第四章 自然环境 中的腐蚀•1 水的腐蚀 •2 大气腐蚀 • *土壤腐蚀电电化学腐蚀蚀，阴极为为氧 的去极化——吸氧反应应第一节 水的腐蚀• 淡水腐蚀钢铁在淡水中的腐蚀混凝土在水中的腐蚀 • 海水腐蚀• 淡水即含盐量小于0.5 g/L的水 地球 上水总量为14亿立方千米，淡水储量 仅占全球总水量的2.5％，而且其中 的68.7％又属于固体冰川，分布在难 以利用的高山和南、北两极地区， 还有一部分淡水埋藏于地下很深的 地方，很难开采目前，人类可以直接利用的只有地 下水、湖泊淡水和河床水，三者总和 约占地球总水量0.77%，除去不能开 采的深层地下水，人类实际能够利用 的水只地球上总水量的0.26%左右 到目前为止,人类淡水消费量已占全世 界可用淡水量的54%但淡水的污染 问题却未完全消除 节约用水！淡水腐蚀• 钢铁在淡水中的腐蚀 1 淡水腐蚀的特点淡水中钢铁的电化学腐蚀通常是受溶解氧的去 极化作用所控制的 阳极反应：Fe→Fe2++2e 阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-（吸氧过程） 溶液中： Fe2++2OH- →Fe(OH)2Fe(OH)2 +O2→Fe2O.H2O或FeO.OH• 2 影响淡水腐蚀的主要因素 （1）pH值当pH=4～10时，溶解氧扩散速度不变，腐蚀速 度基本恒定当pH＜4时，覆盖膜溶解，两个阴极反应，析 氢和吸氧，腐蚀速度显著增大。
当pH＞10时，碳钢表面钝化，腐蚀速度下降.当pH＞1时，碱腐蚀，控制pH＜11防止碱脆 Ø pH=4～10：腐蚀为氧浓差极化控制的腐蚀（影响因素：氧扩散速度）（2）温度的影响水温每升高10℃，碳钢的腐蚀速度约加快0%敞口系统：随水温升高，腐蚀速度先升高后降低 ；（水温升高，溶解氧含量降低）密闭系统：腐蚀速度与温度保持直线上升（氧浓度不变）溶解氧的浓度溶解氧浓度较低时：腐蚀速度随水中氧的浓 度增加而升高；溶解氧浓度很高时：若不存在破坏钝态的活 性离子，会使碳钢钝化腐蚀速度剧减 ① 氧作为去极剂，Fe→Fe+，促进腐蚀； ② 氧使水中Fe(OH)2 氧化为Fe2O.H2O或Fe(OH) 等的混合物，在铁表面形成氧化膜，抑制腐蚀 4）水的流速 ① 一般，水的流速增加，腐蚀速度增加； ② 流速到一定程度，铁钝化，腐蚀速度下降； ③ 极高流速下，钝化膜被冲刷破坏，腐蚀速 度增大 Ø水流速合适，使系统内氧 浓度均匀，避免出现沉积物 的滞留，防止氧浓差电池 的形成 Ø表面状态、杂质（Cl-）、温度（5）水中溶解盐类 ① 水中含盐量增加，溶液导电率增大，腐蚀速度增加； ② 盐类超过一定浓度后，氧的溶解度降低，腐蚀速度减小。
氧化性金属阳离子（Cu2+、Fe+）：加速腐蚀 碱土金属和还原性金属离子（Ca2+）：缓蚀作用 阴离子：有的加速腐蚀如：Cl-，S2-，ClO-有的缓蚀作用如PO4-，NO2- Ca2+与HCO-共存，抑制腐蚀：CaCO（保护膜）（6）微生物：加速钢铁腐蚀 ① 厌气性硫酸盐还原菌能在缺氧时还原成S2-或S；对阴、阳极有促 进作用，腐蚀加剧；产生H2S有腐蚀性 ② 好气性硫杆菌S2-→S6+，pH达1，导致酸性腐蚀 ③ 铁细菌：好氧菌，使氧浓度不均，造成氧浓差腐蚀，生成体积很大的红棕色黏性沉 积物 防止淡水腐蚀的途径（1）减少含有氯化物环境中的氧含量； （2）用于工业循环冷却水系统时，调整和稳定水中溶解盐类的成分； 水质稳定处理：加入一定量阻垢剂、缓蚀 剂和杀菌剂防止腐蚀 （）采用涂料及镀层保护； （4）采用阴极保护• 混凝土在水中的腐蚀 Ø 混凝土是由黏土与石灰石等烧制而成的普通水泥 构成的，为了增加强度，通常内部加入钢筋水泥主要成分：CaO及SiO2等（复杂化合物）；特点：强碱性，对常温碱液有良好耐蚀性，不耐 酸，耐水性很好，可溶性盐类对水泥有侵蚀作用 ，但对盐类溶液的耐蚀性不同混凝土中钢筋的腐蚀取决于氧的去极作用，可形 成氧的浓差腐蚀，使缝内钢筋加速腐蚀。
防止：采用涂料保护，或用表面非金属覆盖层海水腐蚀 • 海洋面积约62,000,000平方公里，近地球表面积的71 ％海洋是矿物资源的聚宝盆人类经济、生活 的现代化，对石油的需求日益增多世界石油资源储量为10,000亿吨，可开采量约000亿吨，其中海 底储量为100亿吨 • 通过海底油田地质调查，中国先后发现了渤海、 南黄海、东海、珠江口、北部湾、莺歌海以及台湾浅滩等7个大型盆地其中东海海底蕴藏量之丰 富，堪与欧洲的北海油田相媲美 1 海水腐蚀特点海水中含有许多化学元素组成的化合物，成分复杂，含盐总量%，氯化物含量高占总盐 量的88.7%，电导率高，溶解氧高 （1）所有结构金属（镁及其合金除外）在海水中腐蚀的阴极由氧还原控制； （2）大量氯离子对钝化膜破坏很大； （）海水电阻小，金属腐蚀电池有较大活性（电偶效应严重）； （4）海水中易出现局部腐蚀，形成腐蚀小孔2 影响海水腐蚀的主要因素 （1）含盐量盐度：1000g海水中溶解的固体物质总克数盐度影响腐蚀速度、Cl-破坏或阻止钝化； （2）含氧量含盐%海水20℃含氧量为8mg/L；含氧量增加，腐蚀速度增加海水深度增加氧含量下降（温度 、总盐度、光合作用、生物腐烂等）； （）温度 温度越高，腐蚀速度越大；（4）海水流速钢铁结构与海水间相对运动速度增加 则将使空气易于进入水中并且促使溶解 氧扩散到金属表面，所以去极化速度增 加；当流速很大时，会造成冲击腐蚀或 空化破坏。
（5）海生物 引起金属缝隙腐蚀 防止海水腐蚀的途径 （1）合理选材 铜及铜合金（70%） （2）改进设计在设计与施工中要避免电偶腐蚀与缝 隙腐蚀尽可能减少阴极接触物的面积 或对其进行绝缘也可以采用镀锌或使 用富锌涂料第二节 大气腐蚀大气腐蚀是金属表面存在水膜时的电化学 腐蚀可能发生各种类型的腐蚀） 1 类型Ø按照暴露在大气中金属表面的潮湿程度： ① 干大气腐蚀（空气干燥，没水膜）特点：金属形成不可见的保护性氧化膜② 潮大气腐蚀大气中的相对湿度相当高，金属表面存在 肉眼看不见的水膜层时发生的腐蚀 ③ 湿大气腐蚀当大气中的相对湿度接近100%，或当雨水直接落在金属表面上，金属表面存在肉眼 可见的凝结水膜层时所发生的腐蚀Ø按照大气的污染程度分类 ① 工业大气腐蚀特点：主要是硫化物中的SO2的污染，使金属表面产生了高度腐蚀性的酸膜； ② 海洋大气腐蚀海洋大气中的海盐微粒；（气流） ③ 乡村大气腐蚀：湿气、氧和CO2等2 特点 （1）干大气腐蚀：纯的化学作用，腐蚀速度小，破坏性非常小 （2）大气腐蚀发生在金属表面上存在的水膜中时，由电化学腐蚀引起的 ① 不同于金属沉浸在电解液中的电化学腐蚀是吸氧腐蚀—不是析氢腐蚀 ② 水膜（相对湿度100%）中的杂质（O2 、CO2 、HCl、 SO2 及盐类等），形成电解质溶液，促进水膜下金属腐蚀。
③ 金属表面水膜下的腐蚀主要是由于金属 表面电化学不均匀性造成的微电池水膜较厚时，形成氧浓差腐蚀电池 Ø潮大气腐蚀：水膜薄，氧易于透过薄膜 ，阴极易进行，阳极钝化受到阻滞，主 要受阳极控制 Ø湿大气腐蚀：水膜厚，氧不易透过水膜 ，阴极速度减慢，主要受阴极控制 影响因素（相对湿度、温度、大气成分） （1）相对湿度（低于临界湿度防止大气腐蚀）临界湿度：金属腐蚀速度开始急剧增加的湿度范围 ，即开始形成水膜时的相对湿度 （2）温度 结露现象：当金属表面处在比它本身温度高的空气 中，则空气中的水汽可在金属表面凝结成露水平均气温高的地区，大气腐蚀速度较大温度的影响更主要表现在有温差的情况下大气成分 ① SO2 危害性最大的一种污染物“酸的再生循环”Fe +SO2+O2→FeSO44FeSO4 +O2+6H2O→4FeOOH+4H2SO44H2SO4 +4Fe +2O2→4FeSO4+4H2O ② NaCl 吸湿作用，增大表面液膜的电导，促进大气腐蚀海洋大气腐蚀）③ 固体尘粒—吸附水分子的凝聚中心，使水汽在低于正常临界相对湿度下凝聚成水膜， 因而加速了金属的腐蚀防尘！） a 尘粒本身具有腐蚀性（铵盐颗粒） b 尘粒本身无腐蚀性，但能吸附腐蚀性物质（ 炭粒吸附SO2） c 尘粒本身无腐蚀性，又不吸收腐蚀活性物质，如砂粒落在金属表面会形成缝隙而凝结水 分，形成氧浓差的局部腐蚀条件。
4 防止 （1）采用金属或非金属覆盖层：涂漆保护； （2）采用耐大气腐蚀的金属材料：含铜、磷、 铬、镍等合金元素的低合金钢； （）使用气相缓蚀剂和暂时性保护涂层：用于 储藏和运输过程中的金属制品（暂时性）气相缓蚀剂：较高的蒸汽压，在金属表面形 成吸附膜而发挥缓蚀作用碳酸环已胺）暂时性保护涂层：凡士林、亚硝酸钠*第三节 土壤腐蚀Ø 金属在土壤中的腐蚀 与在电解液中的腐蚀本 质都是电化学腐蚀 Ø由于土壤作为腐蚀性介 质所具有的特征，使土 壤腐蚀的电化学过程具 有它自身的特点1 土壤电解质的特点 （1）土壤性质和结构具有极大地不均匀性； （2）在土壤颗粒之间形成大量毛细管微孔或孔隙，孔隙中充满空气和水，盐类溶解在水中，土壤 就成为电解质 （）土壤的固体部分认为固定不动的，仅有土壤中气相和液相可作有限的运动最具特征的性质：氧的传递（土壤的微孔输送）2 土壤腐蚀过程的特点金属和介质的电化学不均匀性形成腐蚀电池 腐蚀电池—腐蚀微电池、宏电池Ø金属土壤腐蚀的阴极过程主要是氧的去极化 作用 Ø土壤的结构和湿度对氧的流动有很大影响 土壤越疏松，氧的渗透和流动就越容易，金 属腐蚀就越严重 引起金属腐蚀的原因 （1）充气不均匀引起的腐蚀地下管线穿过结构不同和潮湿度不同的 土壤时，因氧浓差引起的宏电池腐蚀。
（2）杂散电流引起的腐蚀（电车等接地） （）微生物引起的腐蚀（缺氧）硫酸盐还原菌、硫杆菌4 金属土壤腐蚀的影响因素 （1）含水量含水量增加，土壤中盐分溶解量增加 ，腐蚀性增加，直到可溶性盐全部溶解 时，腐蚀速度可达最大值 但是水分过多时，土壤胶粒膨胀，堵 塞土壤的孔隙，阻碍了氧的渗入，腐蚀 速度减小2）含盐量大部分阳离子对腐蚀影响不大（除Fe+） ，对腐蚀有影响的主要是阴离子（SO4-，Cl-）海边潮汐区、盐场 （）土壤的导电性孔隙度小的土壤，水分不易流失，含水 量大，可溶性盐类溶解得多，导电性好，腐 蚀性强砂土腐蚀小，黏土腐蚀大）5 防止 （1）覆盖层保护（石油沥青涂刷地下管道） （2）采用金属涂层或包覆金属（镀锌层） （）阴极保护（牺牲阳极或外加电流）Ø 最经济的办法：阴极保护和涂层联合使 用课后作业 预习：第五章；作业：P65 思考题 4、5。