第4章各种环境中的腐蚀

1、第第4章章 各种环境中的腐蚀各种环境中的腐蚀腐蚀环境有哪些？腐蚀环境有哪些？ 4.1金属在大气中的腐蚀金属在大气中的腐蚀o 金属材料暴露在以地球大气作为腐蚀环境和金属材料暴露在以地球大气作为腐蚀环境和温度下，由于大气中的水和氧等的化学和电温度下，由于大气中的水和氧等的化学和电化学作用而引起腐蚀称为大气腐蚀。化学作用而引起腐蚀称为大气腐蚀。o 1、大气的成分、大气的成分 温度温度10oC,压力压力100KN/m2成分成分毫克毫克/米米重量重量成分成分毫克毫克/米米重量重量空气空气氮氮(N2)氧氧 (O2)氩氩(Ar)水蒸汽水蒸汽二氧化碳二氧化碳11728792691580.510075231.2

2、60.700.04氖氖(Ne)氪氪(Kr)氦氦(He)氙氙(Xe)氢氢(H2)1440.80.50.051230.70.40.04大气杂质大气杂质典型浓度典型浓度 杂质杂质 典型浓度，微克典型浓度，微克/米米二氧化硫二氧化硫(SO2)工业区：冬天工业区：冬天350.夏天夏天 100农村地区：冬天农村地区：冬天100.夏天夏天40二氧化硫二氧化硫(SO3) 大约为大约为SO2含量的含量的10硫化氢硫化氢(H2S)工业区：工业区：1.590城市地带：城市地带：0.51.7农村地区：农村地区：0.150.45春季测量的数字氨氨(NH3)工业区：工业区：4.8农村地区：农村地区：2.1氯化物氯化物(空

3、气样空气样品品)内地工业区：冬天内地工业区：冬天4.8夏天夏天2.7沿海农村区：年平均沿海农村区：年平均5.4氯化物氯化物(雨水样雨水样品品)内地工业区：冬天内地工业区：冬天7.9夏天夏天5.3沿海农村区：冬天沿海农村区：冬天57夏天夏天18毫克/升尘粒尘粒工业区：冬天工业区：冬天250夏天夏天100农村地区：冬天农村地区：冬天60夏天夏天15o2、大气腐蚀的分类、大气腐蚀的分类按潮湿度分类按潮湿度分类干大气腐蚀干大气腐蚀潮大气腐蚀潮大气腐蚀湿大气腐蚀湿大气腐蚀氧化失泽氧化失泽水膜锈蚀水膜锈蚀水中腐蚀水中腐蚀空气的相对空气的相对湿度对金属湿度对金属的大气腐蚀的大气腐蚀有重要的影有重要的影响响R

4、H 1mm，相当于浸没在电解液中的腐，相当于浸没在电解液中的腐蚀，腐蚀速度不变。蚀，腐蚀速度不变。 5.大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 （1）气候条件：湿度）气候条件：湿度 ；降水量；降水量 ；温度；温度 ；日照量；日照量 。 （2）大气污染物质）大气污染物质 ：SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒盐粒 ：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导电性，：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。氯离子还具有强腐蚀性。烟尘烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质(如如炭粒炭粒)，或者在金属表面上形成缝隙，增加

5、水汽凝聚，或者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝聚(如硅质颗粒如硅质颗粒)。6.控制方法控制方法（a）提高金属材料自身的耐蚀性（合金化处理）提高金属材料自身的耐蚀性（合金化处理）（b）采用有机和无机涂层、金属镀层）采用有机和无机涂层、金属镀层 （c）控制环境）控制环境 ，降低湿度。，降低湿度。（d）使用气相缓蚀剂和暂时性防锈剂）使用气相缓蚀剂和暂时性防锈剂 1.土壤的性质土壤的性质o （1）多相性）多相性 无机、有机，液相、固相、气相。颗粒大小不均。无机、有机，液相、固相、气相。颗粒大小不均。o （2）多孔性）多孔性 由于土壤形状各异，堆积过程中形成弯弯曲曲的微孔，由于土壤形状各异，堆积过程中形

6、成弯弯曲曲的微孔，水分和介质通过这些微孔传输。水分和介质通过这些微孔传输。o （3）不均匀性）不均匀性 微观不均匀性，宏观不均匀性。氧既存在于液体又存在微观不均匀性，宏观不均匀性。氧既存在于液体又存在于固体。沙土、粘土充气不均匀。于固体。沙土、粘土充气不均匀。o （4）酸碱性：大多数土统是中性的，）酸碱性：大多数土统是中性的，pH值在值在67.5。盐碱地、腐植土。各地不同，盐碱地、腐植土。各地不同，pH范围在范围在39。 4.2 金属在土壤中的腐蚀金属在土壤中的腐蚀o （5）导电性）导电性 土壤的导电性与干湿程度有很大关系，土壤腐蚀往往土壤的导电性与干湿程度有很大关系，土壤腐蚀往往与电阻率有密

7、切关系。与电阻率有密切关系。o （6）成分）成分 固相砂石、液相地层水、固相砂石、液相地层水、 、微生物、微生物.土壤腐蚀的电化学机理土壤腐蚀的电化学机理o （）阳极过程（）阳极过程潮湿土壤中与溶液相似；干燥土壤与大气腐潮湿土壤中与溶液相似；干燥土壤与大气腐蚀相似。蚀相似。o （）阴极过程（）阴极过程大多数的金属在土壤中的腐蚀属于氧去极化大多数的金属在土壤中的腐蚀属于氧去极化腐蚀，只有在少数情况下腐蚀，只有在少数情况下(强酸性强酸性)，才发生氢，才发生氢去极化腐蚀。去极化腐蚀。影响土壤腐蚀的因素影响土壤腐蚀的因素o （）孔隙度（）孔隙度o （）含水量（）含水量o （）酸度（）酸度o （）含盐量

8、（）含盐量o （）电阻率（）电阻率o （）氧化还原电位（）氧化还原电位土壤腐蚀常见的几种形式土壤腐蚀常见的几种形式o （1）由于某种不均匀性造成的宏观）由于某种不均匀性造成的宏观腐蚀电池腐蚀电池o （2）由杂散电流引起的腐蚀）由杂散电流引起的腐蚀o （3）由于微生物引起的腐蚀）由于微生物引起的腐蚀例：直流杂散电流腐蚀例：直流杂散电流腐蚀 电车电流流出轨道 阳极区域（严重腐蚀） 阴极区域架空线 4.3 金属在海水中的腐蚀金属在海水中的腐蚀o 概述海水电解质含盐高含Cl腐蚀严重o1、海水的性质海水的主要成分 离子浓度0 离子浓度0 Cl- SO42- HCO3- Br- F-BO33- 18.98

9、 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3 Na+ M g2+ Ca2+ K+ Sr2+ 0.56 1.27 20.40 0.88 0.01碳钢腐蚀率与海水流速的关系海水流速 M/S腐蚀率g/m2.h 海水流速 m/s腐蚀率g/m2.h01.530.1250.460.67 4.5 6 7.5 0.75 0.79 0.81（1）海水中能很好离解的盐类的总含量很高，这）海水中能很好离解的盐类的总含量很高，这就使海水成为一种导电性强的电解质溶液，电就使海水成为一种导电性强的电解质溶液，电偶腐蚀严重。偶腐蚀严重。（2）海水中含有最多的盐类是氯化物，对阳极钝）海水中含有最多的盐类是氯化物，对阳极

10、钝化膜有活化作用，加速腐蚀。化膜有活化作用，加速腐蚀。（3）海洋生物附着在船底易诱发缝隙腐蚀，微生）海洋生物附着在船底易诱发缝隙腐蚀，微生物产生的氨、物产生的氨、CO2、H2S、硫酸盐等会加速金、硫酸盐等会加速金属腐蚀。属腐蚀。 2、海水腐蚀的特征、海水腐蚀的特征（4）pH值在值在7.28.6，且有大量氧存在，属于，且有大量氧存在，属于氧去极化腐蚀。氧去极化腐蚀。（5）对于能建立钝态的金属，有出现孔蚀的可能。）对于能建立钝态的金属，有出现孔蚀的可能。（6）电导率高，电偶腐蚀破坏范围大。）电导率高，电偶腐蚀破坏范围大。（7）海水的温度、流速变化也会影响腐蚀速度。）海水的温度、流速变化也会影响腐蚀

11、速度。o3、钢铁在海水中的电位、钢铁在海水中的电位 金属在海水腐蚀中的一个重要参数是电极电位。金属在海水腐蚀中的一个重要参数是电极电位。多数金属在海水中的开路电位不是一个常数，它随多数金属在海水中的开路电位不是一个常数，它随氧含量、水速、温度和金属的表面条件、冶金因素氧含量、水速、温度和金属的表面条件、冶金因素而改变。而改变。 在静止的无空气的海水中，铁的电位为一在静止的无空气的海水中，铁的电位为一个稳定值个稳定值-0.75伏伏(相对饱相甘汞电极相对饱相甘汞电极)，而在高速，而在高速流动和充气的条件下，观察到的电位更正些，为流动和充气的条件下，观察到的电位更正些，为-0.61伏。伏。 碳钢的耐

12、蚀性差，钛合金和哈氏合金（碳钢的耐蚀性差，钛合金和哈氏合金（Ni-Cr）耐蚀性最好。耐蚀性最好。o4、碳钢在海水中的腐蚀、碳钢在海水中的腐蚀碳钢腐蚀特点不能建立钝态氧为阴极去极化剂流速增大腐蚀深度方向腐蚀存在差异，与氧含量有关。 腐 蚀 速 度 (mm/y) 低合金钢 碳 钢海洋大气区0.04 0.050.2 0. 5飞溅区0.1 0.150.3 0. 5潮差区 0.1 0. 1全浸区0.15 0.20.2 0. 25海泥区 0.06 0. 14.防止海水腐蚀的措施o 4.1 研制耐海水腐蚀的合金钢。o 4.2阴极保护。o 4.3采用防锈防生物的双防油漆。 4.4 金属在酸、碱、盐中的腐蚀金属

13、在酸、碱、盐中的腐蚀o 1、金属在酸中的腐蚀、金属在酸中的腐蚀o 概述概述酸酸无机酸无机酸有机酸有机酸均存在严均存在严重腐蚀重腐蚀酸酸氧化性酸氧化性酸还原性酸还原性酸氢去极化氢去极化氧化剂的还原氧化剂的还原o （1）金属在盐酸中的腐蚀）金属在盐酸中的腐蚀o 腐蚀特点：腐蚀特点： 盐酸为非氧化性酸，盐酸为非氧化性酸，金属腐蚀速率与盐酸浓度的关系o （2）金属在硝酸中腐蚀）金属在硝酸中腐蚀o 钢在硝酸中的腐蚀钢在硝酸中的腐蚀腐蚀速率与硝酸的浓度的关系o (3)金属在氧化性酸和非氧化性酸中腐蚀对比金属在氧化性酸和非氧化性酸中腐蚀对比o 2、金属在碱中的腐蚀、金属在碱中的腐蚀o (1).阴极特点阴极特

14、点o 发生氧去极化腐蚀。发生氧去极化腐蚀。o 当当pH在在49之间时，之间时，腐蚀速度几乎与腐蚀速度几乎与PH值无关，值无关，这是由于在中性和近中性溶这是由于在中性和近中性溶液中，腐蚀受氧的扩散所控液中，腐蚀受氧的扩散所控制，而氧的溶解度及其扩散制，而氧的溶解度及其扩散速度基本上都不随速度基本上都不随pH值变值变化而变化。化而变化。o 当当pH值在值在914时，铁的时，铁的腐蚀速度大为降低，这主要腐蚀速度大为降低，这主要是因为腐蚀产物是因为腐蚀产物(氢氧化铁氢氧化铁膜膜)在碱中的溶解度很低，在碱中的溶解度很低，并能较牢固地覆盖在金属表并能较牢固地覆盖在金属表面，阻滞金属的腐蚀。面，阻滞金属的腐

15、蚀。o 当当pH值大于值大于14时，铁发生过钝化腐蚀，以时，铁发生过钝化腐蚀，以FeO2- 形式溶解。形式溶解。o(2).腐蚀速率腐蚀速率o 以以NaOH为例：为例：o 当其浓度低于当其浓度低于30时，铁表面会生成保护性膜，腐蚀速率较低。时，铁表面会生成保护性膜，腐蚀速率较低。o 当其浓度高于当其浓度高于30时，膜的保护性下降，腐蚀加速。温度升高，腐时，膜的保护性下降，腐蚀加速。温度升高，腐蚀也会加速。蚀也会加速。o 碳钢在氨水中也出现类似的情况。碳钢在氨水中也出现类似的情况。o (3)碱脆碱脆o 定义：碳钢承受较大拉应力时，它在热碱液中产生应力腐蚀破定义：碳钢承受较大拉应力时，它在热碱液中产

16、生应力腐蚀破裂，这种现象称为碱脆。裂，这种现象称为碱脆。o 影响因素：温度和影响因素：温度和NaOH的浓度，存在临界温度，但是几乎所的浓度，存在临界温度，但是几乎所有浓度下都有产生碱脆的可能。有浓度下都有产生碱脆的可能。o3、金属在盐类溶液中的腐蚀、金属在盐类溶液中的腐蚀o 3.1 盐的分类盐的分类盐的种类不同，对金属的作用不同o 3.2 盐对金属腐蚀过程的影响o A.使溶液pH发生变化。o B.使溶液呈氧化性或还原性。o C.使溶液导电率增加。o D.某些盐类的阴、阳离子对腐蚀过程起特殊作用。o3.3中性盐中性盐金属腐蚀与中性盐的浓度关系紧密。随盐浓度的增金属腐蚀与中性盐的浓度关系紧密。随盐

17、浓度的增加，导致：加，导致：（1）导电性增加，使腐蚀速度增大；）导电性增加，使腐蚀速度增大；（2）腐蚀速度下降。腐蚀速度下降。腐蚀速率是腐蚀速率是这两方面综合作用的结果。这两方面综合作用的结果。o3.4 酸性盐酸性盐o 酸性盐由于水解能生成酸，其腐蚀速度与相同酸性盐由于水解能生成酸，其腐蚀速度与相同pH的酸差的酸差不多。但是，有的酸性盐在某种条件下，其腐蚀速度大于不多。但是，有的酸性盐在某种条件下，其腐蚀速度大于相同相同pH的酸，因为有的离子基团参与了金属的络合，而的酸，因为有的离子基团参与了金属的络合，而有的离子基团又参与了阴极去极化。比如：有的离子基团又参与了阴极去极化。比如：NH4Cl、FeCl3、NH4NO3，加速腐蚀。，加速腐蚀。3.5 碱性盐碱性盐o 碱性盐水解后能生成碱，当碱性盐水解后能生成碱，当pH值大于值大于10，腐，腐蚀性非常小，适量的碱性盐可抑制钢铁的腐蚀，蚀性非常小，适量的碱性盐可抑制钢铁的腐蚀，如如Na3PO4、Na2B2O7、Na2SiO3、Na2CO3等，都会生成保护膜，常用作无机缓等，都会生成保护膜，常用作无机缓蚀剂。蚀剂。o3.6 氧化性盐氧化性盐o 氧化性盐的性质独特氧化性盐的性质独特。o 含卤素的阳离子氧化剂含卤素的阳离子氧化剂（FeCl3