第五章金属在各种环境中的腐蚀
金属在各种环境中的腐蚀
• 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构成；
• 外层由疏松的结晶金α属-在F各e种O环境O中的H腐和蚀 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；
3)区域III 水膜厚度增加到1mm时，发生湿的大气腐蚀， 氧通过该膜扩散到金属表面显著困难，因此腐蚀速度 明显下降。
4)区域IV 金属表面水膜厚度大于1mm，相当于全浸在 电解液中的腐蚀，腐蚀速度基本不变。
• 通常所说的大气腐蚀是指在常温下潮湿空气中的腐蚀
金属在各种环境中的腐蚀
4.1.2 大气腐蚀机理
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。
金属在各种环境中的腐蚀
• 常用金属在不同大气环境中的平均腐蚀速度
金属在各种环境中的腐蚀
• 铜、银等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~1μm)发生的腐蚀。如铁没受雨淋也会生锈。
金属在各种环境中的腐蚀
大气腐蚀的分类
3)湿大气腐蚀 湿大气腐蚀指金属在相对湿度>100%， 如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上， 表面存在肉眼可见的水膜(1μm ~1mm)发生的腐蚀。
•
Fe → Fe2+ +2e
(4-3)
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀与防护金属是一种常见的材料，具有坚固、耐用的特性，广泛应用于建筑、制造业等领域。
然而，金属在长期使用中容易发生腐蚀现象，导致材料的质量下降，使得其功能受到影响。
因此，研究金属的腐蚀原理以及采取相应的防护措施就显得尤为重要。
一、金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属在与外界介质接触时发生化学或电化学反应，从而导致金属表面形成氧化物或盐类物质。
金属腐蚀的原因主要包括以下几点：1. 电化学反应：金属与介质发生电化学反应是引起腐蚀的主要原因之一。
当金属处于电解质溶液中时，金属表面会发生阳极和阴极反应，形成电池，促使金属的氧化和溶解。
2. 化学反应：金属在一些特定的介质中，比如酸性或碱性环境中，会与介质中的物质发生化学反应，形成氧化物或盐类产物。
3. 物理因素：除了电化学和化学反应外，一些物理因素也可能加速金属的腐蚀，如磨损、冲击和高温等。
二、金属腐蚀的分类根据金属腐蚀的不同机制，可以将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
1. 化学腐蚀：化学腐蚀是指金属与介质中的物质发生直接的化学反应。
常见的化学腐蚀有酸腐蚀、碱腐蚀和氧化腐蚀等。
例如，金属在酸性环境中会与氢离子发生反应产生氢气，造成金属的腐蚀。
2. 电化学腐蚀：电化学腐蚀是指金属与电解质溶液中物质发生电化学反应，形成阳极和阴极电池导致金属腐蚀的过程。
电化学腐蚀常见的类型有腐蚀、热蚀和应力腐蚀等。
三、金属腐蚀的防护方法为了延长金属的寿命和保护其功能，人们采取了多种防护措施来抵御金属腐蚀。
以下介绍几种常用的金属腐蚀防护方法：1. 金属涂层：金属涂层是在金属表面覆盖一层具有防腐蚀性能的物质，如油漆或涂层。
金属涂层可以形成物理屏障，阻止金属与外界介质的接触，从而防止腐蚀的发生。
2. 电镀：电镀是将金属浸入含有金属离子的溶液中，通过电解反应使金属表面形成一层均匀的金属膜。
电镀可以提供额外的保护层，有效防止金属腐蚀。
3. 阳极保护：阳极保护是利用附加阳极电流或阴极保护剂来构建金属电池，在阴极处形成保护电位，从而减缓金属的腐蚀速度。
第五章金属在各种环境中的腐蚀
8
2.4防止海水腐蚀的措施
• 1）研制和应用耐海水腐蚀的材料。 如：铁、镍、铜及其合金，耐海水钢。
• 2）阴极保护。 腐蚀最严重处采用护屏保护较合理，亦可采用简易可行的牺牲阳极法。
• 3）涂层。 除应用防锈油漆外，还可采用防止生物玷污的双防油漆，对于潮汐区和飞
溅区的某些固定的钢结构可以使用蒙乃尔合金包覆。
其寿命一般有几年。 *镍及其合金在碱液中的腐蚀
镍及其合金对于高温高浓度的碱耐蚀性很好，所以广泛用于制碱业。镍实际上 适合各种浓度和温度的碱液，其耐蚀性一般与合金含镍量成正比。 *两性金属在碱液中的腐蚀 铝、锌、锡等两性金属在碱溶液中不耐蚀。钛、钽、铌等在碱溶液中耐蚀性也 不好。在热碱中，钽的耐蚀性更差。
• （3）微生物引起的腐蚀。
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3.3防止土壤腐蚀的措施
• 1）采用涂料或包覆玻璃布防水。 • 2）采用电化学保护，多采用牺牲阳极法，阴极保护与涂料联合使用效果更好。 • 3）采用金属涂层或包覆金属，镀锌层等。
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第四节 金属在工业环境中的腐蚀
4.1金属在酸溶液中的腐蚀
• 氧化性酸与非氧化性酸对金属的腐蚀情况大不相同。 非氧化性酸的特点：腐蚀的阴极过程基本上是氢去极化过程，增加溶液酸度 相应地会增加阴极反应，并使金属腐蚀速度增加。
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第二节 金属在海水中的腐蚀
2.1 海水腐蚀特点 • 1. 盐类及导电率 • 2. 溶解氧 • 3.海水的电化学特点
2.2影响海水腐蚀的因素
• 盐类 • 海水中溶解氧 • 海洋生物和腐烂的有机物 • 海水的温度、流速 • PH值
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2.3海水中常用金属材料的耐蚀性
• 金属材料在海水中的耐蚀性差别很大，其中耐蚀性最好的是钛合金和Cr-Ni合金，而铸铁 和碳钢耐蚀性较差。不锈钢的均匀腐蚀速度虽然很小，但在海水中易产生点蚀。
自然环境中金属的腐蚀
自然环境中金属的腐蚀自然环境中，金属的腐蚀是一种常见的现象。
金属腐蚀指的是金属与周围环境发生化学反应，导致金属表面发生损坏。
金属腐蚀不仅会对金属材料本身造成损害，还会对环境和人类造成不良影响。
本文将介绍金属腐蚀的原理、影响因素以及防腐措施。
首先，金属的腐蚀是由于金属与氧气、水和其他化学物质之间的反应而引起的。
金属腐蚀的主要原理是电化学反应。
金属在电解质溶液中放电，被溶液中的阴离子氧化，并释放出电子。
在金属表面产生一个阳极区和一个阴极区，阳极区发生金属溶解，而阴极区则减少金属表面的反应。
金属腐蚀的速度在很大程度上取决于环境因素。
其中，氧气和水是金属腐蚀的主要因素。
水中的氧气与金属发生氧化反应，形成金属氧化物。
这种氧化反应是金属腐蚀的根本原因。
此外，温度、湿度、盐度、酸碱度等环境条件也会影响金属腐蚀的速度。
例如，高温和湿度会加速金属腐蚀的发生，而酸性环境也会增加金属腐蚀的程度。
金属腐蚀不仅会对金属材料本身造成损害，还会对环境和人类健康造成不良影响。
金属腐蚀会导致金属材料的强度降低，减少其使用寿命。
此外，金属腐蚀还会产生有害物质，如氧化物、盐和酸等，这些物质会对环境造成污染。
例如，铁腐蚀会生成铁锈，不仅对钢结构的稳定性造成威胁，还会对土壤和水体造成污染。
金属腐蚀还会导致环境中的金属离子增加，从而对生物体产生毒害。
为了延长金属材料的使用寿命，并减少金属腐蚀对环境和人类的危害，我们需要采取一系列的防腐措施。
其中，最常见的方法是涂层保护。
利用涂层可以将金属与周围环境隔离，降低金属表面与空气和水接触的机会，从而达到防止金属腐蚀的效果。
涂层材料通常有油漆、漆膜、聚合物薄膜等，其具有隔离作用，可以保护金属免受外界环境的侵蚀。
此外，金属腐蚀还可以通过电化学方法来防止。
例如，将金属与另一种更容易腐蚀的金属连接在一起，将使腐蚀发生在后者上，而保护前者。
这种方法被称为阴极保护。
此外，还可以通过阳极保护的方法，即在金属表面附着一个以金属为主的阳极，在金属腐蚀过程中发生氧化反应，将腐蚀反应集中在阳极上。
金属腐蚀原理
金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属在特定条件下与周围环境中的化学物质发生反应导致其损失其原有性能和结构的现象。
金属腐蚀是一种自然现象，不可避免地影响了工业、农业、医疗、建筑和航空等领域的金属制品。
金属腐蚀的原理主要涉及以下几个方面：1. 化学反应金属与环境中的化学物质接触时，必然发生一系列化学反应。
铁与水和氧气反应会形成氧化铁，即铁锈。
Fe + H2O + O2 → Fe2O3·nH2O（铁锈）金属的电化学性质在这个过程中起着关键的作用。
如铜与氯离子反应如下：Cu + 2Cl- → CuCl2 + 2e-金属的原子释放出电子，产生正离子。
在电解质中，这些正离子随后会与负离子反应，导致金属表面的电化学腐蚀。
2. 电化学反应金属的表面被涂上一层绝缘性较好的材料或涂层，可以防止其与外部环境发生化学反应。
当涂层损坏或表面存在缺陷时，金属会变得更易受到腐蚀。
此时，金属会表现出电化学反应，也就是在金属表面形成电池。
金属的电子从阴极（电池的负极）流向阳极（电池的正极），从而导致阳极处的金属被电化学腐蚀。
3. 介质腐蚀金属腐蚀还会受到介质的影响，介质包括气体、液体和固体。
在钢材上，只有当表面附着了盐、油、水或化学物质等附件时，金属才会腐蚀。
在线的腐蚀往往会发生在地下管道和油罐等结构中，因为它们被完全包围在介质中。
在这种情况下，防护系统和钝化剂等方法可能会用来防护金属免受腐蚀的影响。
4. 海洋水腐蚀金属在海洋环境中面临更复杂的腐蚀挑战，因为海洋环境包含盐、水以及许多化学物质。
海水的腐蚀效果比纯水的腐蚀效果更严重，并可以在金属表面形成锈。
氯离子是最具腐蚀性的物质。
在船舶、桥梁和海上平台等重要结构中，通常需要采用特殊的腐蚀防护措施来保护金属免受海洋环境的损害。
金属腐蚀涉及多个因素，包括化学反应、电化学反应、介质腐蚀和海水腐蚀等。
通过了解这些原理，我们可以采取更有效的方法来防止金属腐蚀并延长其寿命。
除了了解金属腐蚀的原理之外，还需要对不同类型的金属腐蚀有深入的了解。
金属在自然环境中的腐蚀
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。
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。
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。
其他类型腐蚀
总结词
其他类型腐蚀包括应力腐蚀、疲劳腐蚀、摩擦腐蚀等。
详细描述
应力腐蚀是由于金属在拉应力和特定环境介质共同作用下发生的脆性断裂；疲劳腐蚀是由于金属在交变应力作用 下发生的疲劳断裂；摩擦腐蚀是由于两个接触表面在相对运动过程中发生粘附和磨损，导致金属表面损伤。这些 类型的腐蚀通常发生在特定的环境和条件下，对金属结构的可靠性和安全性产生严重影响。
03
影响金属腐蚀的因素
环境因素
温度
温度升高，腐蚀速率增加。
氧气浓度
氧气是大多数金属腐蚀的，如海洋大气中的钢 铁。
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀是指金属与其周围环境中的化学物质相互作用，导致金属表面发生氧化、腐蚀或损坏的过程。
金属的腐蚀主要由以下几种因素引起：
1. 氧气：金属与氧气相结合形成氧化物，如铁与氧气结合
形成铁锈。
2. 湿度：水分可以加速金属的腐蚀过程，称为湿氧腐蚀。
3. 酸碱物质：酸、碱等具有腐蚀性的物质可以对金属表面
造成损坏。
4. 盐水：海水等盐性溶液中的离子对金属具有强腐蚀性。
为了防止金属的腐蚀，常采用以下几种防护方法：
1. 金属涂层：在金属表面涂覆一层耐腐蚀的涂层，如漆、
涂料、金属镀层等。
涂层可以隔离金属与环境的接触，起
到防腐蚀的作用。
2. 阳极保护：在金属表面放置一个更容易被腐蚀的金属，
使其成为阴极，从而保护金属不受腐蚀。
例如，在铁制品
上涂层锌，形成镀锌钢。
3. 防蚀剂：使用含有防腐剂的溶液或涂料处理金属表面，
形成保护膜，起到阻止腐蚀的作用。
4. 优化设计：合理设计金属结构，减少金属表面积暴露在
腐蚀介质中，避免暴露在高湿度或腐蚀性环境中。
需要注意的是，不同金属在不同环境下的抗腐蚀性能各异，因此在选择防护方法时需考虑具体情况，并根据金属的特
性和所处环境进行合理的腐蚀防护措施。
金属在各种环境中的腐蚀
O² 大气 土壤
金属
I:土壤孔隙中氧的 对流迁移区； II:土壤孔隙中氧的 扩散迁移区； III：液膜或腐蚀产 物中氧的扩散迁移 区；
氧在土壤中向被腐蚀金属表面的输送过程 根据ToMamoB 引自<Teopu> P369
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；土
上 端 距
2.4 3.1
离 3.7
（ 米 ）
4.3 4.9
5.5
6.1
飞溅区
美
国
潮汐区
耐 海
水
钢
Mariner
与
全浸区 碳
钢
的
试
验
海泥区
结
Mainer钢• 碳钢
果 （ 九
年
暴
露
）
6
5
4
3
2
海水腐蚀的特点
✓ 由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻很 小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显 著的电偶腐蚀破坏。
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
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。
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
腐蚀的理论及应用-部分章节总结
《腐蚀理论及应用》部分篇章总结根据腐蚀的基本过程易知，其主要是在金属与介质之间的界面上进行，故腐蚀介质对金属材料的腐蚀过程有重大的影响。
在石油化工生产中，由于各种介质的性质不同，金属在其中的腐蚀规律也不同。
以下简述金属在各种环境下的腐蚀。
（1）金属在干燥气体中的腐蚀：分析金属在干燥气体中的腐蚀，有实际意义的是高温（500～1000℃）下的腐蚀，包括金属的高温氧化、钢的脱碳、铸铁的肿胀和钢在高温高压下的氢腐蚀。
（2）金属在大气中的腐蚀：这是最古老的腐蚀问题，在很大程度上取决于大气的成分、湿度和温度。
表面的潮湿程度，通常是决定大气中腐蚀速度的主要因素，腐蚀率通常随湿度增加而增加，对于许多金属都存在一个临界湿度，在临界湿度以上，腐蚀速度迅速增大。
腐蚀程度最大的是潮湿的、受严重污染的工业大气，对于大多数工业结构合金来说，最能加速腐蚀工程的是二氧化硫、硫化氢、氯。
（3）金属在海水中的腐蚀：海水是唯一的含盐浓度相当高的电解质溶液也是天然腐蚀剂中腐蚀性最强的介质之一。
海水除含盐类外，还有含量小的其他组分，如臭氧、游离的碘和溴亦是强烈的阴极去极化剂和腐蚀促进剂。
由于海水对金属的腐蚀作用是有电化学的本质，故金属在海水腐蚀中的一个重要参数是电极电位，然而多数金属在海水中的开路电位不是一个常数，它随氧含量、水速、温度和金属的表面条件、冶金因素而改变。
而许多非铁金属如铝、钛等在静止或缓慢流动的海水中，腐蚀率是比较小的。
（4）金属在土壤中的腐蚀：多数土壤是无机的和有机的胶质混合颗粒的集合，有毛细管多孔性，土壤的空隙为空气和水气所充满，土壤中含有的盐类溶解在水中，使土壤具有离子导电性，成为一种电解质。
大多数金属在土壤中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀，只有在少数情况下才发生氢去极化腐蚀。
土壤腐蚀常见的形式有：由于充气不均引起的腐蚀、由杂质电流引起的腐蚀和由微生物引起的腐蚀。
（5）金属在酸、碱中的腐蚀：酸类对金属的腐蚀情况包括非氧化性酸腐蚀（腐蚀的阴极过程纯粹为氢去极化过程）和氧化性酸腐蚀（腐蚀的阴极过程主要是氧化剂的还原过程）。
金属常见的腐蚀形态及防护措施
(2) 对环境的选择性形成了所谓“SCC的材料―环境组
合”
(3) 只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓
SCC的发生。
(4) 裂缝方向宏观上和拉引力垂直，其形态有晶间型，
穿晶型，混合型。
(5) SCC有孕育期，因此SCC的破断时间tf可分为孕育期，
发展期和快断期三部分。
(6) 发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，
负的金属的腐蚀速度加大，而电位较正的金属腐蚀速度减缓而受到
保护。
电偶腐蚀的影响因素
（1）腐蚀电位差
（2）环境因素
（3）阴阳面积比例
（1）腐蚀电位差
—表示电偶腐蚀的倾向
两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差愈大，阳极
金属受到腐蚀破坏的可能性愈大。
电偶序(galvanic series)
——将各种金属材料在某种环境中的腐蚀电位测量出
• Ti 和Ti 合金具有最好的耐点蚀性能
（2）改善介质条件
• 降低Cl-含量
• 降低介质温度
• 增加介质流速
控制点蚀的措施
（3）电化学保护
（4）缓蚀剂的应用
在循环体系中可以添加缓蚀剂，如磷酸盐、铬酸盐等
4.5 缝隙腐蚀
缝隙种类
机器和设备上的结构缝隙
固体沉积(泥沙、腐蚀产物等)与金属基体形成的缝隙。
发生点蚀。这个温度称为临界点蚀温度(CPT) ，CPT愈高，则金属耐点
蚀性能愈好。
• 溶液流速
介质处于流动状态，点蚀速率比介质静止时小
控制点蚀的措施
（1）选择耐蚀合金
• 近年来发展了很多含有高含量Cr、Mo 及 N 以及低含量 S 和 C杂质
的奥氏体不锈钢
• 双相钢和高纯铁素体不锈钢抗点蚀性能良好
金属在海洋环境中的腐蚀
金属在海洋环境中的腐蚀结构破坏。
全世界每年生产的钢铁产品，大约有十分之一因腐蚀而报废，工业发达国家每年因腐蚀造成的经济损失，大约占国民经济总产值的2～4％。
第一次世界大战期间，由于金属腐蚀，英国许多军舰在港口等候更换冷凝管，严重地影响了战斗力。
后来由于G.D.本戈和R.梅等人对黄铜冷凝管的脱锌作用进行了仔细的研究，改进了冷凝器的设计，又用新材料代替黄铜，才解决了这个腐蚀问题。
1935年，国际镍公司在美国北卡罗来纳州的赖茨维尔比奇，建立了F.L.拉克腐蚀研究所，对金属材料和非金属材料进行了大量的海水腐蚀和海洋大气腐蚀的试验。
20世纪70年代，英国、法国、联邦德国和荷兰等国为了开发北海的石油和天然气，协作研究了近海钢结构的腐蚀问题，特别是腐蚀疲劳问题。
许多国家都十分重视关于金属的腐蚀和防护的科学研究，学术交流活动很多。
中国在1949年之后，金属腐蚀和保护的研究方面，得到了迅速的发展，在国民经济和国防建设中起了重要的作用。
腐蚀原理浸入海水中的金属，表面会出现稳定的电极电势（表1）。
由于金属有晶界存在，物理性质不均一；实际的金属材料总含有些杂质，化学性质也不均一；加上海水中溶解氧的浓度和海水的温度等，可能分布不均匀，因此金属表面上各部位的电势不同，形成了局部的腐蚀电池或微电池。
电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。
电势较高的金属，如铁，腐蚀时阳极进行铁的氧化：Fe→Fe2++2e-释放的电子从阳极流向阴极，使氧在阴极被还原：O2+2H2O+4e-→4OH-氢氧离子经海水介质移向阳极，与亚铁离子生成氢氧化亚铁：Fe2++2OH-→Fe(OH)2它易与海水中的溶解氧反应生成氢氧化铁。
后者经部分脱水成为铁锈Fe2O3·H2O，它的结构疏松，对金属的保护性能低。
电势较低的金属，例如镁，被海水腐蚀时，镁作为阳极而被溶解，阴极处释放出氢。
当电势不同的两种金属在海水中接触时，也形成腐蚀电池，发生接触腐蚀。
例如锌和铁在海水中接触时，因锌的电势较低，腐蚀加快；铁的电势较高，腐蚀变慢，甚至停止。
课件《金属的腐蚀》优秀课件完美版_人教版1
金属的腐蚀和防护 金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快；
CH3COOH溶液，铁钉浸没 铁钉遇到酸或在O2、H2O存在的条件下，均可被腐蚀。 氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。 也就是说,金属在腐蚀过程中,发生了氧化还原反应。 铁与酸反应，铁被腐蚀。 Fe - 2e- ＝ Fe2+ 铁作负极，失去电子变成亚铁离子，从而被腐蚀。 由于无水，铁钉不被腐蚀 请问这种腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什么? 正极：＿＿，电极反应式： 植物油和水，铁钉完全浸没 负极：＿＿，电极反应式： 植物油和水，铁钉完全浸没 金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
金植属物的 油腐和蚀水现，象铁非钉常完普全遍浸：没
直金接属发 跟生接化触学到反的应物而质引（起如的O2腐、蚀C。l2、SO2等）
一般情况下，温度的升高会加快化学反应速 金属或合金与周围接触到的气体或液体
铁Fe与+酸2H反+应＝，F铁e2被+ 腐+ H蚀2。↑ 烧CH过3C菜O的O铁H锅溶如液果，未铁及钉时浸洗没净（残液中含 NaCl），第二天便出现红棕色锈斑（主要成分为Fe 2 O 3•nH2O）。
Fe-C-NaCl形成原电池。铁作负极，失去电子 变成亚铁离子，从而被腐蚀。
影响金属腐蚀的因素：
1、金属的本性：
H2O + CO2
H2CO3
金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。 金属或合金与周围接触到的气体或液体
较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过导线流向较不活泼的金属（正极） Fe - 2e- ＝ Fe2+
铁钉很 快被腐 蚀
CH3COOH 溶液， 铁钉浸 没
金属腐蚀类型
金属腐蚀类型金属腐蚀是指金属在特定环境中遭受化学或电化学反应而逐渐失去其原有性能和形状的过程。
不同的环境和条件会引起不同类型的金属腐蚀。
本文将介绍几种常见的金属腐蚀类型，包括普通腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和高温腐蚀。
一、普通腐蚀普通腐蚀是最常见的金属腐蚀类型之一。
当金属与周围环境中的氧气、水或其他腐蚀介质接触时，会发生氧化还原反应，导致金属表面的物质逐渐溶解或被转化为氧化物。
普通腐蚀可以是均匀的，也可以是不均匀的，取决于腐蚀介质的性质和金属表面的不均匀性。
二、点蚀点蚀是指金属表面出现局部腐蚀的现象。
通常情况下，点蚀是由于金属表面的缺陷或局部腐蚀环境引起的。
在点蚀过程中，金属表面的某些区域比其他区域更容易腐蚀，最终形成小孔或凹坑。
点蚀对金属的破坏性很大，容易导致金属的失效。
三、应力腐蚀应力腐蚀是金属腐蚀中的一种特殊类型。
它是由于金属在受到拉伸或压缩的同时，同时暴露在腐蚀环境中，引起的腐蚀现象。
应力腐蚀往往发生在金属的应力集中区域，如焊接接头、缺口、螺纹等。
应力腐蚀会导致金属的裂纹扩展和断裂，对结构材料的安全性造成威胁。
四、腐蚀疲劳腐蚀疲劳是金属腐蚀与疲劳断裂相结合的一种形式。
当金属在受到循环应力的同时，还暴露在腐蚀环境中时，就会发生腐蚀疲劳。
腐蚀疲劳会导致金属的疲劳寿命显著降低，加速金属结构的断裂。
五、高温腐蚀高温腐蚀是指金属在高温环境中遭受的腐蚀现象。
高温腐蚀主要发生在高温气体、液体或固体环境中，例如高温氧化、硫化、氯化等。
高温腐蚀对于炉具、锅炉、热交换器等高温设备的材料选择和使用具有重要意义。
金属腐蚀是各个行业中广泛存在的问题，对设备的性能和寿命产生了很大影响。
要想有效防止金属腐蚀的发生，需要根据不同的腐蚀类型采取相应的防护措施。
例如，在普通腐蚀中，可以通过涂层、防腐剂、阳极保护等方法来保护金属表面；在点蚀中，可以通过改变材料的成分、减少局部应力集中等方式来减轻点蚀的发生。
金属腐蚀类型包括普通腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和高温腐蚀。
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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
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)
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。
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
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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：
工业大气对腐蚀的影响
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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
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。
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。
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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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（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。 .
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＜ Corro 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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(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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(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...）
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+
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
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
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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。