材料腐蚀与防护第八章金属在各种环境中的腐蚀

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1、第五章金属在各种环境中的腐蚀第一节金属在大气中的腐蚀金属材料或构筑物在大气条件下发生化学或电化学反应引起材料的破损称为大气腐蚀。1.1大气腐蚀的分类主要参与大气腐蚀过程的是氧和水汽，其次是二氧化碳。根据金属表面的潮湿程度的不同，把大气腐蚀分为三类：1）干大气腐蚀特点：在金属表面不存在液膜层；在金属表面形成不可见的保护性氧化膜（1-10nm）和某些金属失泽现象。2）潮大气腐蚀特点：金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层（10nm-1um）。3）湿大气腐蚀特点：金属在相对湿度大于

2、100%，如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面于上，表面存在肉眼可见的水膜（1um-1mm）。大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系，如图所示。腐蚀速度与水膜厚度的规律大致可划分四个区域：通常所说的大气腐蚀是指在常温下潮湿空气中的腐蚀。大气腐蚀的特点：（1）主要参与是氧和水汽，其次是二氧化碳及污染气体。（2）是发生化学和电化学反应共同作用。1.2大气腐蚀机理腐蚀规律符合电化学腐蚀的一般规律。1.大气腐蚀的电化学过程当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要是氧去极化。阴极过程：阳极过程

3、：在薄的液膜条件下，大气腐蚀的阳极过程受到较大阻滞，因为氧更容易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。阳极钝化及金属离子化过程困难是造成阳极极化的主要原因。当液膜增厚，相当于湿的大气腐蚀时，氧到达金属表面有一个扩散过程，因此腐蚀过程受氧扩散过程控制。可见：潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主要受阴极过程控制。2.锈蚀机理一般认为，锈层对于锈层下基体铁的离子化将起到强氧化剂的作用。在锈层内阳极反应发生在金属/Fe2O3界面上：可见：锈层处在潮湿条件下,锈层参与了阴极过程。1.3工

4、业大气中金属腐蚀特点工业大气中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大气的腐蚀作用，加快金属的腐蚀速度。多数研究认为，SO2的腐蚀作用机制是硫酸盐自催化过程。在污染的大气中，在低于临界湿度时，金属表面没有水膜，金属受到的是由于化学作用引起的腐蚀，腐蚀速度很小。当高于临界湿度时，由于水膜的形成，发生了电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增加。1.4影响大气腐蚀的因素及防蚀方法主要讨论影响大气腐蚀的几个主要因素：湿度、大气成分等。*湿度：是决定大气腐蚀类型和速度的一个重要因素。每种金属都存在一个腐蚀速度开始急剧增加的

5、湿度范围，人们把大气腐蚀速度开始剧增时的大气相对湿度值称为临界湿度。对于铁、钢、铜、锌，临界湿度约在70-80%之间。*大气成分：大气的成分很复杂，尤其S02、H2S、NaCl。防止大气腐蚀的方法：*提高金属材料的耐蚀性，在碳钢中加入Cu、Cr、Ni及稀土元素可提高其耐大气腐蚀。*采用有机和无机涂层及金属镀层。*采用气相缓蚀剂。*降低大气湿度。（主要用于仓储金属制品的保护）*另外，合理设计构件，防止缝隙中存水，去除金属表面上的灰尘等都有利于防蚀。尤其要开展环境保护，减少大气污染，这不仅有利于人民健康，而

6、且对延长金属材料在大气中的使用寿命也是相当重要的。第二节金属在海水中的腐蚀2.1海水腐蚀特点1.盐类及导电率2.溶解氧3.海水的电化学特点2.2影响海水腐蚀的因素盐类海水中溶解氧海洋生物和腐烂的有机物海水的温度、流速PH值2.3海水中常用金属材料的耐蚀性金属材料在海水中的耐蚀性差别很大，其中耐蚀性最好的是钛合金和Cr-Ni合金，而铸铁和碳钢耐蚀性较差。不锈钢的均匀腐蚀速度虽然很小，但在海水中易产生点蚀。常用金属材料耐海水腐蚀性能见表：2.4防止海水腐蚀的措施1）研制和应用耐海水腐蚀的材料。如：铁、镍、铜

7、及其合金，耐海水钢。2）阴极保护。腐蚀最严重处采用护屏保护较合理，亦可采用简易可行的牺牲阳极法。3）涂层。除应用防锈油漆外，还可采用防止生物玷污的双防油漆，对于潮汐区和飞溅区的某些固定的钢结构可以使用蒙乃尔合金包覆。第三节金属在土壤中的腐蚀3.1土壤腐蚀的特点1）土壤的特性*土壤多相性。土壤是由土粒、水、空气，有机物等多种组分构成的复杂的多相体系。*土壤导电性。由于在土壤中的水分能以各种形式存在，土壤中总是或多或少地存在一定的水分，因此土壤有导电性。土壤也是一种电解质。*土壤的不均匀性。土壤中的氧气，有

8、的溶解在水中，有的存在于土壤的缝隙中。土壤中氧浓度与土壤的湿度和结构都有密切关系，氧含量在干燥砂土中最高，在潮湿的砂土中次之，而在潮湿密实的粘土中最少。这种充气不均匀性正是造成氧浓差电池腐蚀的原因。*土壤的酸碱性。2）土壤腐蚀的电化学过程大多数金属在土壤中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀。金属在土壤中的腐蚀与在电解液中的腐蚀本质是一样的。3.2土壤腐蚀的几种形式（1）充气不均匀引起的腐蚀.氧的浓度差别引起的宏观电池腐蚀。（2）杂散电流引起的腐蚀.由