金属腐蚀与防护13金属在某些环境下的腐蚀

根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
大
气
杂
春季测量
质
的数字
的
典
型
浓
度
毫克/升
• 金属表面上的水膜
金属表面上的水膜对大气腐蚀起着关键性作用。 (1)当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的
水膜。 (2)当空气的相对湿度低于100%，金属表面
也可能形成水膜，其原因有三： ◆毛细凝聚 ◆化学凝聚 ◆吸附凝聚 (3) 金属表面上形成的水膜并不是纯净的水， 因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。
成分 毫克/米３ 重量
空气
氮(N2) 氧 (O2) 氩(Ar) 水蒸汽
二氧化碳
1172 879 269 15 8 0.5
100 75 23 1.26 0.70 0.04
氖
(Ne)
氪(Kr) 14
氦
4
(He) 0.8
氙(Xe) 0.5
氢(H2) 0.05
12 3 0.7 0.4 0.04
根据Meetham. 转引自＜ Corrosion＞ 上卷 P2.4
0.4
2 0.2
0
150 氧 扩
散
150 层
2
厚
120 度
90
1
60
30
0
200
400
600
水膜厚度(ų)
铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原反 应速度及氧扩散层厚度的关系
氧还原反应速度
氧扩散层厚度
(根据 Po3eHΦe∧b4)
• 大气腐蚀的影响因素
（1）气候条件：湿度 ；降水量 ；温度 ； 日照量
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
86
硫酸铵
(NH4)2SO4
81
氯化铵
NH4Cl
80
氯化钠 NaCl
76
氯化亚铜 CuCl2.2H2O
68
氯化亚铁 FeCl2
56
氯化镍
NiCl2
54
碳酸钾
K2CO3.2H2O
44
氯化镁
MgCl2.6H2O
34
氯化钙
CaCl2.6H2O
32
氯化锌 ZnCl2.XH2O百度文库
10
(根据ToMaWoB.O’Brient等)
大气腐蚀
分 100 子 层 数 80
60
40
20
0 50 60 70 80 90 100
相对湿度%
洁净的,细磨过的铁表面 上吸附的水膜厚度变化 与空气相对湿度的关系
(ConoSion)
厚初 度期 的大 关气 系腐
蚀 速 度 与 金
属 表 面 水 膜
Ⅰ:干的大气腐蚀 δ=10~100Å
Ⅱ:潮的大气腐蚀 δ=100 Å ~1ųm
第十三章 金属在某些环境中的腐蚀 与防护
1.大气腐蚀与防锈 大气的主要成分 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。 空气的相对湿度对金属的大气腐蚀有重 要的影响。 大气的次要成分(杂质)
大气腐蚀
大气的近似组成
（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2
成分 克/米３ 重量％
（2）大气污染物质 SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 ：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和
导电性，氯离子还具有强腐蚀性。 烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物
质(如炭粒)，或者在金属表面上形成缝隙， 增加水汽凝聚(如硅质颗粒)。
大气腐蚀
120 暴露55天
100 80 60 40 20 0
•大气腐蚀的特点
(1)氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴 极过程。即使液膜呈酸性，氧分子还原反 应仍占阴极过程的主要地位。
(2)在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利 于金属钝化；潮的大气腐蚀受阳极极化控 制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制
(3)由于水膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜 中，因此腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程 有重要影响。
与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20oC)
溶液中的盐
相对温 度%
溶液中的盐
相对 温度%
硫酸铜
CuSO4.5H2O
98
硫酸钾
K2SO4
98
硫酸钠
Na2SO4
93
碳酸钠
Na2CO3.10H2O
92
硫酸亚铁 FeSO4.7H2O
92
硫酸锌
ZnSO4.7H2O
90
硫酸镐
3CdSO4.8H2O
89
氯化钾 KCl
大气腐蚀
毛细管半 径,Ao
360 94 47
冷疑时相对 湿度%
98 90 80
毛细管半径, Ao
30 21 15
冷疑时相对 湿度%
70 60 50
所毛 需细 相管 对半 湿径 度与 的水 关汽 系冷
疑
1.构件中的狭缝
2.金属表面上的 灰尘
3.腐蚀产物中的 细孔
大气腐蚀条件下水汽毛细凝聚的可能中心
大气腐蚀
大气腐蚀
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3) 硫化氢(H2S) 氨(NH3) 氯化物(空气样品) 氯化物(雨水样品) 尘粒
典型浓度，微克/米３
工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40
大约为SO2含量的10％
工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45 工业区：4.8 农村地区：2.1 内地工业区：冬天4.8夏天2.7 沿海农村区：年平均5.4 内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18 工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15
Ⅲ:湿的大气腐蚀 δ=1 ų m~1mm
Ⅳ:全浸 δ>1mm
腐 蚀 速 度
ⅠⅠⅡ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度 δ
•大气腐蚀的特点
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
腐 蚀 速 度
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
• 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。
大气腐蚀
析
出 30 H2 或
吸 20
1
收
O2
的 10 体
种 50 100 150 200
(cm3/dm2)
镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条 件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化
全浸
薄水膜 大气腐蚀
氧去极化
氢去极化
(根据ToMawoB)
(ų) (mA/cm )
氧 还
1.2
原 反
1.0
应 速
0.8
度 0.6
腐 蚀 增 120 量
80
40
E烟尘颗粒
+0.01%SO2
D硫铵颗粒
+0.01%SO2 大
C 含0.01%SO2 气
无颗粒
腐
B含硫铵颗盐粒 无SO2
蚀
A 纯净空气
20 40 60 80 10
相对湿度(%)
30 50 60 80
90
99
相对湿度逐渐增大(到99%)
铁的大气腐蚀速度与 相对湿度的关系
(大气中含0.01%so2) 暴露55天的结果