自然条件下的金属腐蚀

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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。
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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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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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、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↑
碳钢腐蚀速度↑
{ 不锈钢腐蚀速度↓
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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 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。
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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四、影响海水腐蚀的因素
1、含盐量
电导率↑ → 腐蚀速度↑
{ 含盐量↑
氧浓度↓ → 腐蚀速度↓
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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
腐蚀率 g/m2hr
0.75 0.79 0.81
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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↑
5. 土壤中的微生物：对金属的土壤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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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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第6章 自然条件下的金属腐蚀
土壤腐蚀 大气腐蚀
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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。
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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
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
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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：
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。
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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。
3. 海水潮差带：潮差带的金属表面也经常同充气的海水接触， 潮汐、海流运动造成金属表面干湿交替，加剧腐蚀。潮差 有海生物附着，对一般钢铁结构物来说得到局部保护，但 对不锈钢等却因缺氧造成局部腐蚀。
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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
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海水与淡水中腐蚀电位的变化
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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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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。