金属腐蚀与防护金属在某些环境下的腐蚀课件

大气腐蚀
毛细管半 径,Ao
360 94 47
冷疑时相对 湿度%
98 90 80
毛细管半径, Ao
30 21 15
冷疑时相对 湿度%
70 60 50
所毛 需细 相管 对半 湿径 度与 的水 关汽 系冷
疑
1.构件中的狭缝
2.金属表面上的 灰尘
3.腐蚀产物中的 细孔
大气腐蚀条件下水汽毛细凝聚的可能中心
大气腐蚀
(3) 控制特征
对微电池腐蚀，在干燥疏松土壤中，氧容易透过， 阴极反应容易进行；而铁可以转变为钝态，阳极 反应阻力大，故腐蚀属于阳极极化控制。
在大多数土壤中，氧的输送都比较困难，阴极反 应阻力大，腐蚀属阴极极化控制 。
大电池腐蚀情况，如果阴极区与阳极区距离较远， 欧姆电阻有重要作用，腐蚀过程属于阴极极化和 欧姆电阻混合控制。
•大气腐蚀的特点
(1)氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴 极过程。即使液膜呈酸性，氧分子还原反 应仍占阴极过程的主要地位。
(2)在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利 于金属钝化；潮的大气腐蚀受阳极极化控 制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制
(3)由于水膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜 中，因此腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程 有重要影响。
大气腐蚀
大气的近似组成
（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2
成分 克/米３ 重量％
成分 毫克/米３ 重量
空气
氮(N2) 氧 (O2) 氩(Ar) 水蒸汽
二氧化碳
1172 879 269 15 8 0.5
100 75 23 1.26 0.70 0.04
氖
(Ne)
氪(Kr) 14
氦
4
(He) 0.8
0.4
0.2
0
150 氧 扩
散
150 层
2
厚
120 度
90
1
60
30
0
200
400
600
水膜厚度(ų)
铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原反 应速度及氧扩散层厚度的关系
氧还原反应速度
氧扩散层厚度
(根据 Po3eHΦe∧b4)
• 大气腐蚀的影响因素
（1）气候条件：湿度 ；降水量 ；温度 ； 日照量
氙(Xe) 0.5
氢(H2) 0.05
12 3 0.7 0.4 0.04
根据Meetham. 转引自＜ Corrosion＞ 上卷 P2.4
大气腐蚀
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3) 硫化氢(H2S) 氨(NH3) 氯化物(空气样品) 氯化物(雨水样品) 尘粒
典型浓度，微克/米３
工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40
构成氧浓差电池的一种情况
钢铁发生氧浓
差电池腐蚀的极化图
富氧区阳极极化曲线较陡， Pa较大，因而贫区腐蚀电 流较大
大气腐蚀
部分金属大气腐蚀速度（mm/y)
大
金属
工业大气
铝 铜 铅 锡 镍 锌 锌(99.9%) 碳钢(99.9%) 低合金钢(4Cu,1.1Cr,0.16P)
0.813 1.19 0.432 1.19 3.25 5.13 4.90 9.65 1.02
海洋大气 农村大气 气
0.71
0.0254
1.32 0.406
土壤愈潮湿，含盐量愈多，土壤电阻率就愈 小，随电阻率减小，土壤腐蚀性增强。 pH值愈低，土壤腐蚀性愈强。
土壤腐蚀
土壤腐蚀性划分标准
土壤电阻率 (m) 土壤含盐量％ (%)
土壤含水量(%)
土壤 PH 值 电解失重 (g/₂₄hr)
极强 <10
>0.75
1225
<4.5 >6
强
1025
0.750.1
1210
2530
4.5-5.5 6-3
中 2550 0.10.05 10-7 3040
5.5-7 3-2
弱 50100 0.050.01 7-3 >40
7-8.5 2-1
级弱 >100 <0.01 <3
>8.5 <1
按电阻率( m)判断土壤腐蚀性
低 较低
中等 较高
高
特高
中国
>50
20-50
<20
英国
0.584 0.483
腐
2.31 0.102
0.457
0.152 蚀
1.60
0.864
1.75
1.07
—
—
—
—
• 涂料和金属镀层
(1)对于机器设备和管道的外表面，构件和建 筑物，最常用的防锈方法是油漆涂料覆盖 层。化工大气防腐蚀涂料包括各色环氧树 脂漆，各种过氯乙烯漆，各色乙烯漆，有 机硅耐热漆，铝粉漆，各色聚氨酯漆等。
2% 1% 1% 余量
使用
轴承，工具机械 室内封存防锈
（热涂型）
钢，铜及其合金， 镀锌层，镀隔层法 兰件，硅钢片，铝 等组合件组成的仪 器，仪表的库存及 长期封存。
精密仪表轴承的防 锈封存
名称
01号气 相防锈 纸
9号气 相防锈 纸
配方
尿素 30% 苯甲酸钠 亚硝酸钠 蒸馏水 160%
20% 30%
苯并三氮唑 50% 乌各托品 33% 苯甲酸铵 17% 蒸馏水 300%
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
大气腐蚀
90.0
67.5
重
量 45.0
2
变 22.5
B A
化0
2
mg
-22.5
2
A
-45.0
-67.5
ห้องสมุดไป่ตู้
B
-90.0
第一阶段4小时
2
C
32
22 2 2
D
22
D
2
2
C
-112.5
124 8
时间(天)
16
124
8
16
时间(天)
SO2对钢铁大气腐蚀的影响(根据Evans)
(2) 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。
(3) 影响土壤腐蚀性的因素
主要因素有：含水量、含盐量、pH值、电阻率。 土壤含水量既影响土壤导电性又影响含氧量。 氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响。 土壤愈干燥，含盐量愈少，土壤电阻率愈大；
大气腐蚀
几种防锈油(脂)的 配方及使用
两种防锈纸的
大
配方及使用
名称 903
(FZ-4) 防锈脂
特封-24 薄层防 锈油
662-B 防锈油
配
方
石油磺酸钡 10%
司本80
4.5%
工业凡士林85.5%
苯并三氮唑 0.3%
石油磺酸钡 5%
环烷酸锌
1%
羊毛脂
2%
磷酸三丁酯 2%
22 号透平油 余量
石油磺酸钡 氧化石油脂 苯甲酸丁酯 变压器油
腐 蚀 增 120 量
80
40
E烟尘颗粒
+0.01%SO2
D硫铵颗粒
+0.01%SO2 大
C 含0.01%SO2 气
无颗粒
腐
B含硫铵颗盐粒 无SO2
蚀
A 纯净空气
20 40 60 80 10
相对湿度(%)
30 50 60 80
90
99
相对湿度逐渐增大(到99%)
铁的大气腐蚀速度与 相对湿度的关系
(大气中含0.01%so2) 暴露55天的结果
（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 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。
土壤腐蚀
砂土 (富氧区)
地面 粘土 (贫氧区)
阴极
阳极
埋地钢 管
大气腐蚀
分 100 子 层 数 80
60
40
20
0 50 60 70 80 90 100
相对湿度%
洁净的,细磨过的铁表面 上吸附的水膜厚度变化 与空气相对湿度的关系
(ConoSion)
厚初 度期 的大 关气 系腐
蚀 速 度 与 金
属 表 面 水 膜
Ⅰ:干的大气腐蚀 δ=10~100Å
Ⅱ:潮的大气腐蚀 δ=100 Å ~1ųm
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
大
气
杂
春季测量
质
的数字
的
典
型
浓
度
毫克/升
• 金属表面上的水膜
金属表面上的水膜对大气腐蚀起着关键性作用。 (1)当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的
水膜。 (2)当空气的相对湿度低于100%，金属表面
也可能形成水膜，其原因有三： ◆毛细凝聚 ◆化学凝聚 ◆吸附凝聚 (3) 金属表面上形成的水膜并不是纯净的水， 因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。
大约为SO2含量的10％
工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45 工业区：4.8 农村地区：2.1 内地工业区：冬天4.8夏天2.7 沿海农村区：年平均5.4 内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18 工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15
（2）大气污染物质 SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 ：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。 烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物
质(如炭粒)，或者在金属表面上形成缝隙， 增加水汽凝聚(如硅质颗粒)。
大气腐蚀
120 暴露55天
100 80 60 40 20 0
大气腐蚀
析
出 30 H2 或
吸 20
1
收
O2
的 10 体
种 50 100 150 200
(cm3/dm2)
镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条 件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化
全浸
薄水膜 大气腐蚀
氧去极化
氢去极化
(根据ToMawoB)
(ų) (mA/cm2)
氧 还
1.2
原 反
1.0
应 速
0.8
度 0.6
86
硫酸铵
(NH4)2SO4
81
氯化铵
NH4Cl
80
氯化钠 NaCl
76
氯化亚铜 CuCl2.2H2O
68
氯化亚铁 FeCl2
56
氯化镍
NiCl2
54
碳酸钾
K2CO3.2H2O
44
氯化镁
MgCl2.6H2O
34
氯化钙
CaCl2.6H2O
32
氯化锌 ZnCl2.XH2O
10
(根据ToMaWoB.O’Brient等)
使用
气
涂布量
7~10g/m
2
腐 用于钢铁，
发兰件，铝
合金的防锈 封存
蚀 涂布量
7~10g/m 2用于钢铁,
铜及铜合金， 铝合金镀锌， 镀隔件
2. 土壤腐蚀与地下金属管道保护
土壤的腐蚀性 (1) 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。
土壤腐蚀
E
E
E
c a
c a
c a
I
I
(I)
(II)
不同土壤条件下腐蚀过程过程控制征
（I）大多数土壤 中微电池腐蚀（阴极控制）
（II）疏松干燥土壤中微电池腐蚀（阳极控制） （III）长距离大电池腐蚀（阴极和欧姆电阻控制）
根据ToMamoB 引自<Teopu> P372
IRl I
(III
• 土壤腐蚀的几种常见形式
曲线A: 铁暴露到不含SO2的湿空气中;曲线B:暴露到含SO2 的空气中 曲线C，在含SO2的湿空气中暴露4小时后移入不含SO2的湿空气中.
• 防锈
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈 ，须使用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐 大气腐蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈 钢也会产生锈点。有色金属铝、铜、铅、 锌有良好耐大气腐蚀性能，但当存在污染 物质时，腐蚀速度增大。
(2)金属镀层用得较多的是钢管和部件镀锌、 镀镉和镀铬。
• 金属制品在加工，贮存和运输中的防锈
(1)降低空气湿度 (2) 暂时性防锈层 “暂时”并不是指时间短，而是指金属制品 在连续加工或使用时可以顺利地将防锈材 料除去。 • 防锈水 • 防锈切削液 • 防锈油和防锈脂 • 防锈塑料 • 气相缓蚀剂(简记为VPI或VCI)
Ⅲ:湿的大气腐蚀 δ=1 ų m~1mm
Ⅳ:全浸 δ>1mm
腐 蚀 速 度
ⅠⅠⅡ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度 δ
•大气腐蚀的特点
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
腐 蚀 速 度
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
• 大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜 金属的腐蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀 当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见 的薄液膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。 (3) 湿的大气腐蚀 当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的 水膜，随水膜厚度增加， V-逐渐减小。
与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20oC)
溶液中的盐
相对温 度%
溶液中的盐
相对 温度%
硫酸铜
CuSO4.5H2O
98
硫酸钾
K2SO4
98
硫酸钠
Na2SO4
93
碳酸钠
Na2CO3.10H2O
92
硫酸亚铁 FeSO4.7H2O
92
硫酸锌
ZnSO4.7H2O
90
硫酸镐
3CdSO4.8H2O
89
氯化钾 KCl
>35
20-30
<15
美国 原苏联
>50 >100
20-50 10-20 7-10 <7 20-100 10-20 5-10 <5
• 土壤腐蚀的特点
(1)阴极过程 主要是氧分子还原反应。土壤的结构和湿 度(透气性)决定了氧的输送速度，从而决定 了阴极反应速度。 (2) 阳极过程 在中性和碱性土壤中，腐蚀产物与土壤粘 结在一起，形成一种紧密层，使阳极过程 受到阻碍，对金属起到保护作用。