腐蚀环境教学课件

第2章腐蚀环境,金属发生腐蚀时所处的环境叫腐蚀环境。,最主要的腐蚀环境主要是指水，土壤，大气和干燥气体。,许多金属结构件所暴露的水环境：,2.1水,（1）热水和自来水的主管道，管路，紧固件，阀门和泵；,（2）水的冷却系统，管道，换热器，泵等；,（3）中心加热系统，管道，散热器阀门和泵；,（4）蒸汽动力设备，锅炉或蒸汽发生器，蒸气管，冷凝器；,（5）船舶，船体和螺旋桨；,（6）港口设备，港桩；,（7）水阀。,氧浓度，pH值，硬度，HCO3-、Cl-、SO42-浓度。,2.1.1淡水,影响淡水腐蚀性的主要因素：,游离氧浓度对水的腐蚀性具有决定意义，因为氧会参与阳极反应：1/2O2+H2O+2e-2OH-（中性、碱性条件下。）,1、氧浓度：,一般来讲，氧浓度高，腐蚀性强。这可以从氧电极电位的能斯特方程看出。,氧在水中的溶解随温度升高而下降。014.6mg/L209.6mg/L406.4mg/L1000.0mg/L,在浸入水中的物件上，最强烈的腐蚀发生在靠近水面的下方。这是因为由于氧的扩散问题，水的表面的氧浓度最高。,原因：这时即使没有氧，H+可作为氧化剂参与阴极反应。,pH值少于4时，碳钢的腐蚀速率很大,3、碳酸钙的沉积,5、碱性化或碳酸化,6、流速,7、温度,4、溶解盐成份的影响,2、pH值,海水具有基本恒定的成分和腐蚀速率。（除污染的海水外，海水的pH值在8.1左右恒定，盐浓度约3.5%恒定-pH值、成分恒定）,海水有很高的电导率，平均比电导为4*10-2S.cm-1，远远超过河水（2*10-4S.cm-1）和雨水（1*10-5S.cm-1）。海水的pH值通常为8.1-8.3。,2.1.2海水,1、海水的特性：,2、海水腐蚀的影响因素：,（2）pH值,（3）碳酸盐饱和度,（4）含氧量,（5）温度,（1）盐度,（6）流速,（7）生物的影响,海生物附着不完整均匀时，附着层内外造成浓差电池；,由于生物的生命活动，局部改变了海水介质成分；,附着植物根的穿透和剥落，破坏了金属表面保护层。,3、海水腐蚀的保护措施：,（1）合理运用金属材料，研制新材料；,（2）涂层保护，如防锈油漆、防污漆或使用某些合金包覆（蒙乃尔合金）；,（3）电化学保护。,2.1.3锅炉用水（生产蒸汽）,锅炉用水要防止发生沉积和腐蚀。,锅炉用水一般要进行如下处理：,2、除气：去除水中的氧以降低腐蚀性；,3、调整pH值，中和水中CO2以减少腐蚀性；,4、加缓蚀剂，阻止腐蚀。,1、软化：降低钙、镁离子的浓度，防止沉淀；,2.2土壤腐蚀,2.2.1土壤的构成,1、土壤粒子,2、溶解物,3、气体,土壤在水平和垂直方向一般都是不均匀的。土壤的性质还随着季节、地域等而变化（如雨季、旱季等）。再比如一般土壤中上层是熟土，下层是生土。,土壤中含有多种无机物质和有机物质，这些物质的种类和含量既影响土壤的酸碱性，又影响土壤的导电性。土壤是不均匀的，因此长距离的地下管道和大尺寸的地下设施，其各个部位接触的土壤的结构和性质可能有较大的变化。土壤中还有大量微生物，对金属腐蚀能起加速作用。,2.2.2土壤的特性：,土壤是土粒、水和空气的混合物。由于水中溶有各种盐类，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。,阳极：MeMen+ne阴极：1/2O2+H2O+2e2OH-腐蚀反应：Me+H2O+O2Me（OH）,2.2.3土壤中的腐蚀机理：,土壤中也是通过电化学作用产生腐蚀。钢铁在土壤中的腐蚀反应为：,注：1、当阳极阴极很接近，并且土壤水分pH大于5时，腐蚀产物能形成对钢表面的保护层，使腐蚀受到抑制。2、当阳极、阴极相隔一段距离时，腐蚀产物在阳极和阴极之间的某处沉积，对阳极不提供保护，阳极则易产生点蚀。,2、氧含量,（1）地下水位线以上含氧量大于水位线以下；,（2）砂子中含氧量高于粘土中；,（3）经过移动的（通过挖掘）土壤比没受干扰的土壤（天然状态）含氧量高。熟土中含氧量比生土中高。,2.2.4影响土壤腐蚀的因素,1、水分,例：长结构管线跨越两种或多种不同类型土壤时就会形成腐蚀电池，使管线发生腐蚀。,3、pH值,5、微生物,4、阻抗,2.2.5土壤腐蚀的几种常见形式,1、全面腐蚀,对于小的金属制品，全面腐蚀是主要的腐蚀形态。对于大型设备，长距离管道，以大电池造成的局部腐蚀为主。,2、氧浓差电池腐蚀,富氧区和贫氧区接触的金属部分组成氧浓差电池，富氧区接触的金属表面为阴极；贫氧区接触的金属表面为阳极。,杂散电流是指直流电源设备漏电进入土壤产生的电流，对地下管道、贮罐、电缆等金属设施，造成严重的腐蚀破坏。,3、杂散电流腐蚀,杂散电流流出的部位成为腐蚀电池的阳极区，金属发生氧化反应转变为离子进入土壤。,腐蚀掉的金属量和流过的杂散电流的电量成正比，可以按法拉弟电解定律进行估算。,2.2.6防止土壤腐蚀的措施,1、牺牲阳极或外加电流进行阴极保护；,2、电器接地以避免杂散电流；,3、有机涂层（如沥青、塑料、绝缘胶带等）；,4、无机涂层（如锌、水泥等）,5、锈蚀余量；,6、埋置混凝土中；,7、为避免由于氧含量不均匀造成腐蚀电池，用砂子、石灰石碎块填充周围。,2.3大气腐蚀,大气腐蚀通常是指在常温下暴露在地球大气中的所发生的腐蚀。,2.3.1定义：,2.3.2大气腐蚀的影响因素：,临界湿度当湿度达到一定程度时，金属突然加速腐蚀时的湿度值。,1、湿度的影响,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。,临界湿度以下腐蚀可以忽略，大于临界湿度，腐蚀随相对湿度增加而增加。临界湿度取决于金属及其表面的污染程度。,主要是：氧、硫化物、氯化物、灰尘等,注：影响大气腐蚀的最主要因素是水分！,2、水膜中质点的影响,3、温度的影响,2.3.3大气分类,4、海洋大气：很高的氯化物浓度。,1、乡村大气：主要指SO2低。,2、城市大气：含SO2和烟尘。,3、工业大气：工厂区，不同工业会有不同污染。,2.3.4防止大气腐蚀的方法,5、其它，如合理设计构件，去除金属表面的灰尘等。,1、在钢中加入某些合金元素，以提高金属材料的耐蚀性；,2、采用有机和无机涂层或金属镀层来保护长期暴露于大气中的金属构架；,3、采用气相缓蚀剂，对储藏和运输过程中的金属进行保护；,4、降低大气湿度，主要用于对仓储金属制品的保护；,2.4干燥气体,干燥气体是指在干燥条件下使金属出现侵蚀的气体，主要是氧，硫蒸气和氯气。,干燥气体产生的侵蚀，一般是化学腐蚀。（它不发生通常意义的电极反应）,2.4.1反应机理:,MeMen+ne1/2O2+2eO2-2Men+nO2-Me2On,反应步骤：,3、金属若能处于不同的氧化状态，表面氧化物会由几层不同氧化物组成。（如铁，不同温度不会形成FeO、Fe3O4、Fe2O3等）。,2.4.2氧化物的特性:,1、氧化物体积大于被氧化金属的体积时，能抑制金属进一步氧化，氧化物停止生长，反之金属会继续氧化。但是如果氧化物不是很致密的，也不能有效阻挡氧化的继续进行。（不同金属氧化物在这方面的表现是不一样的）,2、氧化物的厚度随温度升高而增加。（如钢、铜的氧化物）。,加入具有选择性氧化的合金元素，以形成保护层。如：Cr、Al、Si等元素,2.4.3防护措施,2.5微生物腐蚀,2.5.1定义：,微生物腐蚀是指在微生物的生命活动参与下所发生的腐蚀过程。,3、微生物腐蚀往往是多种微生物共生、交互作用的结果。,2.5.2微生物腐蚀的特征：,1、微生物的生长繁殖，需要具有适宜的环境条件，如一定的温度、湿度、酸度、环境含氧量及营养源等。,2、微生物腐蚀并非微生物直接食取金属，而是微生物生命活动的结果直接或间接参与了腐蚀过程。,4、破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。,2.5.3微生物腐蚀参与腐蚀过程主要形式,1、微生物新陈代谢产物的腐蚀作用。微生物具有腐蚀性是能产生一些代谢产物，如无机酸、有机酸、硫化物、氨等，增强了环境的腐蚀性。,2、促进腐蚀的电极反应动力学过程。如硫酸盐还原菌的存在能促进金属腐蚀的阴极去极化过程。,3、改变了金属周围环境的氧浓度、含盐度、酸度等而形成的局部腐蚀电池。,2.5.4与腐蚀有关的微生物,1、硫酸盐还原菌,硫酸盐还原菌所具有的氢化酶能移去阴极区的氢原子，促进腐蚀过程中的阴极去极化反应，或生成硫化物而加速金属的腐蚀。属厌氧性细菌，在缺氧条件下才能生存。,SO42-+8H+S2-+4H2O,2、硫氧化菌,硫氧化菌能将硫及硫化物氧化成硫酸。它们属于喜氧性细菌，在有氧的条件下才能生存。,2S+3O2+2H2O2H