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1、Chapter 4Metal Corrosion in Entironments 金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀Section 1 Atmospheric Corrosion 大气腐蚀大气腐蚀Section 2 Seawater Corrosion 海水腐蚀海水腐蚀Section 3 Soil Corrosion 土壤腐蚀土壤腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀Section 1Atmospheric Corrosion 大气腐蚀大气腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀1. The concept of atmospheric corrosion 大气腐蚀的概念大气腐蚀的概念v定义：定义：金
2、属在常温大气中，由于空气中的水金属在常温大气中，由于空气中的水和氧等的化学和电化学作用而引起的腐蚀称和氧等的化学和电化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。为大气腐蚀。 大气腐蚀的例子：大气腐蚀的例子：钢铁在空气中的生锈即属于此类钢铁在空气中的生锈即属于此类腐蚀。工厂的钢梁、道路桥梁、火车钢轨、各种机腐蚀。工厂的钢梁、道路桥梁、火车钢轨、各种机械设备、车辆、电工产品、石油石化工业中的大部械设备、车辆、电工产品、石油石化工业中的大部分生产设备以及武器装备等金属材料都是在大气环分生产设备以及武器装备等金属材料都是在大气环境下使用的会发生大气腐蚀。境下使用的会发生大气腐蚀。De金属在自然环境中的腐蚀2.
3、Classification of Atmospheric Corrosion 大气腐蚀分类大气腐蚀分类v2.1 Some concepts related to atmospheric corrosion v 大气腐蚀的相关概念大气腐蚀的相关概念2.1.1 Composition of atmosphere 大气及其组成大气及其组成 地球表面上自然状态的空气称为大气。地球表面上自然状态的空气称为大气。 De金属在自然环境中的腐蚀2. Classification of Atmospheric Corrosion 大气腐蚀分类大气腐蚀分类v2.1 Some concepts related t
4、o atmospheric corrosion v 大气腐蚀的相关概念大气腐蚀的相关概念2.1.2 Absolute humidity and relative humidity 绝对湿度绝对湿度和相对湿度和相对湿度vAbsolute humidity 绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量（g/m3）；一定温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸）；一定温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸汽量。汽量。vRelative humidity 相对湿度：大气中的绝对湿度与同温度下的相对湿度：大气中的绝对湿度与同温度下的饱和水蒸汽量之比。饱和水蒸汽量之比。De金
5、属在自然环境中的腐蚀2. Classification of Atmospheric Corrosion 大气腐蚀分类大气腐蚀分类v2.2 Classification of atmosphere corrosion 大气腐大气腐蚀的分类蚀的分类2.2.1 Dry atmosphere corrosion 干大气腐蚀干大气腐蚀RH 60% 80%v如铜、银等非铁金属，在被硫化物所污染了的空气中产生的失泽作用就是如铜、银等非铁金属，在被硫化物所污染了的空气中产生的失泽作用就是一个例子。一个例子。 2.2.2 Moist atmospheric corrosion 潮大气腐蚀潮大气腐蚀60%80%
6、 RH 100%v铁在没有雨雪淋到时的生锈。铁在没有雨雪淋到时的生锈。 2.2.3 Wet atmospheric corrosion 湿大气腐蚀湿大气腐蚀RH 100%当水分以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时所发生的腐蚀。当水分以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时所发生的腐蚀。 De金属在自然环境中的腐蚀2. Classification of Atmospheric Corrosion 大气腐蚀分类大气腐蚀分类v2.3 Relationship between the rate of atmospheric corrosion and the thickness of liqui
7、d film 大气腐蚀速度与液膜厚度的大气腐蚀速度与液膜厚度的关系关系区域区域I：相当于干大气腐蚀，腐蚀速：相当于干大气腐蚀，腐蚀速度很低。度很低。区域区域II：腐蚀速度急剧增加，相当于：腐蚀速度急剧增加，相当于潮大气腐蚀。潮大气腐蚀。区域区域III：湿大气腐蚀区。：湿大气腐蚀区。区域区域IV：相当于全浸在电解液中，：相当于全浸在电解液中，腐蚀速度已基本不变。腐蚀速度已基本不变。De金属在自然环境中的腐蚀3. The mechanism of atmospheric corrosion 大气腐蚀机理大气腐蚀机理v3.1 The formation of water film on metal
8、surface 金属表面上水膜的形成金属表面上水膜的形成3.1.1 毛细凝聚：毛细凝聚：微细裂纹、结构间隙、空隙、尘埃微粒形成毛细管微细裂纹、结构间隙、空隙、尘埃微粒形成毛细管3.1.2 吸附凝聚：吸附凝聚：不饱和键力不饱和键力3.1.3 化学凝聚：化学凝聚：吸水性化合物如吸水性化合物如NaCl、NH4NO3、手汗、手汗v3.2 The mechanism of atmospheric corrosion in initial stage 大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理3.2.1 Cathodic process 阴极过程阴极过程3.2.2 Anodic process 阳极过程
9、阳极过程De金属在自然环境中的腐蚀3. The mechanism of atmospheric corrosion 大气腐蚀机理大气腐蚀机理v3.1 The formation of water film on metal surface 金属表面上水膜的形成金属表面上水膜的形成3.1.1 毛细凝聚毛细凝聚3.1.2 吸附凝聚吸附凝聚3.1.3 化学凝聚化学凝聚v3.2 The mechanism of atmospheric corrosion in initial stage 大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理3.2.1 Cathodic process 阴极过程阴极过程3.2
10、.2 Anodic process 阳极过程阳极过程De金属在自然环境中的腐蚀v3.3 The mechanism of atmospheric corrosion after the formation of rust in the surface of metal 大气腐蚀在金属表层形成锈层后大气腐蚀在金属表层形成锈层后的腐蚀机理的腐蚀机理Evans模型模型v金属金属/Fe3O4的界面上：的界面上：v （阳极反应）（阳极反应） vFe3O4/FeOOH界面上：界面上：v （阴极反应）（阴极反应） 3. The mechanism of atmospheric corrosion 大气腐蚀机
11、理大气腐蚀机理De金属在自然环境中的腐蚀4. The characteristics of atmospheric corrosion 大气腐蚀的特点大气腐蚀的特点v4.1 4.1 液膜表面积比极大，具有极好的溶氧条件，使之一方面始终液膜表面积比极大，具有极好的溶氧条件，使之一方面始终为氧饱和，另一方面氧极易达到金属表面，所以大气腐蚀具有吸为氧饱和，另一方面氧极易达到金属表面，所以大气腐蚀具有吸氧腐蚀的优越条件。氧腐蚀的优越条件。v4.2 4.2 由于液膜的高含氧特征及金属离子水化过程的困难，由于液膜的高含氧特征及金属离子水化过程的困难， 容易容易促成阳极极化乃至阳极钝化。促成阳极极化乃至阳极
12、钝化。v4.3 4.3 腐蚀产物残留沉积于金属表面，它们的特性对腐蚀影响极大，腐蚀产物残留沉积于金属表面，它们的特性对腐蚀影响极大， 有的具有保护作用能够抑制腐蚀的发展，有的可能进一步加速有的具有保护作用能够抑制腐蚀的发展，有的可能进一步加速腐蚀过程产生不良后果。腐蚀过程产生不良后果。v4.4 4.4 大气腐蚀的电极过程特征随大气条件的不同而变化。大气腐蚀的电极过程特征随大气条件的不同而变化。De金属在自然环境中的腐蚀5. Influencing factors of atmospheric corrosion 影响大气腐蚀的主要因素影响大气腐蚀的主要因素v5.1 Relative humid
13、ity 相对湿度相对湿度v5.2 Temperature 温度温度v5.3 Types and composition of atmosphere 大气类型及成分大气类型及成分Rural atmosphere 乡村大气乡村大气Urban atmosphere 城市大气城市大气Ocean atmosphere 海洋大气海洋大气Industrial atmosphere 工业大气工业大气v5.4 Dust Content 固体尘粒固体尘粒v5.5 Surface state of metal 金属的表面状态金属的表面状态De金属在自然环境中的腐蚀6. Remedial measures of at
14、mospheric corrosion 大气腐蚀的防护措施大气腐蚀的防护措施v6.1 Use of alloys 使用合金使用合金（Cu、P、Cr）v6.2 Coating protection 涂层表面保护涂层表面保护v6.3 Reduction of relative humidity 降低相对湿度降低相对湿度v6.4 Use of inhibitors 缓蚀剂缓蚀剂v6.5 Other measures 其它其它De金属在自然环境中的腐蚀大气腐蚀实例大气腐蚀实例- -低温管道、设备的露点腐蚀低温管道、设备的露点腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀大气腐蚀实例大气腐蚀实例- -低温管道、设备的露
15、点腐蚀低温管道、设备的露点腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀大气腐蚀实例大气腐蚀实例- -低温管道、设备的露点腐蚀低温管道、设备的露点腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀大气腐蚀实例大气腐蚀实例- -低温管道、设备的露点腐蚀低温管道、设备的露点腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀大气腐蚀实例大气腐蚀实例- -低温管道、设备的露点腐蚀低温管道、设备的露点腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀大气腐蚀实例大气腐蚀实例- -低温管道、设备的露点腐蚀低温管道、设备的露点腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀Section 2Seawater corrosion 海水腐蚀海水腐蚀DeDe金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀1.
16、 Nature of seawater 海水的性质海水的性质1.1 海水是一种导电性很强的电解质溶液。海水是一种导电性很强的电解质溶液。1.2 海水中含量最多的盐类是氯化物，其次是硫酸盐。海水中含量最多的盐类是氯化物，其次是硫酸盐。 DeDe金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀2. The characteristics of seawater corrosion 海水腐蚀的特征海水腐蚀的特征n n2.1 2.1 对于大多数金属来说，它们在海水中腐蚀时的阳极对于大多数金属来说，它们在海水中腐蚀时的阳极对于大多数金属来说，它们在海水中腐蚀时的阳极对于大多数金属来说，它们在海水中腐蚀时的阳
17、极过程阻滞很小，因而腐蚀速度相当大。过程阻滞很小，因而腐蚀速度相当大。过程阻滞很小，因而腐蚀速度相当大。过程阻滞很小，因而腐蚀速度相当大。n n2.2 2.2 海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环海水腐蚀是氧去极化过程，它是腐蚀反应的控制环节。节。节。节。n n2.3 2.3 海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。海水的电导率很大，电阻性阻滞很小。n n2.4 2.4 海洋环境较为复杂，引起的具体腐蚀过程也各不相海洋环境较为复杂，引起的
18、具体腐蚀过程也各不相海洋环境较为复杂，引起的具体腐蚀过程也各不相海洋环境较为复杂，引起的具体腐蚀过程也各不相同。同。同。同。 海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区等海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区等海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区等海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区等 DeDe金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀3. Influencing factors of seawater corrosion 影响海水腐蚀的因素影响海水腐蚀的因素n n3.1 Salt content 3.1 Salt content 盐度盐度盐度盐度n n3.2 pH valu
19、e pH3.2 pH value pH值值值值n n3.3 Saturation content of carbonate3.3 Saturation content of carbonate碳酸盐饱和度碳酸盐饱和度碳酸盐饱和度碳酸盐饱和度n n3.4 Oxygen content 3.4 Oxygen content 含氧量含氧量含氧量含氧量n n3.5 Temperature 3.5 Temperature 温度温度温度温度n n3.6 Flowing speed of seawater 3.6 Flowing speed of seawater 海水流速海水流速海水流速海水流速n n3.
20、7 Effect of sea biology 3.7 Effect of sea biology 生物因素的影响生物因素的影响生物因素的影响生物因素的影响 DeDe金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀4. Prevention of seawater corrosion 海水腐蚀的防护措施海水腐蚀的防护措施n n4.1 Using suitable metal material and developing new 4.1 Using suitable metal material and developing new material with seawater corrosion
21、 resistance material with seawater corrosion resistance 合理合理合理合理选用金属材料、研制新材料选用金属材料、研制新材料选用金属材料、研制新材料选用金属材料、研制新材料n n4.2 Protective coatings 4.2 Protective coatings 涂层保护涂层保护涂层保护涂层保护n n4.3 Electrochemical protection 4.3 Electrochemical protection 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金牺牲阳
22、极有锌合金、镁合金和铝合金牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合金 DeDe金属在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀Section 3Corrosion of Soils 土壤腐蚀土壤腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀o1.1 Conductivity of soils 土壤的导电性土壤的导电性p土壤导电性越好，电阻率越低，土壤的腐蚀性越强。土壤导电性越好，电阻率越低，土壤的腐蚀性越强。n1.1.1 Water content in soils 土壤中的水分土壤中的水分n1.1.2 Soil Porosity 土壤的空隙率土壤的空隙率n1.1.3 Salt content 盐分的影响盐分的影响o1.2
23、 Oxygen content 含氧量的影响含氧量的影响n土壤腐蚀多为吸氧腐蚀，土壤的透气性好，含氧量高，土壤腐蚀多为吸氧腐蚀，土壤的透气性好，含氧量高，则会加速金属的腐蚀。则会加速金属的腐蚀。o1.3 pH Valuen酸性土壤（酸性土壤（pH=36）n中性土壤（中性土壤（pH=67.5）n碱性土壤碱性土壤(pH=7.59.5)。1. Corrosivity of soils and its influencing factors 土壤的腐蚀性及其影响因素土壤的腐蚀性及其影响因素De金属在自然环境中的腐蚀o1.4 Temperature 温度温度o1.5 Microorganism 微生物的
24、影响微生物的影响n1.5.1 微生物新陈代谢产物的腐蚀作用微生物新陈代谢产物的腐蚀作用n1.5.2 参与土壤腐蚀的电化学过程参与土壤腐蚀的电化学过程n1.5.3 改变金属周围的氧浓度、盐浓度、酸度值等，形改变金属周围的氧浓度、盐浓度、酸度值等，形成局部腐蚀电池。成局部腐蚀电池。n1.5.4 破坏金属表面的保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。破坏金属表面的保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性。1. Corrosivity of soils and its influencing factors 土壤的腐蚀性及其影响因素土壤的腐蚀性及其影响因素De金属在自然环境中的腐蚀o2.1 Corrosion cells
25、in soils 土壤中的腐蚀电池土壤中的腐蚀电池n2.1.1 Micro-Corrosion cells 微观腐蚀电池微观腐蚀电池n2.1.2 Macro-corrosion cells 宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池o2.2 Electrode process in soils 土壤腐蚀的电极过程土壤腐蚀的电极过程n2.2.1 Anodic process 阳极过程阳极过程p2.2.1.1阳极溶解时没有显著阳极极化的金属。阳极溶解时没有显著阳极极化的金属。Mg、Zn、Al、Mn和和Sn。p2.2.1.2阳极溶解的极化率较低，并决定于金属离子化反应的过电位。阳极溶解的极化率较低，并决定于金属离子化
26、反应的过电位。如铁、碳钢、铜和铅。如铁、碳钢、铜和铅。p2.2.1.3 因阳极钝化而具有较高的起始极化率的金属。如铬、锆、含因阳极钝化而具有较高的起始极化率的金属。如铬、锆、含铬或铬镍不锈钢。铬或铬镍不锈钢。p2.2.1.4 在土壤条件不发生阳极溶解的金属。如钛、钽。在土壤条件不发生阳极溶解的金属。如钛、钽。n2.2.2 Cathodic process 阴极过程阴极过程p阴极过程主要是氧的去极化作用。阴极过程主要是氧的去极化作用。2. Corrosion cells and electrode process in soils 土壤腐蚀腐蚀电池及电极过程土壤腐蚀腐蚀电池及电极过程De金属在自
27、然环境中的腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀o三种自然条件下的腐蚀，大气、海水、土壤腐蚀，其阴极过程都是氧的去极化作用，但在不同的腐蚀情况下，氧的传递速度和情况则不同：在大气腐蚀中，氧是透过电解质薄膜；在海水腐蚀中，氧是经过电解液本体；而在土壤腐蚀中，氧是透过固体的微孔电解质。因此，在大气中，氧到达腐蚀着的金属表面，主要决定于水膜的厚度；在液体里，主要决定于搅拌作用；而在土壤中，当土层的厚度相等时，则决定于土壤的结构和湿度。讨论：讨论：De金属在自然环境中的腐蚀3. Stray-current corrosion 杂散电流腐蚀杂散电流腐蚀o3.1 杂散电流：是指由原定的正常电路漏失而流入他处的电流
28、。杂散电流：是指由原定的正常电路漏失而流入他处的电流。o3.2 杂散电流腐蚀：地下埋设的金属构件在杂散电流的作用下引杂散电流腐蚀：地下埋设的金属构件在杂散电流的作用下引起的腐蚀。起的腐蚀。n电源的正极电源的正极架空线架空线电力机车电力机车路轨路轨电源的负极。电源的负极。n腐蚀破坏的程度与杂散电流的电流强度成正比，电流强度愈大，腐蚀腐蚀破坏的程度与杂散电流的电流强度成正比，电流强度愈大，腐蚀愈严重。愈严重。De金属在自然环境中的腐蚀4. Control for soil corrosion 土壤腐蚀的控制土壤腐蚀的控制o4.1 Use of insulated protective layer
29、绝缘性保护层绝缘性保护层o4.2 Cathodic protection 阴极保护阴极保护o4.3 Improving soils 改良土壤改良土壤o4.4 Controlling microorganism corrosion 控制微生物控制微生物腐蚀腐蚀De金属在自然环境中的腐蚀本章思考题本章思考题1. 按照潮湿程度，金属的大气腐蚀有哪几类？它们之间是否有本质区别？2. 影响大气腐蚀的主要因素有哪些？为什么大其中的尘埃易引起钢铁腐蚀？3. 防止大气腐蚀主要有哪些措施？4. 海水腐蚀的阳极过程有什么特点？5. 金属发生大气腐时，水膜层的厚薄程度对水膜下的腐蚀过程有什么影响？6. 试比较海水腐蚀、大气腐蚀和土壤腐蚀异同点？7. 影响土壤腐蚀的因素有哪些？8. 什么是杂散电流腐蚀？De金属在自然环境中的腐蚀
