第四章__金属在各种环境中的腐蚀.ppt

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1、第四章金属在各种环境中的腐蚀材料科学与工程学院金属材料系4.1、金属在大气中的腐蚀金属在大气自然环境条件下发生腐蚀的现象称为大气腐蚀。金属暴露在大气中要比暴露在其他腐蚀介质中的机会多，大气腐蚀是金属腐蚀中最普通的一种。然而，由于决定腐蚀反应动力学因素的复杂性，至今对它的了解还不是十分清楚。大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范畴。它是一种在液膜下的电化学腐蚀，但和浸在电解质溶液中的腐蚀有所不同。大气的主要成分：大气的次要成分(杂质)。在大气中，普遍存在的腐蚀成分是氧、水蒸气、二氧化碳。氧的含量基本保持不变，而

2、且是大量的，它真正的参与腐蚀反应。水和二氧化碳的含量随气候和地理位置的变化而变化。相对湿度：空气中水蒸气含量与同温度下饱和水蒸气含量的比值的百分数。空气的相对湿度对金属的大气腐蚀有重要的影响。成分克/米３重量％成分毫克/米３重量空气氮(N2)氧(O2)氩(Ar)水蒸汽二氧化碳11728792691580.510075231.260.700.04氖(Ne)氪(Kr)氦(He)氙(Xe)氢(H2)1440.80.50.051230.70.40.04大气的近似组成（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/

3、m2根据Meetham.转引自＜Corrosion＞上卷P2.4杂质典型浓度，微克/米３二氧化硫(SO2)工业区：冬天350.夏天100农村地区：冬天100.夏天40二氧化硫(SO3)大约为SO2含量的10％硫化氢(H2S)工业区：1.5~90城市地带：0.5~1.7农村地区：0.15~0.45春季测量的数字氨(NH3)工业区：4.8农村地区：2.1氯化物(空气样品)内地工业区：冬天4.8夏天2.7沿海农村区：年平均5.4氯化物(雨水样品)内地工业区：冬天7.9夏天5.3沿海农村区：冬天57夏天18毫

4、克/升尘粒工业区：冬天250夏天100农村地区：冬天60夏天15大气杂质的典型浓度根据Meetham.转引自Shreired.金属表面上的水膜金属表面上的水膜对大气腐蚀起着关键性作用。当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的水膜。当空气的相对湿度低于100%，金属表面也可能形成水膜，其原因有三：◆毛细凝聚◆化学凝聚◆吸附凝聚金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。大气腐蚀的特点大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系腐蚀速度水膜厚度ⅠⅡⅢⅣ大气腐蚀速度随金

5、属表面水膜厚度的变化I区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形成连续的电解液，相当于“干氧化”状态，发生纯化学腐蚀。II区对应于“潮大气腐蚀”状态，出于电解液膜的存在，开始了电化学腐蚀过程．腐蚀速度急剧增加。III区为可见的液膜层，III区相当于“湿大气腐蚀”。随着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐蚀速度也相应降低。液膜更厚就进入IV区，这与浸泡在液体中的腐蚀相同。一般环境的大气腐蚀大多是在II、III区进行的，随着气候条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式可以互相转换。大气腐蚀

6、的三种类型(1)干的大气腐蚀当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金属的腐蚀属于常温氧化。(2)潮的大气腐蚀当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的薄液膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。(3)湿的大气腐蚀当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜，随水膜厚度增加，V-逐渐减小。大气腐蚀的特点氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。即使液膜呈酸性，氧分子还原反应仍占阴极过程的主要地位。在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制由于水

7、膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜中，因此腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。302010501001502001.21.00.80.60.40.200200400600析出H2或吸收O2的体种(cm3/dm2)镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化全浸薄水膜大气腐蚀氧去极化氢去极化(根据ToMawoB)150150120906030氧扩散层厚度(ų)氧还原反应速度(mA/cm2)水膜厚度(ų)铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原反应速度及氧扩散层厚度的关系氧还原反应速

8、度氧扩散层厚度(根据Po3eHΦe∧b4)121大气腐蚀的影响因素（1）气候条件：湿度；降水量；温度；日照量（2）大气污染物质SO2：能强烈促进钢铁的大气腐蚀盐粒：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导电性，氯离子还具有强腐蚀性。烟尘：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质(如炭粒)，或者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝聚(如硅质颗粒)。大气腐蚀1201008060402002040608010暴露55天腐蚀增量相对湿度(%)铁的大气腐蚀速度与相对湿度的关系(大