金属在某些环境中腐蚀与防护.pptx

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1、 大气的腐蚀性 大气腐蚀的特点 大气腐蚀的影响因素 防锈大气腐蚀第1页/共59页 土壤腐蚀的特点 埋地钢铁管道的保护 土壤腐蚀的几种常见形式 土壤腐蚀第2页/共59页 海水腐蚀 船舶和海洋设施的保护 海水腐蚀第3页/共59页7.1 7.1 大气腐蚀大气腐蚀第4页/共59页成成 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空气空气1172100氖氖(Ne)1412氮氮(N2)87975氪氪(Kr)43氧氧(O2)26923氦氦(He)0.80.7氩氩(Ar)151.26氙氙(Xe)0.50.4水蒸汽水蒸汽80.70氢氢(H2)0.050.04二氧化碳二氧化碳 0.50.04大气的

2、近似组成大气的近似组成(10(10o oC C，100KPa)100KPa)第5页/共59页空空气气中中氧氧的的含含量量约约23%23%，是是大大量量的的也也是是主主要要的的腐蚀剂，直接参与金属的腐蚀反应。腐蚀剂，直接参与金属的腐蚀反应。空空气气相相对对湿湿度度对对金金属属的的大大气气腐腐蚀蚀也也有有重重要要影影响。响。(相相对对湿湿度度 ：空空气气中中水水蒸蒸气气含含量量与与同同温温度度下下饱和水蒸气含量的比值的百分数饱和水蒸气含量的比值的百分数)。第6页/共59页 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

3、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

4、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)第7页/共59页 当空气湿度达到100%100%，形成肉眼可见的水膜；当空气的相对湿度低于100%100%，金金属属表表面面也也可可能能形成水膜，形成水膜，原因是：原因是：由于金属表面上形成的水膜并不是纯净的水，形成电解质溶液。因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。毛细凝聚化学凝聚吸附凝聚第8页/共59页毛细管半径毛细管半径Ao冷疑时相对湿度冷疑时相对湿度%毛细管半径毛细管半径 Ao冷疑时相对湿度冷疑时相对湿度%3609447989080302115706050构件

5、中的狭缝构件中的狭缝金属表面上的灰尘金属表面上的灰尘腐蚀产物中的细孔腐蚀产物中的细孔大气腐蚀条件下大气腐蚀条件下水汽毛细凝聚的可能中心的可能中心毛细管半径与水汽冷疑所需相对湿度的关系毛细管半径与水汽冷疑所需相对湿度的关系第9页/共59页溶液中的盐溶液中的盐相对湿度相对湿度%溶液中的盐溶液中的盐相对湿度相对湿度%硫酸铜硫酸铜硫酸钾硫酸钾硫酸钠硫酸钠碳酸钠碳酸钠 硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸锌硫酸锌 硫酸镐硫酸镐 氯化钾氯化钾 硫酸铵硫酸铵989893929290898681氯化铵氯化铵氯化钠氯化钠氯化亚铜氯化亚铜氯化亚铁氯化亚铁 氯化镍氯化镍 碳酸钾碳酸钾 氯化镁氯化镁 氯化钙氯化钙 氯化锌氯化锌807

6、668565444343210与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20(20o oC)C)第10页/共59页吸附水膜厚度与空气相对湿度的关系吸附水膜厚度与空气相对湿度的关系(洁净的细磨过的铁表面洁净的细磨过的铁表面)第11页/共59页:干大气腐蚀大气腐蚀 =10100:潮大气腐蚀大气腐蚀 =100 1m:湿大气腐蚀大气腐蚀 =1 m1mm:全浸,1mm大气腐蚀速度水膜厚度第12页/共59页大气腐蚀的类型大气腐蚀的类型干大气腐蚀：干大气腐蚀：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。潮大气腐蚀：潮大气腐蚀：Rh100%，在金属表面上存在肉眼 不可见的薄液膜,随水膜厚度增加,V-迅

7、速增大。湿大气腐蚀：湿大气腐蚀：Rh100%，金属表面上形成肉眼可 见的水膜，随水膜厚度增加，V-逐渐减小。第13页/共59页大气腐蚀的特点大气腐蚀的特点氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。即即使使液液膜膜呈呈酸酸性性，氧氧分分子子还还原原反反应应仍仍占占阴阴极极过过程程的的主要地位主要地位；在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制；此外，腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。第14页/共59页析析出出H2或或吸吸收收O2的的体体积积(cm3/dm2)镁在全浸，蒸镏水薄膜和洁净大气条件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化镁在全浸，

8、蒸镏水薄膜和洁净大气条件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化 全浸全浸 薄水膜薄水膜 大气腐蚀大气腐蚀 氧去极化氧去极化 氢去极化氢去极化(根据根据ToMawoB)50 100 150 2003020101第15页/共59页(根据根据 Po3eHe b4)氧扩散层厚度()氧还原反应速度(mA/cm2)水膜厚度()（铜表面上）1.21.00.80.60.40.2 0 0 200 400 600180150120906030021第16页/共59页大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素（1 1）气候条件：）气候条件：湿度、降水量、温度、日照量；（2 2）大气污染物质：）大气污染物质：SO2：能强烈促进钢铁的

9、大气腐蚀 盐粒：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导电性，氯离子还具有强腐蚀性。烟尘：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质，或 者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝聚。第17页/共59页铁的大气腐蚀(大气中含大气中含0.01%SO2)暴露暴露55天的结果天的结果相对湿度(%)12010080604020(mg/dm2)腐蚀增重20 40 60 80 1000第18页/共59页抛光钢试样大气腐蚀（空气中杂质）(mg/dm2)腐蚀增重相对湿度(%)E:烟尘颗粒烟尘颗粒 +0.01%SO2D:硫铵颗粒硫铵颗粒 +0.01%SO2C:无颗粒无颗粒 +0.01%SO2 B:硫铵颗粒硫铵颗粒 无无SO2 A:纯

10、净空气纯净空气12080400 30 50 60 80 90 99EDCBA第19页/共59页SO2对钢铁大气腐蚀的影响(根据Evans)1 2 4 8 16时间(天)90.0 67.5 45.0 22.5 0-22.5-45.0-67.5-90.0-112.5重量变化mg222BAAB曲线曲线A:暴露到不暴露到不 含含SO2湿空气中湿空气中;曲线曲线B:暴露到含暴露到含 SO2 空气中空气中;第20页/共59页SO2对钢铁大气腐蚀的影响(根据Evans)1 2 4 8 16 时间(天)32222222222C CD DD DC C第21页/共59页防锈防锈各各种种金金属属耐耐大大气气腐腐蚀蚀

11、性性能能：普普通通碳碳钢钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，须使用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。含铜铜、磷磷、铬铬、镍镍的的低低合合金金钢钢有良好的耐大气腐蚀性能。当大气污染严重时，不含含钼钼的的奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢也会产生锈点。有有色色金金属属铝铝、铜铜、铅铅、锌锌有良好耐大气腐蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。第22页/共59页金属金属工业大气工业大气 海洋大气海洋大气 农村大气农村大气铝铝铜铜铅铅锡锡镍镍锌锌(99.9%)锌锌(99.%)碳钢碳钢低合金钢低合金钢(4Cu,1.1Cr,0.16P)0.813 1.19 0.432 1.19 3.25 5.13 4.90 9.65 1

12、.02 0.71 1.32 0.406 2.31 0.102 1.60 1.75 0.0254 0.584 0.483 0.457 0.152 0.864 1.07 部分金属大气腐蚀速度（mm/y）第23页/共59页涂料和金属镀层涂料和金属镀层对于机器设备和管道的外表面，构件和建筑物，最常用的防锈方法是油漆涂料覆盖层。化工大气防腐蚀涂料化工大气防腐蚀涂料：各种环氧树脂漆、过氯乙烯漆、乙烯漆、有机硅耐热漆、铝粉漆、聚氨酯漆等。金属镀层用得较多的是金属镀层用得较多的是钢管和部件镀锌、镉和铬。第24页/共59页金属制品在加工贮存和运输中的防锈金属制品在加工贮存和运输中的防锈(1)(1)降低空气湿度降

13、低空气湿度 (2)(2)暂时性防锈层暂时性防锈层 “暂时”并不是指时间短，而是指金属制品在连续加工或使用时可以顺利地将防锈材料除去。常见的防锈材料：防锈水、防锈切削液、防锈油和防锈脂、防锈塑料、气相缓蚀剂(记为VPI或VCI)。第25页/共59页名称名称配方配方使用使用 903(FZ-4)防锈脂防锈脂（热涂型）（热涂型）石油磺酸钡石油磺酸钡 10%司本司本80 4.5%工业凡士林工业凡士林85.5%轴轴承承、工工具具、机机械械室室内内封封存防锈；存防锈；特封特封-24薄层防锈油薄层防锈油苯并三氮唑苯并三氮唑 0.3%石油磺酸钡石油磺酸钡 5%环烷酸锌环烷酸锌 1%羊毛脂羊毛脂 2%磷酸三丁酯磷

14、酸三丁酯 2%22 号透平油号透平油 余量余量钢钢、铜铜及及其其合合金金、镀镀锌锌层层、镀镀隔隔层层法法兰兰件件，硅硅钢钢片片、铝铝等等组组合合件件组组成成的的仪仪器器、仪表的库存及长期封存。仪表的库存及长期封存。662-B 防锈油防锈油石油磺酸钡石油磺酸钡 2%氧化石油脂氧化石油脂 1%苯甲酸丁酯苯甲酸丁酯 1%变压器油变压器油 余量余量精密仪表轴承的防锈封存精密仪表轴承的防锈封存几种防锈油(脂)的配方及使用第26页/共59页两种两种防锈纸防锈纸的配方及使用的配方及使用名称名称配方配方使用使用01号气相防锈纸号气相防锈纸尿素尿素 30%苯甲酸钠苯甲酸钠 20%亚硝酸钠亚硝酸钠 30%蒸馏水蒸

15、馏水 160%涂布量涂布量710g/m2用用于于钢钢铁铁、发发蓝蓝件件、铝铝合合金金的的防防锈封存锈封存9号气相防锈纸号气相防锈纸苯并三氮唑苯并三氮唑 50%乌各托品乌各托品 33%苯甲酸铵苯甲酸铵 17%蒸馏水蒸馏水 300%涂涂布布量量710g/m2用用于于钢钢铁铁、铜铜及及铜铜合合金金、铝铝合合金金镀锌、镀隔件镀锌、镀隔件 第27页/共59页7.2 土壤腐蚀第28页/共59页(1)(1)土壤土壤是土粒、水和空气的混合物。由于水中溶有各种盐类，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。(2)土壤是多相结构，含有多种无机和有机物质，这些物质的种类和含量既影响土壤的酸碱性，又

16、影响土壤的导电性。土壤是不均匀的，长距离地下管道和大尺寸地下设施，其各个部位接触的土壤的结构和性质变化大。还有大量微生物，对金属腐蚀起加速作用。第29页/共59页(3)(3)影响土壤腐蚀性的主要因素影响土壤腐蚀性的主要因素 含水量含水量既影响土壤导电性又影响含氧量。氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响。土壤愈干燥，含盐量含盐量愈少，土壤电阻率电阻率愈大；土壤愈潮湿，含盐量愈多，土壤电阻率就愈小，随电阻率减小，土壤腐蚀性增强。pH值值愈低，土壤腐蚀性愈强。第30页/共59页极强极强强强中中弱弱极弱极弱土壤土壤电阻率电阻率(m)m)100土壤土壤含盐量含盐量(%)(%)0.750.75-0.1 0.

17、1-0.05 0.05-0.01 0.01土壤土壤含水量含水量(%)(%)12-2512-1010-77-340土壤土壤 PH PH 值值8.5电解失重电解失重(g/24hr)(g/24hr)66-33-22-15020-503520-305020-50 10-207-10 10020-100 10-205-10 6045-6020-45100 50-10020-5020电阻率(m)m)判断土壤腐蚀性第32页/共59页(1)(1)阴极过程阴极过程 主主要要是是氧氧分分子子还还原原反反应应。土壤的结构和湿度(透气性)决定了氧的输送速度，从而决定了阴极反应速度。(2)(2)阳极过程阳极过程 在中性

18、和碱性土壤中，腐蚀产物与土壤粘结在一起，形成一种紧密层，使阳极过程受到阻碍，对金属起到保护作用。土壤腐蚀的特点第33页/共59页(3)(3)控制特征控制特征对微电池腐蚀，a)在干燥疏松土壤中，氧易透过，阴极反应易进行，而铁转变为钝态，阳极反应阻力大，故腐蚀属于阳极极化控制。b)在大多数土壤中，氧的输送比较困难，阴极反应阻力大，腐蚀属阴极极化控制。对大电池腐蚀，如果阴极区与阳极区距离较远，欧姆电阻有重要作用，腐蚀过程属于阴极极化和欧姆电阻混合控制。第34页/共59页 I E(I)ca(II)I EcaIRlc(III)I Ea（I）大多数土壤中微电池腐蚀（阴极控制）；）大多数土壤中微电池腐蚀（阴

19、极控制）；（II）疏松干燥土壤中微电池腐蚀（阳极控制）；）疏松干燥土壤中微电池腐蚀（阳极控制）；（III）长距离大电池腐蚀（阴极和欧姆电阻控制）；）长距离大电池腐蚀（阴极和欧姆电阻控制）；第35页/共59页（1 1）全面腐蚀）全面腐蚀 对于小小金金属属制制品品，主要是全面腐蚀。对于大型设备，长距离管道长距离管道，以大电池造成的局部腐蚀为主。（2 2）氧浓差电池腐蚀）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。土壤腐蚀的几种常见形式第36页/共59页富氧区阳阳极极极极化化曲曲线线较较陡陡，Pa较较大大，因因而而贫氧区腐蚀电流

20、较大。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 土壤中构成氧浓差电池的一种情况氧浓差电池腐蚀(钢铁)ELog i第37页/共59页（3 3）杂散电流腐蚀）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。杂散电流流流出出的的部部位位成为腐蚀电池的阳阳极极区区，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，按法拉弟电解定律进行估算。第38页/共59页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轨道轨道架空线架空线电车电车电流流出阳极区域（严重腐蚀）阴极区域土壤土壤钢管第

21、39页/共59页(4)(4)细菌腐蚀或微生物腐蚀细菌腐蚀或微生物腐蚀(MIC)(MIC)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。第40页/共59页土壤腐蚀中常见的细菌土壤腐蚀中常见的细菌硫硫氧氧化化菌菌 ：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。硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌(SRB)(SR

22、B)：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。第41页/共59页总反应：4Fe+SO42+4H2O FeS+3Fe(OH)2+2OH 硫酸盐还原菌腐蚀图解8H2O 8OH+8H+8H+6OH+2OH SO42-S2+4O8H+4O 4H2OFeSFe2+3Fe2+3Fe(OH)6OH S2 硫酸盐还原菌第42页/共59页软钢的阳极和阴极极化曲线（3030C C）左：阳极室无菌左：阳极室无菌，阴极室不接种去磺弧菌，阴极室不接种去磺弧菌(D.desulfuricans)右：阴极室无菌右：阴极室无菌，阴极室不接种去磺弧菌，阴极室不接种去磺弧菌(D.desulfur

23、icans)E(V)E(V)-0.2-0.4-0.6-0.810d2d3d0 50 100开始10d开始-0.2-0.4-0.6-0.810 d7d3d0 50 100开始10d开始i(mA/cm)E(V)E(V)i(mA/cm)第43页/共59页（1 1）减小土壤的腐蚀性）减小土壤的腐蚀性 加强排水，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 2）覆盖层保护）覆盖层保护 石油沥青层有良好的防水性和耐蚀性。氧煤焦沥青耐蚀性很好，但毒性大。塑料粘结带适宜长距离管道的现场机械化施工，但费用较高。埋地钢铁管道的保护第44页/共59页（3 3）

24、阴极保护和涂料联合）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。第45页/共59页(c)(c)电流通过绝缘法兰外的土壤电流通过绝缘法兰外的土壤或管道内的电解液流通或管道内的电解液流通绝缘法兰绝缘法兰未保护管段被保护管段未保护管段被保护管段(a)(a)未保护管道近阳极并未保护管道近阳极并与被保护管道交叉与被保护管道交叉未保护未保护管道管道被保护管道被保护管道阳极阳极电源电源(b)(

25、b)两条交叉的管道分别靠两条交叉的管道分别靠近阳极和被保护设备近阳极和被保护设备电源电源被保护被保护贮罐贮罐阳极阳极未保护未保护管道管道未保护未保护管道管道阴极保护系统产生的杂散电流对其他设备的干拢腐蚀第46页/共59页控制杂散电流的方法控制杂散电流的方法(1)直流电源要加强绝缘，不使电流流入土壤。(2)改善管道绝缘质量。(3)将受干扰的管道与被保护管道连接起来，共同保 护。(4)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，以缩小保护电流范围。(5)采用深井阳极。(6)采取排流措施 第47页/共59页防止杂散电流腐蚀的排流保护法铁轨铁轨A排流点排流点(B)(B)极化排流极化排流保险

26、丝保险丝整流整流元件元件秩秩轨轨接地阳极接地阳极(C)(C)接地式排流接地式排流铁轨铁轨A排流点排流点R R(A)(A)简单排流简单排流保险丝保险丝第48页/共59页7.3 海水腐蚀第49页/共59页海海水水近近似似看看做做3%3%或或3.5%3.5%的的氯氯化化钠钠溶溶液液。几乎含有地壳中所有的自然状态的元素。海水中含氧量大，表层海水可以认为被氧饱和，随温度变化，氧含量在5 10mg/L范围。pH：7.2 8.6，呈微碱性。温度温度：2 35 C导电导电性强。海水的组成和性质第50页/共59页 离子离子浓度浓度0/00 离子离子浓度浓度0/00Cl-SO42-HCO3-Br-F-BO3-18

27、.982.650.140.090.0020.3Na+Mg2+Ca2+K+Sr2+0.561.2720.400.880.01海水的主要成分海水流速海水流速m/s 腐蚀率腐蚀率g/m2hr海水流速海水流速m/s 腐蚀率腐蚀率g/m2hr01.530.1250.460.67 4.5 6 7.5 0.75 0.79 0.81碳钢腐蚀率与海水流速的关系第51页/共59页第52页/共59页 由于海水导电性好，腐蚀电池的欧姆电阻很小，因此异金属接触能造成阳极性金属发发生生显显著著的的电电偶偶腐腐蚀蚀破坏破坏。海水中含大量氯离子，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

28、的因素，如流速增大，都会使碳钢腐蚀速度增大。海洋环境的腐蚀分为几个区域：海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区。海水腐蚀的特点第53页/共59页耐海水钢Mariner与碳钢的试验结果（九年暴露，美国）距距试试样样上上端端距距离离（米米）6 5 4 3 2 1海泥区海泥区Mainer钢钢 碳钢碳钢 全浸区全浸区飞溅区飞溅区潮汐区潮汐区0.61.21.82.43.13.74.34.95.56.1第54页/共59页船舶和海洋设施的保护（1 1）材料）材料 低合金海水用钢与碳钢的比较低合金海水用钢与碳钢的比较 环境环境腐蚀速度腐蚀速度(mm/y)(mm/y)低合金钢低合金钢碳钢碳钢海洋大气区海洋大气区0.04 0.050.2 0.5飞溅区飞溅区0.1 0.150.3 0.5潮汐区潮汐区 0.1 0.1全浸区全浸区0.15 0.20.2 0.25海泥区海泥区 0.06 0.1第55页/共59页（2 2）设计和施工）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 3）涂料保护）涂料保护（4 4）阴极保护）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。第56页/共59页 答案答案第57页/共59页第58页/共59页感谢您的观看。第59页/共59页