腐蝕與防護-第五章-講稿

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心第五章自然環(huán)境中的腐蝕5.1大氣腐蝕5.2淡水和海水腐蝕5.3土壤腐蝕5.4微生物腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕?大氣腐蝕（AtmosphericCorrosion）–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60%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>50%?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《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕?大氣腐蝕以均勻腐蝕為主–也包括點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微動腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞等?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《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕環(huán)境?大氣環(huán)境不同腐蝕嚴重性不同

–與地域、季節(jié)、時間等條件有關(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

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕環(huán)境?參與大氣腐蝕過程的主要是–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、鹽等?鋼在海岸的腐蝕比在沙漠中大400~500倍–含水汽和氯化物大氣?工業(yè)區(qū)比沙漠區(qū)大氣腐蝕大50~100倍–SO2與水汽共同作用加速腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕環(huán)境?全球大氣污染日趨嚴重–二氧化硫、硫化氫、氯氣–硫化物、氯化物、煤煙、塵埃等雜質(zhì)

大大加速大氣腐蝕?大氣腐蝕環(huán)境分類–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《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕環(huán)境成分空氣氮N2氧O2氬Ar體積分數(shù)%10075231.26成分水蒸氣CO2氖Ne氪Kr體積分數(shù)%0.70.0412×10-43×10-4成分氦He氙Xe氫H2體積分數(shù)%0.7×10-40.4×10-40.04×10-4氣體含硫化合物：SO2、SO3、H2S氯和含氯化合物：Cl2、HCl固體灰塵NaCl、CaCO3含氮化合物：NO、NO2、NH3、HNO3

ZnO金屬粉末含碳化合物：CO、CO2氧化物、粉煤粉其他：有機化合物 《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕環(huán)境10腐蝕速度《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕的分類

?干大氣腐蝕

?潮大氣腐蝕

?濕大氣腐蝕IIIIIIIV水膜厚度

11《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心干大氣腐蝕?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：–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性氧化膜?案例：–金屬Cu、Ag等在含有硫化物污染了的空氣中失澤腐蝕速度《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

潮大氣腐蝕

?定義：大氣中的相對濕度足夠高（但低于100%），

在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時所發(fā)生的 腐蝕

?特點：

–水膜達幾十到幾百個水分子層厚，約10nm-1μm –形成了連續(xù)的電解液薄膜（II區(qū)）

–膜較薄，氧易于擴散進入界面

–電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度急劇增大

?案例–鐵在沒有雨雪淋到時的生銹IIIIIIIV水膜厚度腐蝕速度I《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

濕大氣腐蝕

?定義：空氣濕度接近于100％，或當水以雨、雪、

水沫等形式直接落在金屬表面上時，金屬表面便 存在著肉眼可見的凝結(jié)水膜時發(fā)生的腐蝕

?特點：

–水膜較厚，約為1μm~1mm –隨著水膜加厚，氧擴散困難–腐蝕速度下降（III區(qū)）II

III水膜厚度IV?水膜厚>1mm，相當于金屬全浸于電解質(zhì)溶液， 腐蝕速度基本不變（IV區(qū)）

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

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吸附一層很薄的水膜–當水膜達到20~30分子層厚時電解液膜?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–純水膜：導(dǎo)電性差不足以強烈腐蝕–實際水膜：水溶性鹽類、腐蝕性氣體（CO2、O2、SO2）、 汗液等–惡劣條件：低溫、潮熱、鹽霧、風沙、晝夜溫差大…《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕條件?液膜的產(chǎn)生：結(jié)露–當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

6oC左右時，只要空氣相對濕度達到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6oC的氣候，在我國各地十分常見。《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕條件

?空氣中水分的飽和凝結(jié)–大氣相對濕度>100％水膜凝結(jié)–熱帶、亞熱帶及大陸性氣候地區(qū)，氣候變化劇烈相對濕度<100%也容易造成水分冷凝

?《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕條件大氣相對濕度低于100％發(fā)生凝結(jié)的原因：①毛細管凝聚作用–金屬表面沉積物或金屬構(gòu)件之間的狹縫形成毛細管②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–金屬上的銨鹽（汗液）或鈉鹽（鹽粒）特別促進腐蝕③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????《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕機理大氣腐蝕初期的腐蝕機理銹層形成后的腐蝕機理銹層的結(jié)構(gòu)和保護性耐候鋼銹層結(jié)構(gòu)的特點《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕初期的腐蝕機理?遵從電化學(xué)腐蝕一般規(guī)律?環(huán)境特點：–電解液膜較薄–常常干濕交替?陰極過程：氧的去極化為主–表面液膜膜層很薄，氧容易到達陰極《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕初期的腐蝕機理?陰極過程：O2+2H2O+4e→4OH?–薄液膜條件下，氧的擴散比全浸狀態(tài)下更容易–即使電位較負的金屬（Mg），當從全浸狀態(tài)下的腐蝕轉(zhuǎn)變 為大氣腐蝕時，陰極過程由氫去極化為主轉(zhuǎn)變?yōu)檠跞O化 為主?陽極過程：M+xH2O→Mn+

?xH2O+ne–陽極鈍化及金屬離子水化過程

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕初期的腐蝕機理

?液膜厚度的影響

–液膜變薄，大氣腐蝕的陰極過程更容易進行

–陽極過程則變得越來越困難： 金屬離子水化過程較難進行，易于陽極鈍化產(chǎn)生

?腐蝕控制過程

–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

–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《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心銹層形成后的腐蝕機理?腐蝕產(chǎn)物：影響腐蝕電極過程?Evans模型：銹層－強氧化劑，電極反應(yīng)發(fā)生的位置不同?陽極反應(yīng)：金屬／Fe3O4界面上Fe→Fe2+

+2e?陰極反應(yīng)：Fe3O4／FeOOH界面上

8FeOOH+Fe2+

+2e→3Fe3O4+4H2O銹層內(nèi)發(fā)生了Fe3+→Fe2+的還原反應(yīng)銹層參與了陰極反應(yīng)過程《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心銹層形成后的腐蝕機理?大氣干濕交替：銹層加速腐蝕?銹層干燥時–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Fe2+重新氧化成為Fe3＋4Fe3O4+O2+6H2O→12FeOOH?銹層潮濕時–Evans模型–Fe3＋還原成Fe2+《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心銹層形成后的腐蝕機理?大氣中長期暴露鋼：腐蝕速度逐漸減慢–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；–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?！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

銹層的結(jié)構(gòu)和保護性

?銹層的結(jié)構(gòu)

–內(nèi)外兩層

–外層疏松，容易剝落

–內(nèi)層附著性好，結(jié)構(gòu)致密 能起到一定的保護作用

?碳鋼的銹層

–γ－FeOOH、α－FeOOH、Fe3O4

–環(huán)境不同：結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例不同–γ－FeOOH首先形成轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒璅eOOH和Fe3O4，轉(zhuǎn)變受大氣濕度、污染的影響《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心銹層的結(jié)構(gòu)和保護性?α－FeOOH對耐蝕性起著重要作用?一般大氣，暴露時間延長，α－FeOOH含量增多?含有SO2工業(yè)區(qū)或含有Cl－的沿海地區(qū)?α－FeOOH較少，γ－FeOOH或Fe3O4較多?在污染少的森林地帶?α－FeOOH多?工業(yè)大氣?碳鋼銹層中常存在一些鹽類結(jié)晶，如FeSO4·7H2O、FeSO4·4H2O、Fe2(SO4)3等?這些結(jié)晶鹽的存在將降低銹層的保護性《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心耐候鋼銹層結(jié)構(gòu)的特點?耐候鋼(耐大氣腐蝕鋼WeatheringSteel)–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的低合金鋼?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、連續(xù)

的含有Cu、Cr、P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α－FeOOH層?致密、連續(xù)的非晶內(nèi)氧化層及α－FeOOH層–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)之間的電子遷移，降低了電化學(xué)反應(yīng)的速度–––《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕的影響因素

?濕度–水膜的厚、薄大氣中的含水量?臨界濕度

–腐蝕速度開始急劇增加的濕度

–鋼鐵、Cu、Ni、Zn等臨界濕度約為50－70%?溫度

結(jié)露與環(huán)境的溫度有關(guān) 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–晝夜溫度變化大，也會加速大氣腐蝕。《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕的影響因素

?大氣成分

–大氣中的污染物: –硫化物（SO2、SO3、H2S）

–氮化物（NO、NO2、NH3）

–碳化物（CO、CO2）

–固體污染物(鹽顆粒、沙粒和灰塵等)4《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

大氣腐蝕的影響因素

?SO2的影響（最嚴重）

–SO2——礦物燃料燃燒產(chǎn)生的

–SO2促進金屬大氣腐蝕的自催化反應(yīng)機理SO2被吸附在金屬表面形成FeSO4FeSO4進一步氧化＋強烈水解作用生成硫酸硫酸＋Fe作用FeSO4Fe+SO2+O2→FeSO4自催化4FeSO4+O2+6H2O→4FeOOH+4H2SO42H2SO4+2Fe+O2→2FeSO+2H2O《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕的影響因素?HCl氣體–溶于水膜生成鹽酸，加速腐蝕?H2S氣體–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?氯化物–沿海地區(qū)受海風吹起的海水形成的細霧—鹽霧–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–汗液?《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心大氣腐蝕的影響因素固體顆粒的影響1.顆粒本身具有腐蝕性2.顆粒吸附腐蝕性物質(zhì)3.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《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心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–油漆、金屬鍍層或暫時性保護涂層。?改變局部大氣環(huán)境–使用氣相緩蝕劑和控制大氣濕度?合理設(shè)計和環(huán)境保護–防止縫隙中存水，避免落灰–加強環(huán)保，減少大氣污染《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心第五章自然環(huán)境中的腐蝕5.1大氣腐蝕5.2淡水和海水腐蝕5.3土壤腐蝕5.4微生物腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

淡水腐蝕

?淡水（Freshwater）

?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%CO32－SO42－Cl－NO3－

Ca2＋Mg2＋Na＋K＋(FeAl)2O3SiO2總計35.1512.145.680.9020.393.145.762.122.7511.57100. 012《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

淡水腐蝕機理

?金屬在淡水中的腐蝕

–氧去極化的電化學(xué)腐蝕過程，通常受陰極過程控制陽極反應(yīng)：Fe→Fe2++2e

陰極反應(yīng)： 溶液中：進一步氧化： 氫氧化鐵脫水 成為鐵銹：

O2+H2O+2e→2OH?Fe2+

+2OH?→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)32Fe(OH)3?2H2O→Fe2O3?H2OFe(OH)3?H2O→FeOOH《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心淡水腐蝕的影響因素氫氧化物膜?pH影響：?pH＝4－9：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<4時，膜被溶解，發(fā)生放氫，腐蝕加劇。淡水中低碳鋼腐蝕速度與pH的關(guān)系當水中含有Cl-和HCO3-，即便在pH＝8附近時，腐蝕也非?？??！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心淡水腐蝕的影響因素?溶氧的影響–腐蝕速度與溶氧量及氧的消耗成正比鈍化?當溶氧超過一定值，金屬發(fā)生鈍化，使腐蝕速度急劇下降《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

淡水腐蝕的影響因素?水中溶解成分的影響–含鹽量的增加，水的電導(dǎo)率增加，局部電流也增加，腐蝕速度增加–鹽量超過一定濃度后，氧的溶解度降低，因而腐蝕速度又減小《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

淡水腐蝕的影響因素

?陽離子

–一般離子（K＋、Na＋等）影響不大–氧化性重金屬離子促進陰極反應(yīng)?Cu2＋、Fe3＋、Cr3＋、Hg2＋等–Ca2＋、Zn2＋、Fe2＋一定防蝕作用–軟水比硬水腐蝕性大

?含Ca、Mg鹽類多的天然淡水為硬水，反之為軟水

?硬水中的重碳酸鈣在鋼表面形成CaCO3的膜，阻止 了溶氧的擴散

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心淡水腐蝕的影響因素?陰離子–一般都有害–Cl－等鹵族元素：點蝕和應(yīng)力腐蝕–SO42-

或NO3-

比Cl-影響小–ClO-、S2-等也是有害的–PO43-、NO2-、SiO32-等有緩蝕作用–HCO3-和Ca2+共存時，也有抑制腐蝕的效果腐蝕速度《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

淡水腐蝕的影響因素

?水溫的影響

–氧擴散控制：水溫上升10℃，鋼腐蝕速度提高30％

–溫度增加，化學(xué)反應(yīng)加快，但溶氧降低封閉系統(tǒng)敞開系統(tǒng)0溫度/℃160鈍態(tài)《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心淡水腐蝕的影響因素?流速的影響–流速較低：腐蝕速度隨流速增加而增大?到達金屬表面上的氧增多，陰極作用增加–流速增加到一定程度：腐蝕速度急劇下降；?強氧化條件，使鋼鐵進入鈍態(tài)氧增多–流速增到更高：腐蝕速度重新增加?對金屬表面保護層沖刷破壞《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕?海洋約占地球表面積的十分之七?海水含有各種鹽分：腐蝕性非常強的天然電解質(zhì)?常用金屬和合金在海水中大多數(shù)會遭受腐蝕?艦船、海上平臺、水下設(shè)備、海岸設(shè)施及使用海水冷卻的設(shè)備45《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水的特性?海水中溶解的鹽類：以氯化鈉為主–通常把海水近似地看作3％或3.5％的NaCl溶液?鹽度–1000g海水中溶解的固體鹽類物質(zhì)的總克數(shù)?大洋性海水的鹽度平均值：35‰?海水總鹽度隨地區(qū)而變化：–江河入?？?，海水被稀釋，鹽度變小。–在地中海、紅海等封閉性內(nèi)海中，由于水分急速蒸發(fā)，鹽度可高達40‰。–我國近海鹽度的平均值約為32.1‰《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

海水的特性

海水中主要鹽類的含量

成分

NaCl MgCl2MgSO4

CaSO4

K2SO4

CaCl2

MgBr2鹽含量（g／100g海水）

2.7123 0.3807 0.1658 0.1260 0.0863 0.0123 0.0076占鹽總量百分比

77.8 10.9 4.7 3.6 2.5 0.3 0.2

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水的特性?高電導(dǎo)率：>>河水和雨水?溫度：0－35℃?溶氧–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?pH–通常為8.1－8.3–植物茂盛，CO2減少，溶氧上升，pH接近9.7–海底有厭氧性細菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，pH<7?–④《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

海水腐蝕的特點

陽極極化阻滯很小

氯離子阻礙和破壞金屬的鈍化：①②③破壞氧化膜搶先吸附作用形成電場效應(yīng)形成絡(luò)合物－加速了金屬的陽極溶解，降低pH《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的特點?用提高陽極阻滯的方法來防止鋼鐵腐蝕是很困難的——與大氣腐蝕有所區(qū)別?不銹鋼在海水中也遭受嚴重的局部腐蝕——氯離子破壞鈍化膜?極少數(shù)易鈍化金屬在海水中保持鈍態(tài)–Ti、Zr、Nb、Ta等–具有顯著的陽極阻滯《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的特點?陰極過程主要是氧去極化：腐蝕控制環(huán)節(jié)–在海水pH條件下，析氫反應(yīng)平衡電位約為-0.48V–Pb、Zn、Cu、Ag、Au等金屬不會發(fā)生析氫腐蝕–Fe在pH＝8.8，Cr在pH＝10.9以內(nèi)雖有可能進行析氫反應(yīng)，其速度也很緩慢?海水中的氧去極化反應(yīng)是：O2＋2H2O＋4e→4OH－–反應(yīng)平衡電位：+0.75V–氧的還原反應(yīng)在Cu、Ag、Ni上比較容易進行，其次是Fe、Cr。《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的特點?在含有大量H2S的缺氧海水中，也可能發(fā)生H2S的陰極去極化作用?Fe3＋、Cu2＋等高價的重金屬離子也可參與陰極反應(yīng)?由Cu2＋離子還原出的Cu在Al等金屬表面上將成為 有效的陰極，因此海水中如含有0.1μg／g以上濃度 的Cu2＋離子，就不能使用鋁合金《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的特點?海水腐蝕的電阻性阻滯作用很小–異種金屬的接觸能造成明顯的電偶腐蝕–腐蝕電池作用更強烈、影響范圍更遠–海船的青銅螺旋槳可引起數(shù)十米外鋼制船身的腐蝕?在海水中由于鈍化膜的局部破壞，很容易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕。?在高流速的海水中，易產(chǎn)生沖擊腐蝕和空蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

海水腐蝕的影響因素

?復(fù)雜的鹽類平衡溶液

?溶解的氣體、懸浮泥沙

?生物、腐敗的有機物質(zhì)及污染物等

化學(xué)因素（1）溶解氣體

O2、CO2（2）化學(xué)平衡 鹽度

pH

碳酸鹽溶解度

物理因素（3）流速 空氣泡 懸浮泥沙（4）溫度（5）壓力

生物因素（6）生物污染 硬殼類 非硬殼類 浮游和半浮游類（7）植物生活

O2氧的產(chǎn)生CO2的消耗（8）動物生活

O2的消耗CO2的產(chǎn)生《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的影響因素?鹽度：–氯化鈉濃度：鋼鐵材料腐蝕速度最大的濃度–溶鹽超過一定值后，由于氧的溶解度降低，金屬腐蝕速度下降?pH：–海水pH處于中性，對腐蝕影響不大。–深海處pH略有降低，不利于在金屬表面生成保護性碳酸鹽層?！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的影響因素?碳酸鹽飽和度–飽和碳酸鹽易沉積在金屬表面形成保護層–施加陰極保護時更易使碳酸鹽沉積析出–河口處的稀釋海水碳酸鹽并非飽和，不易形成保護層?含氧量–含氧量增加，金屬腐蝕速度增加–波浪及植物光合作用能提高氧含量–海洋動物呼吸作用及尸體分解需要消耗氧–污染海水中含氧量顯著下降《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

海水腐蝕的影響因素

?溫度

–提高溫度通常能加速反應(yīng)

–隨溫度上升，氧的溶度隨之下降

–鐵、銅在炎熱的環(huán)境或季節(jié)里腐蝕速度要快些

?流速

–低流速：

?碳鋼的腐蝕隨流速的增加而加速

?對海水中鈍化的金屬，一定的流速能促進鈍化

–高流速：金屬腐蝕急劇增加，出現(xiàn)磨蝕、沖蝕和空蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

海水腐蝕的影響因素

?生物性因素

–動物、植物及微生物，生物的附著與污損①海洋生物附著區(qū)域氧濃差電池局部腐蝕藤壺的殼層與金屬表面形成縫隙縫隙腐蝕②海洋生物對金屬表面保護涂層的穿透剝落等破壞作用

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海水腐蝕的影響因素?生物性因素③海洋生物活動，局部地改變了海水介質(zhì)成分–藻類植物光合作用可增加局部海水中的氧濃度，加速了腐蝕–生物呼吸排出的CO2，以及生物尸體分解形成的H2S，對腐蝕也有加速作用?生物玷污–銅和銅合金受海洋生物玷污傾向最小，銅離子或氧化亞銅表面膜具有毒性–鋁合金、鋼鐵及鎳基合金受海洋生物玷污最嚴重《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海洋環(huán)境分類及腐蝕特點?海洋大氣區(qū)–飛濺區(qū)以上的大氣區(qū)和沿海大氣區(qū)–碳鋼腐蝕速度0.05mm／a，較低?飛濺區(qū)–平均高潮線以上海浪飛濺潤濕的區(qū)段。–海水與空氣充分接觸，含氧量最大，加之海浪的沖擊作用，成為腐蝕性最強的區(qū)域。–碳鋼腐蝕速度0.5mm／a，最大1.2mm／a《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海洋環(huán)境分類及腐蝕特點?潮汐區(qū)–平均高潮位和平均低潮位之間的區(qū)域。–孤立鋼件，主要為微電池腐蝕作用，腐蝕速度受氧擴散控制，潮汐區(qū)的腐蝕速度要高于全浸區(qū)；–對于長尺寸鋼件，除微電池腐蝕外，還受到氧濃差電 池作用，潮汐區(qū)部分因供氧充分為陰極，受到保護， 而緊靠低潮線以下的全浸區(qū)部分，因供氧相對不足成 為陽極，腐蝕加速。63《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海洋環(huán)境分類及腐蝕特點?全浸區(qū)–平均低潮線以下直至海底的區(qū)域–碳鋼腐蝕速度約為0.12mm／a?將深海分為三層–海面到同水溫的表層（100－200m）–表層下約1000m，鹽分和氧濃度急劇下降–更深層，鹽分、水溫大體一定，溶氧上升《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心海洋環(huán)境分類及腐蝕特點?海泥區(qū)–海水全浸區(qū)以下部分，主要由海底沉積物構(gòu)成–與陸地土壤不同，海泥區(qū)含鹽度高，電阻率低，腐蝕性較強–與全浸區(qū)相比，海泥區(qū)的氧濃度低，腐蝕速度通常低于全浸區(qū)烈淺水60《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

海洋環(huán)境分類及腐蝕特點腐蝕速度→海洋區(qū)域環(huán)境條件腐蝕特點平均高潮線大氣區(qū)飛濺區(qū)潮汐區(qū)海風鹽粒，影響因素：高度、風速、雨量、溫度…潮濕，充分充氣的表面，無海生物沾污周期沉浸，供氧充分海鹽粒子加速腐蝕，隨離海岸距離而不同海水飛濺，干濕交替，腐蝕激氧濃差電池使本區(qū)受到保護平均低潮線全浸區(qū)海水飽和，影響因素：流腐蝕隨溫度變化，淺水區(qū)腐蝕速、水溫、污染、海生物、較重，陰極區(qū)形成石灰質(zhì)水細菌等。垢，生物因素影響大海底面大陸架深海海泥區(qū)生物污染減少，氧含量降低，溫度降低含氧量比表層高，溫度接近0度，水流速低，pH低常有細菌（如硫酸鹽還原菌）深度增加，腐蝕減輕，但不易生成水垢保護層鋼的腐蝕通常較輕泥漿有腐蝕性，形成泥漿與海水間的腐蝕電池，有微生物腐蝕產(chǎn)物《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心防止海水腐蝕的措施?合理選用金屬材料：避免電偶腐蝕–耐蝕性鈦合金和鎳鉻鉬合金>銅合金>不銹鋼>鑄鐵和碳鋼?電化學(xué)保護–在全浸區(qū)才有效–外加電流陰極保護法便于調(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《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心防止海水腐蝕的措施?涂鍍層保護：–大型海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命達40－50年，多 采用低碳鋼和低合金鋼制造，主要防護方法是 金屬和非金屬涂鍍。–熱噴涂鋅、鋁陽極性鍍層及Zn－Al合金鍍層，與涂料配套使用。–有機防蝕涂料中環(huán)氧漆、氯化橡膠漆和乙烯漆 的耐海水腐蝕性較好，無機硅酸鹽富鋅底漆適 于作為海洋鋼結(jié)構(gòu)的底漆?！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心防止海水腐蝕的措施《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心第五章自然環(huán)境中的腐蝕5.1大氣腐蝕5.2淡水和海水腐蝕5.3土壤腐蝕5.4微生物腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕?土壤腐蝕（SoilCorrosion）：埋在土壤中的金屬及其構(gòu)件的腐蝕?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：–埋地管線維修費用增加，導(dǎo)致泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸和環(huán)境污染–金屬構(gòu)件一般埋在地下1-2m處，不易發(fā)現(xiàn)，維修困難–土壤腐蝕影響因素復(fù)雜，工業(yè)污染及雜散電流參與，有時難以采取有效的防護措施?！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤電解質(zhì)的特性?土壤：一種特殊的電解質(zhì)?多相性–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礦物質(zhì)及有機物質(zhì)–不同土壤其土粒大小不相同

?砂礫土的顆粒為0.07－2mm?粉砂土的顆粒為0.005－0.07mm?粘土的顆粒小于0.005mm?實際土壤是不同土粒按比例混合《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

土壤電解質(zhì)的特性

?多孔性

–土壤顆粒間形成大量毛細管微孔或孔隙

–孔隙中充滿了空氣和水

–土壤中的水分

?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?水分土壤成為離子導(dǎo)體腐蝕性電解質(zhì)?水具有形成膠體的作用土壤并非孤立顆粒，而是各種有機物、無機物的膠凝物質(zhì)顆粒的聚集體?土壤孔隙和含水程度影響土壤透氣性和電導(dǎo)率《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤電解質(zhì)的特性?不均勻性–土粒、氣孔、水分、結(jié)構(gòu)緊密程度–不同性質(zhì)的土壤交替更換–各種物理—化學(xué)性質(zhì)，尤其是電化學(xué)性質(zhì)?相對固定性–土壤的固體部分固定不動的–氣相和液相有限的運動?土壤孔穴中的對流和定向流動，以及地下水的移動《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的電極過程?陽極過程潮濕土壤中：與溶液中類似，陽極過程阻礙小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困難而大大極化潮濕、透氣不良且含有氯離子的土壤中：

Mg、Zn、Al、Mn、Sn：無陽極極化Fe、碳鋼、Cu、Pb：陽極極化率低Cr、Zr、含鉻或鉻鎳的不銹鋼：鈍化，但受Cl-破壞Ti、Ta：完全鈍化，穩(wěn)定，無陽極溶解《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的電極過程?陰極過程–氧的去極化–強酸性土壤中氫去極化可能參與–微生物可能參與?土壤中氧的去極化過程–兩個基本步驟：–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–氧的傳輸過程復(fù)雜《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的電極過程?氧的輸送方式：氣相和液相兩條途徑?土壤中氣相或液相的定向流動?土壤中的空氣和水分流動—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、下雨、風吹及地下水位的漲落等因素的變化?疏松粗粒結(jié)構(gòu)的土壤——傳遞氧速度很大?密實潮濕的土壤——傳遞氧效果很小——導(dǎo)致氧在不同土壤中輸送速度的差異《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的電極過程?氧的輸送方式：氣相和液相兩條途徑?在土壤的氣相和液相中的擴散?氧的擴散是土壤中供氧的主要途徑?擴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，氧的擴散速度降低3－4個數(shù)量級?氧的擴散最后還要通過金屬表面在土壤毛細孔隙下形成的電解液薄層及腐蝕產(chǎn)物層《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的控制特征?腐蝕微電池作用下的土壤腐蝕–多數(shù)土壤?陰極過程所控制，與電解液中相似–疏松干燥的土壤?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–地下管道經(jīng)過透氣性不同的土壤形成氧濃差腐蝕電池–土壤電阻成為主要的腐蝕控制因素–陰極-電阻混合控制或電阻控制《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

土壤中的腐蝕電池

?土壤腐蝕電池類型–金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均一性腐蝕微電池–土壤介質(zhì)的宏觀不均一性腐蝕宏電池?土壤介質(zhì)的不均勻性

–透氣性不同 氧的滲透速度變化與不同土壤相接觸的金屬各部位電位不同建立氧濃差腐蝕電池–pH、含鹽量的變化也造成腐蝕宏電池?地下的長距離管道

–穿越各種不同條件的土壤，形成長距離腐蝕宏電池《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

土壤中的腐蝕類型

?長距離腐蝕宏電池

?長距離金屬構(gòu)件通過不同土壤時形成

?在從土壤（I）進入另一種土壤（II）的地方形成電池：–土壤中氧的滲透性不同造成氧濃差電池–土壤性質(zhì)的變化（有機物和污染）形成腐蝕宏電池?長線電流 產(chǎn)生相當可觀的腐蝕電流 電流強度可達5A

流動的范圍可超過1.5km

埋在密實、潮濕的土壤（粘土） 中的鋼作為陽極而受腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤中的腐蝕類型?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–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–回填土壤的密度要均勻，盡量不帶夾雜物《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

土壤中的腐蝕類型

?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重的

?直徑較大的水平輸送管道，下部比上部腐蝕更嚴重–邊緣效應(yīng)：氧更容易到達電極的邊緣

?在同一水平面上金屬構(gòu)件的邊緣就成為陰極

?構(gòu)件中央部分成為陽極

?如地下大型儲罐

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤中的腐蝕類型?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，加速新管線的腐蝕新舊管道連接埋于土壤中形成腐蝕電池

1－舊管（陰極）；2－新管（陽極）《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤中的腐蝕類型?鹽濃差電池–土壤介質(zhì)的含鹽量不同–鹽濃度高的部位電位較負，成為陽極而加速腐蝕?溫差電池–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–位于地表附近即淺層的套管溫度低，成為陰極，形成溫差電池腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的影響因素?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4－5倍以上–生成鉛鹽保護層?Zn的腐蝕速度比鋼略低–鋅鍍層在土壤中有很好的保護效果，鍍鋅層起了陰極保護作用?Al在土壤中的耐蝕性–透氣良好的土壤中，Al的平均腐蝕速度略低于鋼鐵–透氣不良的土壤中，Al的腐蝕相當嚴重，比鋼鐵還差《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤腐蝕的影響因素?土壤性質(zhì)的影響–孔隙度（透氣性）–含水量–電阻率–酸度–含鹽量《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤性質(zhì)對土壤腐蝕的影響?孔隙度（透氣性）–孔隙度較大：利于氧滲透和水分保存?透氣性良好–加速微電池作用的腐蝕–生成保護性腐蝕產(chǎn)物層，減緩腐蝕?透氣性不良–減緩微電池作用的腐蝕–形成腐蝕宏電池，成為氧濃差電池陽極而嚴重腐蝕–考古：埋在透氣不良的土壤中的鐵器歷久無損《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤性質(zhì)對土壤腐蝕的影響?含水量?微電池作用的腐蝕（曲線I）–含水量很高（>80％），氧擴散受阻，腐蝕減小–含水量減少，氧去極化變易，腐蝕增加–含水量<10％，陽極極化和土壤電阻率加大，腐蝕急速降低?長距離氧濃差宏電池作用的腐蝕（曲線Ⅱ）–含水量增加，土壤電阻率減少，氧濃差電池增強，腐蝕增大–在含水量為70-90％時出現(xiàn)最大值–含水量增至飽和，氧擴散受阻，氧濃差電池減輕，腐蝕下降–埋得較淺的含水量少的部位的管道是陰極，埋得較深接近地下水位的管道，因土壤濕度大，成為氧濃差電池的陽極而被腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤性質(zhì)對土壤腐蝕的影響?電阻率–土壤電阻率與孔隙度、含水量及含鹽量等有關(guān)–土壤電阻率越小，腐蝕越嚴重?酸度–酸性礦物質(zhì)、生物活動形成有機酸和無機酸、工業(yè)污水–大部分土壤屬中性，pH＝6－8–堿性土壤：pH＝8－10，鹽堿土–酸性土壤：pH＝3－6，沼澤土、腐殖土–酸度增高，氫去極化增強，土壤腐蝕性增加《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心土壤性質(zhì)對土壤腐蝕的影響?含鹽量?含鹽量大，土壤電導(dǎo)率增加，腐蝕性增加?氯離子–促進腐蝕–海邊潮汐區(qū)或接近鹽場的土壤，腐蝕性更強?堿土金屬鈣、鎂離子–減輕腐蝕–非酸性土壤中能形成難溶氧化物和碳酸鹽保護層?硫酸根離子–與鉛作用生成硫酸鉛保護層–和微生物腐蝕有關(guān)《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心微生物對土壤腐蝕的影響?缺氧壤條件：–密實、潮濕的粘土深處(考古)–某些微生物的生長–硫酸鹽還原菌的活動引起強烈的腐蝕–促進陰極去極化，生成硫化氫也加速腐蝕?在不通氣的土壤中如有嚴重的腐蝕發(fā)生，腐蝕產(chǎn) 物呈黑色，伴有惡臭，可考慮為硫酸鹽還原菌所 致的微生物腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心防止土壤腐蝕的措施?覆蓋層保護–焦油瀝青、環(huán)氧煤瀝青質(zhì)、聚乙烯塑料膠帶防腐層及泡沫塑料防腐層?改變土壤環(huán)境–石灰石碎塊、加強排水以降低水位?陰極保護–覆蓋層和陰極保護法結(jié)合《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心雜散電流腐蝕?雜散電流–由原定的正常電路漏失而流入它處的電流–主要來源：應(yīng)用直流電大功率電氣裝置，如電氣化鐵道、電解及電鍍槽、電焊機電化學(xué)保護裝置等?雜散電流腐蝕（StrayCurrentCorrosion）–當雜散電流流過埋在土壤中的管道、電纜等，進入大地處的陽極端出現(xiàn)的腐蝕。–受腐蝕的都是電流從路軌或管線流出的陽極區(qū)–1A的電流流過一年就可使9kg的鐵發(fā)生電化學(xué)溶解。–極端情況下，流過金屬構(gòu)件的雜散電流強度可達10A《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心雜散電流腐蝕?破壞特征–陽極區(qū)的局部腐蝕–管線外絕緣涂層破損處尤為集中–直流電、交流電都會引起雜散電流腐蝕?防止雜散電流腐蝕的措施–排流法，把原先相對路軌為陽極區(qū)的管線用導(dǎo)線與路軌直接相連，使整個管線處于陰極性–絕緣和犧牲陽極陰極保護-《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

雜散電流腐蝕架空線 路軌

++供電所

–正常：電流自正極機車架 空線鐵軌負極鐵軌/土壤絕緣不良：部分電流從鐵軌漏失到土壤中埋地管道：良導(dǎo)體雜散陰極區(qū)管道陽極區(qū)電流流入流出土壤及

軌道電源 相當于產(chǎn)生兩個串聯(lián)電解池I：路軌（陽極）/土壤/管線（陰極）II：管線（陽極）/土壤/路軌（陰極）《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心第五章自然環(huán)境中的腐蝕5.1大氣腐蝕5.2淡水和海水腐蝕5.3土壤腐蝕5.4微生物腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心微生物腐蝕?微生物腐蝕（MIC）–在微生物生命活動參與下所發(fā)生的腐蝕?普遍性：–凡是同水、土壤或濕潤空氣相接觸的金屬設(shè)施，都可能遭到微生物腐蝕。–約有50％－80％的地下管線腐蝕屬于微生物引起或參與的腐蝕。–在油田汽水系統(tǒng)、深水泵、循環(huán)冷卻系統(tǒng)、水壩、碼頭、海上采油平臺、飛機燃料箱等裝置《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心微生物腐蝕的特征?微生物的生長繁殖需要適宜的環(huán)境條件

–溫度、濕度、酸度、環(huán)境含氧量及營養(yǎng)源?微生物生命活動直接或間接參與了腐蝕過程，–并非是微生物直接食取金屬?多種微生物共生、交互作用的結(jié)果9《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心微生物參與腐蝕過程的方式①微生物新陳代謝產(chǎn)物增加環(huán)境的腐蝕性–無機酸、有機酸、硫化物、氨等②促進腐蝕的電極反應(yīng)動力學(xué)過程–如硫酸鹽還原菌促進金屬腐蝕的陰極去極化過程③改變了金屬周圍環(huán)境

–改變氧濃度、鹽度、酸度，形成局部腐蝕電池④破壞保護性覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性–地下管道有機纖維覆蓋層被分解破壞–亞硝酸鹽緩蝕劑因細菌作用而氧化surface《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心與腐蝕有關(guān)的微生物?主要是細菌類，因而微生物腐蝕也稱為細菌腐蝕。?直接參與自然界硫、鐵循環(huán)的細菌，如硫氧化細菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌等?按其生長發(fā)育中對氧的要求分屬–嗜氧性細菌：需有氧存在時才能生長繁殖，如硫氧化菌、鐵細菌等–厭氧性細菌：在缺氧條件下才能生存與繁殖，如硫酸鹽還原菌。100《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

與腐蝕有關(guān)的主要微生物的特性類型對氧的需 要被還原或氧化的土壤組 分主要最終產(chǎn)物生存環(huán)境活動的pH

范圍溫度范圍 ℃硫酸鹽還原菌（Desulfovibriodesulfuricans脫硫弧菌）硫氧化菌

硫酸鹽、硫 代硫酸鹽、厭氧亞硫酸鹽、 連二亞硫酸 鹽、硫

水、污泥、6－7.5硫化污水、油井、（最佳） 氫土壤、沉積5－9

物、混凝土（限度） 含有硫及磷

25－30（最佳）

55－65（最高）（Thiobacillusth酸鹽的施肥2－428－30ioxidans氧化硫桿菌）嗜氧硫、硫化物、硫代硫酸鹽硫酸土壤、氧化不完全的硫（最佳）

0.5－6（最佳）

18－37化物土壤、污水、海水（限度）（限度）鐵細菌（Crenothrixandleptothrix鐵細菌屬）

碳酸亞鐵、嗜氧碳酸氫亞鐵、 碳酸氫錳氫氧化鐵含鐵鹽和有機物的靜水和流水

7－9（最佳）

24（最佳）

5－40（限度）《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心微生物腐蝕機理?硫酸鹽還原菌–造成點蝕–腐蝕產(chǎn)物：黑色帶有難聞氣味的硫化物–氫化酶移去陰極區(qū)氫原子，促進腐蝕過程中的陰極去極化–極大地提高鋼鐵的腐蝕速度?使碳鋼和鑄鐵的腐蝕速度增加十幾~幾十倍2《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

硫酸鹽還原菌移去陰極區(qū) 氫原子

4Fe→4Fe2+

+8e8H2O→8H+

+8OH?8H++8e→8H陽極反應(yīng) 水電離陰極反應(yīng)SO4?+8H→S2?

+4H2O

細菌引起的陰極去極化Fe2++S2?→FeS腐蝕產(chǎn)物

3Fe2+

+6OH

?

→3Fe(OH)2

整個反應(yīng)4Fe+SO42?

+4H2O→FeS+3Fe(OH)2+2OH?

《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心硫氧化菌?硫氧化菌能將硫及硫化物氧化成硫酸：硫氧化菌2S+3O2+2H2O

2H2SO4?在酸性土壤及含黃鐵礦的礦區(qū)土壤中，形 成了大量的酸性礦水，使礦山機械設(shè)備發(fā) 生劇烈腐蝕1105《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心鐵細菌?分布廣泛，形態(tài)多樣，有桿、球、絲等形狀?使二價鐵離子氧化成三價，并沉積于菌體內(nèi)外，從而促 進了鐵的陽極溶解過程，三價鐵離子可將硫化物進一步氧 化成硫酸2Fe(OH)2+H2O+O2→2Fe(OH)3↓2?鐵細菌常在水管內(nèi)壁附著生長形成結(jié)瘤，造成氧濃差局部腐蝕。?在受到鐵細菌腐蝕的水管內(nèi)，經(jīng)常出現(xiàn)機械堵塞以及稱為“紅水”的水質(zhì)惡化現(xiàn)象?！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心生物粘泥?組成–由微生物組成的附著于管道、壁面上的粘質(zhì)膜層–多種微生物的集合體–包容著水中的各種無機物和由鐵細菌生成的鐵氧化物等無機物沉積?促進氧濃差電池–氧濃度高的外側(cè)生長著好氣性微生物如鐵細菌、氫細菌、硫氧化菌–內(nèi)側(cè)是厭氧菌的繁殖場所–微生物的活動加速了腐蝕，而腐蝕生成的鐵離子、氫等又進一步促進微生物的生長–形成比一般氧濃差電池作用更為嚴重的腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心混凝土管道?管道底部：?厭氧的硫酸鹽還原菌產(chǎn)生硫化氫?硫化氫逸出?管道頂部：?嗜氧的硫氧化菌產(chǎn)生硫酸?混凝土管道被腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心防止微生物腐蝕的措施?使用殺菌劑或抑菌劑?改變環(huán)境條件抑制微生物生長–提高pH值及溫度?覆蓋防護層?陰極保護《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心第六章工業(yè)環(huán)境中的腐蝕6.1酸堿鹽介質(zhì)中的腐蝕6.2工業(yè)水中的腐蝕6.3熔鹽腐蝕6.4液態(tài)金屬腐蝕6.5石油工業(yè)中的腐蝕酸溶液中的腐蝕?主要影響因素–酸的強弱（氫離子濃度、pH）?陰極反應(yīng)速度?金屬表面膜的溶解度–陰離子氧化性?氧化劑促進陰極去極化?促進鈍化，抑制腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心酸溶液中的腐蝕?硫酸–鉛和鉛合金：<70%的硫酸–碳鋼：70～100％的硫酸

–FeSO4或PbSO4保護膜?鹽酸——強腐蝕性–無法生成難溶的金屬鹽表面保護層–Cl-活性強，破壞金色鈍化膜?硝酸——強氧化性–適用于鈍態(tài)金屬，不適于熱力學(xué)穩(wěn)定金屬–不銹鋼，18-8?有機酸《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心堿和鹽溶液中的腐蝕?堿的腐蝕性比酸小–難溶氫氧化物或氧化物保護作用–比酸介質(zhì)中電位負–堿脆?鹽的腐蝕–使pH變化–具有氧化還原性–增大溶液導(dǎo)電性–絡(luò)合能力–鹵素離子《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心工業(yè)水腐蝕?工業(yè)水按用途分類–冷卻水–鍋爐水–其他工業(yè)用水?水源不一、組成各異、處理方法不同?工業(yè)用水占世界用水量的60～80％《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

冷卻水腐蝕?淡水和海水?腐蝕－結(jié)垢－微生物–腐蝕產(chǎn)物加劇結(jié)垢–結(jié)垢促進垢下腐蝕–微生物促進腐蝕和結(jié)垢?以銅為主《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心銅管冷凝器冷卻水腐蝕類型?均勻腐蝕?脫鋅腐蝕?沖刷腐蝕?固體顆粒沖蝕－水中懸浮的砂礫，點狀凹坑?沉積物下腐蝕－縫隙腐蝕、多孔沉積物下的點蝕?晶間腐蝕－海水淡化裝置的高溫部分?應(yīng)力腐蝕（氨脆）和腐蝕疲勞（水流振動）?氨腐蝕：冷凝部位氨濃度高?污染海水腐蝕：硫化物《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心高溫高壓水腐蝕?水的沸點隨溫度升高而升高?高壓鍋爐、水冷卻型核反應(yīng)堆–高純的高溫高壓水–壓力高－熱效率高?完全純凈的高溫高壓水：腐蝕性低?極少量氧、鹽等雜質(zhì)：腐蝕性加劇《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

影響高溫水腐蝕的因素

?溶解氧

–點蝕和縫隙腐蝕

?pH

–pH提高，形成Fe3O4，腐蝕減弱

?過熱

–蒸氣泡－熱傳導(dǎo)變差

–蒸氣泡生成與破壞－溫度急劇交變－破壞氧化膜，加 速腐蝕

?CO2含量–降低pH《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心高溫高壓水中的堿腐蝕?鍋爐：加入NaOH調(diào)節(jié)pH?少量NaOH腐蝕性很小?局部區(qū)域，NaOH局部濃縮：腐蝕加劇–鋼的表面膜受到破壞，生成易溶的亞鐵酸鹽Fe(OH)2+2NaOH→Na2FeO2+2H2OFe+2NaOH→Na2FeO2+H2↑

Na2FeO2+4H2O→6NaOH+Fe3O4+H2↑–堿沒有減少，生成的Fe3O4沒有保護作用《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心高溫高壓水中的應(yīng)力腐蝕斷裂?高溫水中的應(yīng)力腐蝕–奧氏體不銹鋼–Cl-與溶解氧?堿脆–高度的局部應(yīng)力–水質(zhì)強烈侵蝕性，堿度高–存在不嚴密性，造成濃縮?氫腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心熔鹽腐蝕?物理溶解–以金屬狀態(tài)溶解于熔鹽中，以“金屬霧”腐蝕–無氧化反應(yīng)?電化學(xué)腐蝕過程–熔鹽腐蝕主要形式–陽極反應(yīng)：M→M2++Ze-–陰極反應(yīng)：O+Ze-→Red–氧化劑：熔鹽陽離子、含氧陰離子、氣相氧化劑?質(zhì)量遷移腐蝕–高溫，電位較負－陽極溶解–低溫，陰極析出《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心

液態(tài)金屬腐蝕

?熱交換器、熱浸鍍、汞介質(zhì)鍋爐、核反應(yīng)堆

–固態(tài)金屬材料的合金元素溶解于液態(tài)金屬

–液態(tài)金屬或其雜質(zhì)與固態(tài)金屬形成合金或化合物

?溫度梯度下的質(zhì)量遷移–高溫區(qū)，溶解金屬多液態(tài)金屬流入低溫區(qū)溶解度

下降，過剩溶質(zhì)金屬析出。

–多次循環(huán)－高溫區(qū)嚴重腐蝕，低溫區(qū)管路堵塞?等溫梯度下的質(zhì)量遷移

–奧氏體不銹鋼和碳鋼浸入液態(tài)金屬Na –碳通過液Na由碳鋼向不銹鋼發(fā)生質(zhì)量遷移《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心第六章工業(yè)環(huán)境中的腐蝕6.1酸堿鹽介質(zhì)中的腐蝕6.2工業(yè)水中的腐蝕6.3熔鹽腐蝕6.4液態(tài)金屬腐蝕6.5石油工業(yè)中的腐蝕《腐蝕與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心腐蝕給油氣生產(chǎn)帶來的危害?重大經(jīng)濟損失?災(zāi)難性事故–1988年英國阿爾法平臺因腐蝕破壞而發(fā)生爆炸，造成166人死亡，導(dǎo)致北海油田年減產(chǎn)12%。–1971年5月，四川威成天然氣管線腐蝕破裂導(dǎo)致爆炸燃燒，造成24人傷亡，直接經(jīng)濟損失7000萬元。–1991年1月25日，川東油田H2S腐蝕造成井噴，死亡2人，受傷7人?環(huán)境污染–1994年10月，俄羅斯北部多處地下輸油管道腐蝕破裂，原油大量泄漏，造成嚴重環(huán)境污染?！陡g與防護》課程講稿——西安交通大學(xué)表面工程國際研發(fā)中心油氣采輸工業(yè)中的腐蝕特點?油氣采輸包括：–石油和天然氣的開采、集輸、長輸和儲存。?采輸工業(yè)中的腐蝕包括：–采輸設(shè)備的腐蝕和采輸用石油管的腐蝕。–由于石油采輸工業(yè)中石油管的用量非常大，石油管的腐蝕與采輸設(shè)備相比更顯得量大面廣。–石油管主要包括鉆柱、油套管柱、集輸管線和長輸管線?！?/p>