腐蝕第6章自然環(huán)境中金屬的腐蝕2

6.1淡水和海水腐蝕6.1.1淡水腐蝕當(dāng)前1頁，總共67頁。當(dāng)前2頁，總共67頁。淡水腐蝕特征

氧去極化腐蝕氧擴(kuò)散步驟控制淡水含鹽量低，導(dǎo)電性差，腐蝕以微電池為主氯離子含量低，易鈍化金屬鈍態(tài)易保持淡水腐蝕中局部腐蝕傾向較大當(dāng)前3頁，總共67頁。當(dāng)前4頁，總共67頁。含氧量↑去極化增大→腐蝕速度↑致鈍電流→腐蝕速度↓{當(dāng)前5頁，總共67頁。含鹽量↑電導(dǎo)率↑→腐蝕速度↑氧濃度↓→腐蝕速度↓{含鹽量及其成分鹽度當(dāng)前6頁，總共67頁。當(dāng)前7頁，總共67頁。當(dāng)前8頁，總共67頁。當(dāng)前9頁，總共67頁。當(dāng)前10頁，總共67頁。金屬結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中發(fā)生的腐蝕稱為海水腐蝕。海水的性質(zhì)

6.1.2海水腐蝕當(dāng)前11頁，總共67頁。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(dá)40‰。

–我國近海鹽度的平均值約為32.1‰當(dāng)前12頁，總共67頁。?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(xì)菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，

pH<7當(dāng)前13頁，總共67頁。當(dāng)前14頁，總共67頁。海水中溶有一定量的氧是影響海水腐蝕的主要因素。1、海水發(fā)生氧去極化腐蝕；2、Cl-可破壞金屬的鈍化膜；3、電導(dǎo)率高、構(gòu)成的腐蝕電池作用將更強(qiáng)烈；4、除全面腐蝕外、還發(fā)生局部腐蝕，在高流速情況下、還發(fā)生沖刷腐蝕和空泡腐蝕。海水腐蝕的電化學(xué)過程的特征當(dāng)前15頁，總共67頁。海洋的腐蝕環(huán)境大致可分為以下幾類：1、海洋大氣區(qū)2、飛濺區(qū)3、海水潮差帶4、海水全浸帶5、海泥帶海水的腐蝕環(huán)境與腐蝕速度的關(guān)系當(dāng)前16頁，總共67頁。當(dāng)前17頁，總共67頁。海洋大氣區(qū)：金屬主要受其表面所沉積鹽類的影響。飛濺區(qū)：處在海洋飛濺帶的材料常被飽和空氣的海水所濕潤，與海洋大氣帶類似，在該區(qū)帶沒有附著生物，但含鹽粒子量及海水干濕交替程度均比海洋大氣帶大。飛濺帶是腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)帶。海水潮差帶：潮差帶的金屬表面也經(jīng)常同充氣的海水接觸，潮汐、海流運(yùn)動造成金屬表面干濕交替，加劇腐蝕。潮差有海生物附著，對一般鋼鐵結(jié)構(gòu)物來說得到局部保護(hù)，但對不銹鋼等卻因缺氧造成局部腐蝕。海水全浸帶：海面下20m之內(nèi)為表層海水，表層海水中溶解氧近于飽和，這里生物活性強(qiáng)，水溫高。海泥帶：鋼在海泥區(qū)的腐蝕比在海水中緩慢，而且由于氧氣供應(yīng)不足而易極化。當(dāng)前18頁，總共67頁。當(dāng)前19頁，總共67頁。含鹽量↑電導(dǎo)率↑→腐蝕速度↑氧濃度↓→腐蝕速度↓{1、含鹽量鹽度當(dāng)前20頁，總共67頁。含氧量↑去極化增大→腐蝕速度↑致鈍電流↓→腐蝕速度↓{2、溶解氧量的影響當(dāng)前21頁，總共67頁。當(dāng)前22頁，總共67頁。溫度↑去極化增大→腐蝕速度↑氧溶解量↓→腐蝕速度↓（開放系統(tǒng)）{3、溫度的影響當(dāng)前23頁，總共67頁。流速↑→氧量↑碳鋼腐蝕速度↑不銹鋼腐蝕速度↓{4、流速的影響當(dāng)前24頁，總共67頁?？p隙的產(chǎn)生→縫隙腐蝕↑海洋生物附著硫酸鹽還原菌作用氧量↑→碳鋼腐蝕速度↑微生物生理作用→氨、CO2、H2S↑→腐蝕速度↑{5、海洋生物的影響海水腐蝕的防護(hù)措施

1、合理選用金屬材料，研制新材料

2、涂層保護(hù)

3、電化學(xué)保護(hù)

當(dāng)前25頁，總共67頁。當(dāng)前26頁，總共67頁。土壤的性質(zhì)土壤的酸堿性：大多數(shù)土壤是中性的，砂質(zhì)粘土和鹽堿土是堿性的，pH在7.5~9.5；在腐植土和沼澤土中為酸性pH在3~6。土壤的組成：土壤是由各種顆粒狀的礦物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)及水分、空氣和微生物等組成的多相的并且具有生物學(xué)活性和離子導(dǎo)電性的多孔的毛細(xì)管膠體體系。在這個體系中有許多彎彎曲曲的微孔，水分和空氣可以通過這些微孔到達(dá)土壤深處。土壤中的水分：土壤中的水分有些與土壤的組分結(jié)合在一起，有些緊緊粘附在固體顆粒的周圍，有些可以在微孔中流動。鹽類溶解在這些水中，土壤就成了電解質(zhì)。土壤的電阻率與土壤腐蝕性的關(guān)系如表所示。6.2土壤腐蝕當(dāng)前27頁，總共67頁。土壤中的氧：土壤中的氧氣，部分存在于土壤的孔隙與毛細(xì)管中，部分溶解在水里。土壤中的含氧量與土壤的濕度和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。在干燥的砂土中含氧量較高°潮濕的砂土中，含氧量較少。土壤中的微生物：對金屬的土壤腐蝕孔有很大的影響，其中最重要的是厭氧的硫酸鹽還原菌、硫植菌和好氧的鐵桿菌。當(dāng)前28頁，總共67頁。1、多相性：各種物質(zhì)同時存在

2、多孔性：充滿空氣和水的毛細(xì)微孔和孔隙

3、不均勻性：土壤物理化學(xué)性質(zhì)變化較大

4、固定性：固體物與金屬固定不動土壤的特點(diǎn)當(dāng)前29頁，總共67頁。

土壤含有一定量水分，所以是一種電化學(xué)腐蝕，大多數(shù)腐蝕為氧去極化腐蝕。1、陽極過程：金屬進(jìn)行溶解并放出電子的過程在土壤中各種金屬的陽極行為：

1）Fe、碳鋼、銅：極化率較低，在土壤中其腐蝕接近于在大氣腐蝕的陽極行為

2）Mg、Zn：無顯著陽極極化

3）不銹鋼：鈍化

4）不腐蝕：Ti、Ta腐蝕過程及控制因素當(dāng)前30頁，總共67頁。2、陰極過程氧還原：O2＋2H2O＋4e→4OH－土壤中的氧存在于孔隙中和溶解在水中，由于水中溶解氧是有限的，因此，對土壤腐蝕起主要的是縫隙和毛細(xì)管中的氧。這樣，土壤的結(jié)構(gòu)和濕度，對氧的流動有很大的影響。潮濕干燥長距離當(dāng)前31頁，總共67頁。1、由于充氣不均勻引起的腐蝕：當(dāng)金屬管道通過結(jié)構(gòu)不同和潮濕程度不同的土壤時，由于充氣不均勻形成氧濃差電池的腐蝕。如圖所示。土壤腐蝕的幾種形式當(dāng)前32頁，總共67頁。2、由雜散電流引起的腐蝕當(dāng)前33頁，總共67頁。3、由于微生物引起的腐蝕

1）硫桿菌

2）硫酸鹽還原菌（兩者還原途徑不一樣）當(dāng)前34頁，總共67頁。透氣性好有利于保存水分和氧的滲透→腐蝕↑透氣性太大→腐蝕↓{影響土壤腐蝕因素電導(dǎo)率↑→腐蝕速度↑1、電阻率的影響2、透氣性當(dāng)前35頁，總共67頁。含水量↓氧擴(kuò)散困難→腐蝕↓電阻↓、氧濃度作用↑→腐蝕↑{3、含水量4、含鹽量和酸度5、其他因素：溫度、雜散電流和微生物等。當(dāng)前36頁，總共67頁。1、覆蓋層保護(hù)

2、金屬鍍層保護(hù)

3、電化學(xué)保護(hù)

4、處理土壤，減少其浸蝕性防止土壤腐蝕的措施當(dāng)前37頁，總共67頁。6.3大氣腐蝕

金屬在大氣自然條件下的腐蝕稱為大氣腐蝕。大氣腐蝕的分類1、大氣的組成地球表面上自然狀態(tài)的空氣稱為大氣。大氣的組成是一種復(fù)雜的混合物。從全球范圍看，它的主要成分幾乎是不變的。2、大氣雜質(zhì)的典型情況當(dāng)前38頁，總共67頁。當(dāng)前39頁，總共67頁。當(dāng)前40頁，總共67頁。按地理和空氣中含有微量元素的情況可以分為工業(yè)大氣腐蝕、海洋大氣腐蝕和農(nóng)村大氣腐蝕。按氣候條件分類可以分為熱帶大氣腐蝕、濕熱帶大氣腐蝕和溫帶大氣腐蝕。按水汽在金屬表面的附著狀態(tài)分類的，即根據(jù)金屬表面的潮濕程度可把大氣腐蝕分成三類：干大氣腐蝕潮大氣腐蝕濕大氣腐蝕3、大氣腐蝕的分類

當(dāng)前41頁，總共67頁。

金屬的表面在潮濕的大氣中會吸附一層很薄很薄的濕氣層即水膜，當(dāng)這層水膜達(dá)到20~30分子層厚時，就變成電化學(xué)腐蝕所必需的電解液膜。所以在潮和濕的大氣條件下，金屬的大氣腐蝕過程具有電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)，是一種液膜下的電化學(xué)腐蝕，是電化學(xué)腐蝕的一種特殊形式。大氣腐蝕機(jī)理當(dāng)前42頁，總共67頁。金屬表面上的水膜肉眼可見水膜的形成：當(dāng)空氣相對濕度達(dá)到100%時可以在金屬表面上形成肉眼可見的水膜，水沫或雨水直接降落。在濕度低于100%也可容易形成水膜，如圖8-2所示。肉眼不可見的較薄水膜的形成：相對濕度低于100%而溫度高于露點(diǎn)時，金屬表面上也會由于毛細(xì)凝聚、吸附凝聚、化學(xué)凝聚而形成極薄的水膜。

當(dāng)前43頁，總共67頁。干大氣腐蝕：金屬表面上沒有水膜，僅有幾個分子厚的吸附膜，不具備電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，屬于化學(xué)腐蝕中的常溫氧化。這個反應(yīng)速度很小。潮大氣腐蝕：相對濕度低于100%。金屬表面上有一層肉眼看不見厚度在100nm~1m左右的水膜。屬于電化學(xué)腐蝕。氧容易通過水膜，而金屬離子的水化過程因缺少水分而非常緩慢。因此，陽極過程成為腐蝕的主要控制步驟。濕大氣腐蝕：此時金屬表面上有一層肉眼可見的水膜，屬于電化學(xué)腐蝕。因水膜厚度增加后氧擴(kuò)散到陰極變得困難，金屬溶解較容易。當(dāng)前44頁，總共67頁。金屬表面上水膜的形成水汽膜的形成毛細(xì)凝聚吸附凝聚化學(xué)凝聚濕膜的形成當(dāng)前45頁，總共67頁。干潮濕全浸當(dāng)前46頁，總共67頁。1、陰極過程：氧的擴(kuò)散速度控制著陰極上氧的去極化作用速度。隨著液漠減薄，陰極電流密度是逐漸加大的。大氣腐蝕的電極過程當(dāng)前47頁，總共67頁。2、陽極過程

隨著金屬表面電解液膜的減薄，大氣腐蝕的陽極過程的阻滯作用增大。（銅）原因：薄液膜時金屬離子水化過程較難；或氧易于促使陽極鈍化現(xiàn)象使陽極過程受到強(qiáng)烈的阻滯。當(dāng)前48頁，總共67頁。液膜減薄水化困難：氧濃度↑{極化增大→腐蝕速度↓{促進(jìn)鈍化→腐蝕速度↓鈍化前促進(jìn)腐蝕→腐蝕速度↑當(dāng)前49頁，總共67頁。

氧、水蒸氣和二氧化碳1、大氣相對濕度的影響

金屬腐蝕臨界相對濕度：不同物質(zhì)或同一物質(zhì)的不同表面狀態(tài)，對大氣中水分的吸附能力不同，當(dāng)空氣中相對濕度達(dá)到某一臨界值時，水分在金屬表面形成水膜。從而使腐蝕速度大大上升。如圖所示。該值受大氣雜質(zhì)的影響較大。影響大氣腐蝕的因素當(dāng)前50頁，總共67頁。

常用金屬的臨界相對濕度：Fe65%、Zn70%、Al76%、Ni70%。該濕度與金屬表面狀態(tài)有關(guān)，表面越粗糙、裂縫與小孔越多時，其臨界濕度越低。在含有大量工業(yè)氣體、易吸濕的鹽類、灰塵、能使臨界濕度降低很多。當(dāng)前51頁，總共67頁。大多數(shù)金屬和合金存在著兩個臨界相對濕度。第一臨界濕度的出現(xiàn)，主要是因為金屬表面上出現(xiàn)了腐蝕產(chǎn)物，而這一濕度值取決于大氣中水分含量和SO2的比例；第二臨界濕度則取決于腐蝕產(chǎn)物吸收和保持水分的性能。當(dāng)前52頁，總共67頁。2、溫度和溫度差的影響：溫差影響比溫度影響大，溫差影響著水汽的凝聚，和水膜中氣體和鹽類溶解度。在“干燥空氣封存法”中晝夜溫差不大于7℃。3、大氣污染物質(zhì)：含硫化合物SO2、SO3、H2S、含氮化合物、氯、含碳化合物、灰塵、ZnO粉、NaCl、CaCO3、氮化物粉、煤粉。氣體中以SO2影響最為嚴(yán)重，主要由石油、煤燃燒生成，鐵與鋅在SO2氣氛中的腐蝕速度和SO2含量呈直線關(guān)系。如下頁圖所示。SO2加速腐蝕的可能原因：1）SO2參與陰極去極化作用，溶解度是氧的1300倍。2）SO2被吸附在金屬表面生成FeSO4、進(jìn)一步氧化并水解生成硫酸、硫酸又和鐵作用起到自催化作用。當(dāng)前53頁，總共67頁。當(dāng)前54頁，總共67頁。

HCl、H2S、NH3對腐蝕起加速作用。H2S氣體易在干燥大氣中引起鋼、黃銅、銀的變色，而在潮濕大氣中會加速