自然环境腐蚀课件

自然环境腐蚀第第 8 8 章章 金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀8.1 大气腐蚀大气腐蚀8.2 海水腐蚀海水腐蚀8.3 土壤腐蚀土壤腐蚀自然环境腐蚀一一. 大气腐蚀类型大气腐蚀类型干的大气腐蚀金属表面不存在液膜层干的大气腐蚀金属表面不存在液膜层潮的大气腐蚀存在肉眼不可见的薄液膜潮的大气腐蚀存在肉眼不可见的薄液膜湿的大气腐蚀表面存在肉眼可见的液膜湿的大气腐蚀表面存在肉眼可见的液膜 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀金属表面湿润的水是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程的主要原因金属表面湿润的水是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程的主要原因根据金属表面潮湿程度根据金属表面潮湿程度大气腐蚀速度随大气条件变化而变化，大气腐蚀过程和特大气腐蚀速度随大气条件变化而变化，大气腐蚀过程和特征及控制因素也随大气条件而变征及控制因素也随大气条件而变自然环境腐蚀 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀干的大气腐蚀没形成连续的电解质膜，干的大气腐蚀没形成连续的电解质膜， 膜层只有几个分子腐蚀速度很小膜层只有几个分子腐蚀速度很小潮的大气腐蚀形成连续的电解质膜，膜厚潮的大气腐蚀形成连续的电解质膜，膜厚1mm1mm时，氧易于扩散进入界面，时，氧易于扩散进入界面，腐蚀速度迅速增加腐蚀速度迅速增加 金属与比其表面湿度高的空气接触时，空气中的水蒸汽可在金属表面凝结金属与比其表面湿度高的空气接触时，空气中的水蒸汽可在金属表面凝结而使金属表面润湿而使金属表面润湿湿的大气腐蚀液膜增厚，氧扩散阻力增大，腐蚀速度降低湿的大气腐蚀液膜增厚，氧扩散阻力增大，腐蚀速度降低水膜厚度大于水膜厚度大于1mm1mm，速度略下降，速度略下降大气腐蚀速度与表面潮湿程度之间存在一定的关系大气腐蚀速度与表面潮湿程度之间存在一定的关系自然环境腐蚀 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀二二. 大气腐蚀过程和机理大气腐蚀过程和机理湿度和温度是引起金属在大气中腐蚀的重要原因湿度和温度是引起金属在大气中腐蚀的重要原因1. 金属表面上的水膜金属表面上的水膜（1）水气膜的形成不可见液膜（水汽达到饱和时，在金属表面发生凝结现象）水气膜的形成不可见液膜（水汽达到饱和时，在金属表面发生凝结现象）毛细凝聚毛细凝聚 气相中的饱和蒸汽压与同它相平衡的液面曲率半径有关（结构缝隙、灰尘）气相中的饱和蒸汽压与同它相平衡的液面曲率半径有关（结构缝隙、灰尘）吸附凝聚吸附凝聚 材料表面对水分子的吸附作用所形成薄的水分子层材料表面对水分子的吸附作用所形成薄的水分子层 （吸水性化合物）（吸水性化合物）化学凝聚化学凝聚 材料与吸附在表面的水发生化学作用，水在材料上的凝聚材料与吸附在表面的水发生化学作用，水在材料上的凝聚（2）湿膜的形成金属表面形成可见水膜）湿膜的形成金属表面形成可见水膜 其腐蚀历程类似于沉浸在水中条件下的腐蚀，但氧的补充情况比浸于水中好其腐蚀历程类似于沉浸在水中条件下的腐蚀，但氧的补充情况比浸于水中好自然环境腐蚀 8.1 大气腐蚀大气腐蚀二二. . 大气腐蚀过程和机理大气腐蚀过程和机理2. 2. 大气腐蚀的电化学特征大气腐蚀的电化学特征（1 1）阴极过程）阴极过程大气腐蚀条件下，氧通过液膜传递速度快，液膜越薄扩散层的厚度越大气腐蚀条件下，氧通过液膜传递速度快，液膜越薄扩散层的厚度越薄，因而阴极上的氧去极化作用越容易进行，阴极过程的速度加快。薄，因而阴极上的氧去极化作用越容易进行，阴极过程的速度加快。阴极过程主要是氧的去极化控制。阴极过程主要是氧的去极化控制。（2 2）阳极过程）阳极过程当电极存在很薄的水膜时，阳离子水化困难，阳极过程受到阻滞，当电极存在很薄的水膜时，阳离子水化困难，阳极过程受到阻滞，在很薄的水膜下，氧易于到达阳极表面，促使阳极钝化作用，使阳极在很薄的水膜下，氧易于到达阳极表面，促使阳极钝化作用，使阳极过程受到强烈的阻滞过程受到强烈的阻滞自然环境腐蚀大气腐蚀速度与电极极化过程的特征随大气条件的不同而变化大气腐蚀速度与电极极化过程的特征随大气条件的不同而变化湿的大气腐蚀湿的大气腐蚀腐蚀速度由阴极控制，随电解液液膜的减薄，阴极上氧的腐蚀速度由阴极控制，随电解液液膜的减薄，阴极上氧的去极化作用越易进行；当液膜太薄时，阴极过程变得越来越困难（因水分去极化作用越易进行；当液膜太薄时，阴极过程变得越来越困难（因水分不足以实现氧还原反应）；不足以实现氧还原反应）；潮的大气腐蚀潮的大气腐蚀腐蚀速度被阳极控制，随液膜的减薄，阳极过程变得困难腐蚀速度被阳极控制，随液膜的减薄，阳极过程变得困难 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀二二. 大气腐蚀过程和机理大气腐蚀过程和机理2. 2. 大气腐蚀的电化学特征大气腐蚀的电化学特征自然环境腐蚀 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀二二. . 大气腐蚀过程和机理大气腐蚀过程和机理3. 3. 大气腐蚀机理大气腐蚀机理（1 1）氧化膜影响氧去极化控制）氧化膜影响氧去极化控制（3 3）锈层增厚，锈层电阻增大，氧的渗入困难，锈层的阴极极化作用减弱，）锈层增厚，锈层电阻增大，氧的渗入困难，锈层的阴极极化作用减弱， 此外附着性好的锈层内层，由于活性阳极面积的减小，阳极极化增大，此外附着性好的锈层内层，由于活性阳极面积的减小，阳极极化增大，大气腐蚀机理与污染物密切相关大气腐蚀机理与污染物密切相关SO2SO2加快金属腐蚀速度，通过减小加快金属腐蚀速度，通过减小阳极的钝化作用（阳极的钝化作用（SO2SO2含量在大气中很少，但其在水中的溶解度比氧含量在大气中很少，但其在水中的溶解度比氧高高13001300倍）倍）（2 2）锈层参与阴极反应成为阴极去极化剂）锈层参与阴极反应成为阴极去极化剂自然环境腐蚀四四. . 防止大气腐蚀的措施防止大气腐蚀的措施提高材料耐蚀性提高材料耐蚀性控制环境控制环境 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀 三三. . 影响大气腐蚀的主要因素影响大气腐蚀的主要因素大气湿度临界相对湿度（化学腐蚀电化学腐蚀）大气湿度临界相对湿度（化学腐蚀电化学腐蚀）温度和温差温差比温度影响更大（影响水汽的凝聚及水膜中气体和盐类的溶解度）温度和温差温差比温度影响更大（影响水汽的凝聚及水膜中气体和盐类的溶解度）酸、碱、盐介质改变，影响金属表面膜的稳定性酸、碱、盐介质改变，影响金属表面膜的稳定性腐蚀性气体腐蚀性气体SO2SO2、HClHCl、H2SH2S、NH3NH3固体颗粒、表面状态等因素影响固体颗粒、表面状态等因素影响自然环境腐蚀8.2 8.2 海水腐蚀海水腐蚀一一. 海水的物理化学性质海水的物理化学性质高盐度高盐度 海水的一项重要指标。盐度高，氯化物含量高海水的一项重要指标。盐度高，氯化物含量高高电导率高电导率 比江河高出两个数量级比江河高出两个数量级pHpH值值 中性，主要以氧去极化为主中性，主要以氧去极化为主海水温度海水温度 不同地域变化范围大不同地域变化范围大含氧量含氧量 不同环境，海水氧含量会在较大范围波动不同环境，海水氧含量会在较大范围波动附着生物附着生物自然环境腐蚀二二. 海水腐蚀的特点海水腐蚀的特点氧去极化腐蚀，氧扩散速度小于氧还原的阴极反应速度。氧去极化腐蚀，氧扩散速度小于氧还原的阴极反应速度。海水中含有大量的海水中含有大量的Cl离子，阳极极化程度小，钝化膜易破坏，不锈钢也易离子，阳极极化程度小，钝化膜易破坏，不锈钢也易腐蚀腐蚀海水的电阻率小，金属表面形成微电池及宏观电池有较大的活性海水的电阻率小，金属表面形成微电池及宏观电池有较大的活性海水中易出现局部腐蚀，点蚀坑的最大深度为平均腐蚀深度的海水中易出现局部腐蚀，点蚀坑的最大深度为平均腐蚀深度的34倍。倍。对于普通碳钢、低合金钢、铸铁来说，海水环境因素对腐蚀速度的影响远对于普通碳钢、低合金钢、铸铁来说，海水环境因素对腐蚀速度的影响远大于钢本身成分和组织的影响大于钢本身成分和组织的影响自然环境腐蚀盐类及其浓度盐类及其浓度 含盐量增高海水的电导率增加，但含氧量降低含盐量存在最大值；含盐量增高海水的电导率增加，但含氧量降低含盐量存在最大值；电导率电导率 海水所含盐分几乎全处于电离状态；海水是导电性极强的电解质溶液；海水所含盐分几乎全处于电离状态；海水是导电性极强的电解质溶液；含氧量的影响含氧量的影响 溶解氧量是影响海水腐蚀的重要因素，与盐度及温度有关；溶解氧量是影响海水腐蚀的重要因素，与盐度及温度有关；pH值值 主要影响钙质水垢沉积，从而影响到海水腐蚀；主要影响钙质水垢沉积，从而影响到海水腐蚀；温度温度 温度越高，氧的扩散速度加快，海水电导率增大，将促进海水腐蚀温度越高，氧的扩散速度加快，海水电导率增大，将促进海水腐蚀; 温度升高，氧的溶解度降低，促进保护性钙质水垢生成，将减缓海水腐蚀温度升高，氧的溶解度降低，促进保护性钙质水垢生成，将减缓海水腐蚀;6. 海水流速海水流速 海水流速不同，改变了供氧条件，故对腐蚀产生重要影响海水流速不同，改变了供氧条件，故对腐蚀产生重要影响;海生物海生物 改变改变pH值及供氧量值及供氧量 海生物附着不完整、不均匀时，加剧局部腐蚀；海生物附着不完整、不均匀时，加剧局部腐蚀； 生物的生命运动改变了局部海水介质成分，加速腐蚀；生物的生命运动改变了局部海水介质成分，加速腐蚀； 某些海生物生长时穿透表面保护层，破坏了保护膜，加速腐蚀某些海生物生长时穿透表面保护层，破坏了保护膜，加速腐蚀三三. 影响海水腐蚀的因素影响海水腐蚀的因素8.2 海水腐蚀海水腐蚀自然环境腐蚀多相性；多相性； 多孔性；不均匀性；固定性多孔性；不均匀性；固定性一一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素土壤腐蚀的电极过程及控制因素金属在土壤中的电极电位取决于两个因素：金属在土壤中的电极电位取决于两个因素：金属的种类及表面性质金属的种类及表面性质土壤介质的物理化学性质土壤介质的物理化学性质 由于土壤是不均匀且相对固定的介质，因此土壤的理化性质在不同部位往由于土壤是不均匀且相对固定的介质，因此土壤的理化性质在不同部位往往不同往不同自然环境腐蚀一一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素土壤腐蚀的电极过程及控制因素阳极过程铁在潮湿的土壤中阳极极化过程无明显的阻滞阳极过程铁在潮湿的土壤中阳极极化过程无明显的阻滞 腐蚀产物与土粒粘合，形成紧密层，有效阻碍阳极反应；腐蚀产物与土粒粘合，形成紧密层，有效阻碍阳极反应； 阳极钝化氧易于到达金属表面时阳极钝化氧易于到达金属表面时阴极过程氧的去极化过程，受氧输送控制阴极过程氧的去极化过程，受氧输送控制 氧的进入受阴极表面电解液（扩散层）的限制，还受阴极上面土壤层氧的进入受阴极表面电解液（扩散层）的限制，还受阴极上面土壤层的阻碍，输送氧的主要途径是氧在土壤气相中（孔隙）的扩散的阻碍，输送氧的主要途径是氧在土壤气相中（孔隙）的扩散自然环境腐蚀潮湿和密实的土壤，腐蚀过程主要由阴极过程控制潮湿和密实的土壤，腐蚀过程主要由阴极过程控制疏松和干燥的土壤，腐蚀特征已接近大气条件的腐蚀，腐蚀过程由疏松和干燥的土壤，腐蚀特征已接近大气条件的腐蚀，腐蚀过程由阳极过程所控制阳极过程所控制对于长距离宏观电池起作用的土壤来说，电阻所起的作用增加，土对于长距离宏观电池起作用的土壤来说，电阻所起的作用增加，土壤腐蚀由阴极电阻控制，甚至是电阻控制占优势壤腐蚀由阴极电阻控制，甚至是电阻控制占优势 8.3 8.3 土壤腐蚀土壤腐蚀一一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素土壤腐蚀的电极过程及控制因素自然环境腐蚀 8.3 8.3 土壤腐蚀土壤腐蚀一一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素土壤腐蚀的电极过程及控制因素微观腐蚀电池阴、阳极过程发生在同一地点，尺寸小，常常造成均匀微观腐蚀电池阴、阳极过程发生在同一地点，尺寸小，常常造成均匀腐蚀腐蚀宏观腐蚀电池阴、阳极过程不在同一地点，导致局部腐蚀宏观腐蚀电池阴、阳极过程不在同一地点，导致局部腐蚀两者的重要区别是宏观腐蚀电池受阴阳极两极比和土壤电阻率的影响两者的重要区别是宏观腐蚀电池受阴阳极两极比和土壤电阻率的影响不同材料（供水管与输水管）构成电偶腐蚀不同材料（供水管与输水管）构成电偶腐蚀同种材料的不同部位接触的土壤介质理化性能不同构成浓差电池同种材料的不同部位接触的土壤介质理化性能不同构成浓差电池供热、油管及气管构成温差电池供热、油管及气管构成温差电池新旧管线构成腐蚀电池新旧管线构成腐蚀电池自然环境腐蚀微电池和宏观电池引起的土壤腐蚀（管线不同部位氧含量不同）微电池和宏观电池引起的土壤腐蚀（管线不同部位氧含量不同） 金属组织不均匀引起的；金属组织不均匀引起的； 土壤介质不均匀引起透气性不同，氧的渗透速度不同；氧浓差电池土壤介质不均匀引起透气性不同，氧的渗透速度不同；氧浓差电池杂散电流引起的土壤腐蚀杂散电流引起的土壤腐蚀 正常电路漏失而流入它处的电流，导致严重腐蚀正常电路漏失而流入它处的电流，导致严重腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀 在缺氧的土壤中，细菌引起土壤物理化学性质不均匀，造成氧浓差在缺氧的土壤中，细菌引起土壤物理化学性质不均匀，造成氧浓差电池腐蚀电池腐蚀 二二. 土壤腐蚀的类型土壤腐蚀的类型 8.3 8.3 土壤腐蚀土壤腐蚀自然环境腐蚀 8.3 8.3 土壤腐蚀土壤腐蚀三三. 土壤腐蚀的影响因素及防止措施土壤腐蚀的影响因素及防止措施1. 土壤的导电性土壤的导电性 导电性好，腐蚀性强导电性好，腐蚀性强2. 土壤中的含盐量土壤中的含盐量 土壤含盐量大，导电性提高，腐蚀加剧土壤含盐量大，导电性提高，腐蚀加剧土壤的孔隙度土壤的孔隙度 决定水分和氧的渗透决定水分和氧的渗透 土壤中的水分土壤中的水分 使土壤成为电解质，造成电化学腐蚀的先决条件使土壤成为电解质，造成电化学腐蚀的先决条件 水分增加，土壤中溶解盐的量增加，腐蚀速度提水分增加，土壤中溶解盐的量增加，腐蚀速度提高；高； 土壤的孔隙被水充满，透气性下降，氧扩散受阻；土壤的孔隙被水充满，透气性下降，氧扩散受阻；