第五章金属在各种环境中的腐蚀
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材料系防腐课件第5章金属局部腐蚀
• 表面状态对点蚀发生影响很大，粗糙、表面夹杂、机械损伤、位 错露头等对耐点蚀不利。
5. 点腐蚀控制
（1）选择耐点蚀合金/ 增加有利合金元素； （2）电化学保护/ 控制电位低于Ep； （3）表面处理/ 改变表面状态； （4）添加缓蚀剂，如：NO3－，CrO42－,Cr2O72－，SO42－等 （5）消除侵蚀性阴离子，如Cl—等。
• 氧化性金属离子促进点蚀，如：Fe3+、Cu2+、Hg2+（FeCl3， CuCl2）加速金属离子还原，相当于施加阳极电位； • 含氧阴离子抑制点蚀，如：OH—、SO2—4、NO3—，可排 斥Cl—吸附，抑制点蚀能力：OH— > NO3— > SO2—4 > ClO4— • pH对点蚀发生过程影响较大，而对发展过程影响较小 • 温度上升， 点腐蚀数增加，达到90℃溶解氧减少，点蚀 速度下降 • 介质流动能降低点蚀速度，氧浓度增加，钝化加强 • 改善传质可消除闭塞效应和自催化作用，减缓点蚀发展。
0
D/mm
一般阴阳极区距离越小，腐蚀速度越大，保护电流越大， 与溶液电导密切相关。
3. 电偶腐蚀的控制
正确选材，避免异种金属或电偶序差大金属接触 保持阴/阳极面积合适比例，避免大阴极、小阳极 异种金属接触时应加以绝缘； 表面处理、涂覆可使电偶效应减少； 应用缓蚀剂，可有效防止电偶腐蚀。
§5.2 点腐蚀 （孔腐蚀）
第五章金属在各种环境中的腐蚀
如何。
23
释其原因。 • 5．埋于土壤中的钢管经过砂土和粘土两个区域，钢管腐蚀将发生在
哪个部位，原因是什么？ • 6．在大气、海洋和土壤环境中发生氧去极化腐蚀时，氧的传递方式
有什么区别？ • 7．哪些合金几素可提高钢耐大气腐蚀性，作用机理是什么？ • 8.影响海水腐蚀有哪些因素．如何防止海水腐蚀。 • 9．什么叫金属植人材料”对其合哪些要求。 • 10．简述人体环境中金属植人材料可能发生哪些腐蚀．其特点及危害
• 植入材料是指用于制造人体内部的人工器官、小型监测仪器和治疗装置等植 入器件，整形外科中用于修复人体所使用的材料。植入材料也称生物医学材 料。
• 人体内是一个具有高度腐蚀性的环境。 5.1人体环境特点
1）人体环境的构成：人体环境是由体液构成。 体液（生理液）是质量分数约1%的NaCl、少量其他盐类及有机化合物的 充气溶液。有人说，人体环境与温暖的海水相似。 2）人体环境的特点: 人体环境复杂，人体又是活体;人体环境的电化学 特点. 3） 人体体液也是一种典型的电解质溶液。因此电化学腐蚀的基本 规律对人体环境中植入材料的腐蚀完全适用。
可见：潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主要受阴极过程控制。
3
2.锈蚀机理
• 一般认为，锈层对于锈层下基体铁的离子化将起到强氧化剂的作用。 在锈层内阳极反应发生在金属/Fe2O3界面上：
可见：锈层处在潮湿条件下,锈层参与了阴极过程。
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释其原因。 • 5．埋于土壤中的钢管经过砂土和粘土两个区域，钢管腐蚀将发生在
哪个部位，原因是什么？ • 6．在大气、海洋和土壤环境中发生氧去极化腐蚀时，氧的传递方式
有什么区别？ • 7．哪些合金几素可提高钢耐大气腐蚀性，作用机理是什么？ • 8.影响海水腐蚀有哪些因素．如何防止海水腐蚀。 • 9．什么叫金属植人材料”对其合哪些要求。 • 10．简述人体环境中金属植人材料可能发生哪些腐蚀．其特点及危害
• 植入材料是指用于制造人体内部的人工器官、小型监测仪器和治疗装置等植 入器件，整形外科中用于修复人体所使用的材料。植入材料也称生物医学材 料。
• 人体内是一个具有高度腐蚀性的环境。 5.1人体环境特点
1）人体环境的构成：人体环境是由体液构成。 体液（生理液）是质量分数约1%的NaCl、少量其他盐类及有机化合物的 充气溶液。有人说，人体环境与温暖的海水相似。 2）人体环境的特点: 人体环境复杂，人体又是活体;人体环境的电化学 特点. 3） 人体体液也是一种典型的电解质溶液。因此电化学腐蚀的基本 规律对人体环境中植入材料的腐蚀完全适用。
可见：潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主要受阴极过程控制。
3
2.锈蚀机理
• 一般认为，锈层对于锈层下基体铁的离子化将起到强氧化剂的作用。 在锈层内阳极反应发生在金属/Fe2O3界面上：
可见：锈层处在潮湿条件下,锈层参与了阴极过程。
金属腐蚀与防护自然环境中的腐蚀概论
-FeOOH 和钢基体间存在非晶产物层， 产物层转变为 -FeOOH。
工业大气环境中耐候钢锈层稳定化过程示意图
大气腐蚀的影响因素
▪ 相对湿度 : 在一定温度下大气中实际水蒸汽压力与
饱和水蒸汽压力之比。 ▪ 临界湿度:
腐蚀速度开始急剧增加的湿度. 钢铁、Cu、Ni、Zn等金属的临界湿度约为 50－70％之间。
碳粒吸附SO2及水汽，形成酸液 3、颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚水份
沙粒在金属表面形成缝隙，凝聚水分，形成 氧浓差电池
防止大气腐蚀的措施
1. 提高材料的耐蚀性：向普碳钢中加入Cu、 P、Cr、Ni、微量Ca和Si。
2. 表面涂层保护：油漆、金属镀层或暂时性 保护涂层。
3. 改变局部大气环境：使用气相缓蚀剂和控 制大气湿度。
－为金属全浸在电解质溶液中的腐蚀。
干大气 腐蚀
潮大气 腐蚀
湿大气 腐蚀
全浸 腐蚀
实际环境中大气腐蚀：
环境条件的变化，随着晴、雨、雪、白 天、夜晚等的出现，三种腐蚀情况交替出 现，是金属处于表面薄层电解液膜下的腐 蚀过程，因此主要是电化学腐蚀。
通常的大气腐蚀指常温下潮湿空气中的 腐蚀，主要考虑潮和湿大气腐蚀。
液膜，腐蚀速度很低，主要为化学氧化作 用。在金属的表面形成极薄的氧化膜。
潮大气腐蚀
定义： 当大气中的相对湿度足够高，在金属表面 存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀。 例如：铁在没Hale Waihona Puke Baidu雨雪淋到时的生锈。
工业大气环境中耐候钢锈层稳定化过程示意图
大气腐蚀的影响因素
▪ 相对湿度 : 在一定温度下大气中实际水蒸汽压力与
饱和水蒸汽压力之比。 ▪ 临界湿度:
腐蚀速度开始急剧增加的湿度. 钢铁、Cu、Ni、Zn等金属的临界湿度约为 50－70％之间。
碳粒吸附SO2及水汽，形成酸液 3、颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚水份
沙粒在金属表面形成缝隙，凝聚水分，形成 氧浓差电池
防止大气腐蚀的措施
1. 提高材料的耐蚀性：向普碳钢中加入Cu、 P、Cr、Ni、微量Ca和Si。
2. 表面涂层保护：油漆、金属镀层或暂时性 保护涂层。
3. 改变局部大气环境：使用气相缓蚀剂和控 制大气湿度。
－为金属全浸在电解质溶液中的腐蚀。
干大气 腐蚀
潮大气 腐蚀
湿大气 腐蚀
全浸 腐蚀
实际环境中大气腐蚀：
环境条件的变化，随着晴、雨、雪、白 天、夜晚等的出现，三种腐蚀情况交替出 现，是金属处于表面薄层电解液膜下的腐 蚀过程，因此主要是电化学腐蚀。
通常的大气腐蚀指常温下潮湿空气中的 腐蚀，主要考虑潮和湿大气腐蚀。
液膜，腐蚀速度很低，主要为化学氧化作 用。在金属的表面形成极薄的氧化膜。
潮大气腐蚀
定义： 当大气中的相对湿度足够高，在金属表面 存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀。 例如：铁在没Hale Waihona Puke Baidu雨雪淋到时的生锈。
金属的腐蚀与防护苏教版
金属腐蚀的危害
01
02
03
资源浪费
金属是一种宝贵的资源， 由于腐蚀而浪费大量的金 属，造成资源浪费和经济 损失。
安全隐患
金属结构的腐蚀可能导致 结构强度下降，引发安全 事故。
环境污染
金属腐蚀过程中可能产生 有毒有害物质，对环境造 成污染。
金属腐蚀的分类
01
02
03
04
全面腐蚀
金属表面均匀地受到腐蚀，通 常表现为金属厚度的均匀减薄
金属表面的状态
表面粗糙度
表面粗糙度越大，金属与介质接触的 表面积越大，腐蚀速率越快。
表面膜
金属表面形成的氧化膜、锈蚀产物等 能影响腐蚀速率，有些膜能保护金属 不受腐蚀，有些则加速腐蚀。
04
金属腐蚀的防护措施
电化学保护
阴极保护
通过向金属提供电子，使其成为原电池的阴极，从而防止腐蚀。常用的方法有 外加电流法和牺牲阳极法。
防护性能。
涂层厚度测量
02
通过测量涂层的厚度，评估涂层的防护效果和覆盖程度。
涂层硬度检测
03Байду номын сангаас
通过检测涂层的硬度，评估涂层的耐磨性和抗划伤性能。
环境因素检测方法
温度检测
通过测量环境温度，评估温度对金属腐蚀的影响。
湿度检测
通过测量环境湿度，评估湿度对金属腐蚀的影响。
金属在自然环境中的腐蚀
腐蚀监测与检测的应用场景
石油化工行业
在石油化工行业中，大量金属管道和设备处于高温、高压、腐蚀 性介质的环境中，需要进行定期监测与检测。
交通运输行业
轨道交通、船舶、飞机等交通工具的金属结构需要定期进行腐蚀监 测与检测，以确保安全运行。
建筑行业
钢结构建筑需要进行定期的腐蚀监测与检测，以确保结构的稳定性 和安全性。
金属在自然环境中的腐蚀
目录
• 引言 • 金属腐蚀的原理与类型 • 影响金属腐蚀的因素 • 金属防腐蚀的方法与技术 • 金属腐蚀的监测与检测 • 案例分析
01
引言
腐蚀的定义与影响
腐蚀的定义
金属在自然环境中受到物理、化 学或电化学作用而发生的破坏或 变质现象。
腐蚀的影响
金属结构损坏、设备失效、资源 浪费、安全隐患等。
建筑行业中的金属腐蚀案例
钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀
01
在潮湿的环境下，钢筋容易受到电化学腐蚀，导致混凝土结构
破坏。
铝合金门窗的腐蚀
02
铝合金门窗在长期使用过程中，受到大气中的污染物和水分的
影响，容易出现腐蚀现象。
铜质水管和排水管的腐蚀
03
铜质水管和排水管在使用过程中，受到水中的化学物质和氧气
的影响，容易发生腐蚀。
详细描述
生物腐蚀通常发生在潮湿环境中，微生物、细菌等生物在金 属表面生长繁殖，形成生物膜。这些生物膜能够加速金属的 腐蚀过程，因为它们能够提供电解质溶液和金属之间的离子 传输通道。
第五章-自然环境中的腐蚀
5.1.6 防止大气腐蚀的措施 提高材料的耐蚀性：向碳钢中加入Cu、 提高材料的耐蚀性：向碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni、微 Cu Cr、Ni、 Ca和 量Ca和Si 表面涂层保护：油漆、 表面涂层保护：油漆、金属镀层或暂时性保护涂层 改变局部大气环境： 改变局部大气环境：使用气相缓蚀剂和控制大气湿度 合理设计和环境保护：防止缝隙中存水，避免落灰，加 合理设计和环境保护：防止缝隙中存水，避免落灰， 强环保， 强环保，减少大气污染
M + xH 2O → M
n+
⋅ xH 2O + n e
O2 + 2 H 2O + 4e → 4OH −
5.1.3 大气分类 按暴露场地所处地区的环境条件 工业性大气：在工厂集中的工业区内，被工业性介质( 工业性大气：在工厂集中的工业区内，被工业性介质(如 煤灰等) SO2、H2S、NH3、煤灰等)污染较严重的大气 条件 200m以内的地区 海洋性大气： 靠海边200m以内的地区， 海洋性大气： 靠海边200m以内的地区，容易受到盐雾污染 的大气条件 远离城市的乡村，空气洁净， 远离城市的乡村，空气洁净，基本上是没有 农 村 大 气： 被工业性介质及盐雾污染的大气条件 在城市边沿地区， 在城市边沿地区，被工业性介质轻微污染的 城 郊 大 气： 大气条件
区域II 区域II
腐蚀速度
I
II
材料腐蚀与防护-05-自然环境腐蚀
5
中国地质大学（北京）材料科学与工程学院
材料腐蚀与防护
5.2.1 海洋环境分类及其腐蚀特点
海洋区域 深海区 环境条件 钢的腐蚀行为 氧含量可变化。 钢的腐蚀较轻。 在太平洋中，深 海区的氧含量往 往比表层的低得 多，而在大西洋 中，二者差别不 大。
5.2.1 海洋环境分类及其腐蚀特点
海洋区域 海泥区 环境条件 钢的腐蚀行为 往往存在细菌， 海泥通常是腐蚀性的， 很少是惰性的。有可能 如硫酸盐还原菌。 海底沉积物的来 形成海泥一海底水腐蚀 源 特征和性状 电池。埋没的钢样板在 源、特征和性状 电池 埋没的钢样板在 不同。 海泥中有快速腐蚀的趋 势。 0.075mm/a
第五章 金属在自然环境中 金属在自然 境中 的腐蚀与防护
第五章 金属在自然环境中的腐蚀与防护
第五章 金属在自然环境中的腐蚀与防护
5.1 大气腐蚀 5.2 海水腐蚀 5.3 土壤腐蚀 5.4 微生物腐蚀
5.1 大气腐蚀
5.2 海水腐蚀 5.3 土壤腐蚀 5.4 微生物腐蚀
5.1 大气腐蚀
5.1 大气腐蚀
5.1.1 大气腐蚀的分类
I 金属表面只有几个水分子 层的水膜，还没有形成连续的 电解质溶液，相当于干大气腐 蚀，腐蚀速率很小。 II 金属表面水膜厚度约在 1m时，由于形成连续电解质 时，由于形成连续电解质 溶液，腐蚀速率急剧增加，潮 大气腐蚀。 III 水膜厚度增加到1mm，发 生湿大气腐蚀，氧欲通过液膜 扩散到金属表面显著困难，腐 蚀速率明显下降。 IV 水膜厚度大于1mm，相当于完全浸在电解液中的腐蚀， 腐蚀速率基本不变。
第五章 自然环境中的腐蚀
5.2.3.3土壤腐蚀的控制特征 当腐蚀决定于腐蚀微电池的作用 时，腐蚀过程强烈地为阴极过程 所控制（图a），与浸没在静止电 解液中的情况相似； 疏松干燥的土壤中，腐蚀过程转 变为阳极控制占优势（图b），此 时腐蚀近似于大气腐蚀； 长距离宏电池作用下的土壤腐蚀， 如果地下管道经过透气性不同的 土壤形成氧浓差腐蚀电池时，土 壤的电阻成为主要的腐蚀控制因 素，其控制特征是阴极—电阻混 合控制或者甚至是电阻控制占优 势（图c）
5.1.4大气腐蚀的影响因素
大气腐蚀的影响因素比较复杂，但主要受环境的湿度、温度、及大 气中污染物的影响。 5.1.4.1 湿度 金属的大气腐蚀与水膜的厚薄有直接关系，而水膜的厚度又与大气中 的水含量有关。结露是发生潮大气腐蚀的前提。空气的湿度越大，金属与 空气的温差越大，越容易结露，腐蚀速度相应越大。 超过临界湿度，金属表面就已经能够形成完整的水膜，使电化学腐蚀顺 利进行。大气中水蒸气在相对湿度低于100%发生凝结的原因见P146。
5.2.4土壤中的腐蚀电池
在土壤中起作用的腐蚀宏电池类型： （1）长距离腐蚀宏电池； （2）土壤的局部不均一性所引起的腐蚀宏电池；
（3）埋设深度不同及边缘效应所引起的腐蚀宏 电池； （4）金属所处状态的差异引起的腐蚀宏电池由 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，也能形成腐蚀宏电池。
5.2.5.4 土壤腐蚀性的估计 到目前为止，在土壤的腐蚀性和土壤各项物理、化学及生物学因素之间 尚不能建立简单的对应关系。一般采用间接试验方法来确定土壤的侵蚀性。 采用单项指标作为土壤腐蚀性的分级标准常常是不够准确的，最好综合考虑 环境因素，采取多项指标进行综合评价。 表5-2是美国使用的一种土壤腐蚀的评价方法，这是一种综合评定方法。
金属腐蚀学习课件 金属在各种环境中的腐蚀
海水的主要成分
离子 浓度％0
离子
ClSO42HCO3-
BrFBO33-
18.98 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3
Na+ M g2+
Ca2+
K+ Sr2+
浓度 ％0
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 腐蚀率 速 M/S g/m2.n
海水流速 腐蚀率
石油磺酸钡 氧化石油脂 苯甲酸丁酯 变压器油
2% 1% 1% 余量
轴承，工具机械 室内封存防锈
（热涂型）
01号气 相防锈 纸
尿素
30%
苯甲酸钠 20%
亚硝酸钠 30%
蒸馏水 160%
钢，铜及其合金，
镀锌层，镀隔层
法兰件，硅钢片， 9号气
铝等组合件组成 相防锈 的仪器，仪表的 纸
库存及长期封存。
苯并三氮唑 50% 乌各托品 33% 苯甲酸铵 17% 蒸馏水 300%
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(%)
金属在各种环境中的腐蚀_
4.1.2.2 腐蚀机理
• 大气腐蚀条件ห้องสมุดไป่ตู้同，锈层成分和结构是很复杂。
• Evans 认为大气腐蚀的锈层处在潮湿条件下，锈 层起强氧化剂作用 , 在锈层内阳极反应发生在金 属/Fe3O4界面上：
• Fe → Fe2+ +2e (4-3) (4-4) • 阴极反应发生在Fe3O4/FeOOH界面上: • 6FeOOH + 2e → 2 Fe3O4 + 2H2O
• 外层由疏松的结晶α-FeOOH和γ-FeOOH构成。
锈层生成的动力学规律
• 锈层生成的动力学曲线遵循幂定律； P＝Ktn (4-5) • P-失重量，K-常数，t-暴露时间，n-常数。
4.1.3 工业大气中金属腐蚀特点
• 工业大气中的 SO2 、 NO2 、 H2S 、 NH3 等都增加 大气的腐蚀作用，加快金属的腐蚀速度． • 石油、煤等燃科的废气中含SO2最多，在城市和 工业区SO2的含量可达0.1~100mg/m3。 1)Air很纯, 很小, 随湿度增加仅有轻微增加。 2)污染空气，相对湿度<70%时，长期暴露， V 也 很小；有 SO2 存在，当相对湿度略 >70% ，腐蚀 速度急剧增加。 3)硫酸铵和煤烟粒子污染的空气加速金属腐蚀。
• 大气中SO2对不耐H2SO4腐蚀的金属，如Fe、 Zn、Cd 、Ni影响显著。
金属的腐蚀现象及腐蚀的预防措施
金属的腐蚀现象及腐蚀的预防措施金属的腐蚀现象及腐蚀的预防措施
金属的腐蚀是指金属与周围环境发生化学反应，导致金属表面逐渐受到破坏的现象。腐蚀会严重影响金属材料的性能和寿命，给社会经济发展带来不利影响。为了预防金属腐蚀，我们可以采取一系列措施。本文将介绍金属腐蚀的常见原因和腐蚀的预防措施。
一、金属腐蚀的原因
1. 酸性环境：
酸性环境中的酸性物质可以与金属发生化学反应，导致腐蚀。这是最常见的金属腐蚀原因之一。酸雨、酸性土壤以及化学工业排放的废气等都会导致金属腐蚀。
2. 氧化作用：
金属与氧气反应会生成金属氧化物，并伴随着电化学反应，造成金属表面的腐蚀。这种腐蚀通常称为氧化腐蚀。其中，铁的氧化腐蚀即为我们所熟知的铁锈。
3. 湿度和水分：
金属暴露在高湿度的环境中，容易吸附水分形成液态水，造成金属腐蚀。尤其是在氯化物等电解质存在的情况下，腐蚀加剧。
4. 金属离子的迁移：
当金属表面存在细微缺陷或损伤时，金属离子可以通过迁移，转移到其他区域并沉积在金属表面，引起腐蚀。这一过程称为自腐蚀。
二、金属腐蚀的预防措施
1. 表面保护措施：
涂层和镀层是表面保护金属的有效措施。通过在金属表面形成密封的保护膜，可以隔绝金属与外界环境的直接接触，减少腐蚀的风险。常见的涂层和镀层包括油漆、烤漆、镀锌等。
2. 金属合金的选择：
选择合适的金属合金，可以有效降低金属腐蚀的风险。例如，不锈钢是一种能够抵抗氧化腐蚀的金属合金，常用于制造耐腐蚀的设备和构件。
3. 阻挡腐蚀剂的接触：
在一些特殊环境中，可以采用阻止腐蚀剂接触金属的措施。例如，对于金属管道，可以通过加压、阴极保护等方式，减少管道内部介质对金属的腐蚀侵蚀。
自然环境中金属的腐蚀
电化学保护
01
阴极保护
通过向金属表面施加阴极电流，使金属成为原电池的阴极，从而受到保
护，减缓腐蚀过程。阴极保护常用于保护水下和地下金属结构物。
02 03
阳极保护
通过向金属表面施加阳极电流，使金属成为原电池的阳极，从而受到保 护，减缓腐蚀过程。阳极保护常用于保护具有钝化膜的金属结构物，如 不锈钢等。
控制环境氧气
某些金属在缺氧的环境中不易发生腐蚀，因此可以通过控制环境中氧气含量来减缓金属腐蚀。例如，在密封容器中使 用干燥剂或使用惰性气体覆盖等方法可以降低环境中的氧气含量。
调节环境酸碱度
某些金属在不同的酸碱度条件下具有不同的耐腐蚀性。因此，可以通过调节环境酸碱度来减缓金属腐蚀 。例如，在工业生产中可以使用酸碱中和剂来调节酸碱度，以保护设备不受腐蚀。
自然环境中金属的腐蚀
CATALOGUE
目ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ录
• 金属腐蚀的定义与类型 • 金属腐蚀的影响因素 • 金属防腐的方法与技术 • 金属腐蚀的案例研究
01
CATALOGUE
金属腐蚀的定义与类型
定义
金属腐蚀
金属与周围环境中的物质发生化 学或电化学反应，导致金属性能 退化或破坏的现象。
腐蚀反应
金属与腐蚀介质之间发生的氧化 还原反应，导致金属原子转化为 离子或化合物，从而造成金属损 失。
材料腐蚀与防护金属在大气中的腐蚀
如：水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上。
2.大气腐蚀机理 大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合
电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。
阴极过程：
阳极过程：
在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。
图4-1Evans锈层模型示意图
由图可见锈层内发生 Fe 3? →Fe 2? 的还原反应，锈层参与了阴极过程。 碳钢锈层结构一般分内外两层。内层紧靠钢和锈的界面上，附着
性好，结构较致密，主要由致密的带少许 Fe304晶粒和非晶 FeOOH 构 成；外层由疏松的结晶 α-FeOOH和γ-FeOOH 构成。 .
4.影响大气腐蚀的因素及防蚀方法 （1）影响因素
影响大气腐蚀的因素很多，这里主要讨论影响大气腐蚀的几 个主要因素：湿度、大气成分等。
1）湿度 见图4-4，可见，湿度小于临界湿度时，腐蚀速度很慢，几乎不 被腐蚀。
图4-4 铁在质量分数为0.01％ 的SO2的空 气中经wenku.baidu.com5天后的增重与相对湿度的关系
2）大气成分
大气除基本组成外，由于地理环境不同，常含有SO2、H2S、 NaCl及尘埃等杂质。这些大气污染物质，不同程度地加速腐蚀。
2.大气腐蚀机理 大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合
电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。
阴极过程：
阳极过程：
在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。
图4-1Evans锈层模型示意图
由图可见锈层内发生 Fe 3? →Fe 2? 的还原反应，锈层参与了阴极过程。 碳钢锈层结构一般分内外两层。内层紧靠钢和锈的界面上，附着
性好，结构较致密，主要由致密的带少许 Fe304晶粒和非晶 FeOOH 构 成；外层由疏松的结晶 α-FeOOH和γ-FeOOH 构成。 .
4.影响大气腐蚀的因素及防蚀方法 （1）影响因素
影响大气腐蚀的因素很多，这里主要讨论影响大气腐蚀的几 个主要因素：湿度、大气成分等。
1）湿度 见图4-4，可见，湿度小于临界湿度时，腐蚀速度很慢，几乎不 被腐蚀。
图4-4 铁在质量分数为0.01％ 的SO2的空 气中经wenku.baidu.com5天后的增重与相对湿度的关系
2）大气成分
大气除基本组成外，由于地理环境不同，常含有SO2、H2S、 NaCl及尘埃等杂质。这些大气污染物质，不同程度地加速腐蚀。
金属的腐蚀与防护完整版课件
护的铁闸门连接在电源的负极上。
答案:(1)负极:2Fe-4e- 2Fe2+ 正极:O2+2H2O+4e- 4OH(2)C (3)负
正极:O2+2H2O+4e- 4OH-
总反应 2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2
1.理解金属发生电化学腐蚀的原因。
2.了解金属腐蚀的危害。 3.了解电化学腐蚀的类型及差异并能写出 电极反应。 4.知道金属防护的方法。
金属的电化学腐蚀
1.金属腐蚀的定义 金属或合金与周围环境中的物质发生化学 反应而腐蚀损耗的现象。 2.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子而被氧化的过程。
金属的腐蚀
【问题导引】 1.化学腐蚀与电化学腐蚀有何异同? 2.如何判定金属的腐蚀是析氢腐蚀,还是 吸氧腐蚀?哪种腐蚀更为普通?
【疑难剖析】
1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀
相同点
金属原子失去电子而被氧化的过程,即金属 原子转化为阳离子的过程
条
金属与氧化
不纯金属与电
件
剂直接接触
解质溶液接触
现 象
无电流
有微弱电流
本 质
金属被氧化
活泼金属被氧化
相互关系
往往同时发生,电化学腐蚀比化学腐蚀普遍 得多,危害更严重
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
答案:(1)负极:2Fe-4e- 2Fe2+ 正极:O2+2H2O+4e- 4OH(2)C (3)负
正极:O2+2H2O+4e- 4OH-
总反应 2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2
1.理解金属发生电化学腐蚀的原因。
2.了解金属腐蚀的危害。 3.了解电化学腐蚀的类型及差异并能写出 电极反应。 4.知道金属防护的方法。
金属的电化学腐蚀
1.金属腐蚀的定义 金属或合金与周围环境中的物质发生化学 反应而腐蚀损耗的现象。 2.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子而被氧化的过程。
金属的腐蚀
【问题导引】 1.化学腐蚀与电化学腐蚀有何异同? 2.如何判定金属的腐蚀是析氢腐蚀,还是 吸氧腐蚀?哪种腐蚀更为普通?
【疑难剖析】
1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀
相同点
金属原子失去电子而被氧化的过程,即金属 原子转化为阳离子的过程
条
金属与氧化
不纯金属与电
件
剂直接接触
解质溶液接触
现 象
无电流
有微弱电流
本 质
金属被氧化
活泼金属被氧化
相互关系
往往同时发生,电化学腐蚀比化学腐蚀普遍 得多,危害更严重
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀与防护
金属是一种常见而重要的材料，广泛应用于工业、建筑、制造等领域。然而，金属在使用过程中常常面临腐蚀的问题，对其性能和使用寿命造成了严重影响。因此，了解金属腐蚀的原因和防护方法显得尤为重要。
一、金属腐蚀的原因
金属腐蚀是由于金属与环境中的氧气、水和其他化学物质发生反应而导致的。以下是几个常见的金属腐蚀原因：
1. 电化学腐蚀：电化学腐蚀是金属在电解质溶液中受到外加电位作用而发生的腐蚀。金属表面存在着自然的氧化膜，当金属与电解质接触时，形成一个电池，产生氧化还原反应，导致金属腐蚀。
2. 化学腐蚀：化学腐蚀通常是由于金属与酸、碱等化学物质直接接触而引起的。这些化学物质腐蚀金属表面，破坏其结构，使金属失去原有的性能。
3. 氧化腐蚀：金属与空气中的氧气发生反应而引起的腐蚀称为氧化腐蚀。氧化腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，例如铁与氧气发生氧化反应产生铁锈。
二、金属腐蚀的防护方法
为了延长金属的使用寿命，减少腐蚀带来的负面影响，人们采取了各种防护方法。以下是几种常见的金属腐蚀防护方法：
1. 金属涂层：涂层是一种常见的金属腐蚀防护方法。通过在金属表
面形成一层保护膜，阻隔金属与环境的接触，减少氧气、水分和化学
物质对金属的腐蚀作用。常用的涂层材料包括涂漆、镀层等。
2. 阳极保护：阳极保护是一种利用电化学原理来防护金属腐蚀的方法。通过向金属表面提供一个较为容易腐蚀的阳极，使金属处于被保
护的状态，避免与环境中的氧气发生氧化反应。
3. 金属合金：金属合金是由两种或多种金属混合而成的材料。通过
合金的方式可以提高金属的抗腐蚀性能，减少腐蚀的发生。例如，不
金属在各种环境中的腐蚀
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(%)
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
30 50 60 80
90
99
相对湿度逐渐增大(到99%)
含有地壳中所有的自然状态的元素。海水的pH值 在7.2 8.6，呈微碱性。海水的温度在 –2 ~ 35C 之间。 海水导电性强 海水中含氧量大，表层海水可以认为被氧饱和。 随温度变化，氧的含量在5 ~ 10mg/L范围。
海水的主要成分
离子 浓度％0
离子
ClSO42HCO3-
BrFBO33-
18.98 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
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。 当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的水膜。 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 金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。
大气腐蚀的特点
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(%)
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
30 50 60 80
90
99
相对湿度逐渐增大(到99%)
含有地壳中所有的自然状态的元素。海水的pH值 在7.2 8.6，呈微碱性。海水的温度在 –2 ~ 35C 之间。 海水导电性强 海水中含氧量大，表层海水可以认为被氧饱和。 随温度变化，氧的含量在5 ~ 10mg/L范围。
海水的主要成分
离子 浓度％0
离子
ClSO42HCO3-
BrFBO33-
18.98 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
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。 当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的水膜。 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 金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。
大气腐蚀的特点
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4
大气腐蚀实例-管道、设备的腐蚀
5
大气腐蚀
大气的近似组成
（不包括杂质）温度10 C,压力100KN/m
o 2
成分
空气 氮(N2) 氧 (O2) 氩(Ar) 水蒸汽 二氧化 碳
克/米３
1172 879 269 15 8 0.5
重量％
100 75 23 1.26 0.70 0.04
成分
氖 (Ne) 氪(Kr) 氦 (He) 氙(Xe) 氢(H2)
13
大气腐蚀
毛细管半 o 径,A
360 94 47
冷疑时相对 毛细管半径, 冷疑时相对 o A 湿度% 湿度%
98 90 80 30 21 15 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
14
大气腐蚀
与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20 C)
o
溶液中的盐
相对湿 度%
溶液中的盐
相对 湿度%
硫酸铜 CuSO4.5H2O 硫酸钾 K2SO4 硫酸钠 Na2SO4 碳酸钠 Na2CO3.10H2O 硫酸亚铁 FeSO4.7H2O 硫酸锌 ZnSO4.7H2O 硫酸镐 3CdSO4.8H2O 氯化钾 KCl 硫酸铵 (NH4)2SO4
大气腐蚀原理
化学凝聚
H2O
吸附凝聚
H2O
毛细管凝聚 O2 O2
H2O
OH-
M
Mn+
Байду номын сангаас
e e
阴极反应：O2+ H2O + 4e 4OH— 阳极反应：Fe Fe2++2e 湿条件： 4Fe2O3 + Fe2++ 2e 3Fe3O4
干条件： 3Fe3O4 + 0.75 O2 4.5 Fe2O3
8
大气腐蚀是一种电化学过程，对于大气的腐蚀 性，有时不能光看某些腐蚀性气体的含量和降尘量 的 大 小 ， 如 沈 阳 大 气 污 染 中 SO2 最 大 浓 度 达 1.38mg/m3，降尘量高达953mg/m2，五年合计相对湿 度≥70％RH的日数为619天；上海大气中SO2最大浓 度为 0.19mg/m2 ，五年合计相对湿度＞ 70 ％ RH 的日 数为1162天，且气温比沈阳高。 实验结果表明腐蚀以上海最为严重，广州次之， 沈阳更次之，因为上海湿度大的天数比沈阳高一倍， 而侵蚀介质又比广州高。可见，大气腐蚀是一个综 合作用的结果，在分析大气腐蚀性时，通常碳钢的 大气腐蚀速率取决于湿度、温度、降水量、凝露以 及大气组成、灰尘、含盐量、大气污染等。
9
通常存在着临界相对湿度，即金属腐蚀速率突 然上升时的相对湿度。当RHM65％时，物体表面上附 着0.001～0.01μm的水膜，如水膜中溶解有酸、碱、 盐，则会加速大气腐蚀。空气中相对湿度愈高，金 属表面上的水膜愈厚。一般在干湿交替的情况下腐 蚀性最强。
PM2.5(particulate matter颗粒物) 是指大气中直径小于或等于 2.5μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人 的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量 很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与 较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、 有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人 体健康和大气环境质量的影响更大。
7
春季测量 的数字
氨(NH3) 氯化物(空气样品) 氯化物(雨水样品) 尘粒
毫克/升
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
在腐蚀学科中，常把大气分为工业、海洋和农 村大气三类，其中的海洋大气腐蚀最为严重，工 业大气次之，农村大气最轻。 日常生活中，常可看到海边城市自行车圈锈 蚀比内陆的严重的多，据文献介绍钢在海岸的腐 蚀比在沙漠中大 400 ～ 500 倍；离海岸 24m 的钢试样 比内陆 mm 的腐蚀快 12 倍；工业大气比沙漠区的腐 蚀可能大50至100倍。 工业大气的腐蚀性超过农村大气，主要原因是 空气污染严重，含有大量的腐蚀性气体，如 SO2 、 CO2 等。海洋大气因其含有盐分及海水的蒸发，使 其腐蚀性较之工业和农村大气都严重。
98 98 93 92 92 90 89 86 81
氯化铵 氯化钠 氯化亚铜 氯化亚铁 氯化镍 碳酸钾 氯化镁 氯化钙 氯化锌
NH4Cl NaCl CuCl2.2H2O FeCl2 NiCl2 K2CO3.2H2O MgCl2.6H2O CaCl2.6H2O ZnCl2.XH2O
80 76 68 56 54 44 34 32 10
湿/干交替— 腐蚀不断发展
20
大气腐蚀机理
金属基底 微孔内 氧化物界面 氧化物外层
Fe
Fe 2+ + 2e Fe3O4 +H2O 3 Fe3O4 + H2O
3Fe 2+ + 2OH- +1/2O2 8FeOOH + 3Fe 2+ +2e
3 Fe3O4 +0.75 O2 + 4.5 H2O
9FeOOH
1)空气非常纯时，腐蚀速度 相当小，随着湿度增加仅有 轻微增加。
22
被硫酸铵和煤烟粒子污染 的空气加速金属腐蚀。 可见：在污染大气中，低于 临界湿度时，金属表面无水膜， 化学作用引起腐蚀，腐蚀速度很 小；高于临界湿度时，由于水膜 的形成，发生了电化学腐蚀，腐 蚀速度急剧增加。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐 蚀与相对湿度的关系 A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2 C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2 E-烟粒+0.01﹪SO2
第五章金属在各种环境中的腐蚀
一.金属在大气中的腐蚀 二.金属在海水中的腐蚀 三.金属在土壤中的腐蚀 四.金属在各种工业环境中的腐蚀 • 各自特点,腐蚀机理,影响腐蚀因素和防腐蚀 方法
1
一.金属在大气中的腐蚀 钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿 的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢?
2
大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀
3
大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀
烟气露点腐蚀是由于燃料中硫元素在燃烧时生成SO2，SO3，当换热面的外表面温度 低于烟气温度时，在换热面上就会形成硫酸雾露珠，导致换热面腐蚀。根据我国燃料 的含硫量露点温度一般在105－130℃范围内。解决方法：1.设计时保证烟道系统温度 不低于硫酸露点；2.温度低于硫酸露点的部分采取防护措施。
11
(1)干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的 腐蚀。 特点：在金属表面形成不可见的保护性氧化膜(1~10nm)。 如铜在被硫化物污染的空气中所形成的一层膜。 (2)潮大气腐蚀：潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于100％ 的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层(10nm~1um)发 生的腐蚀。 例如，铁即使没受雨淋也会生锈。 (3)湿大气腐蚀：湿大气腐蚀指金属在相对湿度大于100％的 大气中，表面存在肉眼可见的水膜(1um~1mm)发生的腐蚀。 如：水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上。 （发达国家的饮用水是渗透与反渗透得来的，不用漂白粉 杀菌，没有氯离子存在，而我国自来水最后用漂白粉...）
23
大气中SO2对不耐H2SO4腐蚀的金属，如Fe、Zn、Cd、Ni 的影响十分明显，如图，碳钢的腐蚀速度随大气中SO2含量呈直 线关系上升。
图4-3 大气中SO2含 量对碳钢腐蚀的影响
SO2促进金属大气腐蚀的机制，主要有两种方式： ①认为部分SO2在空气中能直接氧化成SO3，SO3溶于水后形 成H2SO4。 ②认为有一部分SO2吸附在金属表面上，与Fe作用生成易溶 的硫酸亚铁，FeSO4进一步氧化，并由于强烈的水解作用生成 了H2SO4，H2SO4再与铁作用，按这种循环方式加速腐蚀。 24
工业大气对腐蚀的影响
10
一.金属在大气中的腐蚀
大气腐蚀：金属材料在大气条件下发生化学或电化学反应引起 材料的破损称为大气腐蚀。 大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。据统计由于大气腐蚀 而损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上，因在大气中使用的钢 材量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械 设备、车辆等都是在大气环境下使用。因此了解和研究大气腐蚀 是非常必要的。 1.大气腐蚀的分类 大气的主要成分不变，只有水分含量随地域、季节、时 间等条件而变化。根据金属表面潮湿度的不同，把大气腐蚀分为 三类：
15
(根据ToMaWoB.O’Brient等)
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
腐 蚀 速 度
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅰ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
16
I 区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形 成连续的电解液，相当于“干氧化”状态，发生纯化学 腐蚀。 II区对应于“潮大气腐蚀”状态，出于电解液膜的存在， 开始了电化学腐蚀过程．腐蚀速度急剧增加。 III 区为可见的液膜层， III 区相当于“湿大气腐蚀”。 随着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐 蚀速度也相应降低。液膜更厚就进入IV区，这与浸泡在 液体中的腐蚀相同。 一般环境的大气腐蚀大多是在II、III区进行的，随着气 候条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式可 以互相转换。
18
（2）锈蚀机理 在锈层内阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上：
阴极反应发生在Fe3O4/FeOOH界面上： 可见锈层参与了阴极过程，图4-1为Evans锈层模型图。
图4-1Evans锈层模型示意图
由图可见锈层内发生 Fe3 →Fe2 的还原反应，锈层参与了阴极过程。 碳钢锈层结构一般分内外两层。内层紧靠钢和锈的界面上，附着 性好，结构较致密，主要由致密的带少许Fe3O4晶粒和非晶FeOOH构 19 成；外层由疏松的结晶 α-FeOOH和γ-FeOOH构成。 .
21
3.工业大气中金属腐蚀特点 工业大气中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大气的腐 蚀作用，加快金属的腐蚀速度。 图4-2示出了抛光钢片在纯净空气中，含SO2的空气及含有 固体杂质的空气中腐蚀随相对湿度增加的试验结果。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐蚀与相对湿 度的关系 A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2 C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2 E-烟粒+0.01﹪SO2
毫克/米３
重量
12
14
4 0.8 0.5 0.05
P2.4
3 0.7 0.4 0.04
根据Meetham.
转引自＜ Corrosion＞ 上卷
6
大气腐蚀
大 气 杂 质 的 典 型 浓 度
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3) 硫化氢(H2S)
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 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
17
2.大气腐蚀机理
大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合 电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。 阴极过程： 阳极过程： 在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。 当液膜增厚，相当于湿的大气腐蚀时，氧到达金属表面有一 个扩散过程，因此腐蚀过程受氧扩散过程控制。 因此潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主 要受阴极过程控制。
12
• 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。 金属表面上水膜的形成： – 1. 毛细凝聚：微细裂纹、结构间隙、空隙、尘埃微粒 形成毛细管。 – 2 .吸附凝聚：不饱和键力 – 3. 化学凝聚：吸水性化合物如NaCl、NH4NO3
大气腐蚀实例-管道、设备的腐蚀
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大气腐蚀
大气的近似组成
（不包括杂质）温度10 C,压力100KN/m
o 2
成分
空气 氮(N2) 氧 (O2) 氩(Ar) 水蒸汽 二氧化 碳
克/米３
1172 879 269 15 8 0.5
重量％
100 75 23 1.26 0.70 0.04
成分
氖 (Ne) 氪(Kr) 氦 (He) 氙(Xe) 氢(H2)
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大气腐蚀
毛细管半 o 径,A
360 94 47
冷疑时相对 毛细管半径, 冷疑时相对 o A 湿度% 湿度%
98 90 80 30 21 15 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
14
大气腐蚀
与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20 C)
o
溶液中的盐
相对湿 度%
溶液中的盐
相对 湿度%
硫酸铜 CuSO4.5H2O 硫酸钾 K2SO4 硫酸钠 Na2SO4 碳酸钠 Na2CO3.10H2O 硫酸亚铁 FeSO4.7H2O 硫酸锌 ZnSO4.7H2O 硫酸镐 3CdSO4.8H2O 氯化钾 KCl 硫酸铵 (NH4)2SO4
大气腐蚀原理
化学凝聚
H2O
吸附凝聚
H2O
毛细管凝聚 O2 O2
H2O
OH-
M
Mn+
Байду номын сангаас
e e
阴极反应：O2+ H2O + 4e 4OH— 阳极反应：Fe Fe2++2e 湿条件： 4Fe2O3 + Fe2++ 2e 3Fe3O4
干条件： 3Fe3O4 + 0.75 O2 4.5 Fe2O3
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大气腐蚀是一种电化学过程，对于大气的腐蚀 性，有时不能光看某些腐蚀性气体的含量和降尘量 的 大 小 ， 如 沈 阳 大 气 污 染 中 SO2 最 大 浓 度 达 1.38mg/m3，降尘量高达953mg/m2，五年合计相对湿 度≥70％RH的日数为619天；上海大气中SO2最大浓 度为 0.19mg/m2 ，五年合计相对湿度＞ 70 ％ RH 的日 数为1162天，且气温比沈阳高。 实验结果表明腐蚀以上海最为严重，广州次之， 沈阳更次之，因为上海湿度大的天数比沈阳高一倍， 而侵蚀介质又比广州高。可见，大气腐蚀是一个综 合作用的结果，在分析大气腐蚀性时，通常碳钢的 大气腐蚀速率取决于湿度、温度、降水量、凝露以 及大气组成、灰尘、含盐量、大气污染等。
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通常存在着临界相对湿度，即金属腐蚀速率突 然上升时的相对湿度。当RHM65％时，物体表面上附 着0.001～0.01μm的水膜，如水膜中溶解有酸、碱、 盐，则会加速大气腐蚀。空气中相对湿度愈高，金 属表面上的水膜愈厚。一般在干湿交替的情况下腐 蚀性最强。
PM2.5(particulate matter颗粒物) 是指大气中直径小于或等于 2.5μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人 的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量 很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与 较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、 有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人 体健康和大气环境质量的影响更大。
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春季测量 的数字
氨(NH3) 氯化物(空气样品) 氯化物(雨水样品) 尘粒
毫克/升
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
在腐蚀学科中，常把大气分为工业、海洋和农 村大气三类，其中的海洋大气腐蚀最为严重，工 业大气次之，农村大气最轻。 日常生活中，常可看到海边城市自行车圈锈 蚀比内陆的严重的多，据文献介绍钢在海岸的腐 蚀比在沙漠中大 400 ～ 500 倍；离海岸 24m 的钢试样 比内陆 mm 的腐蚀快 12 倍；工业大气比沙漠区的腐 蚀可能大50至100倍。 工业大气的腐蚀性超过农村大气，主要原因是 空气污染严重，含有大量的腐蚀性气体，如 SO2 、 CO2 等。海洋大气因其含有盐分及海水的蒸发，使 其腐蚀性较之工业和农村大气都严重。
98 98 93 92 92 90 89 86 81
氯化铵 氯化钠 氯化亚铜 氯化亚铁 氯化镍 碳酸钾 氯化镁 氯化钙 氯化锌
NH4Cl NaCl CuCl2.2H2O FeCl2 NiCl2 K2CO3.2H2O MgCl2.6H2O CaCl2.6H2O ZnCl2.XH2O
80 76 68 56 54 44 34 32 10
湿/干交替— 腐蚀不断发展
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大气腐蚀机理
金属基底 微孔内 氧化物界面 氧化物外层
Fe
Fe 2+ + 2e Fe3O4 +H2O 3 Fe3O4 + H2O
3Fe 2+ + 2OH- +1/2O2 8FeOOH + 3Fe 2+ +2e
3 Fe3O4 +0.75 O2 + 4.5 H2O
9FeOOH
1)空气非常纯时，腐蚀速度 相当小，随着湿度增加仅有 轻微增加。
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被硫酸铵和煤烟粒子污染 的空气加速金属腐蚀。 可见：在污染大气中，低于 临界湿度时，金属表面无水膜， 化学作用引起腐蚀，腐蚀速度很 小；高于临界湿度时，由于水膜 的形成，发生了电化学腐蚀，腐 蚀速度急剧增加。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐 蚀与相对湿度的关系 A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2 C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2 E-烟粒+0.01﹪SO2
第五章金属在各种环境中的腐蚀
一.金属在大气中的腐蚀 二.金属在海水中的腐蚀 三.金属在土壤中的腐蚀 四.金属在各种工业环境中的腐蚀 • 各自特点,腐蚀机理,影响腐蚀因素和防腐蚀 方法
1
一.金属在大气中的腐蚀 钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿 的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢?
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大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀
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大气腐蚀实例-低温管道、设备的露点腐蚀
烟气露点腐蚀是由于燃料中硫元素在燃烧时生成SO2，SO3，当换热面的外表面温度 低于烟气温度时，在换热面上就会形成硫酸雾露珠，导致换热面腐蚀。根据我国燃料 的含硫量露点温度一般在105－130℃范围内。解决方法：1.设计时保证烟道系统温度 不低于硫酸露点；2.温度低于硫酸露点的部分采取防护措施。
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(1)干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的 腐蚀。 特点：在金属表面形成不可见的保护性氧化膜(1~10nm)。 如铜在被硫化物污染的空气中所形成的一层膜。 (2)潮大气腐蚀：潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于100％ 的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层(10nm~1um)发 生的腐蚀。 例如，铁即使没受雨淋也会生锈。 (3)湿大气腐蚀：湿大气腐蚀指金属在相对湿度大于100％的 大气中，表面存在肉眼可见的水膜(1um~1mm)发生的腐蚀。 如：水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上。 （发达国家的饮用水是渗透与反渗透得来的，不用漂白粉 杀菌，没有氯离子存在，而我国自来水最后用漂白粉...）
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大气中SO2对不耐H2SO4腐蚀的金属，如Fe、Zn、Cd、Ni 的影响十分明显，如图，碳钢的腐蚀速度随大气中SO2含量呈直 线关系上升。
图4-3 大气中SO2含 量对碳钢腐蚀的影响
SO2促进金属大气腐蚀的机制，主要有两种方式： ①认为部分SO2在空气中能直接氧化成SO3，SO3溶于水后形 成H2SO4。 ②认为有一部分SO2吸附在金属表面上，与Fe作用生成易溶 的硫酸亚铁，FeSO4进一步氧化，并由于强烈的水解作用生成 了H2SO4，H2SO4再与铁作用，按这种循环方式加速腐蚀。 24
工业大气对腐蚀的影响
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一.金属在大气中的腐蚀
大气腐蚀：金属材料在大气条件下发生化学或电化学反应引起 材料的破损称为大气腐蚀。 大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。据统计由于大气腐蚀 而损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上，因在大气中使用的钢 材量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械 设备、车辆等都是在大气环境下使用。因此了解和研究大气腐蚀 是非常必要的。 1.大气腐蚀的分类 大气的主要成分不变，只有水分含量随地域、季节、时 间等条件而变化。根据金属表面潮湿度的不同，把大气腐蚀分为 三类：
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(根据ToMaWoB.O’Brient等)
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
腐 蚀 速 度
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅰ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
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I 区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形 成连续的电解液，相当于“干氧化”状态，发生纯化学 腐蚀。 II区对应于“潮大气腐蚀”状态，出于电解液膜的存在， 开始了电化学腐蚀过程．腐蚀速度急剧增加。 III 区为可见的液膜层， III 区相当于“湿大气腐蚀”。 随着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐 蚀速度也相应降低。液膜更厚就进入IV区，这与浸泡在 液体中的腐蚀相同。 一般环境的大气腐蚀大多是在II、III区进行的，随着气 候条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式可 以互相转换。
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（2）锈蚀机理 在锈层内阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上：
阴极反应发生在Fe3O4/FeOOH界面上： 可见锈层参与了阴极过程，图4-1为Evans锈层模型图。
图4-1Evans锈层模型示意图
由图可见锈层内发生 Fe3 →Fe2 的还原反应，锈层参与了阴极过程。 碳钢锈层结构一般分内外两层。内层紧靠钢和锈的界面上，附着 性好，结构较致密，主要由致密的带少许Fe3O4晶粒和非晶FeOOH构 19 成；外层由疏松的结晶 α-FeOOH和γ-FeOOH构成。 .
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3.工业大气中金属腐蚀特点 工业大气中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大气的腐 蚀作用，加快金属的腐蚀速度。 图4-2示出了抛光钢片在纯净空气中，含SO2的空气及含有 固体杂质的空气中腐蚀随相对湿度增加的试验结果。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐蚀与相对湿 度的关系 A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2 C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2 E-烟粒+0.01﹪SO2
毫克/米３
重量
12
14
4 0.8 0.5 0.05
P2.4
3 0.7 0.4 0.04
根据Meetham.
转引自＜ Corrosion＞ 上卷
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大气腐蚀
大 气 杂 质 的 典 型 浓 度
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3) 硫化氢(H2S)
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 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
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2.大气腐蚀机理
大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合 电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。 阴极过程： 阳极过程： 在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。 当液膜增厚，相当于湿的大气腐蚀时，氧到达金属表面有一 个扩散过程，因此腐蚀过程受氧扩散过程控制。 因此潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主 要受阴极过程控制。
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• 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。 金属表面上水膜的形成： – 1. 毛细凝聚：微细裂纹、结构间隙、空隙、尘埃微粒 形成毛细管。 – 2 .吸附凝聚：不饱和键力 – 3. 化学凝聚：吸水性化合物如NaCl、NH4NO3