自然条件下的金属腐蚀
金属腐蚀案例
金属腐蚀案例金属腐蚀是指金属在特定环境条件下受到化学或电化学作用而逐渐损坏的过程。
金属腐蚀不仅会降低金属材料的强度和耐久性，还会导致设备的故障甚至事故。
以下将介绍一些金属腐蚀的案例，以便更好地了解金属腐蚀的危害和防范措施。
案例一，海洋环境下的金属腐蚀。
在海洋环境中，金属材料容易受到盐雾、潮湿等因素的影响，导致腐蚀加剧。
一艘货轮在长时间的海上运输后，船体上的金属结构出现了严重的腐蚀，甚至出现了漏水的情况。
这不仅影响了货轮的使用寿命，还可能危及船员的生命安全。
为了解决这一问题，船舶制造商采用了防腐涂层和防腐处理技术，有效延长了船体的使用寿命。
案例二，化工设备中的金属腐蚀。
在化工生产过程中，许多设备和管道都是由金属材料制成的。
然而，由于化工生产中存在腐蚀性介质和高温高压等因素，金属材料容易受到腐蚀的影响。
某化工企业的反应釜在使用一段时间后出现了严重的腐蚀，导致了设备的泄漏和停产。
为了解决这一问题，企业采用了耐腐蚀合金材料和防腐涂层等技术，有效提高了设备的耐腐蚀性能。
案例三，建筑结构中的金属腐蚀。
在建筑领域，金属材料广泛应用于桥梁、钢结构等建筑中。
然而，由于大气中的雨水、酸雨等因素，金属结构容易受到腐蚀的影响。
某城市的大型钢桥在使用多年后出现了严重的腐蚀，影响了桥梁的安全性能。
为了解决这一问题，城市管理部门采用了防腐涂层和定期检测维护等措施，有效延长了桥梁的使用寿命。
结语。
以上案例充分说明了金属腐蚀对设备、建筑等的危害，也表明了采取有效的防腐措施对延长金属材料的使用寿命具有重要意义。
因此，我们在生产和生活中应加强对金属腐蚀的认识，采取有效的防腐措施，保护好我们的设备和建筑结构，确保其安全可靠地运行。
腐蚀学原理第八章 金属在自然环境中的腐蚀_图文
零件之间的间缝和狭缝、氧化膜和腐蚀产物以及镀层中的 孔隙、材料的裂缝，以及落在金属表面上的灰尘和碳粒下 的缝隙等等，都是促使毛细凝聚的良好条件。在这些地方 大气腐蚀的产生和加速，很大程度上取决于毛细凝聚作用 。
2 吸附凝聚。在相对湿度低于100％时，未发生纯粹的物 理凝聚之前，由于固体表面对水分子的吸附作用也能形成 薄的水分子层。吸附的水分子层数随相对湿度的增加而增 加。吸附水分子层的厚度也与金属的性质及表面状态有关 。一般为几十个分子层的厚度。
(2) 湿膜的形成
金属暴露在室外大气或易遭到水滴飞溅的条件下，金属表面易形 成约1μm～1mm厚的可见水膜。这种情况如大气沉降物的直接 降落(雨、雪、雾、露、融化的霜和冰等)；水分的飞溅(海水的 飞沫)；周期浸润(海平面上工作的零件，周期地与水接触的构件 等)；空气中水分的凝结(露点以下水分的凝结、水蒸气的冷凝等 )。例如，露天仓库、户外工作的飞机、设备、仪器、海上运输 和水上飞机等，这些都经常会溅上水分或落上雨雪。
在中性或碱性液膜下：O2+2H2O+4e → 4OH－
在酸性液膜下： O2+4H++4e → 2H2O
3．大气腐蚀机理
大气腐蚀开始时受很薄而致密的氧化膜性质的影响。一旦金属处于“湿态 ”，即当金属表面形成连续的电解液膜时，就开始以氧去极化为主的电化 学腐蚀过程。在薄的锈层下氧的去极化在大气腐蚀中起着重要的作用。
8.1.3 影响大气腐蚀的主要因素
1．大气相对湿度的影响
空气中含有水蒸气的程度叫做湿度。水分愈多，空气愈潮 湿，通常以1m3空气中所含的水蒸气的克数来表示潮湿程 度，称为绝对湿度。在一定温度下空气中能包含的水蒸气 量不高于一定极限(不高于大气中的饱和蒸汽值)，温度愈 高，空气中达到饱和的水蒸气量就愈多。所以习惯用在某 一温度下空气中水蒸气的量和饱和水蒸气量的百分比来表 示相对湿度(RH)。当空气中的水蒸气量增大到超过饱和 状态，就出现细滴状的水露。
金属腐蚀的种类
金属腐蚀的种类金属腐蚀是指金属在特定环境下受到化学或电化学反应的影响，导致其表面失去原有的金属性质和功能的现象。
金属腐蚀种类繁多，主要可分为以下几类：一、普通腐蚀普通腐蚀是指金属在自然环境中或特定工作条件下，受到氧化、水解、酸碱等化学反应作用而导致表面失去原有金属性质和功能的过程。
这种腐蚀主要是由于环境中存在一定浓度的氧气和水分，使得金属表面发生氧化反应而产生锈迹。
二、微生物腐蚀微生物腐蚀是指在特定环境下，某些微生物通过代谢活动产生酸、碱等物质对金属表面进行侵蚀而引起的一种化学反应。
这种类型的腐蚀主要发生在海洋、地下沉积物及某些工业设备中。
三、应力腐蚀应力腐蚀是指在外界作用力（如张力、压缩力等）下，在特定介质中，金属表面发生化学反应而导致金属的腐蚀现象。
这种类型的腐蚀主要发生在高温、高压、高张力等工作环境中。
四、电化学腐蚀电化学腐蚀是指在特定介质中，金属表面与周围环境之间发生电化学反应而导致金属的失效。
这种类型的腐蚀主要是由于电极势差引起的。
五、氢致脆性氢致脆性是指在特定条件下，金属表面吸附大量氢原子而导致其变得容易断裂的现象。
这种类型的腐蚀主要发生在强酸、强碱等介质中，并且对于某些合金材料来说，氢致脆性也是一种常见问题。
六、疲劳裂纹疲劳裂纹是指在重复载荷作用下，金属材料内部产生微小裂纹，并逐渐扩大最终导致材料失效的过程。
这种类型的失效通常发生在机械设备和结构件上。
七、高温氧化高温氧化是指在高温环境下，金属表面与氧气反应而导致其表面发生化学变化的过程。
这种类型的腐蚀主要发生在高温炉窑、热处理设备等工作环境中。
总结：金属腐蚀种类繁多，每一种类型的腐蚀都有其特定的原因和影响因素。
对于不同类型的金属材料，在使用过程中需要根据实际情况选择合适的防护措施来延长其使用寿命。
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。
金属腐蚀与防护
金属腐蚀的定义及分类：腐蚀的定义: 狭义：腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏现象。
广义：任何材料(金属或非金属材料)受到周围环境因素(如湿气、水、化工大气、电解液、有机溶剂、酸、碱等)的作用引起破坏或变质的现象，统称为“腐蚀”。
条件：1、材料本身2、接触3、特定条件（环境）金属腐蚀：是指金属与周围环境（介质）发生化学反应、电化学反应或物理溶解作用而导致金属损坏。
（金属及其合金的腐蚀主要是化学和电化学作用引起的破坏，有时伴随有机械、物理或生物作用。
不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴）金属受腐蚀的原因：从热力学的观点看，是因为金属处于不稳定状态，它有与周围介质发生作用转变成金属离子的倾向。
金属发生腐蚀的特点：1、破坏总是从金属表面逐渐向内部深入2、金属在发生腐蚀过程时，一般也同时发生外貌变化3、金属的机械性能，组织结构发生变化4、金属还没有腐蚀到严重的程度，已足以造成设备事故或损坏按腐蚀形态分类：全面腐蚀局部腐蚀全面腐蚀：全面腐蚀是指腐蚀发生在整个金属表面，但各点的腐蚀速率不一定相同。
如果各处的腐蚀速率相同，则为均匀腐蚀，否则就为不均匀腐蚀。
碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀属于全面腐蚀。
局部腐蚀：腐蚀主要集中在金属表面某一区域，而表面的其他部分几乎未被破坏。
(1) 点蚀(2) 电偶腐蚀(3) 脱层腐蚀(4) 晶间腐蚀(5) 选择性腐蚀(6) 磨损腐蚀(7) 应力腐蚀开裂(8) 腐蚀疲劳(9) 氢腐蚀(10) 缝隙腐蚀点蚀：一种高度局部的腐蚀形态。
（也叫孔蚀）通常其腐蚀深度大于其孔径，严重时可使金属穿孔。
（如：不锈钢在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。
）电偶腐蚀：两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀。
发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。
（如：不锈钢和碳钢的连接处，碳钢在介质中做为阳极而被腐蚀。
）磨损腐蚀：①冲击腐蚀②空泡腐蚀③摩振腐蚀冲击腐蚀：是磨损腐蚀的主要形态。
表面腐蚀基本理论
联 系
通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。
4.2 金属表面的电化学腐蚀
腐蚀过程的产物
初生产物：阳极反应和阴极反应的生成物。 次生产物：初生产物继续反应的产物。 ➢ 初生产物和次生产物都有可溶和不可溶性产物。
➢ 只有不溶性产物才能起到保护金属的作 用！
4.2 金属表面的电化学腐蚀
10 12 14 16 物或盐膜
4.2 金属表面的电化学腐蚀
对Fe腐蚀情况的判定
1. 若Fe处于A点：该区为Fe和H2的稳定区，故不发生腐蚀； 2. 若Fe处于B点：该区为Fe2+和H2的稳定区，Fe将发生析氢型腐蚀； 3. 若Fe处于C点：该区为Fe2+和H2O的稳定区，故Fe仍将发生腐蚀，
但由于C点电位在a线之上，将不发生H+的还原，而是发生O的还 原；
（d）应力及形变差异
渗碳体
铁 (b)金属中含杂质
新管道
新管道
(c) 表面状态不同
粘土
砂土
（e）氧浓度差异
表面状态不同缝内Cu2+浓度 比缝外高
铜 铜
（f）金属离子浓度差异
4.2 金属表面的电化学腐蚀
腐蚀电池的种类
宏观腐蚀电池（大电池）：指阳极区和阳极区 的尺寸较大，区分明显，肉眼可辩。
微观腐蚀电池（微电池）：指阳极区和阴极区 尺寸小，肉眼不可分辨。
3. 方法3：调整溶液的pH值至9~13之间，也可使铁进入钝化区， 如钢铁的发蓝处理。
4.2 金属表面的电化学腐蚀
腐蚀速率
➢ 腐蚀电池工作时，阳极不断失去电子、形成金属离子而遭受腐蚀。 失去电子越多，即输出电量越多，金属腐蚀也越严重。
➢ 金属的溶解量与电量之间的关系，服从法拉第定律：
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。
金属的腐蚀和防护措施
金属的腐蚀和防护措施金属腐蚀是指金属在特定环境条件下遭到化学或电化学反应而被破坏的过程。
这种腐蚀现象给金属材料的使用和维护带来了很大的挑战。
为了保护金属免受腐蚀的侵害，人们发展了各种防护措施。
本文将介绍金属腐蚀的原因、不同类型的腐蚀以及常见的防护措施。
原因篇金属的腐蚀主要由外界环境及金属材料本身的因素共同引起。
下面我们将分别介绍这两个方面的原因。
外界环境的原因：1. 湿度：湿度是金属腐蚀的重要因素之一。
在高湿度环境下，金属与水或水蒸气接触，易发生氧化反应，导致腐蚀。
2. 酸碱度：酸性或碱性环境中，金属容易遭受腐蚀。
酸性物质能够溶解金属表面的氧化膜，而碱性物质能够与金属表面形成氢氧化物。
这些化学反应都会导致金属的腐蚀。
3. 盐分：海洋气候下含有丰富盐分的空气或介质对金属的腐蚀极为严重。
盐分与金属反应形成盐水电解质，引发更强烈的电化学腐蚀。
4. 温度：高温环境下金属容易发生氧化反应，该反应速度更快。
金属材料本身的原因：1. 金属成分：不同金属对不同环境的耐腐蚀性能不尽相同。
例如，不锈钢具有较好的耐腐蚀性能，而铁则容易生锈。
2. 表面处理：金属表面的处理也直接影响着其腐蚀性。
光洁的金属表面可减少异质催化剂的形成，从而减缓金属的腐蚀。
3. 物理状态：金属的晶粒结构、形状和材料的分布状态等因素也会影响金属腐蚀的程度。
腐蚀类型篇金属的腐蚀主要分为以下几种类型：1. 干腐蚀：金属在干燥环境中由于氧气和湿气的共同作用而发生的氧化反应。
这种腐蚀通常发生在高温和低湿度的条件下，如高温氧化、高温氧杂质腐蚀等。
2. 湿腐蚀：金属在湿润环境中与水或水蒸气反应而引起的腐蚀。
湿腐蚀主要包括敲击腐蚀、腐蚀磨擦、水腐蚀等。
3. 电化学腐蚀：金属在电解质溶液中由于电化学反应而发生的腐蚀。
这种腐蚀是最常见和严重的一种腐蚀类型，如金属在海水中的腐蚀现象就属于电化学腐蚀。
4. 应力腐蚀：金属在受到应力的情况下发生的腐蚀。
外加应力会破坏金属表面的保护层，使金属更容易发生腐蚀。
气候条件对金属腐蚀机理的影响
气候条件对金属腐蚀机理的影响气候条件对金属腐蚀机理的影响气候条件是指大气湿度、温度、降水、气候变化等因素的综合状况。
在不同的气候条件下，金属材料的腐蚀机理也会有所不同。
本文将分析气候条件对金属腐蚀机理的影响，并阐述如何在不同气候条件下保护金属材料。
首先，大气湿度是影响金属腐蚀的重要因素之一。
湿度越高，金属表面的氧化速度越快，腐蚀也会更加严重。
因为在高湿度环境中，空气中的水分子容易吸附在金属表面，形成水合物，加剧了金属的腐蚀反应。
尤其在气候潮湿的地区，金属材料容易受潮，导致腐蚀速度加快。
因此，在这种环境下保护金属材料的关键是要控制湿度，例如通过加湿设备、通风系统等手段控制室内湿度，以减缓金属的腐蚀速度。
其次，温度也对金属腐蚀机理产生重要影响。
温度越高，金属的腐蚀速度就越快。
这是因为在高温环境中，金属表面的氧化反应速度加快，腐蚀反应加剧。
尤其是在高温高湿度的环境中，金属材料容易受到“活化腐蚀”的影响。
活化腐蚀是指金属材料在一定温度下，因氧化物膜形成速度大于其再生速度而导致的腐蚀现象。
因此，在高温环境下，特别是潮湿的高温环境中，应采取一系列措施来保护金属材料，如采用耐高温材料、选择合适的涂层、增加通风降温等。
另外，降水也会对金属腐蚀产生影响。
在多雨的地区，金属材料可能会受到雨水的侵蚀，形成水强腐蚀。
特别是在酸雨的环境下，酸性物质会加速金属的腐蚀，给工业设备和建筑结构带来严重的损害。
因此，在这些地区，应根据降水情况采取相应的腐蚀保护措施，如增加材料的防锈涂层、加强设备的排水和防水措施等。
最后，气候变化也会对金属腐蚀机理产生影响。
随着全球气候的变暖，气候极端事件的频率和强度增加，金属材料的腐蚀问题也变得更加突出。
例如，强烈的风暴和海洋气候会导致海洋结构物和海上设备更容易受到腐蚀。
因此，在气候变化背景下，应加强对金属腐蚀的预防和治理，提高金属材料的防腐蚀性能，采取有效的维护和修复措施。
综上所述，气候条件对金属腐蚀机理产生了显著的影响。
自然环境中的腐蚀汇总
定的。
5.2.3.2
阴极过程的特点
(1)土壤中气相或液相的定向流动 定向流动的程度取决于土壤表
层温度的周期波动、大气压力及土壤湿度的变化、下雨、风吹及 地下水位的涨落等因素。
(2)在土壤的气相和液相中的扩散 氧的扩散过程是土壤中供氧的
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。
5.2.5
土壤腐蚀的影响因素
5.2.5.1 材料因素的影响 5.2.5.2 土壤性质的影响
5.2.5.3 杂散电流和微生物对土壤腐蚀的影响
5.2.5.4 土壤腐蚀性的估计
图5-7 土壤中新旧管道 连接形成的腐蚀电池 1—旧管(阴极) 2—新管(阳极)
5.2.5.1
材料因素的影响
钢铁是地下构件普遍采用的材料。铸铁、碳钢、低合金钢在 土壤中的腐蚀速度并无明显差别。冶炼方法、冷加工和热处理对 其土壤腐蚀行为影响不大，腐蚀速度约为0.2mm/a。通常，金属 的腐蚀速度随着在地下埋置时间的增长而逐渐减缓。
5.2.2
土壤电解质的特性
(1)多相性 土壤由土粒、水、空气等固、液、气三相组成，结构 复杂，而且土粒中又包含着多种无机矿物质以及有机物质。 (2)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。 (3)不均匀性 从小范围看，有各种微结构组成的土粒、气孔、水 分的存在以及结构紧密程度的差异。 (4)相对固定性 土壤的固体部分对于埋在土壤中的金属表面可以 认为是固定不动的，仅土壤中的气相和液相可作有限的运动。
金属腐蚀学习课件 金属在各种环境中的腐蚀
3．暂时性防护层和缓蚀剂；暂时性防护涂层，包括 各种防锈油、防锈脂、可剥性塑料等。 4．控制环境；主要是控制密封金属容器或非金属容 器内的相对湿度和充以惰性氮气或抽去空气，以使 制件与外围介质隔离。从而避免锈蚀，并使非金属 件防霉、防老化。其方法有充氮封存法，吸氧剂法 和干燥空气封存法等 。
防锈
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。
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%
(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。
部分金属大气腐蚀速度（mm/y)
m/s
g/m2.n
0
第六章 各种环境中的腐蚀——【腐蚀与防腐】
• 锈层分内外两层，外层疏松，容易剥落；内层附着性好， 结构致密，起到一定的保护作用
• 如碳钢大气腐蚀，锈层主要是-FeOOH、 -FeOOH 和Fe3O4。 一般认为，锈层中首先形成-FeOOH，再转变成-FeOOH 和 Fe3O4，转变受大气湿度、污染等因素影响
– 大气中含有水蒸汽，在一定温度下，水蒸汽有一定的饱和 含量
– 如果超过此含量，水蒸汽就从大气中凝结出来，慢慢沉积 在金属表面上，形成水膜。
– 温度越低，空气中饱和水蒸汽含量越低 – 没有饱和的空气冷却到一定温度，水蒸汽就达到饱和冷凝
出来。（如：露水出现）
• 金属表面水膜：含有水分、水溶性盐类、腐蚀性气 体、尘土、及其它污物，从而构成电解液
• 大气腐蚀一段时间后在疏松的外腐蚀产物层和基体间形成一层致密的、 连续的含有Cu、P、Cr、Ni和Mo合金的非晶产物层，并最终转化成富集
上述元素的 -FeOOH
• 该非晶层和 -FeOOH除了有效阻隔腐蚀介质和基体接触外，同时具有
极高阻抗，极大地减缓了阳极区和阴极区之间的电子转移，从而降低 了电化学反应速度，使耐候钢腐蚀速率大幅度下降
• 低合金钢锈膜完整致密，附着力好，耐腐蚀
一年
90
二年
四年
80
八年
70
腐蚀 率 （um/a）
60
50
40
30
20
10
0
沈鞍 包北 青成武 江广琼 万 阳山 头京 岛都汉 津州海 宁
高原和其他环境下金属腐蚀速度（μm/a）
• 湿大气腐蚀：金属表面在电解液膜下腐蚀，电化学腐蚀 • 潮大气腐蚀
• 腐蚀在极薄电解液膜下进行 • 由于膜薄，空气中氧易到达金属表面，为氧去极化腐蚀
管道自然腐蚀电位
管道自然腐蚀电位管道自然腐蚀电位是指在自然环境下，金属管道在土壤、水中或大气中发生腐蚀时的电位。
腐蚀是金属在与外界介质接触时发生的化学或电化学反应，导致金属表面逐渐被侵蚀、溶解或失去活性。
管道自然腐蚀电位的测定是了解金属管道腐蚀程度和腐蚀速率的重要手段。
管道腐蚀是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，如介质成分、温度、湿度、氧气含量等。
其中，电位是管道腐蚀的重要参数之一。
在自然环境中，金属管道与土壤、水或大气中的电解质接触，形成一个电池系统。
这个系统中，金属表面处于阳极，而电解质中的氧、水或其他氧化剂则充当阴极。
阳极上的金属逐渐被溶解、侵蚀，而阴极上的氧化剂则发生还原反应，使得整个腐蚀过程得以进行。
在这个电池系统中，金属管道的电位起着至关重要的作用。
电位是指金属表面相对于参比电极的电势差。
参比电极通常是一个已知电位的电极，用来与待测电极进行比较。
通过测量金属管道与参比电极之间的电位差，就可以得到管道的自然腐蚀电位。
管道自然腐蚀电位的测定可以采用多种方法。
常用的方法包括动电位扫描法、静电位法和浸泡法等。
这些方法的基本原理都是通过在待测金属管道上接触参比电极，测量其电位差来获得自然腐蚀电位。
测量得到的电位值可以反映出金属管道在特定条件下的腐蚀状态，进而可以评估管道的腐蚀程度和腐蚀速率。
了解管道自然腐蚀电位对于管道腐蚀防护具有重要意义。
通过测量管道的自然腐蚀电位，可以及时发现管道的腐蚀问题，并采取相应的防护措施。
例如，如果测量得到的电位值较低，说明管道正处于活性腐蚀状态，需要加强防护措施，如涂层保护、阴极保护等。
而如果测量得到的电位值较高，说明管道的腐蚀状况较好，可以减少防护措施的投入。
除了测定管道自然腐蚀电位，还可以通过改变介质条件来影响管道的腐蚀电位。
例如，可以通过改变土壤中的电解质浓度、水中的pH 值或大气中的湿度等因素，来改变管道表面的腐蚀电位。
这样可以控制腐蚀反应的进行速率，延缓管道的腐蚀过程。
金属在土壤中的腐蚀
金属在土壤中的腐蚀林清枝金属在大自然中经常遭到的各种电化学腐蚀、如大气腐蚀、土壤腐蚀和海水腐蚀等。
这些腐蚀有个共同特点，即主要是吸氧腐蚀（电化学腐蚀中，是氧分子接受电子），但它们又具有各自的规律。
如今，随着现代比城乡建设，地下设施日益增多，金属构件遭到的腐蚀日趋严重，研究并了解土壤的腐浊规律显得有格外意义。
由于土壤的组成及结构的复杂性，其腐蚀远比大气腐蚀复杂得多，本文仅就土壤的腐蚀类型作些分析。
常见的土壤腐蚀有：一、差异充气引起的腐蚀由于氧气分布不均匀而引起的金属腐蚀，称为差异充气腐蚀。
土壤的固体颗粒含有砂子、灰、泥渣和植物腐烂后形成的腐植土。
在土壤的颗粒间又有许多弯曲的微孔（或称毛细管），土壤中的水分和空气可通过这些微孔而深入到土壤中的水分和空气可通过这些微孔而深入到土壤内部，土壤中的水分除了部分与土壤的组分结合在一起，部分粘附在土壤的颗粒表面，还有一部分可在土壤的微孔中流动。
于是，土壤的盐类就溶解在这些水中，成为电解质溶液，因此，土壤湿度越大含盐量越多，土壤的导电性就越强。
此外，土壤中的氧气部分溶解在水中，部分停留在土壤的缝隙内，土壤中的含氧量也与土壤的湿度、结构有密切关系，在干燥的砂土中，氧气容易通过,含氧量较高;在潮湿的砂土中,氧气难以通过，含氧量较低.；在潮湿而又致密的粘士中，氧气的通过就更加困难，故含氧量最低。
埋在地下的各种金属管道，如果通过结构和干湿程度不同的土壤将会引起差异充气腐蚀，假如，铁管部分埋在砂士中，另一部分埋在粘土中，由腐蚀电池阳极Fe-2e T Fe2+1阴极—O2+H2O+2e T2OH-222不难看出，因砂土中氧的浓度大于粘士中氧的浓度，则在砂土中更容易进行还原反应，即在砂土中铁的电极电势高于在粘土中铁的电极电势，于是粘土中铁管便成了差异充气电池的阳极而遭到腐蚀。
同理，埋在地下的金属构件，由于埋设的深度不同，也会造成差异充气腐蚀，其腐蚀往往发生在埋得深层的部位，因深层部位氧气难以到达，便成为差异充气电池的阳极,那些水平放置而直径较大的金属管，受腐蚀之处亦往往是管子的下部，这也是由差异充气所引起的腐蚀。
金属海水腐蚀
金属海水腐蚀是一种广泛存在的自然 现象，由于海水中含有丰富的溶解氧 和盐分，这些因素促进了金属的腐蚀 过程。
金属海水腐蚀的危害
01
02
03
设备损坏
金属海水腐蚀会导致各种 设备和设施的损坏，如船 舶、码头、石油平台和海 底管道等。
安全隐患
金属海水腐蚀可能引发各 种安全事故，如船舶沉没、 石油泄漏和管道破裂等。
02
金属海水腐蚀的影响因 素
金属材料的种类和特性
金属材料的种类和特性对海水腐蚀的敏感度有显著影响。例如，铁、铜、铝等金 属在海水中容易发生腐蚀，而某些合金或不锈钢则具有较好的耐腐蚀性能。
金属材料的微观结构和表面状态也对腐蚀速率有影响。例如，粗糙的表面或存在 缺陷的金属材料更容易受到腐蚀。
海水的成分和特性
控制温度
通过控制海水温度的方法，减缓金 属的腐蚀速率。
控制流速
通过控制海水的流速，减少对金属 表面的冲刷和磨损，降低腐蚀速率。
04
金属海水腐蚀的监测和 检测方法
物理检测方法
外观检查
通过观察金属表面的变化，如变色、锈迹、裂纹 等，初步判断腐蚀程度。
厚度测量
定期测量金属的厚度，以评估腐蚀造成的损失。
01
合金化
通过在金属中添加合金元素，改 变其成分和结构，提高耐腐蚀性。
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控制金属的微观结 构
通过控制金属的晶粒大小、相组 成和微观结构，提高其耐腐蚀性 能。
03
选择适当的金属材 料
根据使用环境和腐蚀介质，选择 具有优异耐腐蚀性能的金属材料。
控制环境因素
控制盐度
通过降低海水中盐度的方法，减 缓金属的腐蚀速率。
经济损失
金属海水腐蚀会导致大量 的经济损失，包括设备维 修、更换和事故赔偿等。
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
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4. 海水全浸带：海面下20m之内为表层海水，表层海水中溶 解氧近于饱和，这里生物活性强，水温高。
5. 海泥带：钢在海泥区的腐蚀比在海水中缓慢，而且由于 氧气供应不足而易极化。
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2、由杂散电流（stray current)引 起的腐蚀
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3、由于微生物引起的腐蚀 在紧密、潮湿的粘土中，如果不存在氧浓差电池、杂散
电流等腐蚀电池，一般金属的腐蚀速度很低，但这种条件 却非常适合微生物的生长。微生物的新陈代谢使金属的腐 蚀过程加速。
影响金属腐蚀的微生物，主要有细菌、霉菌和藻类。微 生物腐蚀并非是微生物本身对金属有侵蚀作用，而是其生 命获得结果间接地对金属腐蚀的电化学工程产生影响。 （1）直接影响金属腐蚀的阳极和阴极过程。 （2）影响金属所处腐蚀环境的状况。 （3）影响金属表面的状况和性质。
碳钢腐蚀速度↑
{ 不锈钢腐蚀速度↓
11
海水流速 m/s
0 1.5 3
碳钢腐蚀率与海水流速的关系
腐蚀率 g/m2hr
0.125 0.46 0.67
海水流速 m/s
4.5 6 7.5
ห้องสมุดไป่ตู้
腐蚀率 g/m2hr
0.75 0.79 0.81
12
5、海洋生物的影响
缝隙的产生→缝隙腐蚀↑
{ 海洋生物附着
微生物生理作用→氨、CO2、H2S ↑ →腐蚀速度↑
海洋的腐蚀环境大致可分 为以下几类： 1、海洋大气区 2、飞溅区 3、海水潮差带 4、海水全浸带 5、海泥带
6
1. 海洋大气区：金属主要受其表面所沉积盐类的影响。
2. 飞溅区：处在海洋飞溅带的材料常被饱和空气的海水所 湿润，与海洋大气带类似，在该区带没有附着生物，但 含盐粒子量及海水干湿交替程度均比海洋大气带大。飞 溅带是腐蚀最严重的区带。
孔中流动。盐类溶解在这些水中，土壤就成了电解质。 土壤的电阻率与土壤腐蚀性的关系如表所示。
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4. 土壤中的氧：土壤中的氧气，部分存在于土壤的孔隙与 毛细管中，部分溶解在水里。土壤中的含氧量与土壤的 湿度和结构有密切关系。在干燥的砂土中含氧量较高。 潮湿的砂土中，含氧量较少。
5. 土壤中的微生物：对金属的土壤腐蚀孔有很大的影响， 其中最重要的是厌氧的硫酸盐还原菌、硫植菌和好氧的 铁杆菌。
6.1 海水腐蚀
金属结构在海洋环境中发生的腐蚀称为海水腐蚀。 一、海水的性质
海水近似看做3.5%的氯化物盐溶液。几乎含有地壳 中所有的自然状态的元素。海水中含氧量大，表层海 水可以认为被氧饱和，随温度变化，氧含量在5 ~ 10mg/L范围。
pH：7.5 8.6，呈微碱性。 温度： -2~ 35C 电导率高 25~40mS·cm-1
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土壤的特点
1、多相性：各种物质同时存在 2、多孔性：充满空气和水的毛细微孔和孔隙 3、不均匀性：土壤物理化学性质变化较大 4、固定性：固体物与金属固定不动
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6.2.1 腐蚀过程及控制因素
土壤含有一定量水分，所以是一种电化学腐蚀，大多数腐蚀为氧去极 化腐蚀。 1、阳极过程：金属进行溶解并放出电子的过程 在土壤中各种金属的阳极行为：
直接的机械破坏
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五、防止海洋腐蚀的措施
（1）根据耐腐蚀性能和结构使用性能要求合理选材 （2）阴极保护（见课本数据）
对于海洋飞溅区和潮差区的重要钢结构，不容易采用电 化学阴极保护，有机涂层的耐冲击能力又比较差，可以采 用蒙乃尔合金、不锈钢合金、钛合金等进行金属包覆。 （3）表面覆盖层保护（见课本数据）
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2、阴极过程 氧还原：O2＋2H2O＋4e → 4OH－
土壤中的氧存在于孔隙中和溶解在水中，由于水中溶 解氧是有限的，因此，对土壤腐蚀起主要的是缝隙和毛 细管中的氧。这样，土壤的结构和湿度，对氧的流动有 很大的影响。
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6.2.2 土壤腐蚀的几种形式
1、由于充气不均匀引起的腐蚀：当金属管道通过结构不同 和潮湿程度不同的土壤时，由于充气不均匀形成氧浓差电 池的腐蚀。如图所示。
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海水腐蚀与淡水腐蚀的比较
海水含盐量远高于淡 水，海水的电导率比 淡水大得多，这就决 定了海水腐蚀时电阻 性阻滞比淡水要小得 多。
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淡水中流速、温度对低碳钢腐蚀的影响
16
海水与淡水中腐蚀电位的变化
17
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土壤的性质
6.2 土壤腐蚀
1. 土壤的酸碱性：大多数土壤是中性的，砂质粘土和盐碱 土是碱性的，pH在7.5~9.5；在腐植土和沼泽土中为酸性
pH在3~6。
2. 土壤的组成：土壤是由各种颗粒状的矿物质、有机物质 及水分、空气和微生物等组成的多相的并且具有生物活 性和离子导电性的多孔的毛细管胶体体系。在这个体系 中有许多弯弯曲曲的微孔，水分和空气可以通过这些微 孔到达土壤深处。
3. 土壤中的水分：土壤中的水分有些与土壤的组分结合在 一起，有些紧紧粘附在固体颗粒的周围，有些可以在微
1）Fe、碳钢、铜：极化率较低，在土壤中其腐蚀接近于在大气腐 蚀的阳极行为。
钢铁在土壤中生成的不溶性腐蚀产物与基体结合不牢固，对钢铁的保 护性差，但由于紧靠着电极的土壤介质缺乏机械搅动，不溶性腐蚀产物 和细小土粒粘结在一起，形成一种紧密层，使阳极过程受到阻碍。
2）Mg、Zn：无显著阳极极化 3）不锈钢：钝化 4）不腐蚀：Ti、Ta
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四、影响海水腐蚀的因素
{ 1、含盐量 含盐量↑
电导率↑ → 腐蚀速度↑
氧浓度↓ → 腐蚀速度↓
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2、溶解氧量的影响
去极化增大 → 腐蚀速度↑
{ 含氧量↑
〉致钝电流 →腐蚀速度↓
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3、温度的影响
温度↑
去极化增大 → 腐蚀速度↑
{ 氧溶解量↓ → 腐蚀速度↓（开放系统）
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4、流速的影响 流速↑ →氧量↑
1
2
3
海水腐蚀的电化学过程的特征
海水中溶有一定量的氧是影响海水腐蚀的主要因素。 1、电导率高、构成的腐蚀电池作用将更强烈；
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2、海水主要发生氧去极化腐蚀； 3、 高浓Cl-可破坏金属的钝化膜； 4、除全面腐蚀外、还发生局部腐蚀，在高流速情况下、 还发生冲刷腐蚀和空泡腐蚀。
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三、海水的腐蚀速度 与腐蚀环境的关系