自然环境中的腐蚀汇总概要

图5-2 大气腐蚀锈层形成后腐蚀 机理的Evans模型
当锈层干燥时，即外部气体相对湿度下降时，锈层和底部基 体金属的局部电池成为开路，在大气中氧的作用下锈层内的Fe2+ 重新氧化成Fe3+，即发生反应： 4 Fe3O4 + O2 + 6H2O → 12FeOOH
因此，在干湿交替的情况下，带有锈层的钢腐蚀被加速。
（2）潮大气腐蚀 当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称为潮大气腐蚀。 特点： 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 案例： – 铁在没有雨雪淋到时的生锈
引言
金属材料在自然环境中的腐蚀是最为普遍的腐蚀现象。
2018年11月9日
自然环境即是指与自然界陆、海、空相对应的土壤、海水 （包括淡水）和大气，及与三者都有关系并广泛存在的微生物。
腐蚀的特点会因环境或介质的改变而不同，从原理上来说， 金属在自然环境中的腐蚀属于电化学腐蚀的范畴，因此腐蚀的基 本过程应该遵循电化学规律。
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5.1 大气腐蚀
5.2土壤腐蚀 5.3 淡水和海水腐蚀
5.4 微生物腐蚀
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5.1 大气腐蚀
5.1.1 大气腐蚀的定义和特点 5.1.2 大气腐蚀的分类 5.1.3 大气腐蚀机理 5.1.4 大气腐蚀的影响因素 5.1.5 防止大气腐蚀的措施
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（3）湿大气腐蚀 当空气湿度接近于100%，以及当水以雨、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，此 时发生的腐蚀称为湿大气腐蚀。 特点： 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）
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）
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5.1.3.2 锈层形成后的腐蚀机理
Evans提出处于湿润条件下的铁锈层可以起到强氧化剂的作 用。 阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上： Fe→Fe2+ + 2e 阴极反应发生在Fe3O4 /FeOOH界面上： 8FeOOH + Fe2+ + 2e→3 Fe3O4 + 4H2O
5.1.3.4 耐候钢锈层结构的特点
耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是通过合金化在钢中加入一定量 的Cu、P、Cr、Ni、Mo等合金元素形成的具有优异的耐大气腐 蚀性能的低合金钢。
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5.1.4 大气腐蚀的分类
大气腐蚀的影响因素比较复杂，但主要因素有： 湿度
主要 因素
温度
大气 成分
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5.1.1 大气腐蚀的定义和特点
金属材料暴露在空气中，由于空气中的水和氧的化学和电化 学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。
最常见的大气腐蚀现象——生锈 世界钢产量60%以上的钢材是在大气环境中使用 大气 腐蚀损失的金属约占总腐蚀损失量的50%以上； 对于某些功能材料(如微电子线路)、装饰材料及文物，即使 是轻微的大气腐蚀有时也是不允许的。
露 点 温 度 表
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5.1.4.3 大气成分
(1) SO2的影响 在大气污染物中，SO2的影响最为严重。 SO2促进金属大气 腐蚀的机理主要有： 一部分SO2在高空中能直接氧化成SO3，溶于水中生成 H2SO4 一部分SO2被吸附在金属表面，与Fe作用生成FeSO4， FeSO4进一步氧化并由于强烈的水解作用生成硫酸
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5.1.3.3 锈层的结构和保护性
由于大气腐蚀环境条件及材料成分的变化，锈层的成分和结
构也随之改变。通常锈层分为内外两层，外层疏松，容易剥落； 内层附着性较好，结构致密，能起到一定的保护作用。
结晶盐存 在将降低 锈层的保 护性
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图5-3 铁表面大气腐蚀锈 层断面示意图
5.1.4.1 湿度
当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中的水蒸气将于 液体凝结于金属表面上，这种现象称为结露。
空气中的湿度越大，金属与空气的温差越大，越容易结露， 而且金属表面上的电解液膜存在的时间越长，腐蚀速度也相应越 大。
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5.1.4.2 温度
结露与环境的温度有关。统计结果表明，在其他条件相 同时，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。
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大气腐蚀不是一种腐蚀形态，而是一类腐蚀的总称。一般情 况下，大气腐蚀以均匀腐蚀为主，还可以发生点蚀、缝隙腐蚀、 电偶腐蚀、微动腐蚀及应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
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5.1.2 大气腐蚀的分类
引起大气腐蚀的主要成分是水和氧，特别是能使金属表面湿 润的水，是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程的主要因素。
5.1.3 大气腐蚀机理
大气腐蚀是金属处于表面膜层电解液膜下的腐蚀过程，因此 大气腐蚀主要是电化学腐蚀，遵从电化学腐蚀的一般规律；同时 ，由于干湿交替，电极过程又有自身特点。
5.1.3.1 5.1.3.2 5.1.3.3 5.1.3.4 大气腐蚀初期的腐蚀机理 锈层形成后的腐蚀机理 锈层的结构和保护性 耐候钢锈层结构的特点
图5-1 大气腐蚀速度与金属 表面水膜厚度的关系
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一般按照金属表面潮湿度——电解液膜层的存在状态，把大 气腐蚀分为以下三类：
干大气 腐蚀
潮大气 腐蚀
湿大气腐蚀
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（1）干大气腐蚀 在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在液膜层的腐蚀称为 干大气腐蚀。 特点： 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 案例： – 金属Cu、Ag等在含有硫化物污染了的 空气中失泽
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5.1.3.1 大气腐蚀初期的腐蚀机理
(1)阴极过程 通常是氧的去极化反应，即：O2+2H2O+4e→4OH酸性介质： O2+4H++4e→2H2O
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
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(2)阳极过程
在薄液膜下，大气腐蚀阳极过程会受到较大阻碍，阳极钝化及金属 离子水化过程的困难是造成阳极极化的主要原因。