第四章 金属在各种环境中的腐蚀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) 大气腐蚀成分克/米３重量％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 0.5100 75 23 1.26 0.70 0.04氖 (Ne) 氪 (Kr) 氦 (He) 氙 (Xe) 氢 (H2)14 4 0.8 0.5 0.0512 3 0.7 0.4 0.04大气的近似组成（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2根据Meetham. 转引自＜ Corrosion＞ 上卷 P2.4大气腐蚀杂质 典型浓度，微克/米３二氧化硫(SO2)工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40二氧化硫(SO3)大约为 SO2含量的10％硫化氢(H2S)工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45春季测量 的数字氨(NH3)工业区：4.8 农村地区：2.1氯化物(空气样品)内地工业区：冬天4.8夏天2.7 沿海农村区：年平均5.4氯化物(雨水样品)内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18毫克/升尘粒工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15大气杂质的典型浓度根据Meetham. 转引自Shreir ed.• 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。
• 当空气湿度达到100%，形成肉眼可见 的水膜 • 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 大气腐蚀毛细管半径 ,Ao冷疑时相对 湿度%毛细管半径 , Ao冷疑时相对 湿度% 360 94 4798 90 8030 21 1570 60 50毛细管半径与水汽冷疑 所需相对湿度的关系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100806040200 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初期大气腐蚀速度与金属表面水膜 厚度的关系分子层数腐蚀速度水膜厚度 δⅣⅠⅢⅠ:干的大气腐蚀δ=10~100ÅⅡ:潮的大气腐蚀δ=100 Å ~1ųmⅢ:湿的大气腐蚀δ=1 ų m~1mmⅣ:全浸δ>1mmⅠⅡ•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水膜厚度ⅠⅡⅢⅣ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Rh100土壤含盐量％ (%)>0.75 0.75-0.1 0.1-0.05 0.05-0.01 4064.5-5.56-35.5-73-27-8.52-1>8.550 20-50 35 20-30 50 20-50 10-20 7-10 100 20-100 10-20 5-10 60 45-60 20-45 100 50-100 20-50 P372 土壤腐蚀(I)(II)(IIII I I c a a a c cIRlEEE• 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 土壤腐蚀E I氧浓差电池腐蚀极化图富氧区阳极极化曲线较陡，Pa较大 ，因而贫区腐蚀电流较大粘土 (贫氧区)砂土 (富氧区)阴极阳极 埋地钢 管地面构成氧浓差电池的一种情况（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 土壤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Akumob引自＜金属腐蚀理论及其研究方法＞P133电车电流流出轨道阳极区域（严重腐蚀） 阴极区域 架空线 ＋(4)细菌腐蚀或微生物腐蚀(MIC) 细菌在腐蚀过程中的作用包括 ： 有的细菌的生命活动的代谢产物具有很强 的腐蚀性 有的细菌的生命活动能促进金属腐蚀的阴 极反应，影响电极反应动力学过程 有的细菌活动改变了金属周围的环境条件 ，如氧浓度，盐浓度，pH值，增加土壤的 不均匀性 有的细菌活动能破坏金属表面保护性覆盖 层的稳定性，或使缓蚀剂分解失效 土壤腐蚀中常见的细菌 硫氧化菌 与腐蚀有关的硫氧化菌主要是硫杆菌 属的细菌，包括氧化硫杆菌，排硫杆 菌和水泥崩解硫杆菌它们属于喜氧 性细菌，在有氧的条件下才能生存 硫酸盐还原菌(SRB) SRB属厌氧性细菌，在缺氧条件下才 能生存在缺氧的中性土壤中，腐蚀 过程是很难进行的 • 埋地钢铁管道的保护 （1）减小土壤的腐蚀性 加强排水，降低地下水位，保持土壤干燥。
在酸性土壤地段，可以在钢管周围填充石灰 石碎块在埋置管道时用腐蚀性较小的土壤 回填 （2）覆盖层保护 石油沥青层有良好的防水性和耐蚀性氧煤 焦沥青涂层耐蚀性很好，但毒性大 塑料粘 结带的防护性能优于石油沥青，且适宜长距 离管道的现场机械化施工，但费用较高 （3）阴极保护和涂料联合 阴极保护和涂料联合是保护地下钢铁 管道最经济有效的方法 • 地下管道的阴极保护可采用牺牲阳极保 护法，也可以采用外加电流保护法 • 外加电流法阴极保护系统对其他地下管 道(以及其他设施)的干扰——杂散电流 腐蚀控制杂散电流的方法： 直流电源要加强绝缘，不使电流流入土壤 改善管道绝缘质量 将受干扰的管道与被保护管道连接起来，共 同保护 在多管道地区，最好采用多个阳极站，每个 站的保护电流较小，阳极站离被保护管道较 近，以缩小保护电流范围 采用深井阳极可减小对其他地下设施的杂散 电流干扰 采取排流措施 土壤腐蚀铁轨防止杂散电流腐 蚀的排流保护法A排流点保险丝R(A)简单排流铁轨A排流点(B)极化排流保险丝整流元件秩轨接地阳极（C）接地式排流3. 海水腐蚀与海洋设施防护 • 海水的组成和性质 海水近似看做3%或3.5%的氯化钠溶液 。
几乎含有地壳中所有的自然状态的元 素海水的pH值在7.2 8.6，呈微碱性 海水的温度在 –2 ~ 35C之间 • 海水导电性强 • 海水中含氧量大，表层海水可以认为被 氧饱和随温度变化，氧的含量在5 ~ 10mg/L范围 海水腐蚀高温氧化海水的主要成分离子浓度％0 离子浓度 ％0Cl- SO42-HCO3-Br-F- BO33-18.982.650.140.090.0020.3Na+M g2+Ca2+K+Sr2+0.561.2720.400.880.01碳钢腐蚀率与海水流速的关系海水流 速 M/S腐蚀率 g/m2.n海水流速m/s腐蚀率 g/m2.n0 1.5 30.125 0.46 0.674.567.50.750.790.81距试样上端距离（米） 美国耐海水钢Mariner与碳钢的试验结果（九年暴露 ） 6 5 4 3 2海泥区Mainer钢 碳钢全浸区飞溅区潮汐区0.61.21.82.43.13.74.34.95.56.1腐 蚀 速 度• 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。
• 海水中含有大量氯离子，容易造成金属钝态 局部破坏 • 碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限 扩散电流密度增大的因素，如充气良好，流 速增大，都会使碳钢腐蚀速度增大 • 海洋环境的腐蚀分为几个区域 • 船舶和海洋设施的保护 （1）材料 低合金海水用钢与碳钢的比较 腐 蚀 速 度 (mm/y)低合金钢 碳 钢海洋大气区0.04 0.050.2 0. 5飞溅区0.1 0.150.3 0. 5潮汐区 0.1 0. 1全浸区0.15 0.20.2 0. 25海泥区 0.06 0. 1环 境（2）设计和施工 在选材、设计和施工中要避免造成电偶 腐蚀和缝隙腐蚀与高流速海水接触的 设备(泵、推进器、海水冷却器等)要避 免湍流腐蚀和空泡腐蚀 （3）涂料保护 （4）阴极保护阴极保护与涂料联合应用是最有效的防 护方法现在海洋船舶、军舶普遍采用 这种防护方法。