材料腐蚀与防护金属在自然环境下的腐蚀.pptx

一 金属表面水膜的形成1 雨、雪、雾、露形成水膜厚度约1mm；2 饱和凝聚，水膜厚度约2030m；3 毛细管凝聚，水膜厚度一般小于1m；4 吸附凝聚，一般的固体物质表面能吸附水分 子形成一层薄的水分子层；5 化学凝聚，当金属表面含有与雨水形成水化 物的盐类物质时，对水分子的吸附力更强；第1页/共53页二 大气腐蚀的分类（按大气干湿程度分类）1 干的大气腐蚀 金属在干燥大气中不存在液膜层时的腐蚀称为干的大气腐蚀。属于化学腐蚀中的常温氧化。2 潮的大气腐蚀 金属在R.H较高但小于100的大气中的一种腐蚀。3 湿的大气腐蚀 金属在R.H接近100的大气中进行的一种腐蚀，水分子在金属表面成滴凝聚。由于水膜较厚，阳极反应容易进行，腐蚀过程由阴极过程扩展，即氧的扩散速度是主要的扩展步骤。第2页/共53页图81第3页/共53页三 大气腐蚀的机理1 初期腐蚀阶段电化学腐蚀过程阴极过程：氧的去极化作用在中性或碱性液膜下：在在酸性液膜下：阳极过程：金属溶解过程对于潮的大气腐蚀，腐蚀过程主要受阳极过程控制；对于湿的大气腐蚀，腐蚀过程主要受阴极过程控制；第4页/共53页图85，86第5页/共53页图87第6页/共53页2 形成锈后阶段铁锈层内Evans模型阳极反应：发生在金属/Fe2O3界面上阴极反应：发生在Fe3O4/FeOOH界面上 发生在锈层内第7页/共53页 一般来说，在大气中长期暴露的钢材，其腐蚀速度逐渐减慢。其原因有：锈层增厚导致锈层电阻增大和渗氧减弱，使锈层的阴极去极化作用减弱；附着性好的锈层内层减少活性阳极面积，增强阳极极化，从而减慢大气腐蚀速度；第8页/共53页四 影响大气腐蚀的因素1 相对湿度的影响临界相对湿度：金属表面开始形成液膜的相对湿度。大气超过临界相对湿度，金属的腐蚀速度会迅速猛增，在临界相对湿度之前，金属的腐蚀速度很小或几乎不被腐蚀。2 温度和温差的影响 温度影响相对湿度（临界相对湿度），影响金属对水分子的凝聚作用。一般来说，平均气温高，大气腐蚀速度较大；气温的剧烈变化（温差大）也加速腐蚀。第9页/共53页图89第10页/共53页图810，811第11页/共53页3 大气成分的影响（1）大气中有害气体的影响 SO2的影响SO2能加速金属的腐蚀速度。其机理主要有两种看法一种认为：SO2能加速金属的腐蚀速度，主要是由于在吸附膜下减小了阳极的钝化作用。在高湿度条件下，由于水膜凝结增厚，SO2参与了阴极去极化作用，当SO2 体积分数大于0.5时，此作用明显增大。显然大气中SO2的含量很低，但它在溶液中的溶解度比氧约高出1300倍，对腐蚀影响很大。第12页/共53页图812，813第13页/共53页另一种认为：SO2能加速金属的腐蚀速度的原因，认为一部分SO2被吸附在金属表面，与铁反应生成易溶解的硫酸亚铁，FeSO4进一步氧化并由于强烈的水解作用生成硫酸，硫酸又与铁作用，整个过程具有自催化反应，其反应如下：第14页/共53页 HCl、H2S、NH3腐蚀性气体的影响HCl 是腐蚀性较强的一种气体，溶于水膜中生成盐酸，对金属的腐蚀破坏大；H2S 气体在干燥大气中使铜、黄铜、银变色，而在潮湿 的大气中会加速铜、黄铜、镍特别是镁和铁的腐蚀。H2S溶入水中使水膜酸化，使水膜的导电性增加，加速腐蚀。NH3 易溶于水膜中，使pH值增加，对钢铁起缓蚀作用。但对有色金属不利，铜的影响最大，锌、镉次之，因为 NH3能与这些金属作用生成可溶性的络合物，促进阳极去极化作用。第15页/共53页（2）酸、碱、盐的影响 介质的酸碱性的改变，将影响去极化剂（如H）的含量及金属表面膜的稳定性，进而影响金属的腐蚀速度的大小。第16页/共53页4 固体颗粒、表面状态的影响（1）大气中固体颗粒分为三类：颗粒具有腐蚀性 如铵盐颗粒溶入水膜，电导和酸度升高；海盐颗粒 （NaCl）本身具有腐蚀性，NaCl颗粒在金属 表面上具有吸湿作用，增大表面水膜电导；颗粒无腐蚀性，有吸附性 如碳粒，吸附大气中SO2、水 形成酸性水膜而促使腐 蚀加速；颗粒无腐蚀性、不吸附腐蚀物质 如砂粒，它在金属表面形成缝隙而凝聚水分子，造成局部氧浓差的局部腐蚀而加速金属腐蚀；第17页/共53页（2）金属表面状态对腐蚀速度有明显的影响。金属表面粗糙易吸附尘埃，吸湿而造成局部腐蚀；金属表面的腐蚀产物具有较大的吸湿性，会降低临界相对湿度而加速腐蚀速度。第18页/共53页五 防止大气腐蚀的措施1 添加合金元素，提高材料的耐蚀性；2 采用覆盖层保护包括使用有机、无机涂层和 金属镀层；（1）长期覆盖层，如电镀、喷镀、渗镀、磷化、发蓝、氧化、涂料、砖板衬里、衬胶、玻璃钢等；（2）暂时性覆盖层，如防锈油、防锈脂、防锈水、可剥性塑料等；第19页/共53页3 控制环境主要控制金属所处环境的相对湿度、温度及含氧量。（1）充氮封存（2）干燥空气封存4 缓蚀剂 防止大气腐蚀用的缓蚀剂分为油溶性缓蚀剂、气相缓蚀剂和水溶性缓蚀剂。第20页/共53页第二节 土壤腐蚀 埋在土壤中的金属及其构件，如地下金属管道（油、气、水管线）、通讯电缆、地基钢柱、高压输电线和电视塔等，由于土壤腐蚀造成管道穿孔损坏，引起油、气、水的渗漏或使电讯发生故障，甚至造成火灾、爆炸事故，污染环境，损失巨大。这些构成地下“地下动脉”的设备往往难于检修，给生产带来很大的危害，尤其在石油化工行业，土壤腐蚀防不胜防。土壤腐蚀是一种电化学腐蚀。第21页/共53页一 土壤电解质的性质1 土壤的组成与结构（1）多相：土粒、水、空气固、夜、气三相组成，且土粒 中含有多种无机矿物质以及有机物质；多孔：团粒结构、颗粒间形成大量毛细管微孔或孔 隙，孔隙中充满水和气；（2）结构的不均匀性，土壤中各种微结构的物理化学性 质，尤其与腐蚀有关的电化学性质有明显的差异；第22页/共53页2 土壤的导电性 土壤的含水量和含盐量高，电阻率升高，土壤腐蚀严重。3 土壤中的氧4 土壤的pH值5 土壤的微生物 土壤是由气、液、固三相物质组成的复杂系统，作为电解质的主要特点是多相性、多孔性、不均匀性和固定性。第23页/共53页二 土壤腐蚀的类型1 异金属接触电池（电偶电池）地下金属构件由于采用不同的金属材料，电极电势不同的两种金属连接时电势较负的金属加剧腐蚀，而电势较正的金属获得保护；2 氧浓差电池 对于埋在土壤中地下的管线，由于管线不同部位的土壤其含氧量不同形成氧浓差电池。含氧量低的部位电势较负而成为氧浓差电池的阳极；含氧量高的部位电势较正而成为氧浓差电池的阴极；第24页/共53页图816第25页/共53页3 盐浓差电池 由于土壤介质的盐含量不同而造成盐浓差电池。盐浓度高的部位电极电势较负，成为阳极而加速腐蚀。4 温差电池 地下深层的套管处于较高的温度，为阳极；而位于地表附近即浅层的套管温度低，成为阴极。5 新旧管线构成的腐蚀 当新旧管线连接在一起时，由于旧管线表面有腐蚀产物层，使电极电势比新管正，成为阴极，加速新管腐蚀。第26页/共53页温差电池第27页/共53页6 杂散电流腐蚀 杂散电流：指原定的正常电路漏失而流入 它处的电流。杂散电流的腐蚀特征：阳极区局部腐蚀；防止措施：排流法；绝缘法；牺牲阳极法；7 微生物腐蚀 和土壤有关的微生物有四类：硫化菌（SOB）、厌氧菌（SRB）、真菌、异养菌。微生物对地下金属构件的腐蚀，是新陈代谢的 间接作用，不参加腐蚀过程。第28页/共53页图818第29页/共53页三 土壤腐蚀的电极过程及控制因素 大多数金属在土壤中的腐蚀为氧的去极化腐蚀。只有金属在强酸性土壤中的腐蚀为氢去极化腐蚀。1 阳极过程 按金属在潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中的阳极极化行为，把它们分为：（1）阳极溶解时没有显著阳极极化的金属。如镁、锌、铝、锰、锡等；（2）阳极溶解的极化率较低，并取决于金属离子化的 过电势如铁、碳钢、铜、铅等；（3）因阳极钝化而具有高的起始极化率的金属，在更高的阳极电势下，阳极钝化又因土壤中的氯离子 而受到破坏。如铬、锆、含铬镍的不锈钢；（4）在土壤条件下不发生阳极溶解的金属如钛、钽；第30页/共53页2 阴极过程阴极过程是氧的还原：在酸性很强的土壤中，才发生氢的去极化：不同土壤条件下腐蚀控制过程有三种形式：阴极控制；阳极控制；阴极电阻混合控制；第31页/共53页图816第32页/共53页四 土壤腐蚀的影响因素1 孔隙度（透气性）孔隙度大有利于氧的渗透和保持水分。透气性好可加速腐蚀过程，但透气性太大阻碍金属阳极的溶解，易生成具有保护能力的腐蚀产物。2 含水量 含水量高，氧的扩散受阻，腐蚀减小；随着含水量的减少，氧的去极化容易，腐蚀速度加快。第33页/共53页第34页/共53页3 电阻率 土壤的电阻率越小，土壤腐蚀越严重。4 酸度 土壤酸度增高，土壤腐蚀性增强。5 含盐量 土壤含盐量大，土壤的导电率增加，土壤的 腐蚀性增加。第35页/共53页第36页/共53页五 防止土壤腐蚀的措施1 覆盖层保护2 金属镀层3 改变土壤环境4 阴极保护第37页/共53页第三节 海水腐蚀一 影响海水腐蚀性的因素1 盐类及浓度 含盐量高，Cl离子浓度高，电导率高；2 溶氧量 海水表面层：溶氧量510g/（g海水），被空气饱和；在标准大气下，溶氧量随海水温度上升而下降，随盐度 升高而下降；第38页/共53页表86，87第39页/共53页图815第40页/共53页3 海水的pH值4 海洋生物（1）新陈代谢分泌出的有机酸、NH4OH、H2S等腐蚀介质；（2）由于光合作用放出氧气，形成局部氧浓差腐蚀电池；（3）破坏构件表面油漆层，形成局部腐蚀电池；5 流速第41页/共53页二 海洋环境分类及腐蚀特点1 按照金属和海水的接触情况，可将海洋环境分为：海洋大气区，飞溅区，潮汐区，全浸区和海泥区。2 海水腐蚀的主要形式（1）电偶腐蚀（2）孔蚀和缝隙腐蚀（3）磨损腐蚀第42页/共53页第43页/共53页三 海水腐蚀的防止措施1 合理选用金属材料2 涂层保护3 电化学保护第44页/共53页第四节 微生物腐蚀 微生物腐蚀指在微生物生命活动参与下所发生的腐蚀过程。一 微生物腐蚀的特征1 先形成粘泥，再引起腐蚀；细菌能分泌粘液，粘液把悬浮在水中的无机垢、腐蚀产物、灰砂淤泥等粘接在金属表面上形成粘泥；藻类的分泌物或腐败物能吸附固体粒子而在金属表面形成粘泥；真菌分泌出的酶使纤维素分解，剩下的木质素或腐烂产物在金属表面上形成粘泥；第45页/共53页 粘泥在金属表面上的形成，构成了氧浓差电池，引起垢下腐蚀；同时，粘泥为厌氧的硫酸盐还原菌提供了良好的滋生条件；粘泥中细菌分泌出酸性物质如有机酸、硫化物，增加了腐蚀介质的酸性，加速金属的腐蚀。2 以局部腐蚀形式出现，一般呈点蚀、缝隙腐蚀形貌第46页/共53页二 与腐蚀有关的主要微生物1 硫酸盐还原菌厌氧性细菌 它具有的氢化酶能使阴极表面上产生的氢将硫酸盐还原为硫化氢，腐蚀后生成的H2S和FeS结合起来形成有恶臭的粘泥。硫酸盐还原菌参与腐蚀过程的主要反应：生成的H2S与金属相互作用：第47页/共53页硫酸盐还原菌腐蚀图解第48页/共53页2 铁细菌喜氧性细菌 铁细菌把Fe2+储存与细菌体内，其表面上的Fe2被氧化成棕色粘泥Fe(OH)3。3 硫氧化菌喜氧性细菌 它能使土壤中的硫、硫化物氧化成硫酸：使得硫氧化菌周围环境中，硫酸浓度高达510（质量分数），造成酸性环境，使该区域内的金属受到严重的腐蚀。第49页/共53页铁细菌氧浓差腐蚀电池第50页/共53页第51页/共53页三 微生物腐蚀的控制1 采用杀菌剂或抑菌剂；2 改善环境条件；3 表面保护层；4 阴极保护；第52页/共53页感谢您的观看。第53页/共53页