材料腐蝕與防護(hù)第八講(已修改)
2025-05-11 12:10 本頁面
【正文】 第六章 自然環(huán)境中的腐蝕 ? 大氣腐蝕 ? 淡水和海水腐蝕 ? 土壤腐蝕 ? 微生物腐蝕 大氣腐蝕 ? 世界上 60%以上的鋼材在大氣環(huán)境中使用 大氣腐蝕損失占總腐蝕損失量 50% ? 對于某些功能材料（微電子電路）、文物、 裝飾材料等，輕微大氣腐蝕也不允許 ?大氣腐蝕 （ Atmospheric Corrosion） — 金屬材料暴露在空氣中，由于空氣中的 水 和 氧 的化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的腐蝕。 最常見的大氣腐蝕現(xiàn)象 ——生銹 ? 大氣腐蝕屬于液膜下的電化學(xué)腐蝕 — 區(qū)別于浸于電解質(zhì)溶液中的腐蝕 大氣腐蝕 ? 大氣腐蝕以均勻腐蝕為主 —也包括點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微動 腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞等 大氣腐蝕環(huán)境 ?大氣環(huán)境不同 腐蝕嚴(yán)重性不同 — 與地域、季節(jié)、時間等條件有關(guān) — 地表附近大氣主要成分在全球范圍內(nèi)幾乎不變 — 大氣中的水蒸氣含量隨地域、季節(jié)和時間有所 變化 ?大氣中的水汽是決定大氣腐蝕速度和歷程的主要因素 – 氧（參與電化學(xué)過程） – 水分（水膜是電解液層） – 其次是二氧化碳、二氧化硫、氯氣等 參與大氣腐蝕過程的主要是 – 含水汽和氯化物大氣 – SO2與水汽共同作用加速腐蝕 鋼在海岸的腐蝕比在沙漠中大 400500倍 工業(yè)區(qū)比沙漠區(qū)大氣腐蝕大 50100倍 大氣腐蝕環(huán)境 ?二氧化硫、硫化氫、氯氣 ?硫化物、氯化物、煤煙、塵埃等雜質(zhì)大大加速大氣腐蝕 ?鄉(xiāng)村大氣：清潔 ?城鎮(zhèn)大氣：污染 ?工業(yè)大氣： SO2污染 ?海洋大氣：含氯化物 大氣腐蝕環(huán)境 ? 大氣腐蝕環(huán)境分類 ? 全球大氣污染日趨嚴(yán)重 大氣的近似組成 (10oC， 100KPa) 根據(jù) Meetham. 轉(zhuǎn)引自 《 Corrosion》 上卷 成 分 克 /米 ３ 重量％ 成 分 毫克 /米 ３ 重量 ppm 氮 (N2) 879 75 氖 (Ne) 14 12 氧 (O2) 269 23 氪 (Kr) 4 3 氬 (Ar) 15 氦 (He) 水蒸汽 8 氙 (Xe) 二氧化碳 氫 (H2) 雜 質(zhì) 典型濃度，微克 /米 ３ 二氧化硫 (SO2) 工業(yè)區(qū)：冬天 350，夏天 100 農(nóng)村地區(qū)：冬天 100，夏天 40 二氧化硫 (SO3) 大約為 SO2含量的 10％ 硫化氫 (H2S) 工業(yè)區(qū)： ~90 城市地帶： ~ 農(nóng)村地區(qū)： ~ 春季測量數(shù)字 氨 (NH3) 工業(yè)區(qū)： 農(nóng)村地區(qū)： 氯化物 (空氣樣品 ) 內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天 ，夏天 沿海農(nóng)村區(qū)：年平均 氯化物 (雨水樣品 ) 內(nèi)地工業(yè)區(qū)：冬天 ，夏天 沿海農(nóng)村區(qū)：冬天 57，夏天 18 毫克 /升 塵粒 工業(yè)區(qū)：冬天 250，夏天 100 農(nóng)村地區(qū)：冬天 60，夏天 15 大氣的次要成分 (雜質(zhì) ) 根據(jù) Meetham. 轉(zhuǎn)引自 Shreired. 《 Corrosion》 大氣腐蝕的類型 ?? 干大氣腐蝕 ?? 潮大氣腐蝕 ?? 濕大氣腐蝕 I:干 大氣腐蝕 δ=10~100197。 Ⅱ :潮 大氣腐蝕 δ=100197。 ~1μ m Ⅲ :濕 大氣腐蝕 δ=1μ m~1mm Ⅳ :全浸 , δ1mm δ ? 案例： – 金屬 Cu、 Ag等在含有硫化物污染了的空氣中失澤 干大氣腐蝕 ? 定義： 在空氣非常干燥的條件下，金屬表面 不存在液膜層的腐蝕 ? 特點： – 金屬表面的吸附水膜厚度不超過 10nm – 沒有形成連續(xù)的電解液膜（ I區(qū)） – 腐蝕速度很低，化學(xué)氧化的作用較大 – 在金屬表面形成一層保護(hù)性氧化膜 – 水膜達(dá)幾十到幾百個水分子層厚，約 10nm1μm – 形成了連續(xù)的電解液薄膜（ II區(qū)） – 膜較薄，氧易于擴散進(jìn)入界面 – 電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度急劇增大 潮大氣腐蝕 δ ? 定義： 大氣中的相對濕度足夠高（但低于 100%），在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時所發(fā)生的腐蝕 ? 特點： ? 案例 – 鐵在沒有雨雪淋到時的生銹 濕大氣腐蝕 δ ? 定義： 空氣濕度接近于 100％，或當(dāng)水以雨、雪、水沫等形式直接落在金屬表面上時，金屬表面便存在著肉眼可見的凝結(jié)水膜時發(fā)生的腐蝕 – 水膜較厚，約為 1μm1mm – 隨著水膜加厚，氧擴散困難 – 腐蝕速度下降（ III區(qū)） ? 特點： ?水膜厚 1mm，相當(dāng)于金屬全浸于電解質(zhì)溶液，腐蝕速度基本不變（ IV區(qū)） – 純水膜 ： 導(dǎo)電性差 ?? 不足以強烈腐蝕 – 實際水膜：水溶性鹽類、腐蝕性氣體（ CO O SO2）、汗液等 大氣腐蝕條件 ? 電化學(xué)腐蝕的特殊形式 – 金屬表面在潮濕的大氣中 ?? 吸附一層很薄的水膜 – 當(dāng)水膜達(dá)到 2030分子層厚時 ?? 電解液膜 ? 液膜來源 – 水分（雨雪）直接沉降； – 大氣濕度或溫度變化等原因引起的凝聚作用 ? 液膜特性 大氣腐蝕條件 – 當(dāng)金屬表面處于比其溫度高的空氣中，空氣中的 水蒸汽將以液體凝結(jié)于金屬表面上 – 結(jié)露是發(fā)生潮大氣腐蝕的前提 – 空氣溫度在 550oC范圍內(nèi)，氣溫劇烈變化達(dá) 6oC左 右時，只要空氣相對濕度達(dá)到 65%75%就可引起 結(jié)露現(xiàn)象。 – 溫差越大，引起結(jié)露的臨界濕度就越低。 – 晝夜溫差達(dá) 6oC的氣候，在我國各地十分常見。 ? 液膜的產(chǎn)生：結(jié)露 大氣腐蝕條件 – 大氣相對濕度 100％ ?? 水膜凝結(jié) – 熱帶 、 亞熱帶及大陸性氣候地區(qū) ， 氣候變化劇烈 ?? 相對濕度 100% ?? 也容易造成水分冷凝 ? 空氣中水分的飽和凝結(jié) 大氣腐蝕條件 ③ 物理吸附 – 水分與固體表面之間存在的范德華分子引力作用 ? 大氣相對濕度低于 100％發(fā)生凝結(jié)的原因： ① 毛細(xì)管凝聚作用 – 金屬表面沉積物或金屬構(gòu)件之間的狹縫形成毛細(xì)管 ② 化學(xué)凝聚作用 – 金屬表面附著的鹽類或生成的易溶腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生
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