金属腐蚀与防护自然环境中的腐蚀概论
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-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。
特点： 大气的湿度足够高 （<100%）,水膜厚 10nm～1m，不可见，形成连续的电解液薄膜， 电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大。
自然环境中的腐蚀
1. 大气腐蚀 2. 土壤腐蚀 3. 水环境（淡水和海水）腐蚀 4. 微生物腐蚀
大气腐蚀
大气腐蚀：
金属材料暴露在空气中，由于大气中的水和氧气的化 学和电化学作用而引起的腐蚀。
大约80％的金属构件是在大气环境下工作，因大气腐 蚀而损失的金属约占总腐蚀失重的一半以上。
▪ 大气腐蚀是金属和合金在大气环境中的腐蚀,不是 一 种腐蚀形态，是一类腐蚀的总称。
▪ 大气腐蚀主要是吸氧腐蚀，大气腐蚀的主要成分 是氧和水，其中水是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程 的主要因素。
▪ 以全面腐蚀为主，也可出现点蚀、缝隙腐蚀、电 偶腐蚀、微动腐蚀及应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
▪ 根据大气成分，大气腐蚀分为：
工业大气腐蚀；海洋大气腐蚀；乡村大气腐蚀 （工业－海洋大气腐蚀，工业－乡村大气腐蚀）
4. 合理设计和环境保护：防止缝隙中存水， 避免落灰，加强环保，减少大气污染。
土壤腐蚀
土壤腐蚀的定义和特点 ▪ 定义 ：
埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀。 ▪ 特点：
不易发现，维修困难， 导致爆炸、火灾、环境污染
低碳钢材料在中国不同地区土壤的腐蚀数据
土壤电解质的特性
▪ 多相性： 土壤由土粒、水、空气组成，土粒中又包含着多 种无机矿物质以及有机物质；
大气腐蚀的实验方法
室内模拟实验装置
大气腐蚀机理
1. 初期的腐蚀机理 2. 锈层形成后的腐蚀机理
大气腐蚀初期的腐蚀机理
▪ 阴极过程：
O2 2H2O 4e 4OH
▪ 阳极过程：
Fe Fe2 2e
3Fe 4H2O Fe3O4 8H 8e
锈层形成后的腐蚀机理
:
锈层干燥时：
4Fe3O4 O2 6H 2O 12 FeOOH
自然环境中的腐蚀
金属（电化学）腐蚀的分类
按照腐蚀 环境划分
1.自然环境腐蚀 （1）大气腐蚀 －最普通的腐蚀 （2）土壤腐蚀 －最复杂的腐蚀 （3）水环境（淡水和海水）腐蚀 －最苛刻的腐蚀 （4）微生物腐蚀－无处不在
2.工业环境腐蚀 （1）在酸性溶液中的腐蚀； （2）在碱性溶液中的腐蚀； （3）在盐类溶液中的腐蚀； （4）在工业水中的腐蚀； （5）在熔盐中的腐蚀；
▪ 温度 :
环境温度越高，越容易结露,大气腐 蚀速度较大。
▪ 大气成分 :
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
▪ 大气成分中SO2的影响 :
1、SO2吸附在金属表面
Fe SO2 O2 FeSO4
▪ 多孔性： 在土壤的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；
▪ 不均匀性： 土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异，不同性 质的土壤交替更换等；
▪ 相对固定性：土壤的固体部分不动，气相和液相 有限运动。
土壤腐蚀的电极过程
阳极过程 1.在潮湿土壤中的阳极过程类似于在溶液中阳 极过程腐蚀； 2.在干燥且透气性良好的土壤中，阳极过程接 近于大气腐蚀的阳极过程。
大气中腐蚀性杂质及其典型浓度
大气腐蚀的分类
金属表面液膜的厚度对大气腐蚀的速度 有非常大的影响
根据金属表面潮湿度－电解液膜层的存 在状态，把大气腐蚀分为三类： 1.干大气腐蚀
2.潮大气腐蚀
3.湿大气腐蚀
干大气腐蚀
定义： 在空气非常干燥的条件下，金属表面
不存在液膜层的腐蚀。
特点： 吸附的水膜厚度10nm，无连续的电解
2、FeSO4氧化并水解 4FeSO4 O2 6H 2O 4FeOOH 4H 2 SO4
3、H2SO4氧化并水解
2H2SO4 2Fe O2 2FeSO4 2H2O
SO2氧化成SO3，溶于水中成为H2SO4
▪ 固体颗粒的影响 ： 1、颗粒本身具有腐蚀性 ：
NaCl盐粒子及铵盐 2、颗粒吸附腐蚀性物质
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 Fe 2 2e 3Fe3O4 4H 2O
锈层的结构和保护性
耐候钢锈层结构的特点
▪ 耐候钢: 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。
湿大气腐蚀
定义： 金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时
发生的腐蚀。 特点：
空气湿度接近100％或水、雨、雪、水沫 等形式直接落在金属表面上，金属表面上存 在着用肉眼可见的凝结水膜层，水膜厚1m～ 1mm，氧气在溶液中的扩散困难，腐蚀速度下 降。
水膜厚度>1mm,金属全浸在电解质溶液 中的腐蚀，腐蚀速度不变。
土壤腐蚀的电极过程
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。
特点： 大气的湿度足够高 （<100%）,水膜厚 10nm～1m，不可见，形成连续的电解液薄膜， 电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大。
自然环境中的腐蚀
1. 大气腐蚀 2. 土壤腐蚀 3. 水环境（淡水和海水）腐蚀 4. 微生物腐蚀
大气腐蚀
大气腐蚀：
金属材料暴露在空气中，由于大气中的水和氧气的化 学和电化学作用而引起的腐蚀。
大约80％的金属构件是在大气环境下工作，因大气腐 蚀而损失的金属约占总腐蚀失重的一半以上。
▪ 大气腐蚀是金属和合金在大气环境中的腐蚀,不是 一 种腐蚀形态，是一类腐蚀的总称。
▪ 大气腐蚀主要是吸氧腐蚀，大气腐蚀的主要成分 是氧和水，其中水是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程 的主要因素。
▪ 以全面腐蚀为主，也可出现点蚀、缝隙腐蚀、电 偶腐蚀、微动腐蚀及应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
▪ 根据大气成分，大气腐蚀分为：
工业大气腐蚀；海洋大气腐蚀；乡村大气腐蚀 （工业－海洋大气腐蚀，工业－乡村大气腐蚀）
4. 合理设计和环境保护：防止缝隙中存水， 避免落灰，加强环保，减少大气污染。
土壤腐蚀
土壤腐蚀的定义和特点 ▪ 定义 ：
埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀。 ▪ 特点：
不易发现，维修困难， 导致爆炸、火灾、环境污染
低碳钢材料在中国不同地区土壤的腐蚀数据
土壤电解质的特性
▪ 多相性： 土壤由土粒、水、空气组成，土粒中又包含着多 种无机矿物质以及有机物质；
大气腐蚀的实验方法
室内模拟实验装置
大气腐蚀机理
1. 初期的腐蚀机理 2. 锈层形成后的腐蚀机理
大气腐蚀初期的腐蚀机理
▪ 阴极过程：
O2 2H2O 4e 4OH
▪ 阳极过程：
Fe Fe2 2e
3Fe 4H2O Fe3O4 8H 8e
锈层形成后的腐蚀机理
:
锈层干燥时：
4Fe3O4 O2 6H 2O 12 FeOOH
自然环境中的腐蚀
金属（电化学）腐蚀的分类
按照腐蚀 环境划分
1.自然环境腐蚀 （1）大气腐蚀 －最普通的腐蚀 （2）土壤腐蚀 －最复杂的腐蚀 （3）水环境（淡水和海水）腐蚀 －最苛刻的腐蚀 （4）微生物腐蚀－无处不在
2.工业环境腐蚀 （1）在酸性溶液中的腐蚀； （2）在碱性溶液中的腐蚀； （3）在盐类溶液中的腐蚀； （4）在工业水中的腐蚀； （5）在熔盐中的腐蚀；
▪ 温度 :
环境温度越高，越容易结露,大气腐 蚀速度较大。
▪ 大气成分 :
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
▪ 大气成分中SO2的影响 :
1、SO2吸附在金属表面
Fe SO2 O2 FeSO4
▪ 多孔性： 在土壤的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；
▪ 不均匀性： 土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异，不同性 质的土壤交替更换等；
▪ 相对固定性：土壤的固体部分不动，气相和液相 有限运动。
土壤腐蚀的电极过程
阳极过程 1.在潮湿土壤中的阳极过程类似于在溶液中阳 极过程腐蚀； 2.在干燥且透气性良好的土壤中，阳极过程接 近于大气腐蚀的阳极过程。
大气中腐蚀性杂质及其典型浓度
大气腐蚀的分类
金属表面液膜的厚度对大气腐蚀的速度 有非常大的影响
根据金属表面潮湿度－电解液膜层的存 在状态，把大气腐蚀分为三类： 1.干大气腐蚀
2.潮大气腐蚀
3.湿大气腐蚀
干大气腐蚀
定义： 在空气非常干燥的条件下，金属表面
不存在液膜层的腐蚀。
特点： 吸附的水膜厚度10nm，无连续的电解
2、FeSO4氧化并水解 4FeSO4 O2 6H 2O 4FeOOH 4H 2 SO4
3、H2SO4氧化并水解
2H2SO4 2Fe O2 2FeSO4 2H2O
SO2氧化成SO3，溶于水中成为H2SO4
▪ 固体颗粒的影响 ： 1、颗粒本身具有腐蚀性 ：
NaCl盐粒子及铵盐 2、颗粒吸附腐蚀性物质
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 Fe 2 2e 3Fe3O4 4H 2O
锈层的结构和保护性
耐候钢锈层结构的特点
▪ 耐候钢: 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。
湿大气腐蚀
定义： 金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时
发生的腐蚀。 特点：
空气湿度接近100％或水、雨、雪、水沫 等形式直接落在金属表面上，金属表面上存 在着用肉眼可见的凝结水膜层，水膜厚1m～ 1mm，氧气在溶液中的扩散困难，腐蚀速度下 降。
水膜厚度>1mm,金属全浸在电解质溶液 中的腐蚀，腐蚀速度不变。
土壤腐蚀的电极过程