腐蝕與防護-第九章 金屬在自然環(huán)境中的腐蝕與防護

金屬在自然環(huán)境中的

腐蝕與防護1.大氣腐蝕

定義

金屬與所處的自然大氣環(huán)境間因環(huán)境因素而引起的材料變質(zhì)或破壞的現(xiàn)象稱為大氣腐蝕全世界在大氣中使用的金屬材料超過其生產(chǎn)總量的60％

從全球的范圍看，大氣的主要成分幾乎是不變的，主要參與腐蝕的是大氣中的H2O、O2、CO2

大氣腐蝕還與地域、季節(jié)、時間等有關(guān)大氣的近似組成(10oC，100KPa)根據(jù)Meetham.轉(zhuǎn)引自《Corrosion》上卷P2.4成分克/米３重量％成分毫克/米３重量ppm空氣1172100氖(Ne)1412氮(N2)87975氪(Kr)43氧(O2)26923氦(He)0.80.7氬(Ar)151.26氙(Xe)0.50.4水蒸汽80.70氫(H2)0.050.04二氧化碳0.50.04雜質(zhì)典型濃度，微克/米３二氧化硫(SO2)工業(yè)區(qū)：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)：1.5~90

城市地帶：0.5~1.7農(nóng)村地區(qū)：0.15~0.45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))大氣腐蝕的分類干的大氣腐蝕：金屬表面可產(chǎn)生不可見的氧化物薄膜，保持光澤潮的大氣腐蝕：大氣中水蒸汽壓沒超過臨界濕度，金屬表面有很薄的看不見的水膜存在濕的大氣腐蝕：大氣濕度在100%左右或雨水落在金屬表面，可見的水膜或液滴凝聚

當空氣的相對濕度低于100%，金屬表面也可能形成水膜，原因是：毛細凝聚、化學(xué)凝聚、吸附凝聚

相對濕度：大氣中水的含量與相同溫度大氣中飽和水蒸汽量的比值臨界濕度：腐蝕速率通常隨濕度增加而增大，但迅速增加存在一個最低濕度值，這就是臨界濕度毛細管半徑Ao冷疑時相對濕度%毛細管半徑

Ao冷疑時相對濕度%3609447989080302115706050構(gòu)件中的狹縫金屬表面上的灰塵腐蝕產(chǎn)物中的細孔大氣腐蝕條件下水汽毛細凝聚的可能中心毛細管半徑與水汽冷疑所需相對濕度的關(guān)系溶液中的鹽相對濕度%溶液中的鹽相對濕度%硫酸銅硫酸鉀硫酸鈉碳酸鈉硫酸亞鐵硫酸鋅硫酸鎬氯化鉀硫酸銨989893929290898681氯化銨氯化鈉氯化亞銅氯化亞鐵氯化鎳碳酸鉀氯化鎂氯化鈣

氯化鋅807668565444343210與飽和鹽溶液平衡的空氣相對濕度(20oC)吸附水膜厚度與空氣相對濕度的關(guān)系(潔凈的細磨過的鐵表面)100806040200

5060708090100相對濕度%分子層數(shù)IIIIIIIV水膜層厚度，mm0.01-1μm腐蝕速率，mm/aI－干大氣腐蝕II－潮大氣腐蝕III,IV－濕大氣腐蝕I－幾乎無水膜，腐蝕速率低II－形成連續(xù)的薄水膜，具有電解液的性質(zhì),腐蝕速率隨液膜厚度增加而增大III，IV－液膜厚度增加，氧通過液膜困難，腐蝕速率下降，至一定厚度后腐蝕速率不變腐蝕類型腐蝕速率mm/a腐蝕環(huán)境等級名稱氣體類型相對濕度大氣環(huán)境I無腐蝕<0.001A<60鄉(xiāng)村大氣II弱腐蝕0.001-0.025AB60-75<60鄉(xiāng)村大氣城市大氣III輕腐蝕0.025-0.05ABC>7060-75<60鄉(xiāng)村大氣城市大氣工業(yè)大氣IV中腐蝕0.05-0.20BCD>7560-75<60城市大氣工業(yè)大氣海洋大氣V較強腐蝕0.20-1.0CD>7560-75工業(yè)大氣VI強腐蝕1-5D>75工業(yè)大氣大氣環(huán)境腐蝕性分類氣體類型ABCDCO2≤2000>2000//SO2<0.50.5-1011－200201-1000HF<0.050.05-55.1-1011-100H2S<0.010.01-55.1-100>100N的氧化物<0.10.1-15.1-2526-100Cl2<0.10.1-11.1-55.1-10HCl<0.050.05-55.1-1011-100腐蝕性氣體的分類注：濃度單位mg/m3干大氣腐蝕中金屬表面形成看不見的氧化膜，屬于化學(xué)腐蝕。潮濕的大氣環(huán)境中，金屬表面薄液膜層是電解液，屬于電化學(xué)腐蝕，這是占主要的。但腐蝕微電池電阻大，腐蝕緩慢大氣腐蝕機理腐蝕膜層具有一定的保護性，成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但腐蝕形態(tài)均一腐蝕膜影響腐蝕的電極反應(yīng)銹層處濕潤，氧通過被阻止：

4Fe2O3+Fe2++2e→3Fe3O4

銹層處干燥透氧時：

3Fe3O4+3/4O2→4.5Fe2O3

氧分子還原反應(yīng)速度較大，成為主要的陰極過程。即使液膜呈酸性，氧分子還原反應(yīng)仍占陰極過程的主要地位；在薄的液膜下氧容易到達金屬表面，有利于金屬鈍化；潮大氣腐蝕液膜薄，主要受陽極控制；濕大氣腐蝕液膜厚，主要受氧擴散陰極控制

大氣腐蝕的特點

析出H2或吸收O2的體積(cm3/dm2)

鎂在全浸，蒸鎦水薄膜和潔凈大氣條件下腐蝕時的氫去極化及氧去極化全浸薄水膜大氣腐蝕氧去極化氫去極化(根據(jù)ToMawoB)

501001502003020101氧擴散層厚度(?)氧還原反應(yīng)速度(mA/cm2)

水膜厚度(?)

（銅表面上）1.21.00.80.60.40.20

0200400600180150120906030021（1）氣候條件

濕度：各種金屬都存在臨界濕度，濕度越高腐蝕速率越大。鋼、鐵、銅、鋅的臨界濕度約在70～80％之間

雨水：其增加濕度、并沖刷，可促進腐蝕；也減少金屬表面的污染物和灰塵，減緩腐蝕；但前者遠大于后者

溫度及溫差：溫度越高腐蝕速率越大，溫差可導(dǎo)致結(jié)露可加速腐蝕

大氣腐蝕影響因素（2）大氣成分大氣中的污染物質(zhì)：SO2，SO3，H2S，NH3，氯化物，塵粒

SO2：來源于硫化氫在空氣中的氧化和含硫燃料燃燒，腐蝕速率隨其含量增加直線上升。具有自催化的特點：

Fe+SO2+O2→FeSO4

4FeSO4+O2+6H2O→4FeOOH+4H2SO4

2H2SO4＋2Fe+O2→2FeSO4+2H2O

鹽粒：在海洋附近大氣中含有，具有吸濕性、導(dǎo)電和極強Cl-浸蝕

固體塵粒：加速腐蝕，分為腐蝕性、吸附腐蝕性物質(zhì)和形成縫隙

鐵的大氣腐蝕(大氣中含0.01%SO2)暴露55天的結(jié)果相對濕度(%)

12010080604020(mg/dm2)腐蝕增重204060801000拋光鋼試樣大氣腐蝕（空氣中雜質(zhì)）(mg/dm2)腐蝕增重相對濕度

(%)E:

煙塵顆粒

+0.01%SO2D:硫銨顆粒

+0.01%SO2C:無顆粒

+0.01%SO2B:硫銨顆粒無SO2

A:純凈空氣12080400305060809099EDCBASO2對鋼鐵大氣腐蝕的影響(根據(jù)Evans)124816時間(天)

90.067.545.022.50-22.5-45.0-67.5-90.0-112.5重量變化mg222BAAB曲線A:暴露到不含SO2濕空氣中;曲線B:暴露到含

SO2

空氣中;SO2對鋼鐵大氣腐蝕的影響(根據(jù)Evans)124816時間(天)第一階段4小時32222222222CDDC重量變化mg

90.067.545.022.50-22.5-45.0-67.5-90.0-112.5曲線C，

在含SO2的濕空氣中暴露4小時后，移入不含SO2的濕空氣中大氣腐蝕的防護措施提高材料的耐蝕性：如在鋼中加入Cu、P、Cr、Ni使用有機、無機涂層和金屬鍍層、暫時性涂層使用氣相緩蝕劑降低大氣濕度（加熱空氣，加吸水劑如硅膠【藍變紅】、氯化鈣、氮化鋰等），主要用于倉儲金屬制品的保護充氮封存采用吸氧劑減少大氣污染

各種金屬耐大氣腐蝕性能：普通碳鋼在潮濕和污染大氣中很容易生銹，須使用油漆涂料之類的覆蓋層進行保護。含銅、磷、鉻、鎳的低合金鋼有良好的耐大氣腐蝕性能。當大氣污染嚴重時，不含鉬的奧氏體不銹鋼也會產(chǎn)生銹點。有色金屬鋁、銅、鉛、鋅有良好耐大氣腐蝕性能，但當存在污染物質(zhì)時，腐蝕速度增大。金屬在大氣環(huán)境中的腐蝕與防護

金屬工業(yè)大氣海洋大氣農(nóng)村大氣

鋁銅鉛錫鎳鋅(99.9%)鋅(99.０%)

碳鋼低合金鋼(4Cu,1.1Cr,0.16P)

0.8131.190.4321.193.255.134.90

9.651.02

0.711.320.4062.310.1021.601.75

—

—

0.02540.5840.4830.4570.1520.8641.07

——部分金屬大氣腐蝕速度（mm/y）涂料和金屬鍍層

對于機器設(shè)備和管道的外表面，構(gòu)件和建筑物，最常用的防銹方法是油漆涂料覆蓋層。

化工大氣防腐蝕涂料：各種環(huán)氧樹脂漆、過氯乙烯漆、乙烯漆、有機硅耐熱漆、鋁粉漆、聚氨酯漆等。

金屬鍍層用得較多的是鋼管和部件鍍鋅、鎘和鉻。

金屬制品在加工貯存和運輸中的防銹(1)降低空氣濕度(2)暫時性防銹層

“暫時”并不是指時間短，而是指金屬制品在連續(xù)加工或使用時可以順利地將防銹材料除去。

常見的防銹材料：防銹水、防銹切削液、防銹油和防銹脂、防銹塑料、氣相緩蝕劑(記為VPI或VCI)。名稱配方

使用

903(FZ-4)防銹脂（熱涂型）石油磺酸鋇10%司本80

4.5%工業(yè)凡士林85.5%軸承、工具、機械室內(nèi)封存防銹；

特封-24薄層防銹油苯并三氮唑0.3%石油磺酸鋇5%環(huán)烷酸鋅1%羊毛脂2%磷酸三丁酯2%22號透平油余量鋼、銅及其合金、鍍鋅層、鍍隔層法蘭件，硅鋼片、鋁等組合件組成的儀器、儀表的庫存及長期封存。662-B

防銹油石油磺酸鋇2%氧化石油脂1%苯甲酸丁酯1%變壓器油余量精密儀表軸承的防銹封存幾種防銹油(脂)的配方及使用兩種防銹紙的配方及使用

名稱配方使用01號氣相防銹紙尿素30%苯甲酸鈉20%亞硝酸鈉30%蒸餾水160%涂布量7~10g/m2用于鋼鐵、發(fā)藍件、鋁合金的防銹封存9號氣相防銹紙苯并三氮唑50%烏各托品33%苯甲酸銨17%蒸餾水300%涂布量7~10g/m2用于鋼鐵、銅及銅合金、鋁合金鍍鋅、鍍隔件2.海水腐蝕定義海水腐蝕指金屬在海洋環(huán)境中遭受腐蝕而失效破壞的現(xiàn)象

海洋占地球表面積的71%，海水是自然界中量最大，而且具有很強腐蝕性的天然電解質(zhì)各種海上運輸工具、海上采油平臺、海岸設(shè)施、軍用設(shè)施，都可能遭受海水腐蝕

我國沿海工廠常使用海水做為冷卻水，海水泵的鑄鐵葉輪僅能使用3個月

海水的總鹽度約為3.2～3.7%，近似看做3.5%的氯化鈉溶液。幾乎含有地殼中所有的自然狀態(tài)的元素。海水中含氧量大，表層海水可以認為被氧飽和，隨溫度變化，氧含量在5~10mg/L范圍

pH：8.1

8.3，呈微堿性

溫度：–2~35

C

導(dǎo)電性強

：平均電導(dǎo)率為4×10－2S/m，遠超過河水（2×10－4S/m）和雨水（1×10－5S/m）

海水的組成和性質(zhì)離子濃度0/00離子濃度0/00Cl-

SO42-HCO3-Br-F-BO3-18.982.650.140.090.0020.3Na+Mg2+Ca2+K+Sr2+18.561.270.400.380.01海水的主要成分

海洋環(huán)境的腐蝕分為幾個區(qū)域

：海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮汐區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。飛濺區(qū)的供氧充足，干濕交替，腐蝕速率最大；海泥區(qū)氧分不足，腐蝕反應(yīng)較慢，但可能存在泥漿海水間的腐蝕電池或微生物腐蝕海水腐蝕的分類耐海水鋼Mariner與碳鋼的試驗結(jié)果（九年暴露，美國）

距試樣上端距離（米）654321海泥區(qū)Mainer鋼

碳鋼

全浸區(qū)飛濺區(qū)潮汐區(qū)0.61.21.82.43.13.74.34.95.56.1（1）除鎂及其合金既有耗氧腐蝕又有析氫腐蝕外，其它金屬都屬于耗氧腐蝕（2）陽極極化阻滯對于大多數(shù)金屬（如鋼鐵、鋅、銅等）很??；只有少數(shù)易鈍化金屬（如鈦、鋯、鈮、鉭等）才能在海水中保持鈍態(tài)海水腐蝕的機理及電化學(xué)特征（3）海水中含大量氯離子，容易造成金屬鈍態(tài)局部破壞（4）由于海水導(dǎo)電性好，腐蝕電池的歐姆電阻很小，因此異金屬接觸能造成陽極性金屬發(fā)生顯著的電偶腐蝕（5）海水中易出現(xiàn)點腐蝕＆縫隙腐蝕，在高速流水中，易產(chǎn)生沖擊腐蝕和空蝕

影響海水腐蝕的因素鹽度當鹽的濃度超過一定值，氧的溶解度降低，腐蝕速率下降

pH值海水一般處于中性，對腐蝕影響不大。在深海中，pH值略有下降，不利于生成保護性碳酸鹽碳酸鹽飽和度在海水的pH值下，碳酸鹽一般達到飽和，易于沉積；當施加陰極保護時，更易于碳酸鹽沉積析出。河口處的稀釋海水，碳酸鹽并非飽和，不宜析出形成保護層，腐蝕增加氧含量氧含量增加，促進腐蝕。波浪和綠色植物的光合作用提高氧的含量；海洋動物的呼吸作用及生物分解需要消耗氧，氧含量降低。污染海水中氧含量可大大下降

溫度海水溫度每升高10℃，腐蝕速率提高約一倍；但隨溫度升高，氧含量降低。一般講，鐵、銅和它們的合金在炎熱的環(huán)境和季節(jié)里，海水的腐蝕速率要更快些流速鐵、銅等金屬存在一個臨界流速，超過它，腐蝕明顯加快但對海水中能鈍化的金屬，一定的流速能促進鈦、鎳合金和高鉻不銹鋼的鈍化和耐蝕性海水流速很高時，出現(xiàn)了沖刷腐蝕

生物因素生物因素對腐蝕影響很復(fù)雜。但多數(shù)增加了腐蝕船舶和海洋設(shè)施的保護

（1）材料

低合金海水用鋼與碳鋼的比較

環(huán)境腐蝕速度(mm/y)低合金鋼碳鋼海洋大氣區(qū)0.04

0.050.2

0.5飛濺區(qū)0.1

0.150.3

0.5潮汐區(qū)

0.1

0.1全浸區(qū)0.15

0.20.2

0.25海泥區(qū)

0.06

0.1

（2）設(shè)計和施工

在選材、設(shè)計和施工中要避免造成電偶腐蝕和縫隙腐蝕。與高流速海水接觸的設(shè)備(泵、推進器、海水冷卻器等)要避免湍流腐蝕和空泡腐蝕。（3）涂層保護（4）電化學(xué)保護電化學(xué)保護與涂層聯(lián)合應(yīng)用是最有效的防護方法?，F(xiàn)在海洋船舶、軍舶普遍采用這種防護方法。外加電流陰極保護便于調(diào)節(jié)，而犧牲陽極法則簡單可行。鋁合金（如Al-Zn-Sn、Al-Zn-In等）犧牲陽極較為經(jīng)濟

3.土壤腐蝕定義土壤腐蝕是指土壤的不同組分和性質(zhì)對材料的腐蝕

埋設(shè)在地下的各種金屬構(gòu)件：井下設(shè)備、地下通訊設(shè)施、各種水管道、氣管道、油管道等

地下設(shè)施的檢修和維護困難土壤的性質(zhì)土壤的組成：土壤是由各種顆粒狀的礦物質(zhì)、有機物質(zhì)及水分、空氣和微生物等組成的多相的并且具有生物活性和離子導(dǎo)電性的多孔的毛細管膠體體系土壤的水分：由于水中溶有各種鹽類，故土壤是一種腐蝕性電解質(zhì)。土壤的電阻率可綜合的反應(yīng)出某一地區(qū)土壤的特點，電阻率越小，腐蝕越嚴重土壤中的氧：干燥的砂土中，含氧量較高；潮濕密實的黏土中，含氧量最少土壤的酸堿性：大多數(shù)的土壤是中性的，其pH值在6.0～7.5之間。鹽堿土偏堿性，沼澤偏酸性土壤中的微生物：微生物有很大影響，其中最重要的是厭氧的硫酸鹽還原菌、硫桿菌和好氧的鐵桿菌多相性：固，液，氣三種，有粒狀、塊狀、片狀，含有無機礦物質(zhì)和有機質(zhì)不均勻性：性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的，宏觀上有不同性質(zhì)土壤交替更換，微觀上有微結(jié)構(gòu)組成的土粒、氣孔、水分及密實程度上的差異毛細管多孔的膠體體系：形成的水化物或膠體狀態(tài)，土壤是離子導(dǎo)體土壤特點相對固定性：相對金屬管件的地理位置固定，而其中的氣液僅作有限的運動。氧的輸送：大氣腐蝕通過液膜傳遞，而土壤腐蝕則通過土壤的孔隙輸送，因而土壤的結(jié)構(gòu)和濕度決定氧的滲透率，可相差3-5個數(shù)量級，且氧濃差電池將起很大作用。

（a）宏電池

長距離管道穿越不同土壤形成的宏電池：形成氧濃差電池埋設(shè)密實、潮濕的土壤中管線為陽極穿越濃度不同的含硫化物、有機酸或工業(yè)污水的土壤

兩種不同金屬與土壤接觸產(chǎn)生的宏電池：如管道母體與焊縫間

埋設(shè)深度不同引起有宏電池：下部缺氧為陽極，上部為陰極

土壤中的腐蝕電池

（b）微電池金屬化學(xué)成分不均勻金屬組織不均勻：如鋼中的Fe3C,鑄鐵中石墨，鋁中鐵為陰極金屬的物理狀態(tài)：因變形和應(yīng)力產(chǎn)生，變化大處為陽極金屬表面膜不完整：孔、洞、破損等土壤微結(jié)構(gòu)的差異：相當于金屬在不同電解質(zhì)溶液中(1)陰極過程

主要是氧分子還原反應(yīng)。土壤的結(jié)構(gòu)和濕度(透氣性)決定了氧的輸送速度，從而決定了陰極反應(yīng)速度。(2)陽極過程

在中性和堿性土壤中，腐蝕產(chǎn)物與土壤粘結(jié)在一起，形成一種緊密層，使陽極過程受到阻礙，對金屬起到保護作用。土壤腐蝕的電極過程(3)控制特征

對微電池腐蝕，a)在干燥疏松土壤中，氧易透過，陰極反應(yīng)易進行，而鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殁g態(tài)，陽極反應(yīng)阻力大，故腐蝕屬于陽極極化控制。b)在大多數(shù)土壤中，氧的輸送比較困難，陰極反應(yīng)阻力大，腐蝕屬陰極極化控制。對宏電池腐蝕，如果陰極區(qū)與陽極區(qū)距離較遠，歐姆電阻有重要作用，腐蝕過程屬于陰極極化和歐姆電阻混合控制。

IE(I)

c

a(II)I

E

c

aIRl

c(III)I

E

a（I）大多數(shù)土壤中微電池腐蝕（陰極控制）（II）疏松干燥土壤中微電池腐蝕（陽極控制）（III）長距離宏電池腐蝕（陰極和歐姆電阻控制）

（1）全面腐蝕＆局部腐蝕對于小金屬制品，主要是全面腐蝕。對于大型設(shè)備，長距離管道，以大電池造成的局部腐蝕為主。（2）氧濃差電池腐蝕

富氧區(qū)和貧氧區(qū)接觸的金屬部分組成氧濃差電池，富氧區(qū)接觸的金屬表面為陰極；貧氧區(qū)接觸的金屬表面為陽極。土壤腐蝕的幾種常見形式富氧區(qū)陽極極化曲線較陡，Pa較大，因而貧氧區(qū)腐蝕電流較大。粘土(貧氧區(qū))砂土(富氧區(qū))陰極陽極埋地鋼管地面

土壤中構(gòu)成氧濃差電池的一種情況氧濃差電池腐蝕(鋼鐵)ELogi（3）雜散電流腐蝕

雜散電流是指直流電源設(shè)備漏電進入土壤產(chǎn)生的電流，對地下管道、貯罐、電纜等金屬設(shè)施，造成嚴重的腐蝕破壞。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子進入土壤。腐蝕掉的金屬量和流過的雜散電流的電量成正比，按法拉弟電解定律進行估算。

電車軌道漏出的雜散電流對土壤中鋼鐵管道的腐蝕作用圖根據(jù)Akumob引自《金屬腐蝕理論及其研究方法》P133

軌道

架空線＋

電車電流流出陽極區(qū)域（嚴重腐蝕）

陰極區(qū)域

土壤鋼管

(4)細菌腐蝕或微生物腐蝕(MIC)

有的細菌的生命活動的代謝產(chǎn)物具有很強的腐蝕性。有的細菌的生命活動能促進金屬腐蝕的陰極反應(yīng)，影響電極反應(yīng)動力學(xué)過程。有的細菌活動改變了金屬周圍的環(huán)境條件，如氧濃度，鹽濃度，pH值，增加土壤的不均勻性。有的細菌活動能破壞金屬表面保護性覆蓋層的穩(wěn)定性，或使緩蝕劑分解失效。土壤腐蝕中常見的細菌

硫氧化菌：與腐蝕有關(guān)的硫氧化菌主要是硫桿菌屬的細菌，包括氧化硫桿菌，排硫桿菌和水泥崩解硫桿菌。它們屬于喜氧性細菌，在有氧的條件下才能生存。

硫酸鹽還原菌(SRB)：

屬厭氧性細菌，在缺氧條件下才能生存。在缺氧的中性土壤中，腐蝕過程是很難進行。軟鋼的陽極和陰極極化曲線（30oC）左：陽極室無菌，陰極室不接種去磺弧菌(D.desulfuricans)右：陰極室無菌，陰極室不接種去磺弧菌(D.desulfuricans)（根據(jù)Booth等轉(zhuǎn)引自《海水用鋼腐蝕研究》P182）E(V)-0.2-0.4-0.6-0.810d2d3d050100開始10d開始-0.2-0.4-0.6-0.810d7d3d050100開始10d開始i(mA/cm2)E(V)i(mA/cm2)

a.土壤腐蝕性評價：根據(jù)影響土壤的金屬電極電位、電阻率和極化電阻的各種物理性質(zhì)來劃分腐蝕性等級強中弱土壤電阻率,Ω?m<2020-50>50一般地區(qū)土壤腐蝕性分級土壤腐蝕性評價SY/T0087-95土壤腐蝕性評價指標指標級別極輕較輕輕中強電流密度,μm?cm-2＜0.10.1-33-66-9>9平均腐蝕速率,g?dm-1?a-1<11-33-55-7>7b.土壤細菌腐蝕性評價腐蝕級別強較強中小氧化還原電位，mV＜100100－200200－400＞400土壤細菌腐蝕性評價指標土壤中孔隙度大有利于氧滲透和水的存在，但較大時可生成保護能力的腐蝕產(chǎn)物層含水量在80%時腐蝕速率最大（含鹽0.1molNaCl）電阻率與孔隙度、含水和鹽量有關(guān)

膠體狀＜細粒或砂土＜中等粒度砂土＜小石子

土壤腐蝕的影響因素酸度一般我國土壤pH=7-9含鹽量一般0.0088-0.15%，鈣鎂減緩，Cl-強化腐蝕外界漏電因雜散電流而發(fā)生電解,來自電車、電氣化鐵路、以接地為回路的輸電系統(tǒng)、電解裝置等細菌腐蝕金屬材料在土壤中的腐蝕速率項目材料鋼鐵銅鉛鋅平均腐蝕速率,mm/a0.0210.0030.0020.015最大腐蝕速率,mm/a0.14<0.02>0.07>0.12埋設(shè)時間,y1281211鑄鐵、碳鋼、低合金鋼的土壤腐蝕性差別不大（1）減小土壤的腐蝕性

加強排水，保持土壤干燥。在酸性土壤地段，可以在鋼管周圍填充石灰石碎塊。在埋置管道時用腐蝕性較小的土壤回填。（2）覆蓋層保護

石油瀝青層有良好的防水性和耐蝕性。氧煤焦瀝青耐蝕性很好，但毒性大。塑料粘結(jié)帶適宜長距離管道的現(xiàn)場機械化施工，但費用較高。埋地鋼鐵管道的保護（3）陰極保護和涂料聯(lián)合

陰極保護和涂料聯(lián)合是保護地下鋼鐵管道最經(jīng)濟有效的方法。地下管道的陰極保護可采用犧牲陽極保護法，也可以采用外加電流保護法。外加電流法陰極保護系統(tǒng)對其他地下管道(以及其他設(shè)施)的干擾——雜散電流腐蝕。(c)電流通過絕緣法蘭外的土壤或管道內(nèi)的電解液流通

絕緣法蘭未保護管段被保護管段(a)未保護管道近陽極并與被保護管道交叉未保護管道被保護管道陽極＋電源－(b)兩條交叉的管道分別靠近陽極和被保護設(shè)備＋電源－被保護貯罐陽極未保護管道未保護管道陰極保護系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流對其他設(shè)備的干攏腐蝕控制雜散電流的方法

(1)直流電源要加強絕緣，不使電流流入土壤。

(2)改善管道絕緣質(zhì)量。

(3)將受干擾的管道與被保護管道連接起來，共同保護。

(4)在多管道地區(qū)，最好采用多個陽極站，每個站的保護電流較小，以縮小保護電流范圍。

(5)采用深井陽極。

(6)采取排流措施防止雜散電流腐蝕的排流保護法鐵軌A排流點(B)極化排流保險絲整流元件秩軌接地陽極(C)接地式排流鐵軌A排流點R(A)簡單排流保險絲定義

微生物腐蝕（MIC）是指那些附著在界面上的微生物對材料腐蝕過程動力學(xué)的影響。

MIC的本質(zhì)仍是電化學(xué)腐蝕，但在腐蝕過程中綜合了微生物的作用，即本質(zhì)的非生物過程被生物學(xué)作用所影響。4.微生物腐蝕微生物腐蝕廣泛存在于鋼鐵、銅、鋁及其合金中。微生物腐蝕涉及到多種工業(yè)部門如石油、化工、核能和造紙等。工業(yè)用水和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、地下輸水和輸油管道、飛機油箱等都受到微生物腐蝕的嚴重影響。每年MIC引起的腐蝕損失約為300-500億美元，

MIC約占所有金屬和建筑材料腐蝕破壞的20%，在天然氣工業(yè)，管線腐蝕的15-30%與MIC相關(guān)。

微生物腐蝕的特征最嚴重的微生物腐蝕發(fā)生在微生物菌落出現(xiàn)的地方微生物的生長繁殖需具有適宜的環(huán)境條件微生物腐蝕并非是微生物直接食取金屬，而是微生物生命活動的結(jié)果直接或間接參與了腐蝕過程腐蝕部位總帶有孔蝕的跡象微生物腐蝕往往是多種微生物共生、交互作用的結(jié)果新陳代謝產(chǎn)物的腐蝕作用：有機酸、硫化物等生命活動影響電極反應(yīng)的動力學(xué)過程：硫酸鹽還原菌對腐蝕的陰極去極化過程起促進作用改變金屬所處的環(huán)境狀況：氧濃度、鹽濃度等破壞金屬表面有非金屬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細菌的腐蝕作用常見的腐蝕性細菌喜氧性菌：鐵細菌、硫氧化菌厭氧性菌：硫酸還原菌腐生菌(TGB):水中利用有機物寄生或與其它菌共生的細菌總稱其它生物：如藻類、硫細菌、酵母菌和霉菌及原生動物等。在油田水中造成堵塞并產(chǎn)生濃差電池腐蝕。（1）鐵氧化菌（IOB）腐蝕研究

鐵氧化菌是一種喜氧菌，是導(dǎo)致微生物腐蝕的主要原因，能夠引起碳鋼和不銹鋼的坑蝕，并使氫氧化鐵在其細胞外沉積。Little和Wagner認為：在鐵氧化菌存在的情況下，腐蝕過程是通過縫隙腐蝕的機理進行的。

最適宜生長溫度20-25℃，pH=7-14.IOB縫隙腐蝕示意圖

IOB機理

2Fe→2Fe2++4e-

（陽極反應(yīng)）

O2+2H2O+4e-→4OH-(陰極反應(yīng))2Fe2++4OH-→2Fe(OH)2

（腐蝕產(chǎn)物）

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

（腐蝕產(chǎn)物）總反應(yīng)式：

4Fe+3O2+6H2O→4Fe(OH)3

Suleiman等人已經(jīng)提出由IOB生成的鐵基表面膜能夠通過超級縫隙來穩(wěn)定坑蝕，該縫隙對離子具有選擇性，如氫氧化鐵的沉淀使具有腐蝕性的陰離子（Cl-）遷移到不銹鋼表面，但是卻阻止金屬離子離開金屬表面，因此，促進了點蝕增長所需的高濃度的局部化學(xué)環(huán)境的形成。

（2）硫酸鹽還原菌（SRB）腐蝕研究

硫酸鹽還原菌(ＳＲＢ)是一種厭氧性細菌，它有兩種類型：無芽孢的去磺弧菌屬和有芽孢的斑去磺弧菌屬。在厭氧微生物腐蝕中,ＳＲＢ是最具破壞性的微生物，它可以將硫酸鹽通過生物代謝形式還原為硫化物，促使硫化膜的形成。硫酸還原菌(SRB)，

最適宜生長溫度25-30℃，pH=7.2-7.5.

其腐蝕特征：a.點蝕區(qū)充滿黑色硫化亞鐵，極造成易堵塞b.產(chǎn)生深的蝕坑，結(jié)疤和在疏松的腐蝕產(chǎn)物下出現(xiàn)金屬光澤c.點蝕區(qū)有許多同心圓，其橫截面為錐形

SRB腐蝕機理

關(guān)于SRB的厭氧腐蝕機理，迄今為止已提出了許多機理。主要有氫化酶的陰極去極化理論；細菌代謝產(chǎn)物去極化理論，又可分為H2S去極化和FeS

去極化；Iverson提出了磷化合物去極化理論；最經(jīng)典的SRB腐蝕機理是由VonWolzogen等人在1934年提出來的陰極去極化理論，與其對應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)式如下：

4Fe→4Fe2++8e(陽極過程)8H2O→8OH-+8H+(水電離)8H++8e→8H(陰極過程)SO42-+8H→S2-+4H2O(SRB陰極去極化)Fe2++S2-→FeS(腐蝕產(chǎn)物)3Fe2++6OH-→3Fe(OH)2(腐蝕產(chǎn)物)總反應(yīng)式為：4Fe2++SO42-+4H2O→FeS+3Fe(OH)2+2OH-

在大多數(shù)環(huán)境下，尤其是在水中含有SO42-時，SRB的活動能夠產(chǎn)生硫代硫酸根離子（S2O32-）。SRB將SO42-還原為硫化物，硫化物又被溶液中的氧所氧化形成S2O32-

，其原理見下圖。在特定條件下，硫代硫酸鹽是一種公認的點腐蝕促進劑。

SRB活動產(chǎn)生S2O32-的原理圖

總反應(yīng)：4Fe+SO42?+4H2O→FeS+3Fe(OH)2+2OH?硫酸鹽還原菌腐蝕圖解根據(jù)sharpley.轉(zhuǎn)引自《CorrosinonInhibitors》P2298H2O→8OH?+8H+→8H+6OH?+2OH?SO42-→S2?+4O8H+4O→4H2OFeSFe2+3Fe2+3Fe(OH)?6OH?S2?硫酸鹽還原菌（3）細菌聯(lián)合作用下的腐蝕在實際環(huán)境中，往往有喜氧性細菌的腐蝕造成了厭氧的局部環(huán)境，從而食厭氧性細菌得到繁殖相輔相成，兩類細菌便加速了腐蝕，如：水管內(nèi)壁的銹瘤腐蝕細菌的聯(lián)合腐蝕現(xiàn)象比較普遍細菌不僅腐蝕金屬材料，還腐蝕混凝土、木材、玻璃及復(fù)合材料等細菌腐蝕的控制電化學(xué)保護，其中陰極保護使陰極的金屬表面形成堿性環(huán)境，對細菌的活動有控制作用涂層，使金屬表面光滑不易被細菌附著，減少形成細菌污垢的機會使用有機涂層時加入適量的滅菌劑，如使用抗菌涂料在介質(zhì)中投放高效、低毒的殺菌劑和除垢劑加強管理使設(shè)備表面維持清潔狀態(tài)5.二氧化碳腐蝕定義二氧化碳（CO2）溶入水后有極強的腐蝕性，由此對金屬的破壞稱為二氧化碳腐蝕

它多發(fā)生在油氣田設(shè)備上Fe2e-H2CO3H2CO3--FeCO3Fe++CO2腐蝕過程CO2腐蝕電化學(xué)總腐蝕反應(yīng)陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)Fe++H+Fee-Fe++e-HHHHsteelwatersolutionH+腐蝕電化學(xué)過程示意圖Fe++H2CO3Fee-Fe++e-steelwatersolutionCO2H2OH2CO3HHCO3-H2CO3HHCO3-slowFe++watersolutionCO2H2OHCO3-H2CO3OH-H+FeCO3CO32-