金属在自然环境中的腐蚀

金属在自然环境中的腐蚀第1页，共81页，2023年，2月20日，星期四8.1大气腐蚀

世界上60%以上的钢材在大气环境中使用大气腐蚀损失占总腐蚀损失量>50%

对于某些功能材料（微电子电路）、文物、装饰材料等，轻微大气腐蚀也不允许大气腐蚀（AtmosphericCorrosion）

—金属材料在大气环境下，由于空气中的水和氧

的化学和电化学作用引起的金属材料及其制品的变质或破坏。最常见的大气腐蚀现象——生锈第2页，共81页，2023年，2月20日，星期四大气腐蚀属于液膜下的电化学腐蚀

—区别于浸于电解质溶液中的腐蚀一、大气腐蚀的类型及特征大气腐蚀以均匀腐蚀为主—也包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、微动腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳等第3页，共81页，2023年，2月20日，星期四大气环境不同腐蚀严重性不同—参与大气腐蚀过程的主要是氧和水分，其次是二氧化碳—

当今全球大气中的腐蚀性气体，越来越成为大气腐蚀的主要杀手。—与地域、季节、时间等条件有关大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因素一、大气腐蚀的类型及特征第4页，共81页，2023年，2月20日，星期四–氧（参与电化学过程）–水分（水膜是电解液层）–其次是二氧化碳、二氧化硫、氯气等参与大气腐蚀过程的主要是–含水汽和氯化物大气–SO2与水汽共同作用加速腐蚀钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400-500倍工业区比沙漠区大气腐蚀大50-100倍一、大气腐蚀的类型及特征第5页，共81页，2023年，2月20日，星期四二氧化硫、硫化氢、氯气硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质大大加速大气腐蚀乡村大气：清洁城镇大气：污染工业大气：SO2污染海洋大气：含氯化物•大气腐蚀环境分类•全球大气污染日趋严重一、大气腐蚀的类型及特征第6页，共81页，2023年，2月20日，星期四大气的近似组成(10oC，100KPa)根据Meetham.转引自《Corrosion》上卷P2.4成分克/米３重量％成分毫克/米３重量ppm氮(N2)87975氖(Ne)1412氧(O2)26923氪(Kr)43氩(Ar)151.26氦(He)0.80.7水蒸汽80.70氙(Xe)0.50.4二氧化碳0.50.04氢(H2)0.050.04一、大气腐蚀的类型及特征第7页，共81页，2023年，2月20日，星期四杂质典型浓度，微克/米３二氧化硫(SO2)工业区：冬天350，夏天100农村地区：冬天100，夏天40二氧化硫(SO3)大约为SO2含量的10％硫化氢(H2S)工业区：1.5~90城市地带：0.5~1.7农村地区：0.15~0.45春季测量数字氨(NH3)工业区：4.8农村地区：2.1氯化物(空气样品)内地工业区：冬天4.8，夏天2.7沿海农村区：年平均5.4氯化物(雨水样品)内地工业区：冬天7.9，夏天5.3沿海农村区：冬天57，夏天18毫克/升尘粒工业区：冬天250，夏天100农村地区：冬天60，夏天15大气的次要成分(杂质)根据Meetham.转引自Shreired.《Corrosion》第8页，共81页，2023年，2月20日，星期四第9页，共81页，2023年，2月20日，星期四金属表面的潮湿程度与大气的相对湿度密切相关。相对湿度——指在某一温度下，空气中水蒸气含量与该温度下空气中所能容纳的水蒸气的最大含量的比值（一般以百分比表示），即临界相对湿度——不同物质或同一物质的不同表面状态，对大气中水分的吸附能力不同。当空气中相对湿度达到某一临界值时，水分在金属表面形成水膜，从而促进电化学腐蚀过程的发展，此时的相对湿度称为金属腐蚀的临界相对湿度。一、大气腐蚀的类型及特征第10页，共81页，2023年，2月20日，星期四根据相对湿度分类•干大气腐蚀：金属表面形成一层保护性氧化膜（1~10nm），常伴随金属表面的失泽。•潮大气腐蚀：金属表面存在着肉眼不可见的薄水膜（10nm~1μm）。•湿大气腐蚀：水分在金属表面已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层（1μm~1mm）。一、大气腐蚀的类型及特征第11页，共81页，2023年，2月20日，星期四由于大气环境的腐蚀条件对金属材料的腐蚀行为有重要的影响，因此国际标准组织制定《ISO9223大气腐蚀性分类标准》。这种方法根据金属标准式样在某环境中自然暴露试验所得出的腐蚀速率或综合环境中大气污染物浓度和金属表面潮湿时间而进行分类的。二、大气环境腐蚀性分类第12页，共81页，2023年，2月20日，星期四按测定金属标准试样腐蚀速率进行分类，将大气腐蚀性分为C1，C2，C3，C4，C5，即腐蚀性很低、低、中、高、很高5类。按测定环境中SO2或氯离子的浓度及试样表面潮湿时间进行分类，分别划分污染环境为P0，P1，P2，P3和S0，S1，S2，S3，潮湿时间为τ1，τ2，τ3，τ4，τ5类型，将污染环境类型和潮湿时间类型综合起来评定腐蚀类型，用C1，C2，C3，C4，C5表示。二、大气环境腐蚀性分类第13页，共81页，2023年，2月20日，星期四–

纯水膜：导电性差不足以强烈腐蚀–

实际水膜：水溶性盐类、腐蚀性气体（CO2、O2、SO2）、汗液等•电化学腐蚀的特殊形式–

金属表面在潮湿的大气中吸附一层很薄的水膜–

当水膜达到20-30分子层厚时电解液膜•液膜来源–

水分（雨雪）直接沉降；–

大气湿度或温度变化等原因引起的凝聚作用•液膜特性三、大气腐蚀机理第14页，共81页，2023年，2月20日，星期四–

大气相对湿度>100％水膜凝结–

热带、亚热带及大陆性气候地区，气候变化剧烈相对湿度<100%也容易造成水分冷凝•空气中水分的饱和凝结三、大气腐蚀机理第15页，共81页，2023年，2月20日，星期四–当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中的水蒸汽将以液体凝结于金属表面上–结露是发生潮大气腐蚀的前提–空气温度在5-50oC范围内，气温剧烈变化达6oC左右时，只要空气相对湿度达到65%-75%就可引起结露现象。–温差越大，引起结露的临界湿度就越低。–昼夜温差达6oC的气候，在我国各地十分常见。•液膜的产生：结露三、大气腐蚀机理第16页，共81页，2023年，2月20日，星期四③物理吸附–水分与固体表面之间存在的范德华分子引力作用•大气相对湿度低于100％发生凝结的原因：①毛细管凝聚作用–金属表面沉积物或金属构件之间的狭缝形成毛细管②化学凝聚作用–金属表面附着的盐类或生成的易溶腐蚀产物产生–吸水性的CuSO4、ZnCl2、NaCl、NH4NO3使水的凝聚变得容易三、大气腐蚀机理第17页，共81页，2023年，2月20日，星期四大气中腐蚀速率和水膜厚度的关系I:干大气腐蚀δ=1~101nmⅡ:潮大气腐蚀δ=10nm~1μ

mⅢ:湿大气腐蚀δ=1μ

m~1mmⅣ:全浸,δ>1mmδ三、大气腐蚀机理第18页，共81页，2023年，2月20日，星期四•案例：

–

金属Cu、Ag等在含有硫化物污染了的空气中失泽•干大气腐蚀：在空气非常干燥的条件下，金属表面•特点：不存在液膜层的腐蚀

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金属表面的吸附水膜厚度不超过10nm

–

没有形成连续的电解液膜（I区）

–

腐蚀速度很低，化学氧化的作用较大

–

在金属表面形成一层保护性氧化膜三、大气腐蚀机理第19页，共81页，2023年，2月20日，星期四–

水膜达几十到几百个水分子层厚，约10nm-1μm–

形成了连续的电解液薄膜（II区）–

膜较薄，氧易于扩散进入界面–

电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大δ•潮大气腐蚀：大气中的相对湿度足够高（但低于100%），在金属表面存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀•特点：•案例–

铁在没有雨雪淋到时的生锈三、大气腐蚀机理第20页，共81页，2023年，2月20日，星期四δ•湿大气腐蚀：空气湿度接近于100％，或当水以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时，金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀–水膜较厚，约为1μm-1mm–随着水膜加厚，氧扩散困难–腐蚀速度下降（III区）•特点：水膜厚>1mm，相当于金属全浸于电解质溶液，腐蚀速度基本不变（IV区）三、大气腐蚀机理第21页，共81页，2023年，2月20日，星期四–

薄液膜条件下，氧的扩散比全浸状态下更容易–

即使电位较负的金属（Mg），当从全浸状态下的腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极化为主转变为氧去极化为主•阴极过程：中、碱性介质：酸性介质：•阳极过程：–

阳极钝化及金属离子水化过程三、大气腐蚀机理第22页，共81页，2023年，2月20日，星期四•阴极过程：氧的去极化为主

–

表面液膜膜层很薄，氧容易到达阴极•遵从电化学腐蚀一般规律•环境特点：

–

电解液膜较薄

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常常干湿交替三、大气腐蚀机理第23页，共81页，2023年，2月20日，星期四–

潮大气腐蚀，阳极过程控制–

湿大气腐蚀，阴极过程控制，弱于全浸腐蚀–

应用：湿度不大，阳极控制：合金化提高阳极钝性是有效的湿度大，阴极控制：合金化效果不大，应降低湿度、减少空气中有害成分•液膜厚度的影响–

液膜变薄，大气腐蚀的阴极过程更容易进行–

阳极过程则变得越来越困难：金属离子水化过程较难进行，易于阳极钝化产生•腐蚀控制过程三、大气腐蚀机理第24页，共81页，2023年，2月20日，星期四–结露与环境的温度有关–一定湿度下，环境温度越高，越容易结露–平均气温高的地区，大气腐蚀速度较大–昼夜温度变化大，也会加速大气腐蚀。四、大气腐蚀的影响因素•相对湿度–水膜的厚、薄大气中的含水量–腐蚀速度开始急剧增加的湿度–钢铁、Cu、Ni、Zn等临界湿度约为50－70%

临界相对湿度•温度和温度差1、气候条件的影响第25页，共81页，2023年，2月20日，星期四–在沿海地区，在靠近工厂地区，风将带来多种不同有害杂质，从海上吹来的风不仅会带来盐分，还会增加空气湿度，从而加速腐蚀。四、大气腐蚀的影响因素•日照时间和气温–如果温度较高并且阳光直接照射到金属表面上，由于水膜蒸发速率较快，水膜厚度迅速减薄，停留时间大为减少。如果新的水膜不能及时形成，则金属腐蚀速率下降。如果气温较高、湿度大而又能使水膜在金属表面停留时间较长，则腐蚀加速。•风向和风俗1、气候条件的影响第26页，共81页，2023年，2月20日，星期四–大气中的污染物:–硫化物（SO2、SO3、H2S）–氮化物（NO、NO2、NH3）–碳化物（CO、CO2）–固体污染物(盐颗粒、沙粒和灰尘等)2、大气中有害杂质的影响四、大气腐蚀的影响因素第27页，共81页，2023年，2月20日，星期四–SO2—矿物燃料燃烧产生的–SO2溶于金属表面上的水膜，生成亚硫酸和硫酸，亚硫酸是强去极化剂，加速腐蚀。–SO2促进金属大气腐蚀的自催化反应机理•SO2的影响（最严重）四、大气腐蚀的影响因素2、大气中有害杂质的影响第28页，共81页，2023年，2月20日，星期四–SO2—矿物燃料燃烧产生的–SO2促进金属大气腐蚀的自催化反应机理•SO2的影响（最严重）SO2被吸附在金属表面形成FeSO4FeSO4进一步氧化＋强烈水解作用生成硫酸硫酸＋Fe作用FeSO4

自催化四、大气腐蚀的影响因素2、大气中有害杂质的影响第29页，共81页，2023年，2月20日，星期四•HCl气体•H2S气体–溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀–在干燥大气中引起铜、黄铜、银等变色–在潮湿大气中加速铜、镍、黄铜、铁和镁的腐蚀四、大气腐蚀的影响因素2、大气中有害杂质的影响第30页，共81页，2023年，2月20日，星期四•氯化物–沿海地区受海风吹起的海水形成的细雾—盐雾–盐雾降落在金属表面，氯离子溶于水中生成盐酸，对金属腐蚀破坏很大–汗液四、大气腐蚀的影响因素•NH3气体–极易溶于水膜，增加水膜的pH值。对钢铁有缓蚀作用，但与有色金属生成可溶性络合物，促进阳极去极化作用。特别是铜、锌、镉有强烈的腐蚀作用。2、大气中有害杂质的影响第31页，共81页，2023年，2月20日，星期四-颗粒本身具有腐蚀性-颗粒吸附腐蚀性物质-颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚水份，形成氧浓差的局部腐蚀条件•固体颗粒的影响四、大气腐蚀的影响因素2、大气中有害杂质的影响第32页，共81页，2023年，2月20日，星期四五、控制大气腐蚀的方法提高材料的耐蚀性–合金化、向碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni、微量Ca和Si–优化热处理工艺采用覆盖保护层使用缓蚀剂控制环境–

油漆、金属镀层等长期性覆盖层或暂时性保护涂层。–

使用油溶性缓蚀剂、气相缓蚀剂和水溶性缓蚀剂–

充氮封存–

采用吸氧剂–干燥空气封存第33页，共81页，2023年，2月20日，星期四8.2海水腐蚀

海洋约占地球表面积的十分之七

海水含有各种盐分：腐蚀性非常强的天然电解质

常用金属和合金在海水中大多数会遭受腐蚀

舰船、海上平台、水下设备、海岸设施及使用海水冷却的设备第34页，共81页，2023年，2月20日，星期四一、海水腐蚀的特征海水是一种含盐量很高的腐蚀性电解质，溶解的盐类：以氯化钠为主–通常把海水近似地看作3％或3.5％的NaCl溶液盐度–1000g海水中溶解的固体盐类物质的总克数

大洋性海水的盐度平均值：35‰海水总盐度随地区而变化：

–江河入海口，海水被稀释，盐度变小。–在地中海、红海等封闭性内海中，由于水分急速蒸发，盐度可高达40‰。–我国近海盐度的平均值约为32.1‰第35页，共81页，2023年，2月20日，星期四海水中主要盐类的含量一、海水腐蚀的特征第36页，共81页，2023年，2月20日，星期四一、海水腐蚀的分类金属在海水中的腐蚀形式分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类，局部腐蚀又包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨蚀、气蚀等不同形式。根据腐蚀腐蚀条件不同，把海洋环境分为海洋大气区、飞溅区、潮汐区、浅海区、大陆架区、深海区和海泥区。第37页，共81页，2023年，2月20日，星期四一、海洋环境分类及腐蚀特点第38页，共81页，2023年，2月20日，星期四一、海洋环境分类及腐蚀特点•海洋大气区–

飞溅区以上的大气区和沿海大气区–

碳钢腐蚀速度0.05mm／a，较低•飞溅区–平均高潮线以上海浪飞溅润湿的区段。–海水与空气充分接触，含氧量最大，加之海浪的冲击作用，成为腐蚀性最强的区域。–碳钢腐蚀速度0.5mm／a，最大1.2mm／a第39页，共81页，2023年，2月20日，星期四一、海洋环境分类及腐蚀特点

平均高潮位和平均低潮位之间的区域。

孤立钢件，主要为微电池腐蚀作用，腐蚀速度受氧扩散控制，潮汐区的腐蚀速度要低于全浸区；

对于长尺寸钢件，除微电池腐蚀外，还受到氧浓差电池作用，潮汐区部分因供氧充分为阴极，受到保护，而紧靠低潮线以下的全浸区部分，因供氧相对不足成为阳极，腐蚀加速。•潮汐区第40页，共81页，2023年，2月20日，星期四一、海洋环境分类及腐蚀特点–平均低潮线以下直至海底的区域–碳钢腐蚀速度约为0.12mm／a–海水供氧充分，接近饱和，生物活性大，海洋生物附着严重，温度较深水区高，环境污染程度较高，所以腐蚀速率较深海区大。•将深海分为三层–海面到同水温的表层（100－200m）–表层下约1000m，盐分和氧浓度急剧下降–更深层，盐分、水温大体一定，溶氧上升•全浸区（浅海区）第41页，共81页，2023年，2月20日，星期四

海水全浸区以下部分，主要由海底沉积物构成

与陆地土壤不同，海泥区含盐度高，电阻率低，腐蚀性较强

与全浸区相比，海泥区的氧浓度低，腐蚀速度通常低于全浸区一、海洋环境分类及腐蚀特点•海泥区第42页，共81页，2023年，2月20日，星期四•高电导率：>>河水和雨水•温度：0－35℃–在正常情况下，海水表层被空气饱和–溶氧量随温度和盐度的升高而略有下降–通常为8.1－8.3–植物茂盛，CO2减少，溶氧上升，pH接近9.7–海底有厌氧性细菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，pH<7•pH•溶氧二、海水腐蚀的原理及影响因素第43页，共81页，2023年，2月20日，星期四①破坏氧化膜②抢先吸附作用③形成电场效应④形成络合物－加速了金属的阳极溶解，降低pH•阳极极化阻滞很小–氯离子阻碍和破坏金属的钝化：二、海水腐蚀的原理及影响因素第44页，共81页，2023年，2月20日，星期四用提高阳极阻滞的方法来防止钢铁腐蚀是很困难的——与大气腐蚀有所区别

不锈钢在海水中也遭受严重的局部腐蚀——氯离子破坏钝化膜

极少数易钝化金属在海水中保持钝态–Ti、Zr、Nb、Ta等–具有显著的阳极阻滞二、海水腐蚀的原理及影响因素第45页，共81页，2023年，2月20日，星期四阴极过程主要是氧去极化：腐蚀控制环节–-在海水pH条件下，析氢反应平衡电位约为-0.48V–-Pb、Zn、Cu、Ag、Au等金属不会发生析氢腐蚀–-Fe在pH＝8.8，Cr在pH＝10.9以内虽有可能进行析氢反应，其速度也很缓慢

海水中的氧去极化反应是：–-反应平衡电位：+0.75V–-氧的还原反应在Cu、Ag、Ni上比较容易进行，其次是Fe、Cr。二、海水腐蚀的原理及影响因素第46页，共81页，2023年，2月20日，星期四在含有大量H2S的缺氧海水中，也可能发生H2S的阴极去极化作用Fe3＋、Cu2＋等高价的重金属离子也可参与阴极反应

由Cu2＋离子还原出的Cu在Al等金属表面上将成为有效的阴极，因此海水中如含有0.1μg／g以上浓度的Cu2＋离子，就不能使用铝合金二、海水腐蚀的原理及影响因素第47页，共81页，2023年，2月20日，星期四

海水腐蚀的电阻性阻滞作用很小–异种金属的接触能造成明显的电偶腐蚀–腐蚀电池作用更强烈、影响范围更远–海船的青铜螺旋桨可引起数十米外钢制船身的腐蚀

在海水中由于钝化膜的局部破坏，很容易发生点蚀和缝隙腐蚀。

在高流速的海水中，易产生冲击腐蚀和空蚀二、海水腐蚀的原理及影响因素第48页，共81页，2023年，2月20日，星期四复杂的盐类平衡溶液

溶解的气体、悬浮泥沙

生物、腐败的有机物质及污染物等二、海水腐蚀的原理及影响因素第49页，共81页，2023年，2月20日，星期四

盐度：–氯化钠浓度：钢铁材料腐蚀速度最大的浓度–溶盐超过一定值后，由于氧的溶解度降低，金属腐蚀速度下降pH：–海水pH处于中性，对腐蚀影响不大。–深海处pH略有降低，不利于在金属表面生成保护性碳酸盐层。二、海水腐蚀的原理及影响因素第50页，共81页，2023年，2月20日，星期四

碳酸盐饱和度

含氧量–饱和碳酸盐易沉积在金属表面形成保护层–施加阴极保护时更易使碳酸盐沉积析出–河口处的稀释海水碳酸盐并非饱和，不易形成保护层–含氧量增加，金属腐蚀速度增加–波浪及植物光合作用能提高氧含量–海洋动物呼吸作用及尸体分解需要消耗氧–污染海水中含氧量显著下降二、海水腐蚀的原理及影响因素第51页，共81页，2023年，2月20日，星期四–提高温度通常能加速反应–随温度上升，氧的溶度随之下降–铁、铜在炎热的环境或季节里腐蚀速度要快些–

低流速：

•碳钢的腐蚀随流速的增加而加速

•对海水中钝化的金属，一定的流速能促进钝化–高流速：金属腐蚀急剧增加，出现磨蚀、冲蚀和空蚀

流速

温度二、海水腐蚀的原理及影响因素第52页，共81页，2023年，2月20日，星期四–动物、植物及微生物，生物的附着与污损

生物性因素①海洋生物附着区域氧浓差电池局部腐蚀藤壶的壳层与金属表面形成缝隙缝隙腐蚀二、海水腐蚀的原理及影响因素第53页，共81页，2023年，2月20日，星期四–-藻类植物光合作用可增加局部海水中的氧浓度，加速了腐蚀–-生物呼吸排出的CO2，以及生物尸体分解形成的H2S，对腐蚀也有加速作用–-铜和铜合金受海洋生物玷污倾向最小，铜离子或氧化亚铜表面膜具有毒性–-铝合金、钢铁及镍基合金受海洋生物玷污最严重

生物性因素③海洋生物对金属表面保护涂层的穿透剥落等破坏作用②海洋生物活动，局部地改变了海水介质成分二、海水腐蚀的原理及影响因素第54页，共81页，2023年，2月20日，星期四四、防止海水腐蚀的措施•开发和合理选用耐蚀材料：避免电偶腐蚀–耐蚀性钛合金和镍铬钼合金>铜合金>不锈钢>铸铁和碳钢•电化学保护–在全浸区才有效–外加电流阴极保护法便于调节，而牺牲阳极法则简便易行。–海水中常用的牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金，铝合金牺牲阳极较为经济第55页，共81页，2023年，2月20日，星期四四、防止海水腐蚀的措施

大型海洋工程结构的设计寿命达40－50年，多采用低碳钢和低合金钢制造，主要防护方法是金属和非金属涂镀。

热喷涂锌、铝阳极性镀层及Zn－Al合金镀层，与涂料配套使用。

有机防蚀涂料中环氧漆、氯化橡胶漆和乙烯漆的耐海水腐蚀性较好，无机硅酸盐富锌底漆适于作为海洋钢结构的底漆。•涂镀层保护第56页，共81页，2023年，2月20日，星期四四、防止海水腐蚀的措施第57页，共81页，2023年，2月20日，星期四地下铺设的输油管、输水管和煤气管道，大量电缆、通讯设施和各种地下建筑物•危害：

埋地管线维修费用增加，导致泄漏，引发火灾、爆炸和环境污染

金属构件一般埋在地下1-2m处，不易发现，维修困难

土壤腐蚀影响因素复杂，工业污染及杂散电流参与，有时难以采取有效的防护措施。•土壤腐蚀（SoilCorrosion）：

埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀8.3土壤腐蚀第58页，共81页，2023年，2月20日，星期四土壤的性质：一种特殊的电解质–土壤的组成–土壤中的水分–土壤中的氧–土壤中的酸碱性–土壤中的微生物一、土壤的性质和特点第59页，共81页，2023年，2月20日，星期四土壤的特点（1）多相性–土壤由土粒、水、空气等固、液、气三相组成–土粒中包含着多种无机矿物质及有机物质–不同土壤其土粒大小不相同•砂砾土的颗粒为0.07－2mm•粉砂土的颗粒为0.005－0.07mm•粘土的颗粒小于0.005mm•实际土壤是不同土粒按比例混合一、土壤的性质和特点第60页，共81页，2023年，2月20日，星期四–土壤颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙–孔隙中充满了空气和水土壤中的水分（2）多孔性

直接渗入孔隙或在孔壁上形成水膜

形成水化物或者以胶体状态存在

水分土壤成为离子导体腐蚀性电解质

土壤含水程度影响透气性和电导率一、土壤的性质和特点土壤的特点第61页，共81页，2023年，2月20日，星期四–土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异–不同性质的土壤交替更换–各种物理—化学性质，尤其是电化学性质明显变化–土壤的固体部分固定不动的–气相和液相有限的运动•土壤孔穴中的对流和定向流动，以及地下水的移动（3）不均匀性——造成浓差腐蚀（4）相对固定性一、土壤的性质和特点土壤的特点第62页，共81页，2023年，2月20日，星期四•阳极过程潮湿土壤中：与溶液中类似，阳极过程阻碍小干燥且透气性良好的土壤中：与大气腐蚀类似，阳极过程因钝化和离子水化困难而大大极化潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中：Mg、Zn、Al、Mn、Sn：无阳极极化

Fe、碳钢、Cu、Pb：阳极极化率低

Cr、Zr、含铬或铬镍的不锈钢：钝化，但受Cl-破坏

Ti、Ta：完全钝化，稳定，无阳极溶解二、土壤腐蚀的特征第63页，共81页，2023年，2月20日，星期四–氧的去极化–强酸性土壤中氢去极化可能参与–微生物可能参与•土壤中氧的去极化过程–两个基本步骤：–氧向阴极的传输－氧离子化的阴极反应–氧离子化反应与电解液中相同–氧的传输过程复杂•阴极过程二、土壤腐蚀的特征第64页，共81页，2023年，2月20日，星期四

氧的输送方式：气相和液相两条途径

土壤中气相或液相的定向流动

土壤中的空气和水分流动—输送氧

土壤表层温度周期波动、大气压力及土壤湿度的变化、下雨、风吹及地下水位的涨落等因素的变化

疏松粗粒结构的土壤——传递氧速度很大

密实潮湿的土壤——传递氧效果很小——导致氧在不同土壤中输送速度的差异二、土壤腐蚀的特征第65页，共81页，2023年，2月20日，星期四

氧的扩散是土壤中供氧的主要途径

扩散速度取决于土层的厚度、结构和湿度

湿度和粘土组分含量的增加，氧的扩散速度降低3－4个数量级

氧的扩散最后还要通过金属表面在土壤毛细孔隙下形成的电解液薄层及腐蚀产物层

氧的输送方式：气相和液相两条途径

在土壤的气相或液相中的扩散二、土壤腐蚀的特征第66页，共81页，2023年，2月20日，星期四•土壤腐蚀电池类型•土壤介质的不均匀性三、土壤腐蚀的几种形式–透气性不同氧的渗透速度变化与不同土壤相接触的金属各部位电位不同建立氧浓差腐蚀电池–

pH、含盐量的变化也造成腐蚀宏电池–穿越各种不同条件的土壤形成长距离腐蚀宏电池–金属和介质的电化学不均一性腐蚀微电池–土壤介质的宏观不均一性腐蚀宏电池第67页，共81页，2023年，2月20日，星期四（1）长距离腐蚀宏电池

长距离金属构件通过不同土壤时形成

在从土壤（I）进入另一种土壤（II）的地方形成电池：–土壤中氧的渗透性不同造成氧浓差电池–土壤性质的变化（有机物和污染）形成腐蚀宏电池

杂散电流–产生相当可观的腐蚀电流–电流强度可达5A–流动的范围可超过1.5km三、土壤腐蚀的几种形式第68页，共81页，2023年，2月20日，星期四（2）土壤的局部不均匀性引起的腐蚀宏电池

土壤中石块等夹杂物的透气性比土壤本体差

位于透气差区域的金属成为阳极

与土壤本体区域接触的金属成为阴极

回填土壤的密度要均匀，尽量不带夹杂物三、土壤腐蚀的几种形式第69页，共81页，2023年，2月20日，星期四（3）埋设深度不同及边缘效应引起的腐蚀宏电池–均匀的土壤中，埋设深度不同氧浓差电池•离地面较深的部位局部腐蚀更严重的•直径较大的水平输送管道，下部比上部腐蚀更严重–边缘效应：氧更容易到达电极的边缘•在同一水平面上金属构件的边缘就成为阴极•构件中央部分成为阳极•如地下大型储罐三、土壤腐蚀的几种形式第70页，共81页，2023年，2月20日，星期四（4）金属所处状态差异引起的腐蚀宏电池–土壤中异种金属接触、温差、应力及金属表面状态的不同，形成腐蚀宏电池，造成局部腐蚀–新旧管线构成的腐蚀•旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比新管线正，成为阴极，加速新管线的腐蚀新旧管道连接埋于土壤中形成腐蚀电池1－旧管（阴极）；2－新管（阳极）三、土壤腐蚀的几种形式第71页，共81页，2023年，2月20日，星期四（5）盐浓差电池–土壤介质的含盐量不同–盐浓度高的部位电位较负，成为阳极而加速腐蚀（6）温差电池–油气井的套管–位于地下深层的套管处于较高的温度，成为阳极–位于地表附近即浅层的套管温度低，成为阴极，形成温差电池腐蚀三、土壤腐蚀的几种形式（7）微生物引起的腐蚀第72页，共81页，2023年，2月20日，星期四•腐蚀微电池作用下的土壤腐蚀–多数土壤•阴极过程所控制，与电解液中相似–疏松干燥的土壤•阳极控制占优势，近于大气腐蚀•长距离宏观电池作用下的土壤腐蚀–地下管道经过透气性不同的土壤形成氧浓差腐蚀电池–土壤电阻成为主要的腐蚀控制因素–阴极-电阻混合控制或电阻控制三、土壤腐蚀的几种形式第73页，共81页，2023年，2月20日，星期四（1）材料因素•铸铁、碳钢，低合金钢土壤腐蚀速度无明显差别•冶炼方法、冷加工和热处理对土壤腐蚀影响不大•Pb在土壤中的耐蚀性比碳钢高4－5倍以上

–生成铅盐保护层