自然環(huán)境腐蝕

1、第第 8 8 章章 金屬在自然環(huán)境中的腐蝕金屬在自然環(huán)境中的腐蝕一一. 大氣腐蝕類型大氣腐蝕類型干的大氣腐蝕金屬表面不存在液膜層干的大氣腐蝕金屬表面不存在液膜層潮的大氣腐蝕存在肉眼不可見的薄液膜潮的大氣腐蝕存在肉眼不可見的薄液膜濕的大氣腐蝕表面存在肉眼可見的液膜濕的大氣腐蝕表面存在肉眼可見的液膜 8.1 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕金屬表面濕潤(rùn)的水是決定大氣腐蝕速度和腐蝕歷程的主要原因金屬表面濕潤(rùn)的水是決定大氣腐蝕速度和腐蝕歷程的主要原因根據(jù)金屬表面潮濕程度根據(jù)金屬表面潮濕程度大氣腐蝕速度隨大氣條件變化而變化，大氣腐蝕過程和特大氣腐蝕速度隨大氣條件變化而變化，大氣腐蝕過程和特征及控制因素也隨大氣條

2、件而變征及控制因素也隨大氣條件而變 8.1 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕干的大氣腐蝕沒形成連續(xù)的電解質(zhì)膜，干的大氣腐蝕沒形成連續(xù)的電解質(zhì)膜， 膜層只有幾個(gè)分子腐蝕速度很小膜層只有幾個(gè)分子腐蝕速度很小潮的大氣腐蝕形成連續(xù)的電解質(zhì)膜，膜厚潮的大氣腐蝕形成連續(xù)的電解質(zhì)膜，膜厚1mm1mm時(shí)，氧易于擴(kuò)散進(jìn)入界面，時(shí)，氧易于擴(kuò)散進(jìn)入界面，腐蝕速度迅速增加腐蝕速度迅速增加 金屬與比其表面濕度高的空氣接觸時(shí)，空氣中的水蒸汽可在金屬表面凝結(jié)金屬與比其表面濕度高的空氣接觸時(shí)，空氣中的水蒸汽可在金屬表面凝結(jié)而使金屬表面潤(rùn)濕而使金屬表面潤(rùn)濕濕的大氣腐蝕液膜增厚，氧擴(kuò)散阻力增大，腐蝕速度降低濕的大氣腐蝕液膜增厚，氧擴(kuò)散阻

3、力增大，腐蝕速度降低水膜厚度大于水膜厚度大于1mm1mm，速度略下降，速度略下降大氣腐蝕速度與表面潮濕程度之間存在一定的關(guān)系大氣腐蝕速度與表面潮濕程度之間存在一定的關(guān)系 8.1 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕二二. 大氣腐蝕過程和機(jī)理大氣腐蝕過程和機(jī)理濕度和溫度是引起金屬在大氣中腐蝕的重要原因濕度和溫度是引起金屬在大氣中腐蝕的重要原因1. 金屬表面上的水膜金屬表面上的水膜（1）水氣膜的形成不可見液膜（水汽達(dá)到飽和時(shí)，在金屬表面發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象）水氣膜的形成不可見液膜（水汽達(dá)到飽和時(shí)，在金屬表面發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象）毛細(xì)凝聚毛細(xì)凝聚 氣相中的飽和蒸汽壓與同它相平衡的液面曲率半徑有關(guān)（結(jié)構(gòu)縫隙、灰塵）氣相中的飽和蒸

4、汽壓與同它相平衡的液面曲率半徑有關(guān)（結(jié)構(gòu)縫隙、灰塵）吸附凝聚吸附凝聚 材料表面對(duì)水分子的吸附作用所形成薄的水分子層材料表面對(duì)水分子的吸附作用所形成薄的水分子層 （吸水性化合物）（吸水性化合物）化學(xué)凝聚化學(xué)凝聚 材料與吸附在表面的水發(fā)生化學(xué)作用，水在材料上的凝聚材料與吸附在表面的水發(fā)生化學(xué)作用，水在材料上的凝聚（2）濕膜的形成金屬表面形成可見水膜）濕膜的形成金屬表面形成可見水膜 其腐蝕歷程類似于沉浸在水中條件下的腐蝕，但氧的補(bǔ)充情況比浸于水中好其腐蝕歷程類似于沉浸在水中條件下的腐蝕，但氧的補(bǔ)充情況比浸于水中好 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕二二. . 大氣腐蝕過程和機(jī)理大氣腐蝕過程和機(jī)理2. 2. 大

5、氣腐蝕的電化學(xué)特征大氣腐蝕的電化學(xué)特征（1 1）陰極過程）陰極過程大氣腐蝕條件下，氧通過液膜傳遞速度快，液膜越薄擴(kuò)散層的厚度越大氣腐蝕條件下，氧通過液膜傳遞速度快，液膜越薄擴(kuò)散層的厚度越薄，因而陰極上的氧去極化作用越容易進(jìn)行，陰極過程的速度加快。薄，因而陰極上的氧去極化作用越容易進(jìn)行，陰極過程的速度加快。陰極過程主要是氧的去極化控制。陰極過程主要是氧的去極化控制。（2 2）陽極過程）陽極過程當(dāng)電極存在很薄的水膜時(shí)，陽離子水化困難，陽極過程受到阻滯，當(dāng)電極存在很薄的水膜時(shí)，陽離子水化困難，陽極過程受到阻滯，在很薄的水膜下，氧易于到達(dá)陽極表面，促使陽極鈍化作用，使陽極在很薄的水膜下，氧易于到達(dá)陽極

6、表面，促使陽極鈍化作用，使陽極過程受到強(qiáng)烈的阻滯過程受到強(qiáng)烈的阻滯大氣腐蝕速度與電極極化過程的特征隨大氣條件的不同而變化大氣腐蝕速度與電極極化過程的特征隨大氣條件的不同而變化濕的大氣腐蝕濕的大氣腐蝕腐蝕速度由陰極控制，隨電解液液膜的減薄，陰極上氧的腐蝕速度由陰極控制，隨電解液液膜的減薄，陰極上氧的去極化作用越易進(jìn)行；當(dāng)液膜太薄時(shí)，陰極過程變得越來越困難（因水分去極化作用越易進(jìn)行；當(dāng)液膜太薄時(shí)，陰極過程變得越來越困難（因水分不足以實(shí)現(xiàn)氧還原反應(yīng)）；不足以實(shí)現(xiàn)氧還原反應(yīng)）；潮的大氣腐蝕潮的大氣腐蝕腐蝕速度被陽極控制，隨液膜的減薄，陽極過程變得困難腐蝕速度被陽極控制，隨液膜的減薄，陽極過程變得困難

7、8.1 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕二二. 大氣腐蝕過程和機(jī)理大氣腐蝕過程和機(jī)理2. 2. 大氣腐蝕的電化學(xué)特征大氣腐蝕的電化學(xué)特征 8.1 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕二二. . 大氣腐蝕過程和機(jī)理大氣腐蝕過程和機(jī)理3. 3. 大氣腐蝕機(jī)理大氣腐蝕機(jī)理（1 1）氧化膜影響氧去極化控制）氧化膜影響氧去極化控制（3 3）銹層增厚，銹層電阻增大，氧的滲入困難，銹層的陰極極化作用減弱，）銹層增厚，銹層電阻增大，氧的滲入困難，銹層的陰極極化作用減弱， 此外附著性好的銹層內(nèi)層，由于活性陽極面積的減小，陽極極化增大，此外附著性好的銹層內(nèi)層，由于活性陽極面積的減小，陽極極化增大，大氣腐蝕機(jī)理與污染物密切相關(guān)大氣腐蝕

8、機(jī)理與污染物密切相關(guān)so2so2加快金屬腐蝕速度，通過減小加快金屬腐蝕速度，通過減小陽極的鈍化作用（陽極的鈍化作用（so2so2含量在大氣中很少，但其在水中的溶解度比氧含量在大氣中很少，但其在水中的溶解度比氧高高13001300倍）倍）（2 2）銹層參與陰極反應(yīng)成為陰極去極化劑）銹層參與陰極反應(yīng)成為陰極去極化劑四四. . 防止大氣腐蝕的措施防止大氣腐蝕的措施提高材料耐蝕性提高材料耐蝕性控制環(huán)境控制環(huán)境 8.1 8.1 大氣腐蝕大氣腐蝕 三三. . 影響大氣腐蝕的主要因素影響大氣腐蝕的主要因素大氣濕度臨界相對(duì)濕度（化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕）大氣濕度臨界相對(duì)濕度（化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕）溫度和溫差溫差比溫度

9、影響更大（影響水汽的凝聚及水膜中氣體和鹽類的溶解度）溫度和溫差溫差比溫度影響更大（影響水汽的凝聚及水膜中氣體和鹽類的溶解度）酸、堿、鹽介質(zhì)改變，影響金屬表面膜的穩(wěn)定性酸、堿、鹽介質(zhì)改變，影響金屬表面膜的穩(wěn)定性腐蝕性氣體腐蝕性氣體so2so2、hclhcl、h2sh2s、nh3nh3固體顆粒、表面狀態(tài)等因素影響固體顆粒、表面狀態(tài)等因素影響8.2 8.2 海水腐蝕海水腐蝕一一. 海水的物理化學(xué)性質(zhì)海水的物理化學(xué)性質(zhì)高鹽度高鹽度 海水的一項(xiàng)重要指標(biāo)。鹽度高，氯化物含量高海水的一項(xiàng)重要指標(biāo)。鹽度高，氯化物含量高高電導(dǎo)率高電導(dǎo)率 比江河高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)比江河高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)phph值值 中性，主要以氧去極化

10、為主中性，主要以氧去極化為主海水溫度海水溫度 不同地域變化范圍大不同地域變化范圍大含氧量含氧量 不同環(huán)境，海水氧含量會(huì)在較大范圍波動(dòng)不同環(huán)境，海水氧含量會(huì)在較大范圍波動(dòng)附著生物附著生物二二. 海水腐蝕的特點(diǎn)海水腐蝕的特點(diǎn)氧去極化腐蝕，氧擴(kuò)散速度小于氧還原的陰極反應(yīng)速度。氧去極化腐蝕，氧擴(kuò)散速度小于氧還原的陰極反應(yīng)速度。海水中含有大量的海水中含有大量的cl離子，陽極極化程度小，鈍化膜易破壞，不銹鋼也易離子，陽極極化程度小，鈍化膜易破壞，不銹鋼也易腐蝕腐蝕海水的電阻率小，金屬表面形成微電池及宏觀電池有較大的活性海水的電阻率小，金屬表面形成微電池及宏觀電池有較大的活性海水中易出現(xiàn)局部腐蝕，點(diǎn)蝕坑的最

11、大深度為平均腐蝕深度的海水中易出現(xiàn)局部腐蝕，點(diǎn)蝕坑的最大深度為平均腐蝕深度的34倍。倍。對(duì)于普通碳鋼、低合金鋼、鑄鐵來說，海水環(huán)境因素對(duì)腐蝕速度的影響遠(yuǎn)對(duì)于普通碳鋼、低合金鋼、鑄鐵來說，海水環(huán)境因素對(duì)腐蝕速度的影響遠(yuǎn)大于鋼本身成分和組織的影響大于鋼本身成分和組織的影響鹽類及其濃度鹽類及其濃度 含鹽量增高海水的電導(dǎo)率增加，但含氧量降低含鹽量存在最大值；含鹽量增高海水的電導(dǎo)率增加，但含氧量降低含鹽量存在最大值；電導(dǎo)率電導(dǎo)率 海水所含鹽分幾乎全處于電離狀態(tài)；海水是導(dǎo)電性極強(qiáng)的電解質(zhì)溶液；海水所含鹽分幾乎全處于電離狀態(tài)；海水是導(dǎo)電性極強(qiáng)的電解質(zhì)溶液；含氧量的影響含氧量的影響 溶解氧量是影響海水腐蝕的重

12、要因素，與鹽度及溫度有關(guān)；溶解氧量是影響海水腐蝕的重要因素，與鹽度及溫度有關(guān)；ph值值 主要影響鈣質(zhì)水垢沉積，從而影響到海水腐蝕；主要影響鈣質(zhì)水垢沉積，從而影響到海水腐蝕；溫度溫度 溫度越高，氧的擴(kuò)散速度加快，海水電導(dǎo)率增大，將促進(jìn)海水腐蝕溫度越高，氧的擴(kuò)散速度加快，海水電導(dǎo)率增大，將促進(jìn)海水腐蝕; 溫度升高，氧的溶解度降低，促進(jìn)保護(hù)性鈣質(zhì)水垢生成，將減緩海水腐蝕溫度升高，氧的溶解度降低，促進(jìn)保護(hù)性鈣質(zhì)水垢生成，將減緩海水腐蝕;6. 海水流速海水流速 海水流速不同，改變了供氧條件，故對(duì)腐蝕產(chǎn)生重要影響海水流速不同，改變了供氧條件，故對(duì)腐蝕產(chǎn)生重要影響;海生物海生物 改變改變ph值及供氧量值及供

13、氧量 海生物附著不完整、不均勻時(shí)，加劇局部腐蝕；海生物附著不完整、不均勻時(shí)，加劇局部腐蝕； 生物的生命運(yùn)動(dòng)改變了局部海水介質(zhì)成分，加速腐蝕；生物的生命運(yùn)動(dòng)改變了局部海水介質(zhì)成分，加速腐蝕； 某些海生物生長(zhǎng)時(shí)穿透表面保護(hù)層，破壞了保護(hù)膜，加速腐蝕某些海生物生長(zhǎng)時(shí)穿透表面保護(hù)層，破壞了保護(hù)膜，加速腐蝕三三. 影響海水腐蝕的因素影響海水腐蝕的因素8.2 海水腐蝕海水腐蝕多相性；多相性； 多孔性；不均勻性；固定性多孔性；不均勻性；固定性一一. 土壤腐蝕的電極過程及控制因素土壤腐蝕的電極過程及控制因素金屬在土壤中的電極電位取決于兩個(gè)因素：金屬在土壤中的電極電位取決于兩個(gè)因素：金屬的種類及表面性質(zhì)金屬的種

14、類及表面性質(zhì)土壤介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)土壤介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) 由于土壤是不均勻且相對(duì)固定的介質(zhì)，因此土壤的理化性質(zhì)在不同部位往由于土壤是不均勻且相對(duì)固定的介質(zhì)，因此土壤的理化性質(zhì)在不同部位往往不同往不同一一. 土壤腐蝕的電極過程及控制因素土壤腐蝕的電極過程及控制因素陽極過程鐵在潮濕的土壤中陽極極化過程無明顯的阻滯陽極過程鐵在潮濕的土壤中陽極極化過程無明顯的阻滯 腐蝕產(chǎn)物與土粒粘合，形成緊密層，有效阻礙陽極反應(yīng)；腐蝕產(chǎn)物與土粒粘合，形成緊密層，有效阻礙陽極反應(yīng)； 陽極鈍化氧易于到達(dá)金屬表面時(shí)陽極鈍化氧易于到達(dá)金屬表面時(shí)陰極過程氧的去極化過程，受氧輸送控制陰極過程氧的去極化過程，受氧輸送控制 氧的進(jìn)入

15、受陰極表面電解液（擴(kuò)散層）的限制，還受陰極上面土壤層氧的進(jìn)入受陰極表面電解液（擴(kuò)散層）的限制，還受陰極上面土壤層的阻礙，輸送氧的主要途徑是氧在土壤氣相中（孔隙）的擴(kuò)散的阻礙，輸送氧的主要途徑是氧在土壤氣相中（孔隙）的擴(kuò)散潮濕和密實(shí)的土壤，腐蝕過程主要由陰極過程控制潮濕和密實(shí)的土壤，腐蝕過程主要由陰極過程控制疏松和干燥的土壤，腐蝕特征已接近大氣條件的腐蝕，腐蝕過程由疏松和干燥的土壤，腐蝕特征已接近大氣條件的腐蝕，腐蝕過程由陽極過程所控制陽極過程所控制對(duì)于長(zhǎng)距離宏觀電池起作用的土壤來說，電阻所起的作用增加，土對(duì)于長(zhǎng)距離宏觀電池起作用的土壤來說，電阻所起的作用增加，土壤腐蝕由陰極電阻控制，甚至是電阻

16、控制占優(yōu)勢(shì)壤腐蝕由陰極電阻控制，甚至是電阻控制占優(yōu)勢(shì) 8.3 8.3 土壤腐蝕土壤腐蝕一一. 土壤腐蝕的電極過程及控制因素土壤腐蝕的電極過程及控制因素 8.3 8.3 土壤腐蝕土壤腐蝕一一. 土壤腐蝕的電極過程及控制因素土壤腐蝕的電極過程及控制因素微觀腐蝕電池陰、陽極過程發(fā)生在同一地點(diǎn)，尺寸小，常常造成均勻微觀腐蝕電池陰、陽極過程發(fā)生在同一地點(diǎn)，尺寸小，常常造成均勻腐蝕腐蝕宏觀腐蝕電池陰、陽極過程不在同一地點(diǎn)，導(dǎo)致局部腐蝕宏觀腐蝕電池陰、陽極過程不在同一地點(diǎn)，導(dǎo)致局部腐蝕兩者的重要區(qū)別是宏觀腐蝕電池受陰陽極兩極比和土壤電阻率的影響兩者的重要區(qū)別是宏觀腐蝕電池受陰陽極兩極比和土壤電阻率的影響不同

17、材料（供水管與輸水管）構(gòu)成電偶腐蝕不同材料（供水管與輸水管）構(gòu)成電偶腐蝕同種材料的不同部位接觸的土壤介質(zhì)理化性能不同構(gòu)成濃差電池同種材料的不同部位接觸的土壤介質(zhì)理化性能不同構(gòu)成濃差電池供熱、油管及氣管構(gòu)成溫差電池供熱、油管及氣管構(gòu)成溫差電池新舊管線構(gòu)成腐蝕電池新舊管線構(gòu)成腐蝕電池微電池和宏觀電池引起的土壤腐蝕（管線不同部位氧含量不同）微電池和宏觀電池引起的土壤腐蝕（管線不同部位氧含量不同） 金屬組織不均勻引起的；金屬組織不均勻引起的； 土壤介質(zhì)不均勻引起透氣性不同，氧的滲透速度不同；氧濃差電池土壤介質(zhì)不均勻引起透氣性不同，氧的滲透速度不同；氧濃差電池雜散電流引起的土壤腐蝕雜散電流引起的土壤腐蝕 正常電路漏失而流入它處的電流，導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕正常電路漏失而流入它處的電流，導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕微生物腐蝕微生物腐蝕 在缺氧的土壤中，細(xì)菌引起土壤物理化學(xué)性質(zhì)不均勻，造成氧濃差在缺氧的土壤中，細(xì)菌引起土壤物理化學(xué)性質(zhì)不均勻，造成氧濃差電池腐蝕電池腐蝕 二二. 土壤腐蝕的類型土壤腐蝕的類型 8.3 8.3 土壤腐蝕土壤腐蝕 8.3 8.3 土壤腐蝕土壤腐蝕三三. 土壤腐蝕的影響因素及防止措施土