐蝕065
4.4.1縫隙腐蝕的條件065
4.4.2縫隙腐蝕的機(jī)理065
4.4.3影響縫隙腐蝕的因素066
4.4.4縫隙腐蝕的控制067
4.4.5縫隙腐蝕敏感性的評(píng)價(jià)方法067
4.4.6特殊形式的縫隙腐蝕絲狀腐蝕069
4.5應(yīng)力作用下的腐蝕070
4.5.1應(yīng)力腐蝕開裂070
4.5.2腐蝕疲勞076
4.5.3磨損腐蝕077
4.6其他類型的局部腐蝕084
4.6.1晶間腐蝕084
4.6.2選擇性腐蝕087
4.6.3雜散電流腐蝕089
4.6.4微生物腐蝕089
思考題與習(xí)題094
第5章金屬的高溫腐蝕及其防護(hù)097
5.1概述097
5.2高溫腐蝕熱力學(xué)098
5.2.1金屬在單一氣體中腐蝕的熱力學(xué)099
5.2.2氧化物固相的穩(wěn)定性及保護(hù)作用101
5.3金屬氧化物的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)103
5.3.1氧化物的結(jié)構(gòu)與缺陷103
5.3.2氧化物中的擴(kuò)散和電導(dǎo)率108
5.4金屬氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)109
5.4.1金屬氧化的恒溫動(dòng)力學(xué)曲線110
5.4.2厚氧化膜的生長(zhǎng)Wagner金屬氧化理論111
5.4.3氧化膜中的應(yīng)力與應(yīng)力松弛113
5.4.4循環(huán)氧化114
5.5合金的氧化115
5.5.1反應(yīng)類型分類116
5.5.2合金的選擇氧化118
5.5.3合金的內(nèi)氧化及外氧化120
5.5.4摻雜對(duì)合金氧化的作用121
5.5.5活性元素效應(yīng)122
5.6高溫腐蝕的防護(hù)123
5.6.1提高合金的抗氧化性123
5.6.2常見(jiàn)金屬和耐熱合金的抗氧化性124
5.6.3高溫涂層保護(hù)127
思考題與習(xí)題128
第2篇船舶相關(guān)環(huán)境的腐蝕/129
第6章金屬在海洋環(huán)境中的腐蝕129
6.1海水腐蝕129
6.1.1海水的特性129
6.1.2海洋環(huán)境分類及腐蝕特點(diǎn)130
6.1.3海水電化學(xué)腐蝕過(guò)程的特征132
6.1.4影響海水腐蝕的因素132
6.1.5海水腐蝕的防護(hù)135
6.2金屬在大氣中的腐蝕135
6.2.1大氣腐蝕的分類135
6.2.2大氣腐蝕的機(jī)理137
6.2.3影響大氣腐蝕的因素138
6.2.4大氣腐蝕的防護(hù)措施140
6.3船用金屬材料在海洋環(huán)境中的腐蝕行為140
6.3.1碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼141
6.3.2不銹鋼142
6.3.3銅及銅合金145
6.3.4鋁及鋁合金149
6.3.5鈦及鈦合金151
思考題與習(xí)題152
第7章船舶動(dòng)力裝置的腐蝕153
7.1概述153
7.1.1船舶動(dòng)力裝置的組成153
7.1.2船舶動(dòng)力裝置的腐蝕概況154
7.2高溫高壓水腐蝕155
7.2.1高溫水的腐蝕產(chǎn)物155
7.2.2影響高溫水腐蝕的因素156
7.2.3高溫高壓水中的堿腐蝕158
7.2.4高溫高壓水中的應(yīng)力腐蝕斷裂160
7.3鍋爐的腐蝕162
7.3.1鍋爐概述162
7.3.2水側(cè)的腐蝕164
7.3.3煙氣側(cè)的腐蝕168
7.4核動(dòng)力裝置的腐蝕172
7.4.1包殼材料鋯合金的腐蝕173
7.4.2蒸汽發(fā)生器的腐蝕179
思考題與習(xí)題185
第3篇船舶腐蝕的控制與防護(hù)技術(shù)/186
第8章金屬腐蝕的控制186
8.1金屬腐蝕控制與防護(hù)方法分類186
8.2防腐蝕設(shè)計(jì)187
8.2.1耐蝕材料的選擇187
8.2.2防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)188
8.2.3防腐蝕強(qiáng)度設(shè)計(jì)191
8.2.4船舶腐蝕控制與防護(hù)方法設(shè)計(jì)192
8.3緩蝕劑193
8.3.1緩蝕劑的分類194
8.3.2緩蝕劑的選用原則196
8.4陰極保護(hù)技術(shù)197
8.4.1陰極保護(hù)的基本原理197
8.4.2陰極保護(hù)的參數(shù)198
8.4.3陰極保護(hù)的應(yīng)用范圍199
8.4.4犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)200
8.4.5外加電流陰極保護(hù)202
8.4.6犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法的比較205
8.4.7陰極保護(hù)與涂料聯(lián)合保護(hù)205
思考題與習(xí)題206
第9章金屬覆蓋層保護(hù)技術(shù)207
9.1電鍍208
9.1.1概述208
9.1.2電鍍工藝208
9.1.3電鍍合金209
9.1.4電刷鍍210
9.2化學(xué)鍍211
9.2.1化學(xué)鍍簡(jiǎn)介211
9.2.2化學(xué)鍍鎳211
9.3熱浸鍍212
9.3.1熱浸鍍鋅層的性能213
9.3.2熱浸鍍鋅的工藝213
9.3.3熱浸鍍鋅層的結(jié)構(gòu)214
9.3.4熱浸鍍Zn-Al合金鍍層215
9.4滲鍍218
9.4.1滲鋅的方法219
9.4.2粉末滲鋅層的組織、性能及應(yīng)用219
9.5熱噴涂220
9.5.1熱噴涂的原理221
9.5.2涂層的性能223
9.5.3熱噴涂技術(shù)工藝方法224
9.5.4防腐蝕涂層225
9.5.5熱噴涂技術(shù)的局限性及其應(yīng)用229
思考題與習(xí)題230
第10章化學(xué)轉(zhuǎn)化膜231
10.1鋁合金的陽(yáng)極氧化231
10.1.1陽(yáng)極氧化技術(shù)概述231
10.1.2陽(yáng)極氧化膜的結(jié)構(gòu)與生成機(jī)理233
10.1.3陽(yáng)極氧化膜的性能235
10.1.4鋁合金陽(yáng)極氧化工藝236
10.1.5著色和封孔處理239
10.2鋁合金的微弧氧化241
10.2.1微弧氧化技術(shù)概述241
10.2.2微弧氧化工藝過(guò)程及原理241
10.2.3鋁合金微弧氧化膜的結(jié)構(gòu)243
10.2.4鋁合金微弧氧化膜的性能243
10.2.5微弧氧化技術(shù)存在的問(wèn)題245
10.3其他化學(xué)轉(zhuǎn)化膜245
10.3.1鋼鐵的磷化處理245
10.3.2鉻酸鹽處理246
10.3.3鋼鐵的化學(xué)氧化247
思考題與習(xí)題248
第11章船舶涂料與涂裝技術(shù)249
11.1涂料的作用及組成249
11.1.1涂料的作用249
11.1.2涂料的組成250
11.2船舶涂料的特點(diǎn)及要求254
11.2.1船舶涂料的特點(diǎn)254
11.2.2船舶涂料的分類及其要求254
11.3船舶涂裝概述256
11.3.1船舶涂裝三要素256
11.3.2船舶涂裝的特點(diǎn)256
11.3.3船舶涂裝的工藝流程257
11.4防污涂料概述260
11.4.1海生物的種類260
11.4.2海生物附著的防護(hù)方法261
11.4.3防污涂料262
思考題與習(xí)題264
主要符號(hào)表265
參考文獻(xiàn)266