材料腐蚀与防护第八讲.ppt

第六章第六章 自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀 6.1 6.1 大气腐蚀 6.2 6.2 淡水和海水腐蚀 6.3 6.3 土壤腐蚀 6.4 6.4 微生物腐蚀6.1 大气腐蚀大气腐蚀 世界上世界上60%60%以上的钢材在大气环境中使用以上的钢材在大气环境中使用 大气腐蚀损失占总腐蚀损失量大气腐蚀损失占总腐蚀损失量50%50%对于某些功能材料（微电子电路）、文物、对于某些功能材料（微电子电路）、文物、装饰材料等，轻微大气腐蚀也不允许装饰材料等，轻微大气腐蚀也不允许n大气腐蚀（Atmospheric Corrosion）金属材料暴露在空气中，由于空气中的金属材料暴露在空气中，由于空气中的水水和和氧氧 的化学和电化学作用而引起的腐蚀。的化学和电化学作用而引起的腐蚀。最常见的大气腐蚀现象生锈u 大气腐蚀属于液膜下的电化学腐蚀 区别于浸于电解质溶液中的腐蚀区别于浸于电解质溶液中的腐蚀6.1 大气腐蚀大气腐蚀u 大气腐蚀以均匀腐蚀为主 也包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、微动也包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、微动 腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳等腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳等大气腐蚀环境大气腐蚀环境p大气环境不同 腐蚀严重性不同 与地域、季节、时间等条件有关与地域、季节、时间等条件有关 地表附近大气主要成分在全球范围内几乎不变地表附近大气主要成分在全球范围内几乎不变 大气中的水蒸气含量随地域、季节和时间有所大气中的水蒸气含量随地域、季节和时间有所 变化变化p大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因素 氧（参与电化学过程）氧（参与电化学过程）水分（水膜是电解液层）水分（水膜是电解液层）其次是二氧化碳、二氧化硫、氯气等其次是二氧化碳、二氧化硫、氯气等参与大气腐蚀过程的主要是 含水汽和氯化物大气含水汽和氯化物大气 SO SO2 2与水汽共同作用加速腐蚀与水汽共同作用加速腐蚀钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400-500倍工业区比沙漠区大气腐蚀大50-100倍大气腐蚀环境大气腐蚀环境二氧化硫、硫化氢、氯气二氧化硫、硫化氢、氯气硫化物、氯化物、煤烟、尘硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质大大加速大气腐蚀埃等杂质大大加速大气腐蚀乡村大气：清洁乡村大气：清洁城镇大气：污染城镇大气：污染工业大气：工业大气：SOSO2 2污染污染海洋大气：含氯化物海洋大气：含氯化物大气腐蚀环境大气腐蚀环境 大气腐蚀环境分类 全球大气污染日趋严重大气的近似组成大气的近似组成(10oC，100KPa)根据根据Meetham.转引自转引自Corrosion上卷上卷P2.4成成 分分克克/米米重量重量成成 分分毫克毫克/米米重量重量ppm氮氮(N2)87975氖氖(Ne)1412氧氧(O2)26923氪氪(Kr)43氩氩(Ar)151.26氦氦(He)0.80.7水蒸汽水蒸汽80.70氙氙(Xe)0.50.4二氧化碳二氧化碳0.50.04氢氢(H2)0.050.04 杂杂 质质 典型浓度，微克典型浓度，微克/米米二氧化硫二氧化硫(SO2)工业区：冬天工业区：冬天350，夏天，夏天100农村地区：冬天农村地区：冬天100，夏天，夏天40二氧化硫二氧化硫(SO3)大约为大约为SO2含量的含量的10硫化氢硫化氢(H2S)工业区：工业区：1.590城市地带：城市地带：0.51.7农村地区：农村地区：0.150.45春季测量数字春季测量数字氨氨(NH3)工业区：工业区：4.8农村地区：农村地区：2.1氯化物氯化物(空气样品空气样品)内地工业区：冬天内地工业区：冬天4.8，夏天，夏天2.7沿海农村区：年平均沿海农村区：年平均5.4氯化物氯化物(雨水样品雨水样品)内地工业区：冬天内地工业区：冬天7.9，夏天，夏天5.3沿海农村区：冬天沿海农村区：冬天57，夏天，夏天18毫克毫克/升升尘粒尘粒工业区：冬天工业区：冬天250，夏天，夏天100农村地区：冬天农村地区：冬天60，夏天，夏天15大气的次要成分大气的次要成分(杂质杂质)根据根据Meetham.转引自转引自Shreired.Corrosion大气腐蚀的类型大气腐蚀的类型 干大气腐蚀 潮大气腐蚀 湿大气腐蚀I:I:干干大气腐蚀大气腐蚀 =10100:潮潮大气腐蚀大气腐蚀 =100 1 m:湿湿大气腐蚀大气腐蚀 =1 m1mm:全浸全浸,1mm 案例：金属金属CuCu、AgAg等在含有硫化物污染了的空气中失泽等在含有硫化物污染了的空气中失泽干大气腐蚀干大气腐蚀 定义：在空气非常干燥的条件下，金属表面在空气非常干燥的条件下，金属表面 不存在液膜层的腐蚀不存在液膜层的腐蚀 特点：金属表面的吸附水膜厚度不超过金属表面的吸附水膜厚度不超过10nm10nm 没有形成连续的电解液膜（没有形成连续的电解液膜（I I区）区）腐蚀速度很低，化学氧化的作用较大腐蚀速度很低，化学氧化的作用较大 在金属表面形成一层保护性氧化膜在金属表面形成一层保护性氧化膜 水膜达几十到几百个水分子层厚，约水膜达几十到几百个水分子层厚，约10nm-1m10nm-1m 形成了连续的电解液薄膜（形成了连续的电解液薄膜（IIII区）区）膜较薄，氧易于扩散进入界面膜较薄，氧易于扩散进入界面 电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大潮大气腐蚀潮大气腐蚀 定义：大气中的相对湿度足够高（但低于大气中的相对湿度足够高（但低于100%100%），），在金属表面存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的在金属表面存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀腐蚀 特点：案例 铁在没有雨雪淋到时的生锈铁在没有雨雪淋到时的生锈湿大气腐蚀湿大气腐蚀 定义：空气湿度接近于空气湿度接近于100100，或当水以雨、雪、，或当水以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时，金属表面便存水沫等形式直接落在金属表面上时，金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀 水膜较厚，约为水膜较厚，约为1m-1mm 随着水膜加厚，氧扩散困难随着水膜加厚，氧扩散困难 腐蚀速度下降（腐蚀速度下降（III区）区）特点：u水膜厚水膜厚1mm1mm，相当于金属全浸于电解质溶液，相当于金属全浸于电解质溶液，腐蚀速度基本不变（腐蚀速度基本不变（IVIV区）区）纯水膜：导电性差纯水膜：导电性差 不足以强烈腐蚀不足以强烈腐蚀 实际水膜：水溶性盐类、腐蚀性气体（实际水膜：水溶性盐类、腐蚀性气体（COCO2 2、O O2 2、SO SO2 2）、汗液等）、汗液等大气腐蚀条件大气腐蚀条件 电化学腐蚀的特殊形式 金属表面在潮湿的大气中金属表面在潮湿的大气中 吸附一层很薄的水膜吸附一层很薄的水膜 当水膜达到当水膜达到20-3020-30分子层厚时分子层厚时 电解液膜电解液膜 液膜来源 水分（雨雪）直接沉降；水分（雨雪）直接沉降；大气湿度或温度变化等原因引起的凝聚作用大气湿度或温度变化等原因引起的凝聚作用 液膜特性大气腐蚀条件大气腐蚀条件 当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中的当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中的 水蒸汽将以液体凝结于金属表面上水蒸汽将以液体凝结于金属表面上 结露是发生潮大气腐蚀的前提结露是发生潮大气腐蚀的前提 空气温度在空气温度在5-50oC范围内，气温剧烈变化达范围内，气温剧烈变化达6oC左左 右时，只要空气相对湿度达到右时，只要空气相对湿度达到65%-75%就可引起就可引起 结露现象。结露现象。温差越大，引起结露的临界湿度就越低。温差越大，引起结露的临界湿度就越低。昼夜温差达昼夜温差达6oC的气候，在我国各地十分常见。的气候，在我国各地十分常见。液膜的产生：结露大气腐蚀条件大气腐蚀条件 大气相对湿度大气相对湿度 100 100 水膜凝结水膜凝结 热带、亚热带及大陆性气候地区，气候变化热带、亚热带及大陆性气候地区，气候变化剧烈剧烈 相对湿度相对湿度 100%100%也容易造成水分也容易造成水分冷凝冷凝 空气中水分的饱和凝结大气腐蚀条件大气腐蚀条件 物理吸附物理吸附 水分与固体表面之间存在的范德华分子引力作用水分与固体表面之间存在的范德华分子引力作用 大气相对湿度低于100发生凝结的原因：毛细管凝聚作用毛细管凝聚作用 金属表面沉积物或金属构件之间的狭缝形成毛细管金属表面沉积物或金属构件之间的狭缝形成毛细管 化学凝聚作用化学凝聚作用 金属表面附着的盐类或生成的易溶腐蚀产物产生金属表面附着的盐类或生成的易溶腐蚀产物产生 吸水性的吸水性的CuSO4、ZnCl2、NaCl、NH4NO3使水的凝聚使水的凝聚 变得容易变得容易大气腐蚀机理大气腐蚀机理 大气腐蚀初期的腐蚀机理 锈层形成后的腐蚀机理 锈层的结构和保护性 耐候钢锈层结构的特点大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理 阴极过程：氧的去极化为主 表面液膜膜层很薄，氧容易到达阴极表面液膜膜层很薄，氧容易到达阴极 遵从电化学腐蚀一般规律 环境特点：电解液膜较薄电解液膜较薄 常常干湿交替常常干湿交替 薄液膜条件下，氧的扩散比全浸状态下更容易薄液膜条件下，氧的扩散比全浸状态下更容易 即使电位较负的金属（即使电位较负的金属（MgMg），当从全浸状态下），当从全浸状态下 的腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极的腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极 化为主转变为氧去极化为主化为主转变为氧去极化为主大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理 阴极过程：阳极过程：阳极钝化及金属离子水化过程阳极钝化及金属离子水化过程大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理 潮大气腐蚀，阳极过程控制潮大气腐蚀，阳极过程控制 湿大气腐蚀，阴极过程控制，弱于全浸腐蚀湿大气腐蚀，阴极过程控制，弱于全浸腐蚀 应用：应用：湿度不大，阳极控制：合金化提高阳极钝性是有效的湿度不大，阳极控制：合金化提高阳极钝性是有效的湿度大，阴极控制：合金化效果不大，应降低湿度、湿度大，阴极控制：合金化效果不大，应降低湿度、减少空气中有害成分减少空气中有害成分 液膜厚度的影响 液膜变薄，大气腐蚀的阴极过程更容易进行液膜变薄，大气腐蚀的阴极过程更容易进行 阳极过程则变得越来越困难：阳极过程则变得越来越困难：金属离子水化过程较难进行，易于阳极钝化产生金属离子水化过程较难进行，易于阳极钝化产生 腐蚀控制过程锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理锈层内发生了锈层内发生了Fe3+Fe2+的的还原反应还原反应锈层参与了阴极反应过程锈层参与了阴极反应过程 阳极反应：金属金属Fe3O4界面上界面上 阴极反应：Fe3O4 FeOOH界面上界面上 腐蚀产物：影响腐蚀电极过程 Evans模型：锈层锈层-强氧化剂，电极反应发生的位置不同强氧化剂，电极反应发生的位置不同锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理 锈层潮湿时 Evans模型模型 Fe3还原成还原成Fe2+大气干湿交替：锈层加速腐蚀 锈层干燥时 锈层和底部基体金属的局部电池成为开路锈层和底部基体金属的局部电池成为开路 在大气中氧的作用下锈层内的在大气中氧的作用下锈层内的Fe2+重新氧化成为重新氧化成为Fe3 锈层的增厚会导致电阻增大和氧的渗入困锈层的增厚会导致电阻增大和氧的渗入困难，使锈层的阴极去极化作用减弱；难，使锈层的阴极去极化作用减弱；附着性良好的锈层内层将减小活性阳极面附着性良好的锈层内层将减小活性阳极面积，增大阳极极化。积，增大阳极极化。锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理l 大气中长期暴露钢：腐蚀速度逐渐减慢锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理 锈层的结构 内外两层内外两层 外层疏松，容易剥落外层疏松，容易剥落 内层附着性好，结构致密内层附着性好，结构致密 能起到一定的保护作用能起到一定的保护作用 碳钢的锈层 FeOOH、FeOOH、Fe3O4 环境不同：结晶结构比例不同环境不同：结晶结构比例不同 FeOOH首先形成首先形成 转变为转变为FeOOH和和 Fe3O4，转变受大气湿度、污染的影响，转变受大气湿度、污染的影响锈层的结构和保护性锈层的结构和保护性 碳钢锈层中常存在一些盐类结晶，如碳钢锈层中常存在一些盐类结晶，如FeSO47H2O、FeSO44H2O、Fe2(SO4)3等等 这些结晶盐的存在将降低锈层的保护性这些结晶盐的存在将降低锈层的保护性-FeOOH对耐蚀性起着重要作用对耐蚀性起着重要作用p一般大气一般大气:暴露时间延长，暴露时间延长，-FeOOH含量增多含量增多p含有含有SO2工业区或含有工业区或含有Cl的沿海地区的沿海地区-FeOOH较少，较少，-FeOOH或或Fe3O4较多较多p在污染少的森林地带在污染少的森林地带:-FeOOH多多p工业大气工业大气 有效隔离腐蚀介质与钢基体的接触有效隔离腐蚀介质与钢基体的接触 具有极高阻抗，极大减缓了阳极和阴极区之间的电子具有极高阻抗，极大减缓了阳极和阴极区之间的电子 迁移，降低了电化学反应的速度迁移，降低了电化学反应的速度耐候钢锈层结构的特点耐候钢锈层结构的特点 耐候钢耐候钢(耐大气腐蚀钢耐大气腐蚀钢Weathering Steel)通过合金化在钢中加入一定量的通过合金化在钢中加入一定量的Cu、P、Cr、Ni、Mo等合金元素形成的具有优异的耐大气腐蚀性能等合金元素形成的具有优异的耐大气腐蚀性能 的低合金钢的低合金钢 锈层的稳定化过程锈层的稳定化过程 疏松外腐蚀产物层和基体之间能够形成一层致密、疏松外腐蚀产物层和基体之间能够形成一层致密、连续的含有连续的含有Cu、Cr、P等合金元素的非晶产物层等合金元素的非晶产物层 最终转化成富集上述元素的最终转化成富集上述元素的-FeOOH层层 致密、连续的非晶内氧化层及致密、连续的非晶内氧化层及-FeOOH层层 结露与环境的温度有关结露与环境的温度有关 一定湿度下，环境温度越高，越容易结露一定湿度下，环境温度越高，越容易结露 平均气温高的地区，大气腐蚀速度较大平均气温高的地区，大气腐蚀速度较大 昼夜温度变化大，也会加速大气腐蚀。昼夜温度变化大，也会加速大气腐蚀。大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 湿度 水膜的厚、薄水膜的厚、薄 大气中的含水量大气中的含水量 腐蚀速度开始急剧增加的湿度腐蚀速度开始急剧增加的湿度 钢铁、钢铁、Cu、Ni、Zn等临界湿度约为等临界湿度约为5070%临界湿度 温度 大气中的污染物大气中的污染物:硫化物（硫化物（SO2、SO3、H2S）氮化物（氮化物（NO、NO2、NH3）碳化物（碳化物（CO、CO2）固体污染物固体污染物(盐颗粒、沙粒和灰尘等盐颗粒、沙粒和灰尘等)大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 大气成分 SO2矿物燃料燃烧产生的矿物燃料燃烧产生的 SO2促进金属大气腐蚀的自催化反应机理促进金属大气腐蚀的自催化反应机理大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 SO2的影响（最严重）SO2被吸附在金属表面被吸附在金属表面 形成形成FeSO4FeSO4进一步氧化强烈水解作用进一步氧化强烈水解作用生成硫酸生成硫酸 硫酸硫酸Fe作用作用 FeSO4 自催化自催化大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 HCl气体 H2S气体 氯化物 溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀 在干燥大气中引起铜、黄铜、银等变色在干燥大气中引起铜、黄铜、银等变色 在潮湿大气中加速铜、镍、黄铜、铁和镁的腐蚀在潮湿大气中加速铜、镍、黄铜、铁和镁的腐蚀 沿海地区受海风吹起的海水形成的细雾沿海地区受海风吹起的海水形成的细雾盐雾盐雾 盐雾降落在金属表面，氯离子溶于水中生成盐酸，盐雾降落在金属表面，氯离子溶于水中生成盐酸，对金属腐蚀破坏很大对金属腐蚀破坏很大 汗液汗液1.1.颗粒本身具有腐蚀性颗粒本身具有腐蚀性2.2.颗粒吸附腐蚀性物质颗粒吸附腐蚀性物质3.3.颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚水份，颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚水份，形成氧浓差的局部腐蚀条件形成氧浓差的局部腐蚀条件大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 固体颗粒的影响防止大气腐蚀的措施防止大气腐蚀的措施p 提高材料的耐蚀性 向碳钢中加入向碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni、微量、微量Ca和和Sip 表面涂层保护p 改变局部大气环境p 合理设计和环境保护 油漆、金属镀层或暂时性保护涂层。油漆、金属镀层或暂时性保护涂层。使用气相缓蚀剂和控制大气湿度使用气相缓蚀剂和控制大气湿度 防止缝隙中存水，避免落灰防止缝隙中存水，避免落灰 加强环保，减少大气污染加强环保，减少大气污染第六章第六章 自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀 6.1 6.1 大气腐蚀 6.2 6.2 淡水和海水腐蚀 6.3 6.3 土壤腐蚀 6.4 6.4 微生物腐蚀 淡水（Fresh water）一般指河水、湖水、地下水等含盐量少的天然水。一般指河水、湖水、地下水等含盐量少的天然水。世界河水溶解物的平均值%淡水腐蚀 氧去极化的电化学腐蚀过程，通常受阴极过程控制氧去极化的电化学腐蚀过程，通常受阴极过程控制淡水腐蚀机理 金属在淡水中的腐蚀淡水腐蚀的影响因素p pH49：腐蚀速度与：腐蚀速度与pH无无关，钢表面有氢氧化物膜，氧要关，钢表面有氢氧化物膜，氧要通过膜才能起去极化作用。通过膜才能起去极化作用。p pH河水和雨水 温度：035 在正常情况下，海水表层被空气饱和在正常情况下，海水表层被空气饱和 溶氧量随温度和盐度的升高而略有下降溶氧量随温度和盐度的升高而略有下降 通常为通常为8.18.3 植物茂盛，植物茂盛，CO2减少，溶氧上升，减少，溶氧上升，pH接近接近9.7 海底有厌氧性细菌繁殖，溶氧量低且含有海底有厌氧性细菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，pH 铜合金铜合金 不锈钢不锈钢 铸铁和碳钢铸铁和碳钢 电化学保护电化学保护 在全浸区才有效在全浸区才有效 外加电流阴极保护法便于调节，而牺牲阳极法外加电流阴极保护法便于调节，而牺牲阳极法 则简便易行。则简便易行。海水中常用的牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝海水中常用的牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝 合金，铝合金牺牲阳极较为经济合金，铝合金牺牲阳极较为经济防止海水腐蚀的措施 大型海洋工程结构的设计寿命达大型海洋工程结构的设计寿命达大型海洋工程结构的设计寿命达大型海洋工程结构的设计寿命达40405050年，多年，多年，多年，多 采用低碳钢和低合金钢制造，主要防护方法是采用低碳钢和低合金钢制造，主要防护方法是采用低碳钢和低合金钢制造，主要防护方法是采用低碳钢和低合金钢制造，主要防护方法是 金属和非金属涂镀。金属和非金属涂镀。金属和非金属涂镀。金属和非金属涂镀。热喷涂锌、铝阳极性镀层及热喷涂锌、铝阳极性镀层及热喷涂锌、铝阳极性镀层及热喷涂锌、铝阳极性镀层及ZnZnAlAl合金镀层，合金镀层，合金镀层，合金镀层，与涂料配套使用。与涂料配套使用。与涂料配套使用。与涂料配套使用。有机防蚀涂料中环氧漆、氯化橡胶漆和乙烯漆有机防蚀涂料中环氧漆、氯化橡胶漆和乙烯漆有机防蚀涂料中环氧漆、氯化橡胶漆和乙烯漆有机防蚀涂料中环氧漆、氯化橡胶漆和乙烯漆 的耐海水腐蚀性较好，无机硅酸盐富锌底漆适的耐海水腐蚀性较好，无机硅酸盐富锌底漆适的耐海水腐蚀性较好，无机硅酸盐富锌底漆适的耐海水腐蚀性较好，无机硅酸盐富锌底漆适 于作为海洋钢结构的底漆。于作为海洋钢结构的底漆。于作为海洋钢结构的底漆。于作为海洋钢结构的底漆。涂镀层保护涂镀层保护防止海水腐蚀的措施第六章第六章 自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀 6.1 6.1 大气腐蚀 6.2 6.2 淡水和海水腐蚀 6.3 6.3 土壤腐蚀 6.4 6.4 微生物腐蚀 地下铺设的输油管、输水管和煤气管道，大量电缆、通讯设施和各种地下建筑物 危害：危害：u 埋地管线维修费用增加，导致泄漏，引发火灾、爆炸埋地管线维修费用增加，导致泄漏，引发火灾、爆炸 和环境污染和环境污染u 金属构件一般埋在地下金属构件一般埋在地下1-2m1-2m处，不易发现，维修困难处，不易发现，维修困难u 土壤腐蚀影响因素复杂，工业污染及杂散电流参与，土壤腐蚀影响因素复杂，工业污染及杂散电流参与，有时难以采取有效的防护措施。有时难以采取有效的防护措施。土壤腐蚀（土壤腐蚀（Soil Corrosion）：）：埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀土壤腐蚀土壤：一种特殊的电解质（1 1）多相性）多相性 土壤由土粒、水、空气等固、液、气三相组成土壤由土粒、水、空气等固、液、气三相组成 土粒中包含着多种无机矿物质及有机物质土粒中包含着多种无机矿物质及有机物质 不同土壤其土粒大小不相同不同土壤其土粒大小不相同 砂砾土的颗粒为砂砾土的颗粒为0.072mm 粉砂土的颗粒为粉砂土的颗粒为0.0050.07mm 粘土的颗粒小于粘土的颗粒小于0.005mm 实际土壤是不同土粒按比例混合实际土壤是不同土粒按比例混合土壤电解质的特性 土壤颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙土壤颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙 孔隙中充满了空气和水孔隙中充满了空气和水土壤中的水分土壤中的水分土壤电解质的特性（2 2）多孔性）多孔性 直接渗入孔隙或在孔壁上形成水膜直接渗入孔隙或在孔壁上形成水膜 形成水化物或者以胶体状态存在形成水化物或者以胶体状态存在 水分水分 土壤成为离子导体土壤成为离子导体 腐蚀性电解质腐蚀性电解质 土壤含水程度影响透气性和电导率土壤含水程度影响透气性和电导率 土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异 不同性质的土壤交替更换不同性质的土壤交替更换 各种物理各种物理化学性质，尤其是电化学性质化学性质，尤其是电化学性质明显变化明显变化 土壤的固体部分固定不动的土壤的固体部分固定不动的 气相和液相有限的运动气相和液相有限的运动 土壤孔穴中的对流和定向流动，以及地下水的移动土壤孔穴中的对流和定向流动，以及地下水的移动土壤电解质的特性（3 3）不均匀性）不均匀性（4 4）相对固定性）相对固定性 阳极过程v潮湿土壤中：潮湿土壤中：与溶液中类似，阳极过程阻碍小与溶液中类似，阳极过程阻碍小v干燥且透气性良好的土壤中：干燥且透气性良好的土壤中：与大气腐蚀类似，阳极过程因钝化和离子水化与大气腐蚀类似，阳极过程因钝化和离子水化困难而大大极化困难而大大极化v潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中：潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中：l Mg、Zn、Al、Mn、Sn：无阳极极化：无阳极极化l Fe、碳钢、碳钢、Cu、Pb：阳极极化率低：阳极极化率低l Cr、Zr、含铬或铬镍的不锈钢：钝化，但受、含铬或铬镍的不锈钢：钝化，但受Cl-破破坏坏l Ti、Ta：完全钝化，稳定，无阳极溶解：完全钝化，稳定，无阳极溶解土壤腐蚀的电极过程 氧的去极化氧的去极化 强酸性土壤中氢去极化可能参与强酸性土壤中氢去极化可能参与 微生物可能参与微生物可能参与 土壤中氧的去极化过程 两个基本步骤：两个基本步骤：氧向阴极的传输氧离子化的阴极反应氧向阴极的传输氧离子化的阴极反应 氧离子化反应与电解液中相同氧离子化反应与电解液中相同 氧的传输过程复杂氧的传输过程复杂土壤腐蚀的电极过程 阴极过程 氧的输送方式：气相和液相两条途径u 土壤中气相或液相的定向流动土壤中气相或液相的定向流动p 土壤中的空气和水分流动土壤中的空气和水分流动输送氧输送氧 土壤表层温度周期波动、大气压力及土壤湿度的变化、土壤表层温度周期波动、大气压力及土壤湿度的变化、下雨、风吹及地下水位的涨落等因素的变化下雨、风吹及地下水位的涨落等因素的变化p 疏松粗粒结构的土壤疏松粗粒结构的土壤传递氧速度很大传递氧速度很大p 密实潮湿的土壤密实潮湿的土壤传递氧效果很小传递氧效果很小 导致氧在不同土壤中输送速度的差异导致氧在不同土壤中输送速度的差异土壤腐蚀的电极过程p 氧的扩散是土壤中供氧的主要途径氧的扩散是土壤中供氧的主要途径p 扩散速度取决于土层的厚度、结构和湿度扩散速度取决于土层的厚度、结构和湿度 湿度和粘土组分含量的增加，氧的扩散速度降低湿度和粘土组分含量的增加，氧的扩散速度降低 34个数量级个数量级p 氧的扩散最后还要通过金属表面在土壤毛细氧的扩散最后还要通过金属表面在土壤毛细 孔隙下形成的电解液薄层及腐蚀产物层孔隙下形成的电解液薄层及腐蚀产物层土壤腐蚀的电极过程 氧的输送方式：气相和液相两条途径u 在土壤的气相或液相中的扩散在土壤的气相或液相中的扩散 土壤腐蚀电池类型 土壤介质的不均匀性土壤中的腐蚀电池 透气性不同透气性不同 氧的渗透速度变化氧的渗透速度变化 与不同土壤相接触的金属各与不同土壤相接触的金属各 部位电位不同部位电位不同 建立氧浓差腐蚀电池建立氧浓差腐蚀电池 pH、含盐量的变化、含盐量的变化 也造成腐蚀宏电池也造成腐蚀宏电池 穿越各种不同条件的土壤穿越各种不同条件的土壤 形成长距离腐蚀宏电池形成长距离腐蚀宏电池 金属和介质的电化学不均一性金属和介质的电化学不均一性 腐蚀微电池腐蚀微电池 土壤介质的宏观不均一性土壤介质的宏观不均一性 腐蚀宏电池腐蚀宏电池（1）长距离腐蚀宏电池p 长距离金属构件通过不同土壤时形成p 在从土壤（I）进入另一种土壤（II）的 地方形成电池：土壤中氧的渗透性不同土壤中氧的渗透性不同 造成氧浓差电池造成氧浓差电池 土壤性质的变化（有机物和污染）土壤性质的变化（有机物和污染）形成腐蚀形成腐蚀 宏电池宏电池p 长线电流 产生相当可观的腐蚀电流产生相当可观的腐蚀电流 电流强度可达电流强度可达5A 流动的范围可超过流动的范围可超过1.5km土壤中的腐蚀宏电池类型（2）土壤的局部不均匀性引起的腐蚀宏电池 土壤中石块等夹杂物的透气性比土壤本体差土壤中石块等夹杂物的透气性比土壤本体差 位于透气差区域的金属成为阳极位于透气差区域的金属成为阳极 与土壤本体区域接触的金属成为阴极与土壤本体区域接触的金属成为阴极 回填土壤的密度要均匀，尽量不带夹杂物回填土壤的密度要均匀，尽量不带夹杂物土壤中的腐蚀宏电池类型（3）埋设深度不同及边缘效应引起的腐蚀宏电池 均匀的土壤中，埋设深度不同 氧浓差电池 离地面较深的部位局部腐蚀更严重的离地面较深的部位局部腐蚀更严重的 直径较大的水平输送管道，下部比上部腐蚀更严重直径较大的水平输送管道，下部比上部腐蚀更严重 边缘效应：氧更容易到达电极的边缘 在同一水平面上金属构件的边缘就成为阴极在同一水平面上金属构件的边缘就成为阴极 构件中央部分成为阳极构件中央部分成为阳极 如地下大型储罐如地下大型储罐土壤中的腐蚀宏电池类型（4）金属所处状态差异引起的腐蚀宏电池 土壤中异种金属接触、温差、应力及金属表面状态的不同，形成腐蚀宏电池，造成局部腐蚀 新旧管线构成的腐蚀 旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比新旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比新管线正，成为阴极，加速新管线的腐蚀管线正，成为阴极，加速新管线的腐蚀新旧管道连接埋于土壤中形成腐蚀电池新旧管道连接埋于土壤中形成腐蚀电池1旧管（阴极）；旧管（阴极）；2新管（阳极）新管（阳极）土壤中的腐蚀宏电池类型（5）盐浓差电池 土壤介质的含盐量不同土壤介质的含盐量不同 盐浓度高的部位电位较负，成为阳极而加速腐蚀盐浓度高的部位电位较负，成为阳极而加速腐蚀（6）温差电池 油气井的套管油气井的套管 位于地下深层的套管处于较高的温度，成为阳极位于地下深层的套管处于较高的温度，成为阳极 位于地表附近即浅层的套管温度低，成为阴极，位于地表附近即浅层的套管温度低，成为阴极，形成温差电池腐蚀形成温差电池腐蚀土壤中的腐蚀宏电池类型 腐蚀微电池作用下的土壤腐蚀腐蚀微电池作用下的土壤腐蚀 多数土壤多数土壤 阴极过程所控制，与电解液中相似阴极过程所控制，与电解液中相似 疏松干燥的土壤疏松干燥的土壤 阳极控制占优势，近于大气腐蚀阳极控制占优势，近于大气腐蚀 长距离宏观电池作用下的土壤腐蚀长距离宏观电池作用下的土壤腐蚀 地下管道经过透气性不同的土壤形成氧浓差地下管道经过透气性不同的土壤形成氧浓差 腐蚀电池腐蚀电池 土壤电阻成为主要的腐蚀控制因素土壤电阻成为主要的腐蚀控制因素 阴极阴极-电阻混合控制或电阻控制电阻混合控制或电阻控制土壤腐蚀的控制特征（1）材料因素 铸铁、碳钢，低合金钢土壤腐蚀速度无明显差别 冶炼方法、冷加工和热处理对土壤腐蚀影响不大 Pb在土壤中的耐蚀性比碳钢高45倍以上 生成铅盐保护层生成铅盐保护层 Zn的腐蚀速度比钢略低 锌镀层在土壤中有很好的保护效果，镀锌层起了阴极保护作用锌镀层在土壤中有很好的保护效果，镀锌层起了阴极保护作用 Al在土壤中的耐蚀性 透气良好的土壤中，透气良好的土壤中，AlAl的平均腐蚀速度略低于钢铁的平均腐蚀速度略低于钢铁 透气不良的土壤中，透气不良的土壤中，AlAl的腐蚀相当严重，比钢铁还差的腐蚀相当严重，比钢铁还差土壤腐蚀的影响因素（2）土壤性质的影响 孔隙度（透气性）孔隙度（透气性）含水量含水量 电阻率电阻率 酸度酸度 含盐量含盐量土壤腐蚀的影响因素 孔隙度（透气性）孔隙度较大：利于氧渗透和水分保存 透气性良好 加速微电池作用的腐蚀加速微电池作用的腐蚀 生成保护性腐蚀产物层，减缓腐蚀生成保护性腐蚀产物层，减缓腐蚀 减缓微电池作用的腐蚀减缓微电池作用的腐蚀 形成腐蚀宏电池，成为氧浓差电池阳极而严重腐蚀形成腐蚀宏电池，成为氧浓差电池阳极而严重腐蚀 考古：埋在透气不良的土壤中的铁器历久无损考古：埋在透气不良的土壤中的铁器历久无损 密不透气的粘土中金属常发生更严重的腐蚀密不透气的粘土中金属常发生更严重的腐蚀 透气性不良土壤性状对土壤腐蚀的影响p 微电池作用的腐蚀（曲线I）p 长距离氧浓差宏电池作用的腐蚀（曲线）含水量增加，土壤电阻率减少，氧浓差电池增强，腐蚀增大含水量增加，土壤电阻率减少，氧浓差电池增强，腐蚀增大 在含水量为在含水量为7090时出现最大值时出现最大值 含水量增至饱和，氧扩散受阻，氧浓差电池减轻，腐蚀下降含水量增至饱和，氧扩散受阻，氧浓差电池减轻，腐蚀下降 埋得较浅的含水量少的部位的管道是阴极，埋得较深接近地下埋得较浅的含水量少的部位的管道是阴极，埋得较深接近地下水位的管道，因土壤湿度大，成为氧浓差电池的阳极而被腐蚀水位的管道，因土壤湿度大，成为氧浓差电池的阳极而被腐蚀土壤性质对土壤腐蚀的影响 含水量 含水量很高（含水量很高（8080），氧扩散受阻，腐蚀减小），氧扩散受阻，腐蚀减小 含水量减少，氧去极化变易，腐蚀增加含水量减少，氧去极化变易，腐蚀增加 含水量含水量1010，阳极极化和土壤电阻率加大，腐蚀急速降低，阳极极化和土壤电阻率加大，腐蚀急速降低 土壤电阻率与孔隙度、含水量及含盐量等有关土壤电阻率与孔隙度、含水量及含盐量等有关 土壤电阻率越小，腐蚀越严重土壤电阻率越小，腐蚀越严重 酸性矿物质、生物活动形成有机酸和无机酸、酸性矿物质、生物活动形成有机酸和无机酸、工业污水工业污水 大部分土壤属中性，大部分土壤属中性，pH68 碱性土壤：碱性土壤：pH810，盐碱土，盐碱土 酸性土壤：酸性土壤：pH36，沼泽土、腐殖土，沼泽土、腐殖土 酸度增高，氢去极化增强，土壤腐蚀性增加酸度增高，氢去极化增强，土壤腐蚀性增加土壤性质对土壤腐蚀的影响 电阻率 酸度土壤性质对土壤腐蚀的影响 含盐量 含盐量大，土壤电导率增加，腐蚀性增加 氯离子 碱土金属钙、镁离子 硫酸根离子 促进腐蚀促进腐蚀 海边潮汐区或接近盐场的土壤，腐蚀性更强海边潮汐区或接近盐场的土壤，腐蚀性更强 减轻腐蚀减轻腐蚀 非酸性土壤中能形成难溶氧化物和碳酸盐保护层非酸性土壤中能形成难溶氧化物和碳酸盐保护层 与铅作用生成硫酸铅保护层与铅作用生成硫酸铅保护层 和微生物腐蚀有关和微生物腐蚀有关微生物对土壤腐蚀的影响 缺氧壤条件：在不通气的土壤中如有严重的腐蚀发生，腐 蚀产物呈黑色，伴有恶臭，可考虑为硫酸盐 还原菌所致的微生物腐蚀 密实、潮湿的粘土深处密实、潮湿的粘土深处 某些微生物的生长某些微生物的生长 硫酸盐还原菌的活动引起强烈的腐蚀硫酸盐还原菌的活动引起强烈的腐蚀 促进阴极去极化，生成硫化氢也加速腐蚀促进阴极去极化，生成硫化氢也加速腐蚀