[自然環(huán)境下的腐蝕

1、第七章第七章 自然環(huán)境中的腐蝕自然環(huán)境中的腐蝕 6.1 6.1 大氣腐蝕 6.2 6.2 淡水和海水腐蝕 6.3 6.3 土壤腐蝕 6.4 6.4 微生物腐蝕6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕 世界上世界上60%60%以上的鋼材在大氣環(huán)境中使用以上的鋼材在大氣環(huán)境中使用 大氣腐蝕損失占總腐蝕損失量大氣腐蝕損失占總腐蝕損失量50%50% 對于某些功能材料（微電子電路）、文物、對于某些功能材料（微電子電路）、文物、 裝飾材料等，輕微大氣腐蝕也不允許裝飾材料等，輕微大氣腐蝕也不允許n大氣腐蝕（Atmospheric Corrosion） 金屬材料暴露在空氣中，由于空氣中的金屬材料暴露在空氣中，由于空氣中的水水

2、和和氧氧 的化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的腐蝕。的化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的腐蝕。最常見的大氣腐蝕現(xiàn)象生銹u 大氣腐蝕屬于液膜下的電化學(xué)腐蝕 區(qū)別于浸于電解質(zhì)溶液中的腐蝕區(qū)別于浸于電解質(zhì)溶液中的腐蝕6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕u 大氣腐蝕以均勻腐蝕為主 也包括點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微動也包括點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微動 腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞等腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞等大氣腐蝕環(huán)境大氣腐蝕環(huán)境p大氣環(huán)境不同 腐蝕嚴(yán)重性不同 與地域、季節(jié)、時(shí)間等條件有關(guān)與地域、季節(jié)、時(shí)間等條件有關(guān) 地表附近大氣主要成分在全球范圍內(nèi)幾乎不變地表附近大氣主要成分在全球范圍內(nèi)幾乎不變 大氣中的水蒸氣含量隨地域、季節(jié)和時(shí)間

3、有所大氣中的水蒸氣含量隨地域、季節(jié)和時(shí)間有所 變化變化p大氣中的水汽是決定大氣腐蝕速度和歷程的主要因素 氧（參與電化學(xué)過程）氧（參與電化學(xué)過程） 水分（水膜是電解液層）水分（水膜是電解液層） 其次是二氧化碳、二氧化硫、氯氣等其次是二氧化碳、二氧化硫、氯氣等參與大氣腐蝕過程的主要是 含水汽和氯化物大氣含水汽和氯化物大氣 SO SO2 2與水汽共同作用加速腐蝕與水汽共同作用加速腐蝕鋼在海岸的腐蝕比在沙漠中大400-500倍工業(yè)區(qū)比沙漠區(qū)大氣腐蝕大50-100倍大氣腐蝕環(huán)境大氣腐蝕環(huán)境二氧化硫、硫化氫、氯氣二氧化硫、硫化氫、氯氣硫化物、氯化物、煤煙、塵硫化物、氯化物、煤煙、塵埃等雜質(zhì)大大加速大氣腐蝕

4、埃等雜質(zhì)大大加速大氣腐蝕鄉(xiāng)村大氣：清潔鄉(xiāng)村大氣：清潔城鎮(zhèn)大氣：污染城鎮(zhèn)大氣：污染工業(yè)大氣：工業(yè)大氣：SOSO2 2污染污染海洋大氣：含氯化物海洋大氣：含氯化物大氣腐蝕環(huán)境大氣腐蝕環(huán)境 大氣腐蝕環(huán)境分類 全球大氣污染日趨嚴(yán)重大氣的近似組成大氣的近似組成(10oC，100KPa)根據(jù)根據(jù)Meetham. 轉(zhuǎn)引自轉(zhuǎn)引自Corrosion上卷上卷P2.4成成 分分克克/米米重量重量成成 分分毫克毫克/米米重量重量ppm氮氮(N2)87975氖氖(Ne)1412氧氧(O2)26923氪氪(Kr)43氬氬(Ar)151.26氦氦(He)0.80.7水蒸汽水蒸汽80.70氙氙(Xe)0.50.4二氧化碳二氧

5、化碳0.50.04氫氫(H2)0.050.04 雜雜 質(zhì)質(zhì) 典型濃度，微克典型濃度，微克/ /米米二氧化硫二氧化硫(SO2)工業(yè)區(qū)：冬天工業(yè)區(qū)：冬天350，夏天，夏天100農(nóng)村地區(qū)：冬天農(nóng)村地區(qū)：冬天100，夏天，夏天40三氧化硫三氧化硫(SO3)大約為大約為SO2含量的含量的10硫化氫硫化氫(H2S)工業(yè)區(qū)：工業(yè)區(qū)：1.590城市地帶：城市地帶：0.51.7農(nóng)村地區(qū)：農(nóng)村地區(qū)：0.150.45春季測量數(shù)字春季測量數(shù)字氨氨(NH3)工業(yè)區(qū)：工業(yè)區(qū)：4.8農(nóng)村地區(qū)：農(nóng)村地區(qū)：2.1氯化物氯化物(空氣樣品空氣樣品)內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天4.8，夏天，夏天2.7沿海農(nóng)村區(qū)：年平均沿海農(nóng)村區(qū)

6、：年平均5.4氯化物氯化物(雨水樣品雨水樣品)內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天7.9，夏天，夏天5.3沿海農(nóng)村區(qū)：冬天沿海農(nóng)村區(qū)：冬天57，夏天，夏天18毫克毫克/升升塵粒塵粒工業(yè)區(qū)：冬天工業(yè)區(qū)：冬天250，夏天，夏天100農(nóng)村地區(qū)：冬天農(nóng)村地區(qū)：冬天60，夏天，夏天15大氣的次要成分大氣的次要成分( (雜質(zhì)雜質(zhì)) )根據(jù)根據(jù)Meetham. 轉(zhuǎn)引自轉(zhuǎn)引自Shreired. Corrosion大氣腐蝕的類型大氣腐蝕的類型 干大氣腐蝕 潮大氣腐蝕 濕大氣腐蝕I:I:干干大氣腐蝕大氣腐蝕 =10100:潮潮大氣腐蝕大氣腐蝕 =100 1 m:濕濕大氣腐蝕大氣腐蝕 =1 m1mm:全浸全浸, 1mm

7、 案例： 金屬金屬CuCu、AgAg等在含有硫化物污染了的空氣中失澤等在含有硫化物污染了的空氣中失澤干大氣腐蝕干大氣腐蝕 定義：在空氣非常干燥的條件下，金屬表面在空氣非常干燥的條件下，金屬表面 不存在液膜層的腐蝕不存在液膜層的腐蝕 特點(diǎn)： 金屬表面的吸附水膜厚度不超過金屬表面的吸附水膜厚度不超過10nm10nm 沒有形成連續(xù)的電解液膜（沒有形成連續(xù)的電解液膜（I I區(qū)）區(qū)） 腐蝕速度很低，化學(xué)氧化的作用較大腐蝕速度很低，化學(xué)氧化的作用較大 在金屬表面形成一層保護(hù)性氧化膜在金屬表面形成一層保護(hù)性氧化膜 水膜達(dá)幾十到幾百個(gè)水分子層厚，約水膜達(dá)幾十到幾百個(gè)水分子層厚，約10nm-1m10nm-1m

8、形成了連續(xù)的電解液薄膜（形成了連續(xù)的電解液薄膜（IIII區(qū)）區(qū)） 膜較薄，氧易于擴(kuò)散進(jìn)入界面膜較薄，氧易于擴(kuò)散進(jìn)入界面 電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度急劇增大電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度急劇增大潮大氣腐蝕潮大氣腐蝕 定義：大氣中的相對濕度足夠高（但低于大氣中的相對濕度足夠高（但低于100%100%），），在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時(shí)所發(fā)生的在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時(shí)所發(fā)生的腐蝕腐蝕 特點(diǎn)： 案例 鐵在沒有雨雪淋到時(shí)的生銹鐵在沒有雨雪淋到時(shí)的生銹濕大氣腐蝕濕大氣腐蝕 定義：空氣濕度接近于空氣濕度接近于100100，或當(dāng)水以雨、雪、，或當(dāng)水以雨、雪、水沫等形式直接落在金屬表面上時(shí)，金屬表面便存水沫

9、等形式直接落在金屬表面上時(shí)，金屬表面便存在著肉眼可見的凝結(jié)水膜時(shí)發(fā)生的腐蝕在著肉眼可見的凝結(jié)水膜時(shí)發(fā)生的腐蝕 水膜較厚，約為水膜較厚，約為1m-1mm 隨著水膜加厚，氧擴(kuò)散困難隨著水膜加厚，氧擴(kuò)散困難 腐蝕速度下降（腐蝕速度下降（III區(qū)）區(qū)） 特點(diǎn)：u水膜厚水膜厚1mm1mm，相當(dāng)于金屬全浸于電解質(zhì)溶液，相當(dāng)于金屬全浸于電解質(zhì)溶液，腐蝕速度基本不變（腐蝕速度基本不變（IVIV區(qū)）區(qū)） 純水膜：導(dǎo)電性差純水膜：導(dǎo)電性差 不足以強(qiáng)烈腐蝕不足以強(qiáng)烈腐蝕 實(shí)際水膜：水溶性鹽類、腐蝕性氣體（實(shí)際水膜：水溶性鹽類、腐蝕性氣體（COCO2 2、O O2 2、 SO SO2 2）、汗液等）、汗液等大氣腐蝕條

10、件大氣腐蝕條件 電化學(xué)腐蝕的特殊形式 金屬表面在潮濕的大氣中金屬表面在潮濕的大氣中 吸附一層很薄的水吸附一層很薄的水膜膜 當(dāng)水膜達(dá)到當(dāng)水膜達(dá)到20-3020-30分子層厚時(shí)分子層厚時(shí) 電解液膜電解液膜 液膜來源 水分（雨雪）直接沉降；水分（雨雪）直接沉降； 大氣濕度或溫度變化等原因引起的凝聚作用大氣濕度或溫度變化等原因引起的凝聚作用 液膜特性大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件 當(dāng)金屬表面處于比其溫度高的空氣中，空氣中的當(dāng)金屬表面處于比其溫度高的空氣中，空氣中的 水蒸汽將以液體凝結(jié)于金屬表面上水蒸汽將以液體凝結(jié)于金屬表面上 結(jié)露是發(fā)生潮大氣腐蝕的前提結(jié)露是發(fā)生潮大氣腐蝕的前提 空氣溫度在空氣溫度在5-50

11、oC范圍內(nèi)，氣溫劇烈變化達(dá)范圍內(nèi)，氣溫劇烈變化達(dá)6oC左左 右時(shí)，只要空氣相對濕度達(dá)到右時(shí)，只要空氣相對濕度達(dá)到65%-75%就可引起就可引起 結(jié)露現(xiàn)象。結(jié)露現(xiàn)象。 溫差越大，引起結(jié)露的臨界濕度就越低。溫差越大，引起結(jié)露的臨界濕度就越低。 晝夜溫差達(dá)晝夜溫差達(dá)6oC的氣候，在我國各地十分常見。的氣候，在我國各地十分常見。 液膜的產(chǎn)生：結(jié)露大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件 大氣相對濕度大氣相對濕度 100 100 水膜凝結(jié)水膜凝結(jié) 熱帶、亞熱帶及大陸性氣候地區(qū)，氣候變化熱帶、亞熱帶及大陸性氣候地區(qū)，氣候變化劇烈，相對濕度劇烈，相對濕度 100% 100% 也容易造成水也容易造成水分冷凝分冷凝 空氣中水分

12、的飽和凝結(jié)大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件 物理吸附物理吸附 水分與固體表面之間存在的范德華分子引力作用水分與固體表面之間存在的范德華分子引力作用 大氣相對濕度低于100發(fā)生凝結(jié)的原因： 毛細(xì)管凝聚作用毛細(xì)管凝聚作用 金屬表面沉積物或金屬構(gòu)件之間的狹縫形成毛細(xì)管金屬表面沉積物或金屬構(gòu)件之間的狹縫形成毛細(xì)管 化學(xué)凝聚作用化學(xué)凝聚作用 金屬表面附著的鹽類或生成的易溶腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生金屬表面附著的鹽類或生成的易溶腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生 吸水性的吸水性的CuSO4、ZnCl2、NaCl、NH4NO3使水的凝聚使水的凝聚 變得容易變得容易大氣腐蝕機(jī)理大氣腐蝕機(jī)理 大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理 銹層形成后的腐蝕機(jī)理 銹層的結(jié)構(gòu)和保護(hù)

13、性 耐候鋼銹層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理 陰極過程：氧的去極化為主 表面液膜膜層很薄，氧容易到達(dá)陰極表面液膜膜層很薄，氧容易到達(dá)陰極 遵從電化學(xué)腐蝕一般規(guī)律 環(huán)境特點(diǎn)： 電解液膜較薄電解液膜較薄 常常干濕交替常常干濕交替 薄液膜條件下，氧的擴(kuò)散比全浸狀態(tài)下更容易薄液膜條件下，氧的擴(kuò)散比全浸狀態(tài)下更容易 即使電位較負(fù)的金屬（即使電位較負(fù)的金屬（MgMg），當(dāng)從全浸狀態(tài)下），當(dāng)從全浸狀態(tài)下 的腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿飧g時(shí)，陰極過程由氫去極的腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿飧g時(shí)，陰極過程由氫去極 化為主轉(zhuǎn)變?yōu)檠跞O化為主化為主轉(zhuǎn)變?yōu)檠跞O化為主大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理 陰極過

14、程： 陽極過程： 陽極鈍化及金屬離子水化過程陽極鈍化及金屬離子水化過程大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理大氣腐蝕初期的腐蝕機(jī)理 潮大氣腐蝕，陽極過程控制潮大氣腐蝕，陽極過程控制 濕大氣腐蝕，陰極過程控制，弱于全浸腐蝕濕大氣腐蝕，陰極過程控制，弱于全浸腐蝕 應(yīng)用：應(yīng)用：濕度不大，陽極控制：合金化提高陽極鈍性是有效的濕度不大，陽極控制：合金化提高陽極鈍性是有效的濕度大，陰極控制：合金化效果不大，應(yīng)降低濕度、濕度大，陰極控制：合金化效果不大，應(yīng)降低濕度、 減少空氣中有害成分減少空氣中有害成分 液膜厚度的影響 液膜變薄，大氣腐蝕的陰極過程更容易進(jìn)行液膜變薄，大氣腐蝕的陰極過程更容易進(jìn)行 陽極過程則變得越來越困難：

15、陽極過程則變得越來越困難： 金屬離子水化過程較難進(jìn)行，易于陽極鈍化產(chǎn)生金屬離子水化過程較難進(jìn)行，易于陽極鈍化產(chǎn)生 腐蝕控制過程銹層形成后的腐蝕機(jī)理銹層形成后的腐蝕機(jī)理銹層內(nèi)發(fā)生了銹層內(nèi)發(fā)生了Fe3+Fe2+的還原反應(yīng)的還原反應(yīng)銹層參與了陰極反應(yīng)過程銹層參與了陰極反應(yīng)過程 陽極反應(yīng)：金屬金屬Fe3O4界面上界面上 陰極反應(yīng)： Fe3O4 FeOOH界面上界面上 腐蝕產(chǎn)物：影響腐蝕電極過程 Evans模型：銹層銹層-強(qiáng)氧化劑，電極反應(yīng)發(fā)生的位置不同強(qiáng)氧化劑，電極反應(yīng)發(fā)生的位置不同銹層形成后的腐蝕機(jī)理銹層形成后的腐蝕機(jī)理 銹層潮濕時(shí) Evans模型模型 Fe3還原成還原成Fe2+ 大氣干濕交替：銹層

16、加速腐蝕 銹層干燥時(shí) 銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路 在大氣中氧的作用下銹層內(nèi)的在大氣中氧的作用下銹層內(nèi)的Fe2+重新氧化成為重新氧化成為Fe3 銹層的增厚會導(dǎo)致電阻增大和氧的滲入困銹層的增厚會導(dǎo)致電阻增大和氧的滲入困難，使銹層的陰極去極化作用減弱；難，使銹層的陰極去極化作用減弱； 附著性良好的銹層內(nèi)層將減小活性陽極面附著性良好的銹層內(nèi)層將減小活性陽極面積，增大陽極極化。積，增大陽極極化。銹層形成后的腐蝕機(jī)理銹層形成后的腐蝕機(jī)理l 大氣中長期暴露鋼：腐蝕速度逐漸減慢銹層形成后的腐蝕機(jī)理銹層形成后的腐蝕機(jī)理 銹層的結(jié)構(gòu) 內(nèi)外兩層內(nèi)外兩層 外層疏松，容易剝

17、落外層疏松，容易剝落 內(nèi)層附著性好，結(jié)構(gòu)致密內(nèi)層附著性好，結(jié)構(gòu)致密 能起到一定的保護(hù)作用能起到一定的保護(hù)作用 碳鋼的銹層 FeOOH、FeOOH、Fe3O4 環(huán)境不同：結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例不同環(huán)境不同：結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例不同 FeOOH首先形成首先形成 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镕eOOH和和 Fe3O4，轉(zhuǎn)變受大氣濕度、污染的影響，轉(zhuǎn)變受大氣濕度、污染的影響銹層的結(jié)構(gòu)和保護(hù)性銹層的結(jié)構(gòu)和保護(hù)性 碳鋼銹層中常存在一些鹽類結(jié)晶，如碳鋼銹層中常存在一些鹽類結(jié)晶，如FeSO47H2O、 FeSO44H2O、Fe2(SO4)3等等 這些結(jié)晶鹽的存在將降低銹層的保護(hù)性這些結(jié)晶鹽的存在將降低銹層的保護(hù)性 -FeOOH對耐蝕性起著重要

18、作用對耐蝕性起著重要作用p一般大氣一般大氣: 暴露時(shí)間延長，暴露時(shí)間延長，-FeOOH含量增多含量增多p含有含有SO2工業(yè)區(qū)或含有工業(yè)區(qū)或含有Cl的沿海地區(qū)的沿海地區(qū)-FeOOH較少，較少，-FeOOH或或Fe3O4較多較多p在污染少的森林地帶在污染少的森林地帶:-FeOOH多多p工業(yè)大氣工業(yè)大氣 有效隔離腐蝕介質(zhì)與鋼基體的接觸有效隔離腐蝕介質(zhì)與鋼基體的接觸 具有極高阻抗，極大減緩了陽極和陰極區(qū)之間的電子具有極高阻抗，極大減緩了陽極和陰極區(qū)之間的電子 遷移，降低了電化學(xué)反應(yīng)的速度遷移，降低了電化學(xué)反應(yīng)的速度耐候鋼銹層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)耐候鋼銹層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 耐候鋼耐候鋼(耐大氣腐蝕鋼耐大氣腐蝕鋼Weat

19、hering Steel ) 通過合金化在鋼中加入一定量的通過合金化在鋼中加入一定量的Cu、P、Cr、Ni、 Mo等合金元素形成的具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能等合金元素形成的具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能 的低合金鋼的低合金鋼 銹層的穩(wěn)定化過程銹層的穩(wěn)定化過程 疏松外腐蝕產(chǎn)物層和基體之間能夠形成一層致密、疏松外腐蝕產(chǎn)物層和基體之間能夠形成一層致密、 連續(xù)的含有連續(xù)的含有Cu、Cr、P等合金元素的非晶產(chǎn)物層等合金元素的非晶產(chǎn)物層 最終轉(zhuǎn)化成富集上述元素的最終轉(zhuǎn)化成富集上述元素的-FeOOH層層 致密、連續(xù)的非晶內(nèi)氧化層及致密、連續(xù)的非晶內(nèi)氧化層及-FeOOH層層 結(jié)露與環(huán)境的溫度有關(guān)結(jié)露與環(huán)境的溫度有關(guān)

20、一定濕度下，環(huán)境溫度越高，越容易結(jié)露一定濕度下，環(huán)境溫度越高，越容易結(jié)露 平均氣溫高的地區(qū)，大氣腐蝕速度較大平均氣溫高的地區(qū)，大氣腐蝕速度較大 晝夜溫度變化大，也會加速大氣腐蝕。晝夜溫度變化大，也會加速大氣腐蝕。大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 濕度 水膜的厚、薄水膜的厚、薄 大氣中的含水量大氣中的含水量 腐蝕速度開始急劇增加的濕度腐蝕速度開始急劇增加的濕度 鋼鐵、鋼鐵、Cu、Ni、Zn等臨界濕度約為等臨界濕度約為5070%臨界濕度 溫度 大氣中的污染物大氣中的污染物: 硫化物（硫化物（SO2、SO3、H2S） 氮化物（氮化物（NO、NO2、NH3） 碳化物（碳化物（CO、CO2） 固體污

21、染物固體污染物(鹽顆粒、沙粒和灰塵等鹽顆粒、沙粒和灰塵等)大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 大氣成分 SO2礦物燃料燃燒產(chǎn)生的礦物燃料燃燒產(chǎn)生的 SO2促進(jìn)金屬大氣腐蝕的自催化反應(yīng)機(jī)理促進(jìn)金屬大氣腐蝕的自催化反應(yīng)機(jī)理大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 SO2的影響（最嚴(yán)重）SO2被吸附在金屬表面被吸附在金屬表面 形成形成FeSO4FeSO4進(jìn)一步氧化強(qiáng)烈水解作用進(jìn)一步氧化強(qiáng)烈水解作用生成硫酸生成硫酸 硫酸硫酸Fe作用作用 FeSO4 自自催化催化大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 HCl氣體 H2S氣體 氯化物 溶于水膜生成鹽酸，加速腐蝕溶于水膜生成鹽酸，加速腐蝕 在干燥大氣中引起銅、

22、黃銅、銀等變色在干燥大氣中引起銅、黃銅、銀等變色 在潮濕大氣中加速銅、鎳、黃銅、鐵和鎂的腐蝕在潮濕大氣中加速銅、鎳、黃銅、鐵和鎂的腐蝕 沿海地區(qū)受海風(fēng)吹起的海水形成的細(xì)霧沿海地區(qū)受海風(fēng)吹起的海水形成的細(xì)霧鹽霧鹽霧 鹽霧降落在金屬表面，氯離子溶于水中生成鹽酸，鹽霧降落在金屬表面，氯離子溶于水中生成鹽酸， 對金屬腐蝕破壞很大對金屬腐蝕破壞很大 汗液汗液1. 1. 顆粒本身具有腐蝕性顆粒本身具有腐蝕性2. 2. 顆粒吸附腐蝕性物質(zhì)顆粒吸附腐蝕性物質(zhì)3. 3. 顆粒在金屬表面能形成縫隙而凝聚水份，顆粒在金屬表面能形成縫隙而凝聚水份， 形成氧濃差的局部腐蝕條件形成氧濃差的局部腐蝕條件大氣腐蝕的影響因素大

23、氣腐蝕的影響因素 固體顆粒的影響防止大氣腐蝕的措施防止大氣腐蝕的措施p 提高材料的耐蝕性 向碳鋼中加入向碳鋼中加入Cu、P、Cr、Ni、微量、微量Ca和和Sip 表面涂層保護(hù)p 改變局部大氣環(huán)境p 合理設(shè)計(jì)和環(huán)境保護(hù) 油漆、金屬鍍層或暫時(shí)性保護(hù)涂層。油漆、金屬鍍層或暫時(shí)性保護(hù)涂層。 使用氣相緩蝕劑和控制大氣濕度使用氣相緩蝕劑和控制大氣濕度 防止縫隙中存水，避免落灰防止縫隙中存水，避免落灰 加強(qiáng)環(huán)保，減少大氣污染加強(qiáng)環(huán)保，減少大氣污染第六章第六章 自然環(huán)境中的腐蝕自然環(huán)境中的腐蝕 6.1 6.1 大氣腐蝕 6.2 6.2 淡水和海水腐蝕 6.3 6.3 土壤腐蝕 6.4 6.4 微生物腐蝕 淡水

24、（Fresh water）一般指河水、湖水、地下水等含鹽量少的天然水。一般指河水、湖水、地下水等含鹽量少的天然水。世界河水溶解物的平均值%淡水腐蝕 氧去極化的電化學(xué)腐蝕過程，通常受陰極過程控制氧去極化的電化學(xué)腐蝕過程，通常受陰極過程控制淡水腐蝕機(jī)理 金屬在淡水中的腐蝕淡水腐蝕的影響因素p pH49：腐蝕速度與：腐蝕速度與pH無無關(guān)，鋼表面有氫氧化物膜，氧要關(guān)，鋼表面有氫氧化物膜，氧要通過膜才能起去極化作用。通過膜才能起去極化作用。p pH河水和雨水 溫度： 035 在正常情況下，海水表層被空氣飽和在正常情況下，海水表層被空氣飽和 溶氧量隨溫度和鹽度的升高而略有下降溶氧量隨溫度和鹽度的升高而略有

25、下降 通常為通常為8.18.3 植物茂盛，植物茂盛，CO2減少，溶氧上升，減少，溶氧上升，pH接近接近9.7 海底有厭氧性細(xì)菌繁殖，溶氧量低且含有海底有厭氧性細(xì)菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，pH 銅合金銅合金 不銹鋼不銹鋼 鑄鐵和碳鋼鑄鐵和碳鋼 電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù) 在全浸區(qū)才有效在全浸區(qū)才有效 外加電流陰極保護(hù)法便于調(diào)節(jié)，而犧牲陽極法外加電流陰極保護(hù)法便于調(diào)節(jié)，而犧牲陽極法 則簡便易行。則簡便易行。 海水中常用的犧牲陽極有鋅合金、鎂合金和鋁海水中常用的犧牲陽極有鋅合金、鎂合金和鋁 合金，鋁合金犧牲陽極較為經(jīng)濟(jì)合金，鋁合金犧牲陽極較為經(jīng)濟(jì)防止海水腐蝕的措施涂鍍層保護(hù)涂鍍層保護(hù)防止海水腐蝕的措施

26、第六章第六章 自然環(huán)境中的腐蝕自然環(huán)境中的腐蝕 6.1 6.1 大氣腐蝕 6.2 6.2 淡水和海水腐蝕 6.3 6.3 土壤腐蝕 6.4 6.4 微生物腐蝕 地下鋪設(shè)的輸油管、輸水管和煤氣管道，大量電纜、通訊設(shè)施和各種地下建筑物 危害：危害：u 埋地管線維修費(fèi)用增加，導(dǎo)致泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸埋地管線維修費(fèi)用增加，導(dǎo)致泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸 和環(huán)境污染和環(huán)境污染u 金屬構(gòu)件一般埋在地下金屬構(gòu)件一般埋在地下1-2m1-2m處，不易發(fā)現(xiàn)，維修困難處，不易發(fā)現(xiàn)，維修困難u 土壤腐蝕影響因素復(fù)雜，工業(yè)污染及雜散電流參與，土壤腐蝕影響因素復(fù)雜，工業(yè)污染及雜散電流參與， 有時(shí)難以采取有效的防護(hù)措施。有時(shí)難以

27、采取有效的防護(hù)措施。 土壤腐蝕（土壤腐蝕（Soil Corrosion）：）： 埋在土壤中的金屬及其構(gòu)件的腐蝕埋在土壤中的金屬及其構(gòu)件的腐蝕土壤腐蝕土壤：一種特殊的電解質(zhì)（1 1）多相性）多相性 土壤由土粒、水、空氣等固、液、氣三相組成土壤由土粒、水、空氣等固、液、氣三相組成 土粒中包含著多種無機(jī)礦物質(zhì)及有機(jī)物質(zhì)土粒中包含著多種無機(jī)礦物質(zhì)及有機(jī)物質(zhì) 不同土壤其土粒大小不相同不同土壤其土粒大小不相同 砂礫土的顆粒為砂礫土的顆粒為0.072mm 粉砂土的顆粒為粉砂土的顆粒為0.0050.07mm 粘土的顆粒小于粘土的顆粒小于0.005mm 實(shí)際土壤是不同土粒按比例混合實(shí)際土壤是不同土粒按比例混合土

28、壤電解質(zhì)的特性 土壤顆粒間形成大量毛細(xì)管微孔或孔隙土壤顆粒間形成大量毛細(xì)管微孔或孔隙 孔隙中充滿了空氣和水孔隙中充滿了空氣和水土壤中的水分土壤中的水分土壤電解質(zhì)的特性（2 2）多孔性）多孔性 直接滲入孔隙或在孔壁上形成水膜直接滲入孔隙或在孔壁上形成水膜 形成水化物或者以膠體狀態(tài)存在形成水化物或者以膠體狀態(tài)存在 水分水分 土壤成為離子導(dǎo)體土壤成為離子導(dǎo)體 腐蝕性電解質(zhì)腐蝕性電解質(zhì) 土壤含水程度影響透氣性和電導(dǎo)率土壤含水程度影響透氣性和電導(dǎo)率 土粒、氣孔、水分、結(jié)構(gòu)緊密程度差異土粒、氣孔、水分、結(jié)構(gòu)緊密程度差異 不同性質(zhì)的土壤交替更換不同性質(zhì)的土壤交替更換 各種物理各種物理化學(xué)性質(zhì)，尤其是電化學(xué)性

29、質(zhì)化學(xué)性質(zhì)，尤其是電化學(xué)性質(zhì)明顯變化明顯變化 土壤的固體部分固定不動的土壤的固體部分固定不動的 氣相和液相有限的運(yùn)動氣相和液相有限的運(yùn)動 土壤孔穴中的對流和定向流動，以及地下水的移動土壤孔穴中的對流和定向流動，以及地下水的移動土壤電解質(zhì)的特性（3 3）不均勻性）不均勻性（4 4）相對固定性）相對固定性 陽極過程v潮濕土壤中：潮濕土壤中：與溶液中類似，陽極過程阻礙小與溶液中類似，陽極過程阻礙小v干燥且透氣性良好的土壤中：干燥且透氣性良好的土壤中：與大氣腐蝕類似，陽極過程因鈍化和離子水化與大氣腐蝕類似，陽極過程因鈍化和離子水化困難而大大極化困難而大大極化v潮濕、透氣不良且含有氯離子的土壤中：潮濕、

30、透氣不良且含有氯離子的土壤中：l Mg、Zn、Al、Mn、Sn：無陽極極化：無陽極極化l Fe、碳鋼、碳鋼、Cu、Pb：陽極極化率低：陽極極化率低l Cr、Zr、含鉻或鉻鎳的不銹鋼：鈍化，但受、含鉻或鉻鎳的不銹鋼：鈍化，但受Cl-破壞破壞l Ti、Ta：完全鈍化，穩(wěn)定，無陽極溶解：完全鈍化，穩(wěn)定，無陽極溶解土壤腐蝕的電極過程 氧的去極化氧的去極化 強(qiáng)酸性土壤中氫去極化可能參與強(qiáng)酸性土壤中氫去極化可能參與 微生物可能參與微生物可能參與 土壤中氧的去極化過程 兩個(gè)基本步驟：兩個(gè)基本步驟： 氧向陰極的傳輸氧離子化的陰極反應(yīng)氧向陰極的傳輸氧離子化的陰極反應(yīng) 氧離子化反應(yīng)與電解液中相同氧離子化反應(yīng)與電解

31、液中相同 氧的傳輸過程復(fù)雜氧的傳輸過程復(fù)雜土壤腐蝕的電極過程 陰極過程 氧的輸送方式：氣相和液相兩條途徑u 土壤中氣相或液相的定向流動土壤中氣相或液相的定向流動p 土壤中的空氣和水分流動土壤中的空氣和水分流動輸送氧輸送氧 土壤表層溫度周期波動、大氣壓力及土壤濕度的變化、土壤表層溫度周期波動、大氣壓力及土壤濕度的變化、 下雨、風(fēng)吹及地下水位的漲落等因素的變化下雨、風(fēng)吹及地下水位的漲落等因素的變化p 疏松粗粒結(jié)構(gòu)的土壤疏松粗粒結(jié)構(gòu)的土壤傳遞氧速度很大傳遞氧速度很大p 密實(shí)潮濕的土壤密實(shí)潮濕的土壤傳遞氧效果很小傳遞氧效果很小 導(dǎo)致氧在不同土壤中輸送速度的差異導(dǎo)致氧在不同土壤中輸送速度的差異土壤腐蝕的

32、電極過程p 氧的擴(kuò)散是土壤中供氧的主要途徑氧的擴(kuò)散是土壤中供氧的主要途徑p 擴(kuò)散速度取決于土層的厚度、結(jié)構(gòu)和濕度擴(kuò)散速度取決于土層的厚度、結(jié)構(gòu)和濕度 濕度和粘土組分含量的增加，氧的擴(kuò)散速度降低濕度和粘土組分含量的增加，氧的擴(kuò)散速度降低 34個(gè)數(shù)量級個(gè)數(shù)量級p 氧的擴(kuò)散最后還要通過金屬表面在土壤毛細(xì)氧的擴(kuò)散最后還要通過金屬表面在土壤毛細(xì) 孔隙下形成的電解液薄層及腐蝕產(chǎn)物層孔隙下形成的電解液薄層及腐蝕產(chǎn)物層土壤腐蝕的電極過程 氧的輸送方式：氣相和液相兩條途徑u 在土壤的氣相或液相中的擴(kuò)散在土壤的氣相或液相中的擴(kuò)散 土壤腐蝕電池類型 土壤介質(zhì)的不均勻性土壤中的腐蝕電池 透氣性不同透氣性不同 氧的滲透

33、速度變化氧的滲透速度變化 與不同土壤相接觸的金屬各與不同土壤相接觸的金屬各 部位電位不同立氧濃差腐蝕電池部位電位不同立氧濃差腐蝕電池 pH、含鹽量的變化、含鹽量的變化 也造成腐蝕宏電池也造成腐蝕宏電池 穿越各種不同條件的土壤穿越各種不同條件的土壤 形成長距離腐蝕宏電池形成長距離腐蝕宏電池 金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均一性金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均一性 腐蝕微電池腐蝕微電池 土壤介質(zhì)的宏觀不均一性土壤介質(zhì)的宏觀不均一性 腐蝕宏電池腐蝕宏電池（1）長距離腐蝕宏電池p 長距離金屬構(gòu)件通過不同土壤時(shí)形成p 在從土壤（I）進(jìn)入另一種土壤（II）的 地方形成電池： 土壤中氧的滲透性不同土壤中氧的滲透性不同 造成氧濃

34、差電池造成氧濃差電池 土壤性質(zhì)的變化（有機(jī)物和污染）土壤性質(zhì)的變化（有機(jī)物和污染） 形成腐蝕形成腐蝕 宏電池宏電池p 長線電流 產(chǎn)生相當(dāng)可觀的腐蝕電流產(chǎn)生相當(dāng)可觀的腐蝕電流 電流強(qiáng)度可達(dá)電流強(qiáng)度可達(dá)5A 流動的范圍可超過流動的范圍可超過1.5km土壤中的腐蝕宏電池類型（2）土壤的局部不均勻性引起的腐蝕宏電池 土壤中石塊等夾雜物的透氣性比土壤本體差土壤中石塊等夾雜物的透氣性比土壤本體差 位于透氣差區(qū)域的金屬成為陽極位于透氣差區(qū)域的金屬成為陽極 與土壤本體區(qū)域接觸的金屬成為陰極與土壤本體區(qū)域接觸的金屬成為陰極 回填土壤的密度要均勻，盡量不帶夾雜物回填土壤的密度要均勻，盡量不帶夾雜物土壤中的腐蝕宏電

35、池類型（3）埋設(shè)深度不同及邊緣效應(yīng)引起的腐蝕宏電池 均勻的土壤中，埋設(shè)深度不同 氧濃差電池 離地面較深的部位局部腐蝕更嚴(yán)重的離地面較深的部位局部腐蝕更嚴(yán)重的 直徑較大的水平輸送管道，下部比上部腐蝕更嚴(yán)重直徑較大的水平輸送管道，下部比上部腐蝕更嚴(yán)重 邊緣效應(yīng)：氧更容易到達(dá)電極的邊緣 在同一水平面上金屬構(gòu)件的邊緣就成為陰極在同一水平面上金屬構(gòu)件的邊緣就成為陰極 構(gòu)件中央部分成為陽極構(gòu)件中央部分成為陽極 如地下大型儲罐如地下大型儲罐土壤中的腐蝕宏電池類型（4）金屬所處狀態(tài)差異引起的腐蝕宏電池 土壤中異種金屬接觸、溫差、應(yīng)力及金屬表面狀態(tài)的不同，形成腐蝕宏電池，造成局部腐蝕 新舊管線構(gòu)成的腐蝕 舊管線

36、表面有腐蝕產(chǎn)物層，電極電位比新舊管線表面有腐蝕產(chǎn)物層，電極電位比新管線正，成為陰極，加速新管線的腐蝕管線正，成為陰極，加速新管線的腐蝕新舊管道連接埋于土壤中形成腐蝕電池新舊管道連接埋于土壤中形成腐蝕電池1舊管（陰極）；舊管（陰極）；2新管（陽極）新管（陽極）土壤中的腐蝕宏電池類型（5）鹽濃差電池 土壤介質(zhì)的含鹽量不同土壤介質(zhì)的含鹽量不同 鹽濃度高的部位電位較負(fù)，成為陽極而加速腐蝕鹽濃度高的部位電位較負(fù)，成為陽極而加速腐蝕（6）溫差電池 油氣井的套管油氣井的套管 位于地下深層的套管處于較高的溫度，成為陽極位于地下深層的套管處于較高的溫度，成為陽極 位于地表附近即淺層的套管溫度低，成為陰極，位于地

37、表附近即淺層的套管溫度低，成為陰極， 形成溫差電池腐蝕形成溫差電池腐蝕土壤中的腐蝕宏電池類型 腐蝕微電池作用下的土壤腐蝕腐蝕微電池作用下的土壤腐蝕 多數(shù)土壤多數(shù)土壤 陰極過程所控制，與電解液中相似陰極過程所控制，與電解液中相似 疏松干燥的土壤疏松干燥的土壤 陽極控制占優(yōu)勢，近于大氣腐蝕陽極控制占優(yōu)勢，近于大氣腐蝕 長距離宏觀電池作用下的土壤腐蝕長距離宏觀電池作用下的土壤腐蝕 地下管道經(jīng)過透氣性不同的土壤形成氧濃差地下管道經(jīng)過透氣性不同的土壤形成氧濃差 腐蝕電池腐蝕電池 土壤電阻成為主要的腐蝕控制因素土壤電阻成為主要的腐蝕控制因素 陰極陰極-電阻混合控制或電阻控制電阻混合控制或電阻控制土壤腐蝕的

38、控制特征（1）材料因素 鑄鐵、碳鋼，低合金鋼土壤腐蝕速度無明顯差別 冶煉方法、冷加工和熱處理對土壤腐蝕影響不大 Pb在土壤中的耐蝕性比碳鋼高45倍以上 生成鉛鹽保護(hù)層生成鉛鹽保護(hù)層 Zn的腐蝕速度比鋼略低 鋅鍍層在土壤中有很好的保護(hù)效果，鍍鋅層起了陰極保護(hù)作用鋅鍍層在土壤中有很好的保護(hù)效果，鍍鋅層起了陰極保護(hù)作用 Al在土壤中的耐蝕性 透氣良好的土壤中，透氣良好的土壤中，AlAl的平均腐蝕速度略低于鋼鐵的平均腐蝕速度略低于鋼鐵 透氣不良的土壤中，透氣不良的土壤中，AlAl的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，比鋼鐵還差的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，比鋼鐵還差土壤腐蝕的影響因素（2）土壤性質(zhì)的影響 孔隙度（透氣性）孔隙度（透氣性） 含水量含水量 電阻率電阻率 酸度酸度 含鹽量含鹽量土壤腐蝕的影響因素 孔隙度（透氣性） 孔隙度較大：利于氧滲透和水分