De第四章金属在自然环境中的腐蚀

Chapter4MetalCorrosioninEntironments—金属在自然环境中的腐蚀Section1AtmosphericCorrosion

—大气腐蚀Section2SeawaterCorrosion—海水腐蚀Section3SoilCorrosion

—土壤腐蚀Chapter4MetalCorrosioninEn1Section1AtmosphericCorrosion

—大气腐蚀Section1AtmosphericCorrosion21.Theconceptofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的概念定义：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。

大气腐蚀的例子：钢铁在空气中的生锈即属于此类腐蚀。工厂的钢梁、道路桥梁、火车钢轨、各种机械设备、车辆、电工产品、石油石化工业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会发生大气腐蚀。1.Theconceptofatmospheric32.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.1Someconceptsrelatedtoatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的相关概念2.1.1Compositionofatmosphere—大气及其组成地球表面上自然状态的空气称为大气。

2.ClassificationofAtmospher42.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.1Someconceptsrelatedtoatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的相关概念2.1.2Absolutehumidityandrelativehumidity—绝对湿度和相对湿度Absolutehumidity—绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量（g/m3）；一定温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸汽量。Relativehumidity—相对湿度：大气中的绝对湿度与同温度下的饱和水蒸汽量之比。2.ClassificationofAtmospher52.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.2Classificationofatmospherecorrosion—大气腐蚀的分类2.2.1Dryatmospherecorrosion—干大气腐蚀RH<60%~80%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。

2.2.2Moistatmosphericcorrosion—潮大气腐蚀60%—80%<RH<100%铁在没有雨雪淋到时的生锈。

2.2.3Wetatmosphericcorrosion—湿大气腐蚀RH→100%当水分以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时所发生的腐蚀。

2.ClassificationofAtmospher62.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.3Relationshipbetweentherateofatmosphericcorrosionandthethicknessofliquidfilm—大气腐蚀速度与液膜厚度的关系区域I：相当于干大气腐蚀，腐蚀速度很低。区域II：腐蚀速度急剧增加，相当于潮大气腐蚀。区域III：湿大气腐蚀区。区域IV：相当于全浸在电解液中，腐蚀速度已基本不变。2.ClassificationofAtmospher73.Themechanismofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀机理3.1Theformationofwaterfilmonmetalsurface—金属表面上水膜的形成3.1.1毛细凝聚：微细裂纹、结构间隙、空隙、尘埃微粒形成毛细管3.1.2吸附凝聚：不饱和键力3.1.3化学凝聚：吸水性化合物如NaCl、NH4NO3、手汗3.2Themechanismofatmosphericcorrosionininitialstage—大气腐蚀初期的腐蚀机理3.2.1Cathodicprocess—阴极过程3.2.2Anodicprocess—阳极过程3.Themechanismofatmospheri83.Themechanismofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀机理3.1Theformationofwaterfilmonmetalsurface—金属表面上水膜的形成3.1.1毛细凝聚3.1.2吸附凝聚3.1.3化学凝聚3.2Themechanismofatmosphericcorrosionininitialstage—大气腐蚀初期的腐蚀机理3.2.1Cathodicprocess—阴极过程3.2.2Anodicprocess—阳极过程3.Themechanismofatmospheri93.3Themechanismofatmosphericcorrosionaftertheformationofrustinthesurfaceofmetal—大气腐蚀在金属表层形成锈层后的腐蚀机理Evans模型金属/Fe3O4的界面上：

（阳极反应）

Fe3O4/FeOOH界面上：

（阴极反应）

3.Themechanismofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀机理3.3Themechanismofatmospher104.Thecharacteristicsofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的特点4.1液膜表面积比极大，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。4.2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。4.3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。4.4大气腐蚀的电极过程特征随大气条件的不同而变化。4.Thecharacteristicsofatmo115.Influencingfactorsofatmosphericcorrosion

—影响大气腐蚀的主要因素5.1Relativehumidity—相对湿度5.2Temperature—温度5.3Typesandcompositionofatmosphere—大气类型及成分Ruralatmosphere—乡村大气Urbanatmosphere—城市大气Oceanatmosphere—海洋大气Industrialatmosphere—工业大气5.4DustContent—固体尘粒5.5Surfacestateofmetal—金属的表面状态5.Influencingfactorsofatmo126.Remedialmeasuresofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的防护措施6.1Useofalloys—使用合金（Cu、P、Cr）6.2Coatingprotection—涂层表面保护6.3Reductionofrelativehumidity—降低相对湿度6.4Useofinhibitors—缓蚀剂6.5Othermeasures—其它6.Remedialmeasuresofatmosp13大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀14大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀15大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀16大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀17大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀18大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀19Section2

Seawatercorrosion

—海水腐蚀Section2

Seawatercorrosion

201.Natureofseawater—海水的性质1.1海水是一种导电性很强的电解质溶液。1.2海水中含量最多的盐类是氯化物，其次是硫酸盐。1.Natureofseawater—海水的性质1212.Thecharacteristicsofseawatercorrosion

—海水腐蚀的特征2.1对于大多数金属来说，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。2.2海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环节。2.3海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。2.4海洋环境较为复杂，引起的具体腐蚀过程也各不相同。海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区等

2.Thecharacteristicsofseaw223.Influencingfactorsofseawatercorrosion

—影响海水腐蚀的因素3.1Saltcontent—盐度3.2pHvalue—pH值3.3Saturationcontentofcarbonate—碳酸盐饱和度3.4Oxygencontent—含氧量3.5Temperature—温度3.6Flowingspeedofseawater—海水流速3.7Effectofseabiology—生物因素的影响

3.Influencingfactorsofseaw234.Preventionofseawatercorrosion

—海水腐蚀的防护措施4.1Usingsuitablemetalmaterialanddevelopingnewmaterialwithseawatercorrosionresistance—合理选用金属材料、研制新材料4.2Protectivecoatings—涂层保护4.3Electrochemicalprotection—电化学保护牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金

4.Preventionofseawatercorr24Section3

CorrosionofSoils

—土壤腐蚀Section3

CorrosionofSoils

251.1Conductivityofsoils—土壤的导电性土壤导电性越好，电阻率越低，土壤的腐蚀性越强。1.1.1Watercontentinsoils—土壤中的水分1.1.2SoilPorosity—土壤的空隙率1.1.3Saltcontent—盐分的影响1.2Oxygencontent—含氧量的影响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。1.3pHValue酸性土壤（pH=3～6）中性土壤（pH=6～7.5）碱性土壤(pH=7.5～9.5)。1.Corrosivityofsoilsanditsinfluencingfactors

—土壤的腐蚀性及其影响因素1.1Conductivityofsoils—土壤261.4Temperature—温度1.5Microorganism—微生物的影响1.5.1微生物新陈代谢产物的腐蚀作用1.5.2参与土壤腐蚀的电化学过程1.5.3改变金属周围的氧浓度、盐浓度、酸度值等，形成局部腐蚀电池。1.5.4破坏金属表面的保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。1.Corrosivityofsoilsanditsinfluencingfactors

—土壤的腐蚀性及其影响因素1.4Temperature—温度1.Corrosi272.1Corrosioncellsinsoils—土壤中的腐蚀电池2.1.1Micro-Corrosioncells—微观腐蚀电池2.1.2Macro-corrosioncells—宏观腐蚀电池2.2Electrodeprocessinsoils—土壤腐蚀的电极过程2.2.1Anodicprocess—阳极过程2.2.1.1阳极溶解时没有显著阳极极化的金属。Mg、Zn、Al、Mn和Sn。2.2.1.2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。2.2.1.3因阳极钝化而具有较高的起始极化率的金属。如铬、锆、含铬或铬镍不锈钢。2.2.1.4在土壤条件不发生阳极溶解的金属。如钛、钽。2.2.2Cathodicprocess—阴极过程阴极过程主要是氧的去极化作用。2.Corrosioncellsandelectrodeprocessinsoils

—土壤腐蚀腐蚀电池及电极过程2.1Corrosioncellsinsoils—28De第四章金属在自然环境中的腐蚀29三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。讨论：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303.Stray-currentcorrosion

—杂散电流腐蚀3.1杂散电流：是指由原定的正常电路漏失而流入他处的电流。3.2杂散电流腐蚀：地下埋设的金属构件在杂散电流的作用下引起的腐蚀。电源的正极→架空线→电力机车→路轨→电源的负极。腐蚀破坏的程度与杂散电流的电流强度成正比，电流强度愈大，腐蚀愈严重。3.Stray-currentcorrosion

314.Controlforsoilcorrosion

—土壤腐蚀的控制4.1Useofinsulatedprotectivelayer—绝缘性保护层4.2Cathodicprotection—阴极保护4.3Improvingsoils—改良土壤4.4Controllingmicroorganismcorrosion—控制微生物腐蚀4.Controlforsoilcorrosion32本章思考题1.按照潮湿程度，金属的大气腐蚀有哪几类？它们之间是否有本质区别？2.影响大气腐蚀的主要因素有哪些？为什么大其中的尘埃易引起钢铁腐蚀？3.防止大气腐蚀主要有哪些措施？4.海水腐蚀的阳极过程有什么特点？5.金属发生大气腐时，水膜层的厚薄程度对水膜下的腐蚀过程有什么影响？6.试比较海水腐蚀、大气腐蚀和土壤腐蚀异同点？7.影响土壤腐蚀的因素有哪些？8.什么是杂散电流腐蚀？本章思考题1.按照潮湿程度，金属的大气腐蚀有哪几类？它们之33Chapter4MetalCorrosioninEntironments—金属在自然环境中的腐蚀Section1AtmosphericCorrosion

—大气腐蚀Section2SeawaterCorrosion—海水腐蚀Section3SoilCorrosion

—土壤腐蚀Chapter4MetalCorrosioninEn34Section1AtmosphericCorrosion

—大气腐蚀Section1AtmosphericCorrosion351.Theconceptofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的概念定义：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。

大气腐蚀的例子：钢铁在空气中的生锈即属于此类腐蚀。工厂的钢梁、道路桥梁、火车钢轨、各种机械设备、车辆、电工产品、石油石化工业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会发生大气腐蚀。1.Theconceptofatmospheric362.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.1Someconceptsrelatedtoatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的相关概念2.1.1Compositionofatmosphere—大气及其组成地球表面上自然状态的空气称为大气。

2.ClassificationofAtmospher372.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.1Someconceptsrelatedtoatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的相关概念2.1.2Absolutehumidityandrelativehumidity—绝对湿度和相对湿度Absolutehumidity—绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量（g/m3）；一定温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸汽量。Relativehumidity—相对湿度：大气中的绝对湿度与同温度下的饱和水蒸汽量之比。2.ClassificationofAtmospher382.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.2Classificationofatmospherecorrosion—大气腐蚀的分类2.2.1Dryatmospherecorrosion—干大气腐蚀RH<60%~80%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。

2.2.2Moistatmosphericcorrosion—潮大气腐蚀60%—80%<RH<100%铁在没有雨雪淋到时的生锈。

2.2.3Wetatmosphericcorrosion—湿大气腐蚀RH→100%当水分以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时所发生的腐蚀。

2.ClassificationofAtmospher392.ClassificationofAtmosphericCorrosion

—大气腐蚀分类2.3Relationshipbetweentherateofatmosphericcorrosionandthethicknessofliquidfilm—大气腐蚀速度与液膜厚度的关系区域I：相当于干大气腐蚀，腐蚀速度很低。区域II：腐蚀速度急剧增加，相当于潮大气腐蚀。区域III：湿大气腐蚀区。区域IV：相当于全浸在电解液中，腐蚀速度已基本不变。2.ClassificationofAtmospher403.Themechanismofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀机理3.1Theformationofwaterfilmonmetalsurface—金属表面上水膜的形成3.1.1毛细凝聚：微细裂纹、结构间隙、空隙、尘埃微粒形成毛细管3.1.2吸附凝聚：不饱和键力3.1.3化学凝聚：吸水性化合物如NaCl、NH4NO3、手汗3.2Themechanismofatmosphericcorrosionininitialstage—大气腐蚀初期的腐蚀机理3.2.1Cathodicprocess—阴极过程3.2.2Anodicprocess—阳极过程3.Themechanismofatmospheri413.Themechanismofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀机理3.1Theformationofwaterfilmonmetalsurface—金属表面上水膜的形成3.1.1毛细凝聚3.1.2吸附凝聚3.1.3化学凝聚3.2Themechanismofatmosphericcorrosionininitialstage—大气腐蚀初期的腐蚀机理3.2.1Cathodicprocess—阴极过程3.2.2Anodicprocess—阳极过程3.Themechanismofatmospheri423.3Themechanismofatmosphericcorrosionaftertheformationofrustinthesurfaceofmetal—大气腐蚀在金属表层形成锈层后的腐蚀机理Evans模型金属/Fe3O4的界面上：

（阳极反应）

Fe3O4/FeOOH界面上：

（阴极反应）

3.Themechanismofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀机理3.3Themechanismofatmospher434.Thecharacteristicsofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的特点4.1液膜表面积比极大，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。4.2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。4.3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。4.4大气腐蚀的电极过程特征随大气条件的不同而变化。4.Thecharacteristicsofatmo445.Influencingfactorsofatmosphericcorrosion

—影响大气腐蚀的主要因素5.1Relativehumidity—相对湿度5.2Temperature—温度5.3Typesandcompositionofatmosphere—大气类型及成分Ruralatmosphere—乡村大气Urbanatmosphere—城市大气Oceanatmosphere—海洋大气Industrialatmosphere—工业大气5.4DustContent—固体尘粒5.5Surfacestateofmetal—金属的表面状态5.Influencingfactorsofatmo456.Remedialmeasuresofatmosphericcorrosion

—大气腐蚀的防护措施6.1Useofalloys—使用合金（Cu、P、Cr）6.2Coatingprotection—涂层表面保护6.3Reductionofrelativehumidity—降低相对湿度6.4Useofinhibitors—缓蚀剂6.5Othermeasures—其它6.Remedialmeasuresofatmosp46大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀47大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀48大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀49大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀50大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀51大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀52Section2

Seawatercorrosion

—海水腐蚀Section2

Seawatercorrosion

531.Natureofseawater—海水的性质1.1海水是一种导电性很强的电解质溶液。1.2海水中含量最多的盐类是氯化物，其次是硫酸盐。1.Natureofseawater—海水的性质1542.Thecharacteristicsofseawatercorrosion

—海水腐蚀的特征2.1对于大多数金属来说，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。2.2海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环节。2.3海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。2.4海洋环境较为复杂，引起的具体腐蚀过程也各不相同。海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区等

2.Thecharacteristicsofseaw553.Influencingfactorsofseawatercorrosion

—影响海水腐蚀的因素3.1Saltcontent—盐度3.2pHvalue—pH值3.3Saturationcontentofcarbonate—碳酸盐饱和度3.4Oxygencontent—含氧量3.5Temperature—温度3.6Flowingspeedofseawater—海水流速3.7Effectofseabiology—生物因素的影响

3.Influencingfactorsofseaw564.Preventionofseawatercorrosion

—海水腐蚀的防护措施4.1Usingsuitablemetalmaterialanddevelopingnewmaterialwithseawatercorrosionresistance—合理选用金属材料、研制新材料4.2Protectivecoatings—涂层保护4.3Electrochemicalprotection—电化学保护牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金

4.Preventionofseawatercorr57Section3

CorrosionofSoils

—土壤腐蚀Section3

CorrosionofSoils

581.1Conductivityofsoils—土壤的导电性土壤导电性越好，电阻率越低，土壤的腐蚀性越强。1.1.1Watercontentinsoils—土壤中的水分1.1.2SoilPorosity—土壤的空隙率1.1.3Saltcontent—盐分的影响1.2Oxygencontent—含氧量的影响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。1.3pHValue酸性土壤（pH=3～6）中性土壤（pH=6～7.5）碱性土壤(pH=7.5～9.5)。1.Corrosivityofsoilsanditsinfluencingfactors

—土壤的腐蚀性及其影响因素1.1Conductivityofsoils—土壤591.4Temperature—温度1.5Microorganism—微生物的影响1.5.1微生物新陈代谢产物的腐蚀作用1.5.2参与土壤腐蚀的电化学过程1.5.3改变金属周围的氧浓度、盐浓度、酸度值等，形成局部腐蚀电池。1.5.4破坏金属表面的保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。1.Corrosivityofsoilsanditsinflu