防腐蚀讲义-f金属在自然环境中的腐蚀与防护

1、第四章第五章 蚈 For personal use only in study and research; not for commercial use第八早第七章 腿第八章第九章膃金属在自然环境中的腐蚀与防护蚂肀本章主要讨论金属在大气、海水、土壤这三种主要的自然环 境中金属腐蚀的特征、规律、影响因素以及防护方法等有关内容。薇第一节第二节羄大气腐蚀葿膈 一、大气腐蚀的概念及研究意义羆金属在常温大气中，由于空气中的水和氧等的化学和电化学 作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。大气腐蚀是一种常见的腐蚀现 象，如钢铁在空气中的生锈即属于此类腐蚀。在大气中使用的钢 材量一般超过全世界钢产量的 60%，厂房的钢

2、梁、桥梁、钢轨、 各种机械设备、车辆、电工产品、石油石化中的大部分生产设备 以及武器装备等金属材料都是在大气环境下使用的。据估计因大 气腐蚀损失的金属约占总的腐蚀损失量的一半以上。因此研究大 气腐蚀的现象和规律，了解大气腐蚀的机理和影响因素，以及金 属材料的耐大气腐蚀性能以及防止大气腐蚀的方法，都对节省能源、保护资源等具有重要的意义。蚄二、大气腐蚀分类薀大气腐蚀的相关概念1.2芇大气及其组成蒆地球表面上自然状态的空气称为大气。大气是组成复杂的混 合物，其主要成分见表4-1。蒅表4-1大气的基本组成(不包括杂质，10 C)薂成分虿重量组成袅成分膅重量组成荿氮(n2)螈70%芄氖(Ne)袅12pp

3、m蒀氧(。2)膀23%羈氟(Kr)莂 3ppm薂氩(Ar)芈 1.26%莇氦(He)膂 0.7ppm荿水蒸汽(出0)莇 0.70%祎氙(Xe)袂 0.4ppm莁二氧化碳(C02)蝿 0.04%芆氢(H2)蚃 0.04ppm蒂袇2.绝对湿度和相对湿度蚅参与金属大气腐蚀过程的主要组成是氧和水蒸汽。二氧化碳 虽参与锌和铁等某些金属的腐蚀过程，形成腐蚀产物的碳酸盐， 但它的作用是次要的。莃氧在大气腐蚀中主要是参与电化学腐蚀过程。 空气中的氧溶 于金属表面存在的电解液薄层中作为阴极去极化剂，而金属表面 的电解液层由大气中的水蒸汽所形成。大气中的水分常用湿度来 表示：艿绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量（

4、g/m ）； 一疋温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸汽量膀 相对湿度（RH）：大气中的绝对湿度与同温度下的饱和 水蒸汽量之比肅大气腐蚀的分类肃按照金属表面的潮湿度不同，也就是按照电解液膜层的存在和状态不同，可把大气腐蚀分为三类：芁1. 干大气腐蚀莈在干燥大气中（通常 RH 60%-80 %）金属表面不存在液膜时的腐蚀，这种腐蚀属于化学腐蚀中的常温氧化。其特点是金 属表面形成不可见的保护膜。某些金属，如铜、银等非铁金属， 在被硫化物所污染了的空气中产生的失泽作用就是一个例子。螈2. 潮大气腐蚀袄在相对湿度足够高，60% 80% 4OH 一螂即使是电位极负的金属，如镁及其合金，当它从全浸于

5、电解液的 腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极化为主转变到氧去极 化为主。在强酸性的溶液中，象铁、锌、铝这些金属在全浸时主 要依靠氢去极化进行腐蚀；但是在城市污染大气所形成的酸性水膜下，这些金属的腐蚀主要依靠氧的去极化作用。这是因为在液 膜较薄的情况下，氧的扩散比全浸状态更为容易。3.4. 羀阳极过程羇腐蚀的阳极过程是金属失去电子的氧化溶解反应：蒇 M ne_ M薃在薄的液膜条件下，大气腐蚀阳极过程会受到较大的阻碍。 容易生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极钝化；二是阳极反应使液 膜中的金属离子浓度增大，导致阳极极化。同时腐蚀生成的金属 离子水化困难，易于形成固态腐蚀产物。所有这些都阻碍阳极反 应

6、的顺利进行，使得整个过程为阳极过程所控制。肁湿的大气腐蚀，腐蚀过程主要受阴极控制，但其阴极控制的 程度和全部浸没于电解质溶液中的腐蚀情况相比，已经大为减弱。对潮大气腐蚀，腐蚀过程主要是阳极过程控制。可见随着水膜层 厚度变化，不仅表面潮湿程度不同，而且彼此的电极过程控制特 征也不同。莀大气腐蚀在金属表层形成锈层后的腐蚀机理祎一般认为：存在锈层时，它对锈层下基体钢的离子化将起强 氧化剂的作用。在一定的条件下，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电 极反应。Eva ns认为大气腐蚀的铁锈层处在湿润条件下，可以作 为强烈的氧化剂而作用。在锈层内，Eva ns模型如图4-2所示。芃肂图4-2 Evans模型蒈阳极反

7、应发生在金属/FesO4的界面上：莆 FeFe2 亠 2e肄阴极反应发生在FesOMFeOOH界面上：袀6FeOOH 2e 2FesO4 2H2O 2OH -袀即锈层内发生Fe3：e Fe2 的还原反应，可见锈层参与了阴极 过程。螅当锈层干燥时，即外部气体相对湿度下降时，锈层和底部基 体钢的局部电池成为开路，在大气中氧的作用下锈层重新氧化成 Fe3+的氧化物，可见在干湿交替的条件下带有锈层的钢能加速腐 蚀的进行。螄但是一般说来，在大气中长期暴露的钢，其腐蚀速度还是逐 渐减慢的。原因之一是锈层的增厚会导致锈层电阻的增加和氧渗 入的困难，这就使阴极去极化作用减弱；其二是附着性好的锈层 内层将减小活

8、性的阳极面积，增加了阳极极化，使大气腐蚀速度 减慢。羁四、大气腐蚀的特点罿1. 液膜表积比极大，具有极好的溶氧条件，使之一方面始 终为氧饱和，另一方面氧极易达到金属表面，所以大气腐蚀具有 吸氧腐蚀的优越条件。膄2.由于液膜的高含氧特征及金属离子水化过程的困难，容易促成阳极极化乃至阳极钝化。蒄3. 腐蚀产物残留沉积于金属表面，它们的特性对腐蚀影响 极大，？有的具有保护作用能够抑制腐蚀的发展，有的可能进一步 加速腐蚀过程产生不良后果。肃4.大气腐蚀的电极过程特征随大气条件的不同而变化。肇五、影响大气腐蚀的主要因素袈影响大气腐蚀的因素很多，季节、风向、气候区类、大气成 分等都对大气腐蚀有显著的影响，

9、主要影响因素有以下几各方面。1.2. 芅相对湿度螀相对湿度决定了金属表面的水膜厚度，也就决定了大气腐蚀 的类型、腐蚀控制因素及腐蚀速度。所以它是影响大气腐蚀的首 要因素。一般说来，在临界相对湿度以下，水膜极薄，发生的是 干大气腐蚀，腐蚀速度极慢。而高于临界相对湿度，水膜显著增 厚，腐蚀速度剧增。3.3. 葿温度芇温度的影响有两重性，一般情况下，温度升高不会改变大气 腐蚀的类型，则由于阴、阳极反应速度加快使腐蚀速度增大。但 是若绝对湿度不变，升温将降低相对湿度，使水膜减薄。如果温 升使相对湿度跨越临界相对湿度，将潮大气腐蚀变为干大气腐蚀， 则会急剧降低腐蚀速度。5.6.羅大气类型及成分袁按照大气

10、中所含有害物质，大气可分为乡村大气、城市大气、 海洋大气、工业大气等，它们所含腐蚀物质的种类、含量各不相 同，从而使水膜电解液的成分、腐蚀特性不同。总的看来，气相 污染物中最为有害的是H2S和SO2，它们既直接参与阴极反应， 加速阴极过程，还会破坏钝化膜，加速阳极反应。7.8. 薈固体尘粒螇工业大气和城市大气中固态尘粒含量较高，它们对大气腐蚀 也有明显的促进效果。尘粒种类不同，促进大气腐蚀的机理也不 相同。首先，落于金属表面的尘粒成为毛细凝聚的核心，加速了 水膜的形成。其次，有的尘粒本身就有腐蚀性，如盐类颗粒。另 外，有的本身虽无腐蚀性，但能吸附腐蚀性气体，如碳粒吸附SO2 等。对于较大、较多

11、的固体颗粒，还可能与金属表面形成缝隙， 造成缝隙腐蚀。9.10.蒁金属的表面状态羃金属制品的加工方法、粗糙程度、表面附着物、有无氧化膜 或防护涂层以及腐蚀产物等都对大气腐蚀有明显的影响。羀六、大气腐蚀的防护措施膆1. 提高材料的耐大气腐蚀性节通过在钢中加入Cu P、Cr等元素使之合金化的方法，？可 以改善材料的耐大气腐蚀性能螀2.表面保护聿采用表面保护层隔绝潮湿空气与金属直接接触是防止大气腐蚀的有效手段。薅3. 降低相对湿度羂采用加热空气、干燥剂、冷冻除水等方法将相对湿度控制在临界值以下，使大气腐蚀控制在干大气腐蚀的低速率之内。螁4. 缓蚀剂腿采用多种缓蚀剂制成保护材料，可有效地抑制或减缓大气

12、腐蚀的发生和发展。肅5. 其它蚃净化空气、清除金属表面附着物等方法也有助于减轻大气腐 蚀的危害。袃第三节第四节蕿海水腐蚀蒄蒃海洋约占地球表面积的十分之七。 海水是自然界量最大，而 且还具有很强腐蚀性的天然电解质。近年来海洋开发受到普遍的 重视，各种海上运输工具，各类的舰船，海上的采油平台，开采 和水下输送及储存设备，海岸设施等不断增加。工业的发展使沿岸污染增加，腐蚀问题也更加突出。我国的海岸线长达一万八千 公里，海洋天然资源十分丰富，所以研究和解决金属材料的海水 腐蚀问题，对于发展我国的海运和海洋开发，以及海军现代化建 设具有重要意义。蚀一、海水的性质蚈海水作为腐蚀性介质，其特性首先在于它的含

13、盐量相当大。 世界性的大洋中，水的成分和含盐度是颇为恒定的。内海里的含 盐量差别较大，因地区的条件不同而异。例如，地中海的总盐度高达3.73.9%，而里海则低到1.01.5%，且所含的硫酸根离子 高。海水中的主要盐类的含量见表4-2。腿成分膃100海 水中的盐的克数蚂占总盐 度的百分 数肀成分薇100海水中的盐 的克数羄占总盐 度的百分 数葿 NaCI膈 2.7213羆 77.8蚄 K2SO4薀 0.0863芇2.5蒆 MgCI2蒅 0.3807薂 10.9虿 CaCO3袅 0.0123膅0.3荿 MgSO4螈 0.1658芄4.7袅MgBr 2蒀 0.0076膀0.2羈 CaSO莂 0.12

14、60薂3.6芈合计莇3.5膂100荿除了这些主要的成分之外，海水中还有含量小的其他组分， 例如，臭氧、游离的碘和溴亦是强烈的去极化剂和腐蚀促进剂。 由上表可看出：1.2. 莇海水中能很好离解的盐类的总含量很高，这就使海水成 为一种导电性很强的电解质溶液。3.3. 祎海水中含量最多的盐类是氯化物，其次是硫酸盐 。氯离 子的含量约占总离子数的55%，因此海水腐蚀的特点与氯离子的 存在密切相关，并使海水对于大多数金属结构具有较高的腐蚀活 性，如对于铁、铸铁、低合金钢和中合金钢来说，在海水中建立 钝态几乎是不可能的。甚至对于含铬量较高的合金钢来说，在海 水中的钝态也不是完全稳定的，所以可能出现小孔腐蚀

15、。袂二、海水腐蚀的特征莁海水是一种典型的电解质溶液，对于金属的腐蚀作用具有电 化学的本质。因此，以前讨论过的电化学腐蚀的基本规律适用于 海水腐蚀的历程。基于海水本身的特点，所以，海水腐蚀的电化 学过程具有自己的特征。主要有：1.2. 蝿于大多数金属来说，它们在海水中腐蚀时的阳极过程阻 滞很小，因而腐蚀速度相当大。基于这一原因，在海水中若用提 高阳极性阻滞的方法来防止铁基合金腐蚀的可能性是有限的，甚 至改用不锈钢来制造零件也不能保证不受腐蚀，因为这种材料在 海水中可由于发生孔蚀而遭受破坏。只有用能提高钝化膜对氯离 子稳定的组分使钢合金化（加钼），才能提高其稳定性。另外创造 新的、在含氯离子的溶液

16、中有着稳定的钝态结构的金属和合金， 如钛、锆（gao）、钽（tan）、铌等为基础的合金，才能使合金在 海水中的腐蚀速度大大地降低。3.3. 芆海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环节。 除了少数负电性很强的金属如镁及其合金在海水中腐蚀时发生氢 的去极化作用，大多数金属都发生氧去极化反应。在静止状态或 海水以不大的速度运动的情况下，铁、铸铁和钢在海水中的腐蚀 速度差不多完全取决于阴极阻滞，一般是受到氧到达腐蚀表面的 速度所控制。5.4. 蚃海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。所以对于海水的 腐蚀来说，不只是微观电池的活性较大，同时宏观电池的活性也 较大。异种金属的接触能造成显著的电偶腐蚀：海

17、水具有良好的 导电性，因此在海水中异种金属接触所构成的腐蚀电池，其作用 将更强烈，影响的范围更远，如海船的青铜螺旋桨则可引起远达 数十米处的钢制船身的腐蚀。7.5. 蒂海洋环境较为复杂，引起的具体腐蚀过程也各不相同。 海洋环境可分为海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区 等等。相对而言，飞溅区由于海水飞溅、干湿交替和风吹日晒等， 腐蚀最为强烈；全浸区随深度的增加，含氧量有所降低，温度也 趋下降，腐蚀逐渐减轻；而海泥区的腐蚀还会受到微生物等生物 因素的影响；另外由于海风、海浪、潮汐激起的海水不断流动， 构成力学因素和电化学因素共同作用的腐蚀环境，海水中还容易 发生应力腐蚀、腐蚀疲劳、冲蚀、空

18、蚀等力学与环境因素协同作用下产生的各种腐蚀。袇三、影响海水腐蚀的因素蚅海水是一种复杂的多种盐类的平衡溶液，因而不能像简单的 盐溶液一样，容易搞清楚影响腐蚀的每个因素的作用。由于海水 中还含有生物、悬浮泥沙、溶解的气体和腐败的有机物质，因此 金属的腐蚀行为是与这些因素的综合作用有关。下面是影响海水 腐蚀的主要因素；1.2. 莃盐度：海水中以氯化钠为主的盐类，其浓度范围对钢来 讲，刚好接近于腐蚀速度最大的浓度范围，溶盐超过一定值后， 由于氧的溶解度降低，使金属腐蚀速度也下降。另外不同的海水 中的盐的种类和浓度都有一定的差别，腐蚀的具体特点也不相同。3.3. 艿pH值：海水的pH值一般处于中性，对腐

19、蚀影响不大。在深海处，pH值略有降低，此时不利于在金属表面生成保护性碳 酸盐层。5.6 膀碳酸盐饱和度：在海水pH值条件下，碳酸盐一般达到 饱和，易于沉积在金属表面而形成保护层，当施加阴极保护时更 容易使碳酸盐沉积析出。河口处的稀释海水，尽管电解质本身的 腐蚀性并不强，但是碳酸盐在其中并不饱和，不易在金属表面析 出形成保护层，致使腐蚀加快。7.8. 肅含氧量：海水中含氧量增加，可使金属腐蚀速度增加。 这是由于局部阳极的腐蚀率取决于阴极反应，去极化随到达阴极的含氧量的增加而加快。海水中的含氧量可高达12ppm，波浪及绿色植物的光合作用能提高含氧量，而海洋动物的呼吸作用及死 生物分解需要消耗氧，故

20、又使含氧量降低。污染海水中含氧量可 大大下降。9.9. 肃温度：海水温度越高，腐蚀速度越大。但温度上升， 氧的溶解度随之下降，又削弱了温度效应。一般地讲铜、铁和它 们的合金在炎热的环境或季节里海水腐蚀速度要快些。11.10. 芁海水流速：通常随海水流速增大，氧的扩散速度提 高，海水腐蚀加剧。当流速很高或与金属构件的相对速度很大时， 很容易引起冲蚀和空泡腐蚀。13.11. 莈生物因素的影响：海洋生物的活动会改变海水中溶 解氧的分布，从而影响海水腐蚀，海洋动物的生存及尸体分解会 放出CO2和H2S,会加速海水腐蚀。螈四、海水腐蚀的防护措施1.2. 袄合理选用金属材料、研制新材料莂钛、镍、铜合金在海

21、水中是较耐蚀的材料，但价格高，主要 用于关键部位。海洋设施中大量使用的还是钢铁材料， 牌号很多, 应根据具体的要求合理选择和匹配。同时可以根据我国的资源情 况发展耐海水腐蚀新材料。3.3. 蒇涂层保护芇这是防止金属材料海水腐蚀普遍采用的方法， 除了应用防锈 油漆外，有时还采用防止生物玷污的防污漆，对于处于潮汐区和 飞溅区的某些固定结构物可以用蒙乃尔合金包覆。5.4. 薄电化学保护腿阴极保护是防止海水腐蚀常用的方法之一，但只是在全浸区 才有效。外加电流阴极保护法便于调节，而牺牲阳极法则更简单 易行。海水中常用的牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金。从比 重、输出电量、电流效率等方面综合考虑，用铝合金

22、牺牲电极较 为经济。蝿第五节第六节蚇土壤腐蚀莅賺埋设在地下的油、气、水管线及电缆等在土壤的作用下常发 生腐蚀、以致管线穿孔而漏油、漏水或漏气，或使电讯发生故障。 而且这些设备往往很难检修，给生产造成很大的损失和危害。比如胜利油田地处海滨盐泽土区，金属在土壤中的腐蚀是很严重的。 敷设的各类油、气、水管线，虽然时间不长，腐蚀却很明显。因 此研究土壤腐蚀规律，寻找有效的防腐途径和方法，对石油化工 工业的正常生产以及我们的正常生活都具有重要的意义。羇 一、土壤的腐蚀性及其影响因素肆土壤是由土粒、土壤溶液、土壤气体、各种有机物、无机物等组成的极为复杂的不均匀多相体系，不同土壤的腐蚀性差别极 大，影响因素

23、很多，主要有：肅1. 土壤的导电性节土壤导电性越好，电阻率越低，土壤的腐蚀性越强，金属的 腐蚀速度就越大。土壤的导电性主要取决于以下几个条件：芀土壤中的水分：土壤中的水分有些与土壤的组分结合在 一起，有些紧紧粘附在固体颗粒的周围，有些可以在微孔中流动。 盐类溶解在这些水中，土壤就成了电解质。土壤的导电性与土壤 的干湿程度及含盐量有关。土壤愈干燥，含盐量愈少，其电阻就 越大。土壤愈潮湿，含盐量愈多，电阻就越小。蒅土壤的空隙率：土壤的颗粒越粗，土壤的空隙率就越大， 土壤的渗水能力越强而持水能力越弱， 电阻率越大，腐蚀性越弱。袅 盐分的影响：土壤中常含有硫酸盐、硝酸盐和氯化物等 无机盐类，它们大多数

24、是可溶性的。不同的土壤所含盐的种类、 数量差异极大，总的看来随着含盐量的增加，土壤溶液的导电性 增高，土壤的腐蚀性增大。肀2. 含氧量的影响莈土壤腐蚀多为吸氧腐蚀，土壤的透气性好，含氧量高，则会加速金属的腐蚀。因此砂土比粘土的腐蚀性要强，原因是砂土的 透气性好。羅3. pH值影响节土壤可分为酸性土壤(pH=A 6)、中性土壤(pH=4 7.5 )和碱性土壤(pH=7.59.5)。一般情况下，pH值越低，土壤的腐 蚀性越大，原因是氢离子的阴极去极化作用加速了阴极反应的结 果。4. 温度随温度上升，离子运动加快，电解液导电性提高，氧的渗透、 扩散加快，腐蚀速度增大。5. 微生物的影响微生物参与并协

25、同土壤腐蚀，使土壤腐蚀加剧。其中最重要 的是硫酸盐还原菌、硫杆菌和铁杆菌。微生物主要以四种方式参 与土壤腐蚀过程：微生物新陈代谢产物的腐蚀作用(如有机酸、无机酸、硫 化物和氨等)。 参与土壤腐蚀的电化学过程，如硫酸盐还原菌能消耗阴极 区的氢离子，促进腐蚀过程中的阴极去极化反应，并生成硫化物 而加速金属的腐蚀。 改变了金属周围的氧浓度、盐浓度、酸度值等，形成局部 腐蚀电池。破坏金属表面的保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。二、土壤腐蚀腐蚀电池及电极过程土壤中的腐蚀电池土壤腐蚀和其它介质中的电化学腐蚀过程一样，都是因金属和介质的电化学不均匀性所形成的腐蚀原电池所致，这是腐蚀发 生的根本原因。但因土壤介质

26、具有多相性及不均匀性等特点，所 以除了有可能生成和金属组织不均匀性有关的腐蚀微电池外，土 壤介质的宏观不均一性所引起的宏观腐蚀电池，在土壤腐蚀中所 起的作用更大。1 微观腐蚀电池金属构件较小时，可以认为金属构件周围的土壤结构、水分、 盐分、含氧量、酸度等比较均匀，这时发生微电池腐蚀，表现出 全面腐蚀的特征。此时，阳极反应为金属的溶解，而阴极反应则 较为复杂，通常为氧的去极化反应，强酸性土壤中也有氢的去极 化。在潮湿土壤中，阳极过程无明显的阻滞，腐蚀过程强烈地为 阴极过程所控制，而在疏松干燥的土壤中，腐蚀控制类型转变为 阳极控制为主，接近于大气腐蚀。2 宏观腐蚀电池长距离的埋地管线由于通过不同的

27、组成和结构的土壤，可能 由于氧的渗透性不同而造成氧浓差电池（如图 4-3）; 土壤的局部 不均匀性所引起的宏观腐蚀电池，如土壤中石块夹杂物等的透气 性如果比土壤本体的透气性差，则该区域的金属就成为腐蚀宏电 池的阳极，而和土壤本体区域接触的金属就成为阴极；在均匀的 土壤中，由于埋设深度不同也会造成氧浓差电池，埋地管线往往 离地面较深的部位腐蚀厉害就是这个原因；金属所处状态的差异 引起的腐蚀宏观电池，如由于土壤中异种金属的接触、温差、应 力及金属表面状态的不同形成的腐蚀电池，造成局部腐蚀。图4-4为新旧管线连接埋于土壤中形成的腐蚀电池。图4-3 管道在结构不同的土壤中形成的氧浓差电池 图4-4新旧

28、管线引起的腐蚀电池土壤腐蚀的电极过程1 阳极过程钢铁在潮湿土壤中的阳极过程和在溶液中腐蚀时相类似，阳 极过程没有明显的阻碍。在干燥且透气性良好的土壤中，阳极进 行的方式接近于铁在大气中的阳极行为。也就是说，阳极过程因 钝化现象及离子水化的困难而发生很大的极化作用。根据金属在 潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中的阳极极化行为，可把它 们分成四类。阳极溶解时没有显著阳极极化的金属。Mg Zn、Al、Mn 和Sn等。阳极溶解的极化率较低，并决定于金属离子化反应的过 电位。如铁、碳钢、铜和铅。 因阳极钝化而具有较高的起始极化率的金属 。在更高的 阳极电位下，阳极钝化又因土壤中存有氯离子而受到破坏。这些

29、 金属是铬、锆、含铬或铬镍不锈钢。在土壤条件不发生阳极溶解的金属 。如钛、钽是完全钝 化稳定的。2 阴极过程阴极过程主要是氧的去极化作用。在土壤中，氧的去极化也 是氧与电子结合而生成氢氧根离子。但氧到达阴极过程比较复杂， 进行的比较慢。空气中的氧，首先要通过相当厚的土层，然后再 通过金属表面上的一层静止液层而到达阴极。因此土壤结构和湿 度，对氧的流动有很大的影响。在干燥疏松的土壤中，氧的渗透 和流动比较容易，金属的腐蚀就严重。在潮湿的粘性土壤中，氧 的渗透和流动速度均较小，所以腐蚀过程主要受阴极过程控制。注：我们已经讨论过的三种自然条件下的腐蚀，大气、海水、土壤腐蚀，其阴极过程都是氧的去极化作

30、用，但在不同的腐蚀情况下，氧的传递 速度和情况则不同： 在大气腐蚀中，氧是透过电解质薄膜； 在海水腐蚀中， 氧是经过电解液本体；而在土壤腐蚀中，氧是透过固体的微孔电解质。因 此，在大气中，氧到达腐蚀着的金属表面，主要决定于水膜的厚度；在液 体里，主要决定于搅拌作用；而在土壤中，当土层的厚度相等时，则决定 于土壤的结构和湿度。三、杂散电流腐蚀所谓杂散电流是指由原定的正常电路漏失而流入他处的电 流。主要来源是应用直流电的大功率电气装置，如电气火车、有 轨电车、电焊机、电解和电镀槽、电化学保护装置等。在不少情 况下，杂散电流导致地下金属设施的严重腐蚀破坏。当杂散电流 流过埋在土壤中的管道、电缆等时，

31、在电流离开管线进入大地处 的阳极端就会受到腐蚀。图4-5杂散电流腐蚀示意图图4-5示出了土壤中因杂散电流而引起管道腐蚀的过程。正 常情况下电流自电源的正极一经架空线一电力机车一路轨一返回 到电源的负极。但是当路轨与土壤间绝缘不良时，就会有一部分 电流从路轨漏到地下，再从管道的另一处流出，回到路轨。杂散 电流从土壤进入管道的一端成为阴极区，此区内主要造成轨道的 腐蚀，一般对管道没有什么严重的影响，只有当管道电位太负， 导致大量析氢，可能破坏防腐绝缘层。电流离开管线进入大地处 成为腐蚀电池的阳极区，而且其位置固定不变（阴极区随电车的 移动位置不断发生变化）该区的金属遭到腐蚀破坏。腐蚀破坏的程度与杂

32、散电流的电流强度成正比， 电流强度愈大，腐蚀愈严重。 杂散电流造成的腐蚀损失相当严重。计算表明，1A的电流流过一 年就相当于使9Kg的铁发生了电化学溶解。杂散电流干扰比较严 重的区域，89mm厚的钢管，只要23月就会腐蚀穿孔。杂散 电流还能引起电缆铅皮的晶间腐蚀。杂散电流腐蚀是外电流引起的宏观腐蚀电池，这种局部腐蚀 可集中于阳极区的外绝缘涂层破损处。交流杂散电流也会引起金 属腐蚀，只是破坏作用很小。四、土壤腐蚀的控制为了减轻土壤腐蚀，可采取以下措施：1.绝缘性保护层包覆绝缘性保护层是保护地下金属构件的常用手段。广泛采 用的绝缘性保护层是石油沥青和煤焦油沥青的覆盖层，一般用填 料加固或用玻璃纤维布、石棉等把管