大氣腐蝕(材料1501許曉偉)

1、大 氣 腐 蝕Atmospheric corrosion12021/8/6目錄C O N T E N T S1大氣腐蝕簡介2大氣腐蝕基本特征和機理3工業(yè)大氣腐蝕4控制大氣腐蝕的措施22021/8/6大氣腐蝕簡介1 132021/8/6論文就是用來進行科學研究和描述研究成果的載體。論文摘要是對論文的簡短陳述。它具有不讀原文就知全文，短、精、完整三大特點。它一般在全文完成后形成。摘要由目的、方法、結(jié)果和結(jié)論四部分組成?？梢元毩⑹褂?，也可以引用，還可以用于工藝推廣，以供讀者確定有無必要閱讀原文。為了探討和掌握論文的基本寫作規(guī)律和特點，需要對論文進行分類，由于論文本身的內(nèi)容和性質(zhì)不同，研究領(lǐng)域，對象、

2、方法、表現(xiàn)方式的不同，因此，論文就有不同的分類方法。大氣腐蝕1 1材料暴露在一地球大氣作為腐蝕環(huán)境和溫度下，由于大氣中的材料暴露在一地球大氣作為腐蝕環(huán)境和溫度下，由于大氣中的水水和和氧氧等的等的化學化學和和電化學作用電化學作用而引起的腐蝕稱為而引起的腐蝕稱為大氣腐蝕。大氣腐蝕。例：鋼鐵在大氣中生銹就是一種最常見的大氣腐蝕現(xiàn)象。例：鋼鐵在大氣中生銹就是一種最常見的大氣腐蝕現(xiàn)象。大氣腐蝕1 1OO2 2含量基本恒定含量基本恒定在大氣腐蝕中起在大氣腐蝕中起主要作用主要作用作 用 很 少作 用 很 少參與腐蝕成分參與腐蝕成分H H2 2O OCO2大氣腐蝕基本特征及機理2 262021/8/62 .

3、12 . 1大氣腐蝕分類（1 1）干大氣腐蝕：）干大氣腐蝕：l當空氣十分干燥，金屬表面上不存在水膜當空氣十分干燥，金屬表面上不存在水膜l金屬的腐蝕金屬的腐蝕屬于屬于化學腐蝕中的化學腐蝕中的常溫常溫氧氧化化，反應(yīng)速度小，反應(yīng)速度小例：金屬例：金屬CuCu、AgAg等在含硫化物污染的空氣中失澤等在含硫化物污染的空氣中失澤（3 3）濕濕大氣腐蝕：大氣腐蝕：l當當RH100%RH1mm1mm，相當于，相當于金屬全浸在電解質(zhì)溶液中金屬全浸在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，腐蝕速度基本不變的腐蝕，腐蝕速度基本不變2 . 32 . 3大氣腐蝕機理（1 1）大氣腐蝕初期的腐蝕機理）大氣腐蝕初期的腐蝕機理 遵從電化學腐蝕一

4、般規(guī)律遵從電化學腐蝕一般規(guī)律+電解液膜較薄電解液膜較薄+常常干濕交替常常干濕交替陰極過程：陰極過程：OHeOHO44222電位極負的金屬電位極負的金屬（鎂，鎂合金等）（鎂，鎂合金等）全浸于電解質(zhì)中的腐蝕全浸于電解質(zhì)中的腐蝕大氣腐蝕大氣腐蝕陰極氫去極化為主陰極氫去極化為主陰極氧去極化為主陰極氧去極化為主原因：在薄的液膜條件下，氧的擴散比全浸狀態(tài)更容易原因：在薄的液膜條件下，氧的擴散比全浸狀態(tài)更容易導致導致2 . 32 . 3大氣腐蝕機理（1 1）大氣腐蝕初期的腐蝕機理）大氣腐蝕初期的腐蝕機理陽極過程陽極過程： 22nMxH OMxH One陽極鈍化及金屬離子水化過程陽極鈍化及金屬離子水化過程在薄

5、的液膜條件下，大氣腐蝕的陽極過程會受到較大的阻礙，在薄的液膜條件下，大氣腐蝕的陽極過程會受到較大的阻礙，陽陽極鈍化極鈍化以及以及金屬離子化金屬離子化過程的困難時造成過程的困難時造成陽極極化陽極極化的主要原因。的主要原因。2 . 32 . 3大氣腐蝕機理（1 1）大氣腐蝕初期的腐蝕機理）大氣腐蝕初期的腐蝕機理結(jié)論結(jié)論：1.1.金屬表面電解液層變薄金屬表面電解液層變薄大氣腐蝕的陰極過程通常更容大氣腐蝕的陰極過程通常更容易進行，陽極過程變得困難易進行，陽極過程變得困難2.2.潮大氣腐蝕，潮大氣腐蝕，腐蝕過程主要是陽極過程控制。腐蝕過程主要是陽極過程控制。濕大氣腐蝕，濕大氣腐蝕，腐蝕過程是受陰極過程控

6、制腐蝕過程是受陰極過程控制。但與但與全浸于電解液中的腐蝕相比，已經(jīng)大為減弱了。全浸于電解液中的腐蝕相比，已經(jīng)大為減弱了。隨著隨著水膜層厚度的變化，不僅表面潮濕程度不同，而且水膜層厚度的變化，不僅表面潮濕程度不同，而且彼此彼此 的的電極過程控制特征也電極過程控制特征也不一樣。不一樣。3.3.2 . 32 . 3大氣腐蝕機理（2 2）大氣腐蝕在金屬表面形成銹層后的腐蝕機理）大氣腐蝕在金屬表面形成銹層后的腐蝕機理 濕潤時：濕潤時：陽極反應(yīng)陽極反應(yīng)發(fā)生在金屬發(fā)生在金屬Fe3O5界面上：界面上： 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng)發(fā)生在發(fā)生在Fe3O5FeOOH界面上（界面上（即銹層即銹層 內(nèi)發(fā)生了內(nèi)發(fā)生了Fe3+Fe2

7、+的還原反應(yīng)，銹層參與了陰極反應(yīng)的還原反應(yīng)，銹層參與了陰極反應(yīng) ）：）： eFeFe22OHOFeeFeFeOOH24324328EvansEvans模型模型2 . 32 . 3大氣腐蝕機理（2 2）大氣腐蝕在金屬表面形成銹層后的腐蝕機理）大氣腐蝕在金屬表面形成銹層后的腐蝕機理 干燥時干燥時：銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路，銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路，在大氣中氧的作用下銹層內(nèi)的在大氣中氧的作用下銹層內(nèi)的Fe2+Fe2+重新氧重新氧化成為化成為FeFe3 3 : :FeOOHOHOOFe12642243 在干濕交替的情況下，帶有銹層的鋼腐蝕被加速在干濕交替的情況下，帶有銹層的鋼腐

8、蝕被加速 在大氣中長期暴露鋼的腐蝕速度逐漸減慢：在大氣中長期暴露鋼的腐蝕速度逐漸減慢：原因一：銹層的原因一：銹層的增厚增厚會導致會導致電阻增大和氧的滲入困難電阻增大和氧的滲入困難，使，使銹層的陰極去極化作用減弱；銹層的陰極去極化作用減弱；原因二：附著性良好的銹層內(nèi)層將原因二：附著性良好的銹層內(nèi)層將減小活性陽極面積減小活性陽極面積，增，增大陽極極化。大陽極極化。 工業(yè)大氣腐蝕3 3142021/8/6請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本。文獻分析法：文獻分析法：請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的

9、文本，請在此輸入您的文本。行動研究行動研究法：法：請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本，請在此輸入您的文本。工業(yè)大氣腐蝕3 3 對于大多數(shù)工業(yè)結(jié)構(gòu)用鋼和合金來講，在工業(yè)大氣中，腐蝕程度最對于大多數(shù)工業(yè)結(jié)構(gòu)用鋼和合金來講，在工業(yè)大氣中，腐蝕程度最大的是潮濕的、受嚴重污染的工業(yè)大氣，污染物有大的是潮濕的、受嚴重污染的工業(yè)大氣，污染物有SO2、H2S、Cl- 曲線曲線A：非常純凈的空氣，腐蝕很?。悍浅＜儍舻目諝猓g很小, 曲線曲線C：有：有SO2存在，沒有顆粒，相對濕度高存在，沒有顆粒，相對濕度高70%時，腐時，腐蝕速率大大加快蝕速率大大加快 曲線曲線D、

10、E：再有硫酸銨和煤煙粒子存在時腐蝕更劇烈：再有硫酸銨和煤煙粒子存在時腐蝕更劇烈 在污染的空氣中，在污染的空氣中，相對濕度相對濕度小于小于70%時即使長期暴露，時即使長期暴露，腐蝕也不大腐蝕也不大相對濕度：在相對濕度：在一定溫度下大氣中實際水蒸汽壓力與飽和一定溫度下大氣中實際水蒸汽壓力與飽和水蒸汽壓力之比。水蒸汽壓力之比。3.13.1152021/8/6工業(yè)大氣腐蝕3 3 可見在大氣污染中，存在一個可見在大氣污染中，存在一個臨界濕度臨界濕度 低于低于臨界濕度時，金屬表面沒有水膜，是化臨界濕度時，金屬表面沒有水膜，是化學作用引起的腐蝕，腐蝕程度很小學作用引起的腐蝕，腐蝕程度很??； 高于高于臨界濕度

11、時，水膜形成，便形成了嚴重的臨界濕度時，水膜形成，便形成了嚴重的電化學腐蝕，腐蝕速度突然電化學腐蝕，腐蝕速度突然增大。增大。臨界濕度：腐蝕臨界濕度：腐蝕速度開始急劇增加的濕度。鋼鐵、速度開始急劇增加的濕度。鋼鐵、Cu、Ni、Zn等金屬的臨界濕度約為等金屬的臨界濕度約為5070%之間。之間。3.13.1162021/8/63 33.23.2大氣腐蝕影響因素l濕度濕度金屬的大氣腐蝕與水膜的厚、薄有直接關(guān)系，而水膜金屬的大氣腐蝕與水膜的厚、薄有直接關(guān)系，而水膜的厚度的厚度又與大氣又與大氣中的含水量有關(guān)。中的含水量有關(guān)。l結(jié)露結(jié)露當當金屬表面處于比其溫度高的空氣中，空氣中的水蒸汽將金屬表面處于比其溫度

12、高的空氣中，空氣中的水蒸汽將 以液體凝以液體凝結(jié)于金屬表面上。結(jié)露是發(fā)生潮大氣腐蝕的結(jié)于金屬表面上。結(jié)露是發(fā)生潮大氣腐蝕的前提。前提。 l溫度溫度 結(jié)露與環(huán)境的溫度有關(guān)。在一定的濕度下，環(huán)境溫度越高，越容易結(jié)結(jié)露與環(huán)境的溫度有關(guān)。在一定的濕度下，環(huán)境溫度越高，越容易結(jié)露。平均氣溫高的地區(qū)，大氣腐蝕速度較大。晝夜溫度變化大，也會露。平均氣溫高的地區(qū)，大氣腐蝕速度較大。晝夜溫度變化大，也會加速大氣腐蝕。加速大氣腐蝕。 172021/8/63 33.23.2大氣腐蝕影響因素lSO2的影響的影響 （1）工業(yè)廢氣中排放的）工業(yè)廢氣中排放的SO2有一部分在高空中直接被氧有一部分在高空中直接被氧化成化成SO

13、3，溶于水中生成，溶于水中生成H2SO4 （2）SO2促進金屬大氣腐蝕的自催化反應(yīng)機理促進金屬大氣腐蝕的自催化反應(yīng)機理 SO2被吸附在金屬表面，與被吸附在金屬表面，與Fe作用形成作用形成FeSO4，F(xiàn)eSO4進一步進一步氧化并由于強烈的水解作用生成硫酸，硫酸可返氧化并由于強烈的水解作用生成硫酸，硫酸可返回與回與Fe作用，生成新的作用，生成新的FeSO4，整個過程具有自催化的整個過程具有自催化的特性。特性。 422FeSOOSOFe422244464SOHFeOOHOHOFeSOOHFeSOOFeSOH242422222182021/8/63 33.23.2大氣腐蝕影響因素Schwartz認為銹

14、層中認為銹層中FeSO4生成有如左圖模生成有如左圖模型，銹層分為型，銹層分為外層外層FeOOH，內(nèi)層，內(nèi)層Fe（OH）2，和基體鐵和基體鐵表面表面FeSO4 . nH2O的的三層。黨大氣三層。黨大氣中的中的SO2、H2O及及O2浸入銹層形成，它與鐵浸入銹層形成，它與鐵表面陽極溶解出的表面陽極溶解出的Fe2+反應(yīng)反應(yīng)生成生成FeSO4Fe2+ + SO4- FeSO4陰極部位：陰極部位： 2e+1/2O2+H2O 2OH- Fe2+ +2OH- Fe(OH)2可溶可溶FeSO4存在于銹層中，銹層保護能力下降，存在于銹層中，銹層保護能力下降，腐蝕速度加快腐蝕速度加快192021/8/63 33.2

15、3.2大氣腐蝕影響因素l海鹽粒子的海鹽粒子的影響（影響（ Cl-、NaCl ）海鹽粒子（海鹽粒子（Cl-、NaCl等）作用在等）作用在金屬表面，它具有吸濕的作用，金屬表面，它具有吸濕的作用，增大了表面液膜層的電導，增大了表面液膜層的電導，Cl-本身又有很強的侵蝕性，因而本身又有很強的侵蝕性，因而使腐蝕變得嚴重使腐蝕變得嚴重。右圖表明離海岸線距離越遠，右圖表明離海岸線距離越遠，空氣中的海鹽粒子減少，材料空氣中的海鹽粒子減少，材料腐蝕也小腐蝕也小202021/8/63 33.23.2大氣腐蝕影響因素l固體顆粒的影響固體顆粒的影響l顆粒本身具有腐蝕性：顆粒本身具有腐蝕性：如如NaClNaCl顆粒及銨

16、鹽顆粒，有顆粒及銨鹽顆粒，有吸濕作用，溶于金屬表面水膜中，提高了電導和酸吸濕作用，溶于金屬表面水膜中，提高了電導和酸度，陰離子又有很強的侵蝕性；度，陰離子又有很強的侵蝕性； l顆粒吸附腐蝕性物質(zhì)顆粒吸附腐蝕性物質(zhì) ：碳粒能吸附碳粒能吸附SO2SO2及水汽，冷及水汽，冷凝后形成酸性溶液凝后形成酸性溶液 l顆粒既非腐蝕性，又不吸附腐蝕性物質(zhì)，顆粒既非腐蝕性，又不吸附腐蝕性物質(zhì)，如沙粒落如沙粒落在金屬表面能形成縫隙而凝聚水份，形成氧濃差的在金屬表面能形成縫隙而凝聚水份，形成氧濃差的局部腐蝕條件。局部腐蝕條件。212021/8/6控制大氣腐蝕的措施4 4222021/8/6控制大氣腐蝕的措施4 4（1

17、）合理選用金屬材料）合理選用金屬材料碳鋼和低合金鋼是在大氣環(huán)境中應(yīng)用最廣的金屬材料，為了提高碳鋼和低合金鋼是在大氣環(huán)境中應(yīng)用最廣的金屬材料，為了提高其耐蝕性，通過合金化在普碳鋼中其耐蝕性，通過合金化在普碳鋼中加入某些合金元素加入某些合金元素改變銹層結(jié)改變銹層結(jié)構(gòu)特點，構(gòu)特點，生成具有保護性的銹層生成具有保護性的銹層，改善了耐大氣腐蝕性能，改善了耐大氣腐蝕性能。其中。其中加入加入Cu、P等合金元素效果比較明顯。國外比較著名的是等合金元素效果比較明顯。國外比較著名的是耐候鋼耐候鋼。在腐蝕性較強的工業(yè)、海洋環(huán)境中，耐候在腐蝕性較強的工業(yè)、海洋環(huán)境中，耐候鋼比碳鋼耐蝕性的提高十分明顯，但在腐鋼比碳鋼耐

18、蝕性的提高十分明顯，但在腐蝕性較弱的一般大氣環(huán)境中相差不是很大，蝕性較弱的一般大氣環(huán)境中相差不是很大，因而選用耐候鋼，也要因而選用耐候鋼，也要因地制宜因地制宜。232021/8/6控制大氣腐蝕的措施4 4l耐候鋼耐候鋼( (耐大氣腐蝕鋼耐大氣腐蝕鋼Weathering SteelWeathering Steel):): 通過通過合金化在鋼中加入一定量的合金化在鋼中加入一定量的CuCu、P P、CrCr、NiNi、MoMo等合等合金元素形成的具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能的低合金鋼。金元素形成的具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能的低合金鋼。l耐蝕原因：耐蝕原因：l在大氣中暴露一段時間后在鋼的疏松外腐蝕產(chǎn)物層和在

19、大氣中暴露一段時間后在鋼的疏松外腐蝕產(chǎn)物層和基體之間能夠形成一層致密、連續(xù)的含有基體之間能夠形成一層致密、連續(xù)的含有Cu、Cr、P等合金元素的非晶產(chǎn)物層，并最終轉(zhuǎn)化成富集上述元等合金元素的非晶產(chǎn)物層，并最終轉(zhuǎn)化成富集上述元素的素的 FeOOH層層銹層的穩(wěn)定化過程。銹層的穩(wěn)定化過程。l致密、連續(xù)的非晶內(nèi)氧化層及致密、連續(xù)的非晶內(nèi)氧化層及 FeOOH層除了可以層除了可以有效地隔離腐蝕介質(zhì)與鋼基體的接觸，且具有極高的有效地隔離腐蝕介質(zhì)與鋼基體的接觸，且具有極高的阻抗，極大地減緩了腐蝕陽極區(qū)和陰極區(qū)之間的電子阻抗，極大地減緩了腐蝕陽極區(qū)和陰極區(qū)之間的電子遷移，降低了電化學反應(yīng)的速度，使耐候鋼的腐蝕速遷移，降低了電化學反應(yīng)的速度，使耐候鋼的腐蝕速率有較大幅度下降。率有較大幅度下降。 242021/8/6控制大氣腐蝕的措施4 4（2）采用有機、無機涂層和金屬鍍層保護）采用有機、無機涂層和金屬鍍層保護 涂層涂層保護是防止大氣腐蝕最簡便的方法，偉提高涂層的仿保護是防止大氣腐蝕最簡便的方法，偉提高涂