自然環(huán)境中金屬腐蝕

1、關(guān)于自然環(huán)境中金屬的腐蝕第一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕（Atmospheric Corrosion） 金屬材料暴露在空氣中，由于空氣中的水和氧 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 世界上80%以上的金屬構(gòu)件在大氣環(huán)境中使用 大氣腐蝕損失占總腐蝕損失量50% 對(duì)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一、大氣腐蝕概念第二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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 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、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞等。第三張，

2、PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、大氣腐蝕環(huán)境大氣環(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) 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)間有所 變化大氣中的水汽是決定大氣腐蝕速度和歷程的主要因素第四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 氧（參與電化學(xué)過程） 水分（水膜是電解液層） 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 SO2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倍二、大氣腐蝕環(huán)境第五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二氧化硫、硫化氫

3、、氯氣硫化物、氯化物、煤煙、塵埃等雜質(zhì)大大加速大氣腐蝕鄉(xiāng)村大氣：清潔城鎮(zhèn)大氣：污染工業(yè)大氣：SO2污染海洋大氣：含氯化物 大氣腐蝕環(huán)境分類 全球大氣污染日趨嚴(yán)重二、大氣腐蝕環(huán)境第六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月大氣的近似組成(10oC，100KPa)成 分克/米重量成 分毫克/米重量ppm氮(N2)87975氖(Ne)1412氧(O2)26923氪(Kr)43氬(Ar)151.26氦(He)0.80.7水蒸汽80.70氙(Xe)0.50.4二氧化碳0.50.04氫(H2)0.050.04第七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 雜 質(zhì) 典型濃度，微克/米二氧化硫(SO2)工業(yè)區(qū)：

4、冬天350，夏天100農(nóng)村地區(qū)：冬天100，夏天40二氧化硫(SO3)大約為SO2含量的10硫化氫(H2S)工業(yè)區(qū)：1.590城市地帶：0.51.7農(nóng)村地區(qū)：0.150.45春季測量數(shù)字氨(NH3)工業(yè)區(qū)：4.8農(nóng)村地區(qū)：2.1氯化物(空氣樣品)內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天4.8，夏天2.7沿海農(nóng)村區(qū)：年平均5.4氯化物(雨水樣品)內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天7.9，夏天5.3沿海農(nóng)村區(qū)：冬天57，夏天18毫克/升塵粒工業(yè)區(qū)：冬天250，夏天100農(nóng)村地區(qū)：冬天60，夏天15大氣的次要成分(雜質(zhì))第八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月三、大氣腐蝕的類型 干大氣腐蝕 潮

5、大氣腐蝕 濕大氣腐蝕I:干大氣腐蝕 =10100:潮大氣腐蝕 =100 1 m:濕大氣腐蝕 =1 m1mm:全浸, 1mm第十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 案例： 金屬Cu、Ag等在含有硫化物污染了的空氣中失澤1、干大氣腐蝕 定義：在空氣非常干燥的條件下，金屬表面 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10nm 沒有形成連續(xù)的電解液膜（I區(qū)） 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)性氧化膜第十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 水膜達(dá)幾十到幾百個(gè)水分子層厚，約10nm-1m 形成了連續(xù)的電解液薄膜（II區(qū)） 膜較薄，氧易于擴(kuò)散進(jìn)入界面 電

6、化學(xué)腐蝕，腐蝕速度急劇增大2、潮大氣腐蝕 定義：大氣中的相對(duì)濕度足夠高（但低于100%），在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時(shí)所發(fā)生的腐蝕。 特點(diǎn)： 案例 鐵在沒有雨雪淋到時(shí)的生銹第十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月3、濕大氣腐蝕 定義：空氣濕度接近于100，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1m-1mm 隨著水膜加厚，氧擴(kuò)散困難 腐蝕速度下降（III區(qū)） 特點(diǎn)：水膜厚1mm，相當(dāng)于金屬全浸于電解質(zhì)溶液，腐蝕速度基本不變（IV區(qū)）第十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 純水膜：導(dǎo)電性差不足以強(qiáng)烈腐蝕

7、實(shí)際水膜：水溶性鹽類、腐蝕性氣體（CO2、O2、SO2）四、大氣腐蝕條件 電化學(xué)腐蝕的特殊形式 液膜來源 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 液膜特性 金屬表面在潮濕的大氣中 吸附一層很薄的水膜 當(dāng)水膜達(dá)到20-30分子層厚時(shí) 電解液膜第十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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 結(jié)露是發(fā)生潮大氣腐蝕的前提 空氣溫度在5-50oC范圍內(nèi)，氣溫劇烈變化達(dá)6oC左 右時(shí)，只要空氣相對(duì)濕度達(dá)到65%-75%就可引起 結(jié)露現(xiàn)象。 溫差越大，引起結(jié)露的臨界濕度就越低。 晝夜溫差達(dá)6oC的氣候，在我國

8、各地十分常見。 液膜的產(chǎn)生：結(jié)露四、大氣腐蝕條件第十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 空氣中水分的飽和凝結(jié) 大氣相對(duì)濕度 100 水膜凝結(jié) 熱帶、亞熱帶及大陸性氣候地區(qū)，氣候變化劇烈 相對(duì)濕度 100% 也容易造成水分冷凝四、大氣腐蝕條件第十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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 大氣相對(duì)濕度低于100發(fā)生凝結(jié)的原因： 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 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)生吸水性的CuSO4、ZnCl2、NaCl、NH4NO3使水的凝聚變得容易。四、大氣腐蝕條件第

9、十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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 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 常常干濕交替五、大氣腐蝕的機(jī)理第十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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（Mg），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 化為主轉(zhuǎn)變?yōu)檠跞O化為主。大氣腐蝕的電極過程 陰極過程： 陽極過程： 陽極鈍化及金屬離子水化過程第十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月六、大氣腐蝕的影響因素1、氣候條件的影響大氣相對(duì)濕度（最重要因素）溫度和溫差（影響水汽凝結(jié)和水膜

10、中氣體、鹽類溶解度等）日照時(shí)間和氣溫風(fēng)向和風(fēng)速2、大氣中有害雜質(zhì)的影響空氣中的SO2、氮化物、鹽粒等影響第二十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月3、腐蝕產(chǎn)物膜腐蝕產(chǎn)物膜在金屬表面有一定保護(hù)作用，各種金屬銹膜結(jié)構(gòu)不同。純Fe上的銹膜為粉狀疏松物，腐蝕速度較大。低合金鋼銹膜完整致密，附著力好，耐腐蝕。第二十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月七、防止大氣腐蝕的措施 提高材料的耐蝕性 向碳鋼中加入Cu、P、Cr、Ni、微量Ca和Si 表面涂層保護(hù) 改變局部大氣環(huán)境 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。 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 加強(qiáng)環(huán)保，減少

11、大氣污染第二十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 淡水（Fresh water）一般指河水、湖水、地下水等含鹽量少的天然水。6.2 淡水和海水腐蝕6.2.1 淡水腐蝕28.3 11.2 7.8 1.0 15.0 4.1 6.3 2.3 0.96 13.1 90.06 世界河水溶解物的平均值%(mg/L)第二十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 氧去極化的電化學(xué)腐蝕過程，通常受陰極過程控制 金屬在淡水中的腐蝕第二十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 淡水腐蝕的影響因素 pH49：腐蝕速度與pH無關(guān)，鋼表面有氫氧化物膜，氧要通過膜才能起去極化作用。 pH河水和雨水 溫度：

12、035 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 通常為7.58.6； 植物茂盛，CO2減少，溶氧上升，海水表面pH為8.18.3； 海底有厭氧性細(xì)菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，pH 銅合金 不銹鋼 鑄鐵和碳鋼 電化學(xué)保護(hù) 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 則簡便易行。 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)第四十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 大型海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命達(dá)4050年，多 采用低碳鋼和低合金鋼制造，主要防護(hù)方法是 金屬和非金屬涂鍍。 熱噴涂鋅、鋁陽極性鍍層及ZnAl合金鍍層， 與涂料

13、配套使用。 有機(jī)防蝕涂料中環(huán)氧漆、氯化橡膠漆和乙烯漆 的耐海水腐蝕性較好，無機(jī)硅酸鹽富鋅底漆適 于作為海洋鋼結(jié)構(gòu)的底漆。涂鍍層保護(hù)四、防止海水腐蝕的措施第五十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3 土壤腐蝕土壤腐蝕 金屬在土壤的作用下所產(chǎn)生的一種腐蝕。如埋在地下的水管、蒸汽管、石油輸送管等管道，由于土壤中存在的水分、雜散電流和微生物的作用，都會(huì)遭受腐蝕。土壤腐蝕形貌第五十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月一、土壤腐蝕的電極過程金屬土壤腐蝕的陰極過程主要是氧的去極化在強(qiáng)酸性土壤中，氫去極化過程可能參與陰極還原過程 在某些情況下，微生物可能參與陰極還原過程 (2)陰極過程鐵在潮濕土

14、壤中的陽極過程和在溶液中腐蝕時(shí)相類似，陽極過程沒有明顯的阻礙在干燥且透氣性良好的土壤中，陽極過程接近于大氣腐蝕的陽極行為，即陽極過程因鈍化和離子水化的困難而有很大的極化(1)陽極過程第五十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、土壤腐蝕的特點(diǎn)（1）氣、液、固組成的多相體系（2）毛細(xì)管效應(yīng)土壤顆粒間形成大量毛細(xì)管微孔和間隙氣體 空氣、水蒸氣液體 溶有各種鹽類的電解質(zhì)固體 土壤顆粒第五十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）不均勻性（4）不流動(dòng)性微觀：土壤微結(jié)構(gòu)松緊程度以及固、液、氣成分含量均有差異宏觀：不同區(qū)域土壤類型、理化性質(zhì)不同固相相對(duì)固定，氣、液相有限流動(dòng)，腐蝕產(chǎn)物擴(kuò)散不容

15、易第五十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月三、 土壤腐蝕的類型（1）構(gòu)成氧濃差電池的土壤腐蝕粘土透氣性差氧含量低陽極過程砂土透氣性好氧含量高陰極過程第五十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）雜散電流腐蝕+架空線路軌供電所管道陽極區(qū)陰極區(qū)+ -直流電源設(shè)備漏電進(jìn)入土壤產(chǎn)生的電流，對(duì)地下管道、貯罐、電纜等金屬設(shè)施，造成嚴(yán)重的腐蝕破壞雜散電流流出的部位成為腐蝕電池的陽極區(qū)，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子進(jìn)入土壤 腐蝕掉的金屬量和流過的雜散電流的電量成正比 ，可以按法拉弟電解定律進(jìn)行估算 第五十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 硫酸鹽還原菌腐蝕移去陰極區(qū)氫原子陽極反應(yīng)水電離陰極反應(yīng)細(xì)菌引起的陰極去極化腐蝕產(chǎn)物整個(gè)反應(yīng)第五十七張，P