海洋腐蚀及土壤腐蚀 PPT材料在各个环境的腐蚀.ppt

1 第四章金属在各种环境中的腐蚀 第二节海洋腐蚀及土壤腐蚀 2 研究海洋腐蚀的重要性 3 海水腐蚀特点 1 盐类及电导率海水是一种含盐量很高的腐蚀性电解质 盐分中主要是nacl 约占总盐度的77 8 其次是mgcl2 海水中的总盐度约为3 2 3 7 因此 人们通常以质量分数为0 03或0 035的nacl水溶液近似地代替海水 进行模拟海水环境的腐蚀试验 海水呈弱碱性 ph 8 1 8 3 海水中的氧和cl 含量是影响海水腐蚀的主要环境因素 海水平均电导率远远超过河水和雨水的电导率 2 溶解氧海水中溶解氧是海水腐蚀的重要因素 4 海水中金属电化学腐蚀的特点 海水是含盐量很高的天然电解质 因此海水会造成大多数常用金属材料的腐蚀 由于海水中溶解有一定量的氧 因此决定了大多数金属材料在海水中腐蚀的电化学特征 除了电极电位很低的金属镁及其合金外 所有金属材料在海水中都以氧去极化腐蚀为主 即绝大多数金属材料在海水环境中发生的腐蚀电化学反应如下 5 根据金属腐蚀速率的控制因素分类 6 影响海水腐蚀的环境因素 海水流速 含氧量 活泼金属 钝化金属 海洋生物 含盐量 cl 海水温度 双重作用 ph值 环境因素 7 含氧量 金属在海水中腐蚀的主要阴极反应是氧的还原反应 对于不形成保护性膜层或膜的保护性很差的活性金属 氧浓度愈高 腐蚀速率愈快 对于形成保护性钝化膜的金属 需要足够的氧维持钝态 含氧量愈高愈容易钝化 钝化膜愈稳定 含氧量太低时 钝化膜会发生局部破损 导致局部腐蚀 水中的含氧量随盐度增加或温度升高而降低 温度变化对水中溶解氧的影响更为显著 8 含盐量 当含盐量较低时 电导率增加对腐蚀的促进起主导作用 因而腐蚀速率随含盐量增加而增大 当含盐量较高时 溶解氧的降低很显著 因而钢的腐蚀速率随含盆量的增加呈下降变化趋势 当海水温度升高 碱性增加时 海水中ca2 会形成碳酸钙或碳酸氢钙沉淀物 mg2 会形成mg oh 2沉淀物 对金属腐蚀具有一定保护作用 9 海水温度 海水温度随地理位置 季节和深度有较大变化 海水温度对金属材料的腐蚀具有双重影响 一方面温度升高扩散加快 电导率增大 电化学反应加快 腐蚀加速 另一方面 温度升高 海水中溶氧量降低 并促进钙质沉淀层形成 可减缓腐蚀 一般来说 前者的作用大于后者 因此通常随海水温度升高 腐蚀速率增加 温度每升高10 钢在海水中的腐蚀速率约增大1倍 10 海水流速 海水流速对腐蚀速率有较大影响 由于流速直接影响对金属表面的供氧情况 流速增大 到达金属表面的氧量增加 增加了耗氧腐蚀的极限电流密度 对于非钝化金属 极限电流密度增加使腐蚀速率增加 而对于易钝化金属却促进了钝化 这就是为什么钝化金属在静止海水中耐蚀性下降的原因 但当海水流速很高时 海水冲刷作用增强 海水中气泡和固体颗粒增加 使气蚀 磨蚀增加 11 海洋生物 对于钝态金属 海洋生物使金属表面与氧隔开 促进钝化膜破坏 对于活性金属 海洋生物附着能隔离金属表面与腐蚀介质 阻碍氧的输运 会减少腐蚀 海洋生物附着还会对结构物的镀层和涂层产生损害 12 防止海水腐蚀的措施 涂层保护 1 长效金属复合涂层 2 塑料除层 3 重防腐蚀涂料 阴极保护往往需要与涂料保护联合使用 以达到更为理想的效果 根据实际情况 阴极保护可选择牺牲阳极保护方法或外加电流保护方法 阴极保护不仅对全面性腐蚀有效 而且对局部腐蚀也有效 13 金属在土壤中的腐蚀 自来水管爆裂 14 一 土壤的性质和特点 土壤的组成 土壤中的氧 土壤中的水分 大多数土壤是中性的 其ph值在6 0 7 5之间 土壤的酸碱性 土壤中的微生物 1 土壤的性质 由各种颗粒状的矿物质 有机物质 水分 空气及微生物等组成的多相并具有生物活性和离子导电性的多孔的毛细管胶体体系 土壤越干燥 含盐量越少 其电阻越大 土壤越潮湿 含水量 含盐量越多 电阻就越小 土壤电阻率越小 土壤腐蚀越严重 土壤中的氧气 部分存在于土壤的孔隙与毛细管中 部分溶解在水里 是造成氧浓差电池腐蚀的原因 微生物腐蚀是指由微生物直接的或间接的参与腐蚀过程引起金属的破坏 微小物腐蚀往往和电化学腐蚀同时发生 15 土壤中的水分 干燥而少盐的土壤电阻率可高达10000 cm 而潮湿多盐的土壤电阻率可低于500 cm 般来说 土壤的电阻率可以比较综合地反映在某一地区的土壤特点 土壤电阻率越小 土壤腐蚀越严重 因此 可以把土壤电阻率作为土壤腐蚀性的评估依据之一 但应该指出 这种估计有时并不符合所有情况 因此土壤电阻率并不能作为评估土壤腐蚀的唯一依据 16 2 土壤的特点 土壤是一种具有特殊性质的电解质 其表现为多相性 多孔性 导电性 不均匀性 相对固定性等特点 多相性表现在土壤为固 气 液和微生物等组成的多相体系 土壤具有毛细管的多孔性 同时还是胶质体系 在土壤的颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙 为空气和水的存在提供便利条件 土壤中含有的盐类溶解在水中 使土壤具有离子导电性 土壤的性质及结构容易出现小范围或大范围内的不均匀性 从小范围看 有各种微结构组成的土粒 气孔 水分的存在 以及结构紧密程度的差异 从大范围看 有不同性质的土壤等 因此土壤的各种物理 化学性质 尤其是与腐蚀有关的电化学性质 不仅随着土壤的组成及含水量变化 而且随着土壤的结构及其紧密程度有所差异 对于土壤来说 其固相部分几乎不发生机械的搅动和对流 因此在一般情况下 土壤的固体构成物 对于金属表面来说 可以认为是固定不动的 而仅仅靠着气相和液相作有限的运动 17 土壤腐蚀的电化学过程 1 阳极过程 在中性或碱性土壤中 在比较干燥的土壤中 由于湿度小 空气易于透入 如果土壤中没有氯离子存在 则会促进金属钝化而减慢腐蚀 如果土壤相当干燥 含水量极少 则使金属离子的水化产生因难 导致阳极过程更加不易进行 18 土壤腐蚀的电化学过程 2 阴极过程 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 对土壤腐蚀起主要作用的是缝隙和毛细管中的氧 它们透过固体的微孔电解质到达阴极表面 传递过程比较复杂 进行得也比较慢 土壤的结构相湿度 对氧的流动有很大的影响 在琉松的土壤中 氧的渗透和流动比较容易 金属的腐蚀就严重 而在粘性土壤中 氧的渗透和流动速率较小 使阴极过程受到较大的阻滞 19 土壤腐蚀的控制因素 土壤腐蚀过程的控制因素有如下几种情况 潮湿土壤中微电池腐蚀时 主要是阴极控制 疏松 氧渗透率很大的干燥土壤中微电池腐蚀时 以阳极控制为主 长距离宏观电池腐蚀时 为阴极 电阻混合控制或电阻控制 20 土壤腐蚀的几种形式 1 由于充气不均匀引起的腐蚀 氧浓差电池腐蚀 当金属管道通过结构不同和潮湿程度不同的土壤时 如通过砂土和粘土时 由于充气不均匀形成氧浓差电池的腐蚀 处在砂土中的金属管段 由于氧容易渗入 电位高而成为阴极 而处在粘土中的金属管段 由于缺氧 电位低而成为阳极 这样就构成了氧浓差腐蚀电池 因而使粘土中的金属管段加速腐蚀 埋在地下的管道 特别是水平埋放 并且直径较大的管子 等 埋得较深的地方 由于氧不容易到达而成为阳极区 腐蚀主要就集中在这一区域 石油化工厂的储罐底部若直接与土壤接触 则底部的中央 氧到达困难 而边缘处 氧则容易到达 导致罐底的中部遭到加速腐蚀 21 2 杂散电流引起的腐蚀 在正常情况下 电流自电源的正极通过电气机车的架空线 再沿铁轨回到电源负极 但当铁轨与土壤间绝缘不良时 有一部分电流就会从铁轨漏失到土壤中 若附近理设有金属管道等构件 杂散电流就会由此良导体通过 再流经土壤及轨道回到电源 此时 土壤作为电解质传递电流 有两个串联的电池存在 即 22 3 微生物引起的腐蚀 引起腐蚀作用的微生物 最主要的是嗜氧的硫杆菌和厌氧的硫酸盐还原菌 这两种细菌能将土壤中的硫酸盐还原产生s2 其中仅小部分消耗在微生物自身的新陈代谢上 大部分可作为阴极去极化剂 促进腐蚀进行 23 除上述几种形式的土壤腐蚀外 还有土壤中异类金属或新旧管线电接触引起的电偶腐蚀 土壤中含盐量不均匀引起的盐浓差宏观电池腐蚀 盐浓度高的部位电极电位低成为阳极而加速腐蚀 土壤中温度不均匀造成的温差电池引起管线或构筑物局部加速腐蚀等 土壤的电导率 透气性 含水量 含盐量及酸碱度等是影响土壤腐蚀的主要环境因素 4 其他类型的腐蚀 24 防止土壤腐蚀的措施 1 覆盖层保护地下金属构件上施加的涂层 通常是有机或无机物质做成的 常用的有石油沥青 煤焦油沥青 环氧煤沥青 聚乙烯胶粘带 聚氨酯泡沫塑料 环氧树脂等 目前用得比较普遍的是煤焦油沥青 环氧树脂涂料和聚氨酯泡沫塑料等 2 电化学保护延长地下管线寿命的最经济有效的方法是把适当的覆盖层和电化学阴极保护法