金属在自然环境中的腐蚀优秀PPT.ppt

《金属在自然环境中的腐蚀优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属在自然环境中的腐蚀优秀PPT.ppt（81页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、金属在自然环境中的腐蚀第一页，本课件共有81页8.1 大大 气气腐蚀腐蚀 世世界界 上上60%60%以以 上上的钢材在大的钢材在大气气环境中环境中使使用用 大大 气气腐蚀损失占总腐蚀损失量腐蚀损失占总腐蚀损失量50%50%对于某些功对于某些功能能材料材料（微电子电路微电子电路）、）、文物文物、装饰材料等装饰材料等，轻微大轻微大气气腐蚀也腐蚀也不不允许允许n大气腐蚀（Atmospheric Corrosion）金属材料在大气环境下，由于空气中的金属材料在大气环境下，由于空气中的水水和和氧氧 的化学和电化学作用引起的金属材料及其制品的化学和电化学作用引起的金属材料及其制品 的变质或破坏。的变质或破

2、坏。最常见的大气腐蚀现象生锈第二页，本课件共有81页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一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征u 大气腐蚀以均匀腐蚀为主 也也 包包括点蚀括点蚀、缝、缝隙腐蚀隙腐蚀、电偶腐蚀电偶腐蚀、微动微动 腐蚀腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳等应力腐蚀及腐蚀疲劳等第三页，本课件共有81页p大气环境不同 腐蚀严重性不同参与大气腐蚀过程的主要是氧和水分，其次是二氧化碳参与大气腐蚀过程的主要是氧和水分，其次是二氧化碳 当今全球大气中的腐蚀性气体，越来越成为大气腐蚀的主当今全球大气中的腐蚀性气体，越来越成为大气腐蚀的主要杀

3、手。要杀手。与地域、季节、时间等条件有关与地域、季节、时间等条件有关p大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因素一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征第四页，本课件共有81页 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倍一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征第五页

4、，本课件共有81页二氧化硫、硫化氢、氯气二氧化硫、硫化氢、氯气硫化物、氯化物、煤烟、尘埃硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质大大加速大气腐蚀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 大气腐蚀环境分类 全球大气污染日趋严重一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征第六页，本课件共有81页大气的近似大气的近似组成成(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ppmppm

5、氮氮(N(N2 2)8798797575氖氖(Ne)(Ne)14141212氧氧(O(O2 2)2692692323氪氪(Kr)(Kr)4 43 3氩氩(Ar)(Ar)15151.261.26氦氦(He)(He)0.80.80.70.7水蒸汽水蒸汽8 80.700.70氙氙(Xe)(Xe)0.50.50.40.4二氧化碳二氧化碳0.50.50.040.04氢氢(H(H2 2)0.050.050.040.04一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征第七页，本课件共有81页 杂杂 质质 典型典型浓浓度，微克度，微克/米米二氧化硫二氧化硫(SO(SO2 2)工业区：冬天工业区：冬天3503

6、50，夏天，夏天100100农村地区：冬天农村地区：冬天100100，夏天，夏天4040二氧化硫二氧化硫(SO(SO3 3)大约为大约为SOSO2 2含量的含量的1010硫化氢硫化氢(H(H2 2S)S)工业区：工业区：1.5901.590城市地带：城市地带：0.51.70.51.7农村地区：农村地区：0.150.450.150.45春季测量数字春季测量数字氨氨(NH(NH3 3)工业区：工业区：4.84.8农村地区：农村地区：2.12.1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4.84.8，夏天，夏天2.72.7沿海农村区：年平均沿海农村区：年平均5.45.4氯化物氯

7、化物(雨水样品雨水样品)内地工业区：冬天内地工业区：冬天7.97.9，夏天，夏天5.35.3沿海农村区：冬天沿海农村区：冬天5757，夏天，夏天1818毫克毫克/升升尘粒尘粒工业区：冬天工业区：冬天250250，夏天，夏天100100农村地区：冬天农村地区：冬天6060，夏天，夏天1515大气的次要成分大气的次要成分(杂质)根据根据Meetham.转引自转引自Shreired.Corrosion第八页，本课件共有81页第九页，本课件共有81页金属表面的潮湿程度与大气的相对湿度密切相关。相相对湿度湿度指在某一温度下，空气中水蒸气含量与该温度下空气中所能容纳的水蒸气的最大含量的比值（一般以百分比表

8、示），即临界相界相对湿度湿度不同物质或同一物质的不同表面状态，对大气中水分的吸附能力不同。当空气中相对湿度达到某一临界值时，水分在金属表面形成水膜，从而促进电化学腐蚀过程的发展，此时的相对湿度称为金属腐蚀的临界相对湿度。一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征第十页，本课件共有81页根据相对湿度分类 干大气腐蚀：金属表面形成一层保护性氧化膜（110nm），常伴随金属表面的失泽。潮大气腐蚀：金属表面存在着肉眼不可见的薄水膜（10nm1m）。湿大气腐蚀：水分在金属表面已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层（1m1mm）。一、一、大大 气气腐蚀的类型及特征腐蚀的类型及特征第十一页，本课件共有8

9、1页由于大气环境的腐蚀条件对金属材料的腐蚀行为有重要的影响，因此国际标准组织制定ISO9223大气腐蚀性分类标准。这种方法根据金属标准式样在某环境中自然暴露试验所得出的腐蚀速率或综合环境中大气污染物浓度和金属表面潮湿时间而进行分类的。二二、大大 气气环境腐蚀性环境腐蚀性分分类类第十二页，本课件共有81页按测定金属标准试样腐蚀速率进行分类，将大气腐蚀性分为C1，C2，C3，C4，C5，即腐蚀性很低、低、中、高、很高5类。按测定环境中SO2或氯离子的浓度及试样表面潮湿时间进行分类，分别划分污染环境为P0，P1，P2，P3和S0，S1，S2，S3，潮湿时间为1，2，3，4，5类型，将污染环境类型和潮

10、湿时间类型综合起来评定腐蚀类型，用C1，C2，C3，C4，C5表示。二二、大大 气气环境腐蚀性环境腐蚀性分分类类第十三页，本课件共有81页 纯水膜纯水膜：导：导性差性差 不不足以强烈腐蚀足以强烈腐蚀 实际水膜实际水膜：水溶性盐类水溶性盐类、腐蚀性腐蚀性气气体体（COCO2 2、O O2 2、SO SO2 2）、）、汗液等汗液等 电化学腐蚀的特殊形式 金属表面在潮金属表面在潮湿湿的大的大气气中吸附中吸附一一层很薄的水膜层很薄的水膜 当水膜达到当水膜达到20-3020-30分分子厚解液膜子厚解液膜 液膜来源 水水 分（分（雨雪雨雪）直接沉降直接沉降；大大 气湿气湿度度 或或温度变温度变化化等原因等

11、原因引引起的凝聚作用起的凝聚作用 液膜特性三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第十四页，本课件共有81页 大大 气气相对相对湿湿度度 100 100 水膜凝结水膜凝结 热带热带、亚热带及大陆性亚热带及大陆性气候气候地区地区，气候，气候变变 化化烈烈 相对相对湿湿度度 1mm三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第十八页，本课件共有81页 案例：金属金属CuCu、AgAg等在含等在含有有硫硫 化化物污染了的空物污染了的空气气中失中失泽泽干大气腐蚀：在空在空气气非常干燥的条件非常干燥的条件下，下，金属表面金属表面 特点：不不存在液膜层的腐蚀存在液膜层的腐蚀 金属表面的吸附水膜厚度金属表面的吸附水膜厚度不

12、不超过超过10nm10nm 没没 有有形形 成成连续的电解液膜连续的电解液膜（I I区区）腐蚀腐蚀速速度很低度很低，化，化学氧学氧化化的作用较大的作用较大 在金属表面形在金属表面形成一成一层保护性氧层保护性氧化化膜膜三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第十九页，本课件共有81页 水膜达几十到几百个水水膜达几十到几百个水分分子层厚子层厚，约约 10nm-110nm-1mm 形形 成成了连续的电解液薄膜了连续的电解液薄膜（IIII区区）膜较薄膜较薄，氧氧 易易于扩散进入界面于扩散进入界面 电电 化化学腐蚀学腐蚀，腐蚀腐蚀速速度急剧增大度急剧增大潮大潮大气气腐蚀腐蚀：大大 气气中的相对中的相对湿湿度足

13、度足够够高高（但低于但低于100%100%），），在金属表面存在金属表面存在着肉眼在着肉眼看不看不见的薄液膜时所发见的薄液膜时所发生生的腐蚀的腐蚀 特点：案例 铁在没铁在没有有雨雪淋到时的雨雪淋到时的生锈生锈三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第二十页，本课件共有81页湿大气腐湿大气腐蚀：空空 气湿气湿度接近于度接近于100100，或，或当水以雨当水以雨、雪雪、水沫等形水沫等形式式直接落在金属表面直接落在金属表面上上时时，金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发生生的腐蚀的腐蚀 水膜较厚水膜较厚，约为约为1m-1mm 随着水膜加厚随着水膜加厚，氧扩散困难氧扩散

14、困难 腐蚀腐蚀速速度度 下下降降（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，腐蚀腐蚀速速度度 基基本本 不不变变（IVIV区区）三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第二十一页，本课件共有81页 薄液膜条件薄液膜条件下，下，氧的扩散比全浸状氧的扩散比全浸状态下态下更容更容易易 即即 使使电位较电位较负负的金属的金属（MgMg），），当从全浸状当从全浸状态下态下 的腐蚀转变为大的腐蚀转变为大气气腐蚀时腐蚀时，阴极过阴极过程程由氢去极由氢去极 化化为主转变为氧去极为主转变为氧去极化化为主为主 阴极过程：中、碱性介质：酸性介质：阳极过程：阳极钝阳

15、极钝化化及金属离子水及金属离子水化化过过 程程三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第二十二页，本课件共有81页 阴极过程：氧的去极化为主 表面液膜膜层很薄表面液膜膜层很薄，氧容氧容易易到达阴极到达阴极 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 常常干常常干湿湿交交 替替三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第二十三页，本课件共有81页 潮大潮大气气腐蚀腐蚀，阳极过阳极过程程控制控制 湿湿大大 气气腐蚀腐蚀，阴极过阴极过程程控制控制，弱于全浸腐蚀弱于全浸腐蚀 应用应用：湿湿度度 不不大大，阳极控制阳极控制：合：合金金 化化提高阳极钝性是提高阳极钝性是有有效的效的湿湿度大度大，阴极控制

16、阴极控制：合：合金金 化化效果效果不不大大，应降低应降低湿湿度度、减减 少少空空 气气中中 有有害害 成分成分 液膜厚度的影响 液膜变薄液膜变薄，大大 气气腐蚀的阴极过腐蚀的阴极过程程更容更容易易进行进行 阳极过阳极过程则程则变得越来越困难变得越来越困难：金属离子水金属离子水化化过过 程程较难进行较难进行，易，易于阳极钝于阳极钝化化产产 生生 腐蚀控制过程三、三、大大 气气腐蚀机腐蚀机理理第二十四页，本课件共有81页 结露结露与与环境的温度环境的温度有有关关 一一定定 湿湿度度 下，下，环境温度越高环境温度越高，越容越容易易结露结露 平均平均气气温高的地区温高的地区，大大 气气腐蚀腐蚀速速度较

17、大度较大 昼昼 夜夜温度变温度变化化大大，也也 会会加加 速速大大 气气腐蚀腐蚀。四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素 相相对湿度湿度 水膜的厚水膜的厚、薄薄 大大 气气中的含水量中的含水量 腐蚀腐蚀速速度度 开开始急剧增加的始急剧增加的湿湿度度 钢铁钢铁、Cu、Ni、Zn等临界等临界湿湿度约为度约为5070%临界相对湿度 温度和温度差温度和温度差1、气候条件的影响、气候条件的影响第二十五页，本课件共有81页在沿海地区在沿海地区，在靠近工厂地区在靠近工厂地区，风风 将将带来带来多多种种 不同有不同有害杂质害杂质，从海从海上上吹来的风吹来的风不不仅仅 会会带来盐带来盐分，分，还还 会会增

18、加空增加空气湿气湿度度，从从 而而加加 速速腐蚀腐蚀。四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素 日照日照时间和气温和气温 如果温度较高并如果温度较高并且且阳光直接照阳光直接照射射到金属表面到金属表面上，上，由由于水膜蒸发于水膜蒸发速速率较快率较快，水膜厚度迅水膜厚度迅速速减薄减薄，停留时间停留时间大为减大为减少。少。如果新的水膜如果新的水膜不能不能及时形及时形成，则成，则金属腐蚀金属腐蚀速速率率 下下降降。如果如果气气温较高温较高、湿、湿度大度大而而又又 能使能使水膜在金水膜在金属表面停留时间较属表面停留时间较长，则长，则腐蚀加腐蚀加速。速。风向和向和风俗俗1、气候条件的影响、气候条件的影

19、响第二十六页，本课件共有81页 大大 气气中的污染物中的污染物:硫硫 化化物物（SO2、SO3、H2S）氮氮 化化物物（NO、NO2、NH3）碳碳 化化物物（CO、CO2）固固体污染物体污染物(盐颗粒盐颗粒、沙粒和灰沙粒和灰尘尘等等)2、大气中有害、大气中有害杂质的影响的影响四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素第二十七页，本课件共有81页 SO2矿矿物燃料燃烧产物燃料燃烧产生生的的 SO2溶于金属表面溶于金属表面上上的水膜的水膜，生成，生成亚硫酸和硫酸亚硫酸和硫酸，亚硫酸是强去极亚硫酸是强去极化化剂剂，加加 速速腐蚀腐蚀。SO2促进金属大促进金属大气气腐蚀的自催腐蚀的自催化化反应机反应

20、机理理 SO2的影响（最严重）四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素2、大气中有害、大气中有害杂质的影响的影响第二十八页，本课件共有81页 SO2矿矿物燃料燃烧产物燃料燃烧产生生的的 SO2促进金属大促进金属大气气腐蚀的自催腐蚀的自催化化反应机反应机理理 SO2的影响（最严重）SO2被吸附在金属表面被吸附在金属表面 形形 成成FeSO4FeSO4进进 一一步氧步氧化化强烈水解作用强烈水解作用生成生成硫酸硫酸 硫酸硫酸Fe作用作用 FeSO4 自催自催化化四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素2、大气中有害、大气中有害杂质的影响的影响第二十九页，本课件共有81页 HCl气体 H2S气

21、体 溶于水膜溶于水膜生成生成盐酸盐酸，加加 速速腐蚀腐蚀 在干燥大在干燥大气气中中 引引起铜起铜、黄铜黄铜、银等变色银等变色 在潮在潮湿湿大大 气气中加中加速速铜铜、镍镍、黄铜黄铜、铁和镁的腐蚀铁和镁的腐蚀四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素2、大气中有害、大气中有害杂质的影响的影响第三十页，本课件共有81页 氯化物 沿海地区受海风吹起的海水形沿海地区受海风吹起的海水形成成的细的细雾雾盐盐 雾雾 盐盐 雾雾降落在金属表面降落在金属表面，氯离子溶于水中氯离子溶于水中生成生成盐酸盐酸，对金属腐蚀破坏很大对金属腐蚀破坏很大 汗液汗液四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素 NH3气体 极

22、极 易易溶于水膜溶于水膜，增加水膜的增加水膜的pH值值。对钢铁对钢铁有缓有缓蚀作用蚀作用，但但 与有与有色金属色金属生成生成可溶性络可溶性络合合物物，促进阳极去极促进阳极去极化化作用作用。特别是铜特别是铜、锌、锌、镉镉 有有强烈的腐蚀作用强烈的腐蚀作用。2、大气中有害、大气中有害杂质的影响的影响第三十一页，本课件共有81页-颗粒本身具颗粒本身具有有腐蚀性腐蚀性-颗粒吸附腐蚀性物质颗粒吸附腐蚀性物质-颗粒在金属表面颗粒在金属表面能能形形 成缝成缝隙隙 而而凝聚水凝聚水份，份，形形 成成氧浓差的局部腐蚀条件氧浓差的局部腐蚀条件 固体颗粒的影响四四、大大 气气腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素2、大气中有

23、害、大气中有害杂质的影响的影响第三十二页，本课件共有81页五五、控制大控制大气气腐蚀的方法腐蚀的方法p 提高材料的耐蚀性 合合金金 化、向化、向碳钢中加入碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni、微量微量Ca和和Si 优化优化热热 处理处理工艺工艺p 采用覆盖保护层p 使用缓蚀剂p 控制环境 油油 漆、漆、金属镀层等金属镀层等长期长期性覆盖层性覆盖层或或暂时性保护涂层暂时性保护涂层。使使用油溶性用油溶性缓缓蚀剂蚀剂、气、气相相 缓缓蚀剂和水溶性蚀剂和水溶性缓缓蚀剂蚀剂 充氮充氮封封存存 采用吸氧剂采用吸氧剂干燥空干燥空气封气封存存第三十三页，本课件共有81页8.2 海水腐蚀p 海海 洋洋约占地约占地球球

24、表面积的十表面积的十分分之之 七七p 海水含海水含有各有各种盐种盐分：分：腐蚀性非常强的天然电解质腐蚀性非常强的天然电解质p 常用金属和常用金属和合合金在海水中大金在海水中大多多数数 会会遭受腐蚀遭受腐蚀p 舰船舰船、海海 上上平台平台、水水 下下设设 备、备、海岸设施及海岸设施及使使用用 海水冷却的设海水冷却的设备备第三十四页，本课件共有81页一、海水腐蚀的特征l 海水是一种含盐量很高的腐蚀性电解质，溶解的盐类：以氯化钠为主 通常把海水近似地看作通常把海水近似地看作3或或3.5的的NaCl溶液溶液l 盐度 1000g海水中溶解的固体盐类物质的总克数海水中溶解的固体盐类物质的总克数l 大洋性海

25、水的盐度平均值：35l 海水总盐度随地区而变化：江河入海口，海水被稀释，盐度变小。江河入海口，海水被稀释，盐度变小。在地中海、红海等封闭性内海中，由于水分急速蒸发，在地中海、红海等封闭性内海中，由于水分急速蒸发，盐度可高达盐度可高达40。我国近海盐度的平均值约为我国近海盐度的平均值约为32.1第三十五页，本课件共有81页海水中主要盐类的含量海水中主要盐类的含量一、海水腐蚀的特征第三十六页，本课件共有81页一、海水腐蚀的分类l 金属在海水中的腐蚀形式分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类，局部腐蚀又包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨蚀、气蚀等不同形式。l根据腐蚀腐蚀条件不同，把海洋环境分

26、为海洋大气区、飞溅区、潮汐区、浅海区、大陆架区、深海区和海泥区。第三十七页，本课件共有81页一、海洋环境分类及腐蚀特点第三十八页，本课件共有81页一、海洋环境分类及腐蚀特点 海洋大气区海洋大气区 飞溅区以上的大气区和沿海大气区区以上的大气区和沿海大气区 碳碳钢腐腐蚀速度速度0.05mma，较低低 飞溅区区 平均高潮平均高潮线以上海浪以上海浪飞溅润湿的区段。湿的区段。海水与空气充分接触，含氧量最大，加之海浪的冲海水与空气充分接触，含氧量最大，加之海浪的冲击 作用，成作用，成为腐腐蚀性最性最强的区域。的区域。碳碳钢腐腐蚀速度速度0.5mma，最大，最大1.2mma第三十九页，本课件共有81页一、海

27、洋环境分类及腐蚀特点 平均高潮位和平均低潮位之间的区域。平均高潮位和平均低潮位之间的区域。孤立钢件，主要为微电池腐蚀作用，腐蚀速度受孤立钢件，主要为微电池腐蚀作用，腐蚀速度受 氧扩散控制，潮汐区的腐蚀速度要低于全浸区；氧扩散控制，潮汐区的腐蚀速度要低于全浸区；对于长尺寸钢件，除微电池腐蚀外，还受到氧浓对于长尺寸钢件，除微电池腐蚀外，还受到氧浓 差电池作用，潮汐区部分因供氧充分为阴极，受差电池作用，潮汐区部分因供氧充分为阴极，受 到保护，而紧靠低潮线以下的全浸区部分，因供到保护，而紧靠低潮线以下的全浸区部分，因供 氧相对不足成为阳极，腐蚀加速。氧相对不足成为阳极，腐蚀加速。潮汐区潮汐区第四十页，

28、本课件共有81页一、海洋环境分类及腐蚀特点 平均低潮线以下直至海底的区域平均低潮线以下直至海底的区域 碳钢腐蚀速度约为碳钢腐蚀速度约为0.12mma 海水供氧充分，接近饱和，生物活性大，海水供氧充分，接近饱和，生物活性大，海洋生物附着严重，温度较深水区高，环海洋生物附着严重，温度较深水区高，环境污染程度较高，所以腐蚀速率较深海区境污染程度较高，所以腐蚀速率较深海区大。大。将深海分将深海分为三三层 海面到同水温的表层（海面到同水温的表层（100200m）表层下约表层下约1000m，盐分和氧浓度急剧下降，盐分和氧浓度急剧下降 更深层，盐分、水温大体一定，溶氧上升更深层，盐分、水温大体一定，溶氧上升

29、 全浸区（浅海区）全浸区（浅海区）第四十一页，本课件共有81页 海水全浸区以下部分，主要由海底沉海水全浸区以下部分，主要由海底沉积物构成物构成 与与陆地土壤不同，海泥区含地土壤不同，海泥区含盐度高，度高，电阻率阻率 低，腐低，腐蚀性性较强 与全浸区相比，海泥区的氧与全浸区相比，海泥区的氧浓度低，腐度低，腐蚀速度速度 通常低于全浸区通常低于全浸区一、海洋环境分类及腐蚀特点 海泥区海泥区第四十二页，本课件共有81页 高电导率：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

30、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第五十五页，本课件共有81页四、防止海水腐蚀的措施 大型海洋工程结构的设计寿命达

31、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

32、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。涂涂镀层保保护第五十六页，本课件共有81页四、防止海水腐蚀的措施第五十七页，本课件共有81页 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，

33、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8.3 土壤腐蚀第五十八页，本课件共有81页土壤的性质：一种特殊的电解质 土壤的组成土壤的组成 土壤中的水分土壤中的水分 土壤中的氧土壤中的

34、氧 土壤中的酸碱性土壤中的酸碱性 土壤中的微生物土壤中的微生物一、土壤的性质和特点第五十九页，本课件共有81页土壤的特点（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一、土壤的性质和特点第六十页，本课件共有81页 土壤颗粒

35、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（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一、土壤的性质和特点土壤的特点第六十一页，本课件共有81页 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，

36、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（3）不均匀性）不均匀性造成造成浓差腐差腐蚀（4）相）相对固定性固定性一、土壤的性质和特点土壤的特点第六十二页，本课件共有81页 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困与大气腐蚀类似，阳极过程因钝化和离子水化困难

37、而大大极化难而大大极化v潮湿、透气不良且含有潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中：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-破坏破坏l Ti、Ta：完全钝化，稳定，无阳极溶解：完全钝化，稳定，无阳极溶解二、土壤腐蚀的特征第六十三页，本课件共有81页 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

38、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 阴极过程二、土壤腐蚀的特征第六十四页，本课件共有81页 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

39、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二、土壤腐蚀的特征第六十五页，本课件共有81页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 氧的输送方式：气相和液相两条途径u 在土壤的气相或

40、液相中的在土壤的气相或液相中的扩散散二、土壤腐蚀的特征第六十六页，本课件共有81页 土壤腐蚀电池类型 土壤介质的不均匀性三、土壤腐蚀的几种形式 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 土壤土壤介质的宏观不均一性介质的宏观不均一性 腐蚀宏电

41、池腐蚀宏电池第六十七页，本课件共有81页（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 杂散电流 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三、土壤腐蚀的几种形式第六十八页，本课件共有81页（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

42、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，尽量不带夹杂物三、土壤腐蚀的几种形式第六十九页，本课件共有81页（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

43、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三、土壤腐蚀的几种形式第七十页，本课件共有81页（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）三、土壤腐蚀的几种形式第七十一页，本课件共有81页（5）

44、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三、土壤腐蚀的几种形式（7）微生物引起的腐蚀第七十二页，本课件共有81页 腐腐蚀微微电池作用下的土壤腐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

45、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 长距离宏距离宏观电池作用下的土壤腐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三、土壤腐蚀的几种形式第七十三页，本课件共有81页（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

46、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，比钢铁还差四、土壤腐蚀的影响因素第七十四页，本课件共有81页（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 电阻率阻率 酸度酸度 含含盐量量四、土壤腐蚀的影响因素第七十五页，本课件共有81页 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

47、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 透气性不良四、土壤腐蚀的影响因素第七十六页，本课件共有81页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

48、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，埋得较深接近地下水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位的管道，因土壤湿度大，成为氧浓差电池的阳极而被腐蚀 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

49、低，阳极极化和土壤电阻率加大，腐蚀急速降低四、土壤腐蚀的影响因素第七十七页，本课件共有81页 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 电阻率 酸度四、土壤腐蚀的影响因素第七

50、十八页，本课件共有81页 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四、土壤腐蚀的影响因素第七十九页，本课件共有81页 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