第2章 腐蚀环境

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2.5.3微生物腐蚀参与腐蚀过程主要形式
1、微生物新陈代谢产物的腐蚀作用。微生物具有腐蚀性是能产生一 些代谢产物，如无机酸、有机酸、硫化物、氨等，增强了环境的腐蚀 性。 2、促进腐蚀的电极反应动力学过程。如硫酸盐还原菌的存在能促进 金属腐蚀的阴极去极化过程。 3、改变了金属周围环境的氧浓度、含盐度、酸度等而形成的局部腐 蚀电池。
2.4.1反应机理:
干燥气体产生的侵蚀，一般是化学腐蚀。（它不发生通常意义 的电极反应） 反应步骤： Me →Men+ +ne 1/2O2 +2e → O22Men+ + nO2- → Me2On
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2.4.2氧化物的特性:
1、氧化物体积大于被氧化金属的体积时，能抑制金属进一步氧化， 氧化物停止生长，反之金属会继续氧化。但是如果氧化物不是很致 密的，也不能有效阻挡氧化的继续进行。 （不同金属氧化物在这方面的表现是不一样的）
电车 轨道
电流流出
阴极区域
阳极区域（严重腐蚀）
从电车轨道漏出的杂散电流对土壤中钢铁管道的腐蚀作用图解 根据
Akumob引自＜金属腐蚀理论及其研究方法＞P133
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2.2.6防止土壤腐蚀的措施
1、牺牲阳极或外加电流进行阴极保护； 2、电器接地以避免杂散电流； 3、有机涂层（如沥青、塑料、绝缘胶带等）； 4、无机涂层（如锌、水泥等） 5、锈蚀余量； 6、埋置混凝土中； 7、为避免由于氧含量不均匀造成腐蚀电池，用砂子、石灰 石碎块填充周围。
1、在钢中加入某些合金元素，以提高金属材料的耐蚀性； 2、采用有机和无机涂层或金属镀层来保护长期暴露于大气 中的金属构架；
3、采用气相缓蚀剂，对储藏和运输过程中的金属进行保护；
4、降低大气湿度，主要用于对仓储金属制品的保护； 5、其它，如合理设计构件，去除金属表面的灰尘等。
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2.4
干燥气体
干燥气体是指在干燥条件下使金属出现侵蚀的气体，主要是氧 ，硫蒸气和氯气。
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2、水膜中质点的影响
主要是：氧、硫化物、氯化物、灰尘等
3、温度的影响
注：影响大气腐蚀的最主要因素是水分！
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2.3.3大气分类
1、乡村大气：主要指SO2低。
2、城市大气：含SO2和烟尘。 3、工业大气：工厂区，不同工业会有不同污染。 4、海洋大气：很高的氯化物浓度 。
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2.3.4防止大气腐蚀的方法
硫氧化菌能将硫及硫化物氧化成硫酸。它们属于喜氧性细菌， 在有氧的条件下才能生存。 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4
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3、铁细菌
铁细菌能使二价铁离子氧化成三价并沉积于细菌体外，三价铁 离子可以将硫化物进一步氧化成硫酸。
2Fe(OH)2 + H2O + 1/2 O2 → 2Fe(OH)3 ↓
2.5.1定义：
微生物腐蚀是指在微生物的生命活动参与下所发生的腐蚀过程。
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2.5.2微生物腐蚀的特征：
1、微生物的生长繁殖，需要具有适宜的环境条件，如一定的温度、 湿度、酸度、环境含氧量及营养源等。 2、微生物腐蚀并非微生物直接食取金属，而是微生物生命活动的结 果直接或间接参与了腐蚀过程。
3、微生物腐蚀往往是多种微生物共生、交互作用的结果。
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2.1.1 淡水
影响淡水腐蚀性的主要因素：
氧浓度，pH值，硬度，HCO3- 、Cl- 、SO42- 浓度。
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1、氧浓度：
一般来讲，氧浓度高，腐蚀性强。这可以从氧电极电位的能斯 特方程看出。
游离氧浓度对水的腐蚀性具有决定意义，因为氧会参与阳极反 应：1/2O2+H2O+2e-→2OH-（中性、碱性条件下。） ①氧在水中的溶解随温度升高而下降。 0℃→14.6mg/L 20℃→9.6mg/L 40℃→6.4 mg/L 100℃→0.0 mg/L
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2.2
2.2.1土壤的构成
1、土壤粒子 2、溶解物 3、气体
土壤腐蚀
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2.2.2土壤的特性：
土壤在水平和垂直方向一般都是不均匀的。土壤的性质还随着 季节、地域等而变化（如雨季、旱季等）。再比如一般土壤中上层 是熟土，下层是生土。
土壤是土粒、水和空气的混合物。由于水中溶有各种盐类，故 土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。 土壤中含有多种无机物质和有机物质，这些物质的种类和含量 既影响土壤的酸碱性，又影响土壤的导电性。土壤是不均匀的，因 此长距离的地下管道和大尺寸的地下设施，其各个部位接触的土壤 的结构和性质可能有较大的变化。土壤中还有大量微生物，对金属 腐蚀能起加速作用。
耐蚀材料 ②在浸入水中的物件上，最强烈的腐蚀发生在靠近水面的下 方。这是因为由于氧的扩散问题，水的表面的氧浓度最高。
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2、pH值
pH值少于4时，碳钢的腐蚀速率很大
原因：这时即使没有氧，H+可作为氧化剂参与阴极反应。
3、碳酸钙的沉积
4、溶解盐成份的影响 5、碱性化或碳酸化 6、流速 7、温度
含氧高，阴极
砂子
粘土，含氧低，阳极
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3、pH值
4、阻抗
5、微生物
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2.2.5土壤腐蚀的几种常见形式
1、全面腐蚀
对于小的金属制品，全面腐蚀是主要的腐蚀形态。对于大型设 备，长距离管道，以大电池造成的局部腐蚀为主。
2、氧浓差电池腐蚀
富氧区和贫氧区接触的金属部分组成氧浓差电池，富氧区接触的 金属表面为阴极；贫氧区接触的金属表面为阳极。
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2、海水腐蚀的影响因素：
（1）盐度 （2）pH值 （3）碳酸盐饱和度 （4）含氧量 （5）温度
耐蚀材料 （6）流速
（7）生物的影响
①海生物附着不完整均匀时，附着层内外造成浓差电池； ②由于生物的生命活动，局部改变了海水介质成分； ③附着植物根的穿透和剥落，破坏了金属表面保护层。
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3、海水腐蚀的保护措施：
（1）合理运用金属材料，研制新材料；
（2）涂层保护，如防锈油漆、防污漆或使用某些合金包覆（蒙乃尔 合金）；
（3）电化学保护。
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2.1.3锅炉用水（生产蒸汽）
锅炉用水要防止发生沉积和腐蚀。 锅炉用水一般要进行如下处理： 1、软化：降低钙、镁离子的浓度，防止沉淀； 2、除气：去除水中的氧以降低腐蚀性； 3、调整pH值，中和水中CO2以减少腐蚀性； 4、加缓蚀剂，阻止腐蚀。
2、氧化物的厚度随温度升高而增加。（如钢、铜的氧化物）。
3、金属若能处于不同的氧化状态，表面氧化物会由几层不同氧化 物组成。（如铁，不同温度不会形成FeO、Fe3O4、Fe2O3等）。
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2.4.3防护措施
加入具有选择性氧化的合金元素，以形成保护层。 如：Cr、Al、Si等元素
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2.5 微生物腐蚀
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2.5.5微生物腐蚀的控制：
除非系统是密闭的，否则腐蚀性微生物很难完全消灭，一般需 联合采取多种控制措施。
1、使用杀菌剂或抑菌剂；
2、改变环境条件，抑制微生物生长； 3、覆盖防护层；
4、阴极保护。
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2.3
2.3.1定义：
大气腐蚀
大气腐蚀通Hale Waihona Puke Baidu是指在常温下暴露在地球大气中的所发生的腐蚀。
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2.3.2大气腐蚀的影响因素：
1、湿度的影响
相对湿度 ：空气中水蒸气含量与同温度下饱和水蒸气含量的比 值的百分数。
临界湿度——当湿度达到一定程度时，金属突然加速腐蚀时的 湿度值。 临界湿度以下腐蚀可以忽略，大于临界湿度，腐蚀随相对湿度 增加而增加。临界湿度取决于金属及其表面的污染程度。
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3、杂散电流腐蚀
杂散电流是指直流电源设备漏电进入土壤产生的电流，对地下 管道、贮罐、电缆等金属设施，造成严重的腐蚀破坏。
杂散电流流出的部位成为腐蚀电池的阳极区，金属发生氧化反 应转变为离子进入土壤 。 腐蚀掉的金属量和流过的杂散电流的电量成正比，可以按法拉 弟电解定律进行估算。
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架空线 ＋
4、破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。
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2.5.4与腐蚀有关的微生物
1、硫酸盐还原菌
硫酸盐还原菌所具有的氢化酶能移去阴极区的氢原子，促进腐 蚀过程中的阴极去极化反应，或生成硫化物而加速金属的腐蚀。属 厌氧性细菌，在缺氧条件下才能生存。 SO42- + 8H+ → S2-+4H2O
2、硫氧化菌
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2.2.4影响土壤腐蚀的因素
1、水分 2、氧含量
（1）地下水位线以上含氧量大于水位线以下； （2）砂子中含氧量高于粘土中； （3）经过移动的（通过挖掘）土壤比没受干扰的土壤（天然状态） 含氧量高。熟土中含氧量比生土中高。
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例：长结构管线跨越两种或多种不同类型土壤时就会形成腐蚀 电池，使管线发生腐蚀。
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2.2.3土壤中的腐蚀机理：
土壤中也是通过电化学作用产生腐蚀。钢铁在土壤中的腐蚀反应为： 阳极：Me→Men+ + n e
阴极：1/2 O2 + H2O + 2e →2OH腐蚀反应：Me + H2O + O2→Me（OH）
注：1、当阳极阴极很接近，并且土壤水分pH大于5时，腐蚀产物能 形成对钢表面的保护层，使腐蚀受到抑制。 2、当阳极、阴极相隔一段距离时，腐蚀产物在阳极和阴极之间的 某处沉积，对阳极不提供保护，阳极则易产生点蚀。
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第2 章
腐蚀环境
金属发生腐蚀时所处的环境叫腐蚀环境。 最主要的腐蚀环境主要是指水，土壤，大气和干燥气体。
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2.1 水
许多金属结构件所暴露的水环境： （1）热水和自来水的主管道，管路，紧固件，阀门和泵； （2）水的冷却系统，管道，换热器，泵等； （3）中心加热系统，管道，散热器阀门和泵； （4）蒸汽动力设备，锅炉或蒸汽发生器，蒸气管，冷凝器； （5）船舶，船体和螺旋桨； （6）港口设备，港桩； （7）水阀。
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2.1.2海水
海水具有基本恒定的成分和腐蚀速率。（除污染的海水外，海 水的pH值在8.1左右恒定，盐浓度约3.5%恒定--pH值、成分恒定）
1、海水的特性：
海水有很高的电导率，平均比电导为4*10-2S.cm-1，远远超过 河水（2*10-4S.cm-1）和雨水（1*10-5S.cm-1）。海水的pH值通常 为8.1-8.3 。