1、腐 蚀 与 防 护第一章第一章绪绪论论第二章第二章第三章第三章第四章第四章第五章第五章第六章第六章第七章第七章第八章第八章第九章第九章腐蚀电化学理论基础腐蚀电化学理论基础全面腐蚀与局部腐蚀全面腐蚀与局部腐蚀应力作用下的腐蚀应力作用下的腐蚀高高 温温 腐腐 蚀蚀自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀工业环境中的腐蚀工业环境中的腐蚀金属材料的耐蚀性能金属材料的耐蚀性能金金 属属 腐腐 蚀蚀 防防 护护目目录录6.1 大气腐蚀大气腐蚀6.2 淡水和海水腐蚀淡水和海水腐蚀6.3 土壤腐蚀土壤腐蚀6.4 微生物腐蚀微生物腐蚀第六章第六章 自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀大气腐蚀大气腐蚀 大气腐蚀大气腐蚀（At
2、mospheric 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的化学和电化学作用而引起的腐蚀。和电化学作用而引起的腐蚀。最常见的大气腐蚀现象最常见的大气腐蚀现象生锈生锈 世界上世界上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%对于某些功能材料（微电子电路）、文物、装饰对于某些功能材料（微电子电路）、文物、装饰材料等，轻微大气腐蚀也不允许材料等，轻微大气腐蚀也不允许大气腐蚀大气腐蚀 大气腐蚀以均匀腐蚀为主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
3、动腐蚀、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应力腐蚀及腐蚀疲劳等 大气腐蚀属于液膜下的电化学腐蚀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大气腐蚀环境大气腐蚀环境 大气环境不同大气环境不同腐蚀严重性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 大气中的大气中的水汽水汽是决定大气腐蚀速度和历程是决定大气腐蚀速度和历程的主要因
4、素的主要因素 大气腐蚀环境大气腐蚀环境 参与大气腐蚀过程的主要是参与大气腐蚀过程的主要是 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、盐等其次是二氧化碳、二氧化硫、盐等 钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400500倍倍 含水汽和氯化物大气含水汽和氯化物大气 工业区比沙漠区大气腐蚀大工业区比沙漠区大气腐蚀大50100倍倍 SO2与水汽共同作用加速腐蚀与水汽共同作用加速腐蚀大气腐蚀环境大气腐蚀环境 全球大气污染日趋严重全球大气污染日趋严重 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、尘埃等
5、杂质硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质大大加速大气腐蚀大大加速大气腐蚀 大气腐蚀环境分类大气腐蚀环境分类 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：SO2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体积分数体积分数%0.710-40.410-40.0410-4成分成分氦氦He氙氙Xe氢氢H2体积分数体积分数%0.70.041210-4310-4成分成分水蒸气水蒸气CO2氖氖Ne氪氪Kr体积分数体积分数%10075231.26成分成分空气空气氮氮N2氧氧O2氩氩Ar氧化物、粉煤粉氧化物、粉煤粉含碳化合物：含碳化合物：CO、CO2含氮化
6、合物：含氮化合物：NO、NO2、NH3、HNO3 ZnO金属粉末金属粉末固体固体灰尘灰尘NaCl、CaCO3气体气体含硫化合物：含硫化合物：SO2、SO3、H2S氯和含氯化合物：氯和含氯化合物：Cl2、HCl大气腐蚀环境大气腐蚀环境腐蚀速度腐蚀速度 大气腐蚀的分类大气腐蚀的分类 干大气腐蚀干大气腐蚀 潮大气腐蚀潮大气腐蚀 湿大气腐蚀湿大气腐蚀水膜厚度水膜厚度IIIIIIIV干大气腐蚀干大气腐蚀 定义定义：在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在：在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在液膜层的腐蚀液膜层的腐蚀 特点特点：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10nm 没有形成连续
7、的电解液膜（没有形成连续的电解液膜（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 案例案例：金属金属Cu、Ag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潮大气腐蚀潮大气腐蚀 定义定义：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%），），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 特点特点：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-1m 形成了连续的电解液薄膜（形成了连续的
8、电解液薄膜（II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 案例案例 铁在没有雨雪淋到时的生锈铁在没有雨雪淋到时的生锈腐蚀速度腐蚀速度水膜厚度水膜厚度IIIIIIIV 湿大气腐蚀湿大气腐蚀 定义定义：空气湿度接近于：空气湿度接近于100，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。存在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀。特点特点：水膜较厚，约为水膜较厚，约为1m1mm 随着水膜加厚，氧扩散困难随着水膜加厚，氧扩
9、散困难腐蚀速度腐蚀速度 腐蚀速度下降（腐蚀速度下降（III区）区）水膜厚水膜厚1mm，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（IV区）区）IIIIII水膜厚度水膜厚度IV 大气腐蚀条件大气腐蚀条件 电化学腐蚀的特殊形式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2030分子层厚时分子层厚时电解液膜电解液膜 液膜来源液膜来源 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。液膜特性液膜特性
10、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（CO2、O2、SO2）、）、汗液等。汗液等。恶劣条件：低温、潮热、盐雾、风沙、昼夜温差大恶劣条件：低温、潮热、盐雾、风沙、昼夜温差大大气腐蚀条件大气腐蚀条件 液膜的产生：液膜的产生：结露结露 当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中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的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550oC范围内，气温剧烈变化达范围内，气温剧烈变化达6o
11、C左右时，只要空气相对湿度达到左右时，只要空气相对湿度达到65%75%就可引起结露现象。就可引起结露现象。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。大气腐蚀条件大气腐蚀条件 空气中水分的饱和凝结空气中水分的饱和凝结 大气相对湿度大气相对湿度 100水膜凝结水膜凝结 热带、亚热带及大陆性气候地区，气候热带、亚热带及大陆性气候地区，气候变化剧烈变化剧烈相对湿度相对湿度 100%也容也容易造成水分冷凝易造成水分冷凝 大气腐蚀条件大气腐蚀条件大气相对湿度低于大气相对湿度低于100发生凝结的
12、原因：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 金属上的铵盐（汗液）或钠盐（盐粒）特别促进腐蚀金属上的铵盐（汗液）或钠盐（盐粒）特别促进腐蚀 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 大气腐蚀机理大气腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理大
13、气腐蚀初期的腐蚀机理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和保护性锈层的结构和保护性耐候钢锈层结构的特点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 遵从电化学腐蚀一般规律遵从电化学腐蚀一般规律 环境特点：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 阴极过程：氧的去极化为主阴极过程：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 大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理 阴极过程阴极过程：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
14、（Mg），当从全浸状态下的腐蚀转变），当从全浸状态下的腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极化为主转变为氧去极化为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极化为主转变为氧去极化为主为主 阳极过程阳极过程：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O 2 +2 H 2 O+4e 4OH M+xH 2 O M n+xH 2 O+ne 大气腐蚀初期的腐蚀机理大气腐蚀初期的腐蚀机理 液膜厚度的影响液膜厚度的影响 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
15、，易于阳极钝化产生 腐蚀控制过程腐蚀控制过程 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、减少空湿度大，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气中有害成分锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理 腐蚀产物腐蚀产物：影响腐蚀电极过程：影响腐蚀电极过程 Evans模型：锈层强氧化剂，电极反应发生的位置不同模型：锈层强氧化剂，电极反应发生的位置不同
16、阳极反应：金属阳极反应：金属Fe3O4界面上界面上锈层内发生了锈层内发生了Fe 3+Fe 2+的还原反应的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Fe Fe2+2e 阴极反应：阴极反应：Fe3O4FeOOH界面上界面上8FeOOH+Fe 2+2e 3Fe3 O4 +4 H 2 O锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理 大气干湿交替大气干湿交替：锈层加速腐蚀：锈层加速腐蚀 锈层干燥时锈层干燥时 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Fe 2+重新氧化成为重新氧化成为Fe 3+锈层潮湿时锈层潮湿时
17、 Evans模型模型Fe 3+还原成还原成Fe 2+4Fe3 O4 +O2 +6H 2 O 12FeOOH锈层形成后的腐蚀机理锈层形成后的腐蚀机理 大气中长期暴露钢：腐蚀速度逐渐减慢大气中长期暴露钢：腐蚀速度逐渐减慢 锈层的增厚会导致电阻增大和氧的渗入困难，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；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积，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。增大阳极极化。锈层的结构和保护性锈层的结构和保护性 锈层的结构锈层的结构 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
18、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 FeOOH对耐蚀性起着重要作用对耐蚀性起着重要作用 一般大气，暴露时间延长，一般大气，暴露时间延长，FeOOH含量增多含量增多 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 在污染少的森林地带
19、在污染少的森林地带 FeOOH多多 工业大气工业大气 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 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合金元素形成的具有优异的耐大气腐蚀性能的低合金钢 锈层的稳定化过程锈层的稳定化过程 疏松外腐蚀产物
20、层和基体之间能够形成一层致密、连续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 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迁具有极高阻抗，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移，降低了电化学反应的速度大气腐蚀的影响因素大气腐蚀的影响因素 湿度湿度 水膜的厚、薄水膜的厚、薄大气中的含水量大气中的含水量 临
21、界湿度临界湿度 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%温度温度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 大气成分大气成分 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
22、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 SO2的影响（最严重）的影响（最严重）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Fe+SO2 +O2 FeSO44FeSO4 +O2 +6H 2 O 4FeOOH+4H 2 SO 44+2 H 2 O2 H 2 SO 4 +2 Fe+O 2 2 FeSO大气腐蚀的影响因
23、素大气腐蚀的影响因素 HCl气体气体 溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀 H2S气体气体 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 氯化物氯化物 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，对金属腐蚀破坏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很大 汗液汗液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固体颗粒的影响1.颗粒本身具有腐蚀性颗粒本身具有腐蚀性2.颗
24、粒吸附腐蚀性物质颗粒吸附腐蚀性物质3.颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚水份，形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成氧浓差的局部腐蚀条件 防止大气腐蚀的措施防止大气腐蚀的措施 提高材料的耐蚀性提高材料的耐蚀性 向碳钢中加入向碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni、微量、微量Ca和和Si 表面涂层保护表面涂层保护 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。改变局部大气环境改变局部大气环境 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 合理设计和环境保护合理设计和环境保护 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
25、保，减少大气污染6.1 大气腐蚀大气腐蚀6.2 淡水和海水腐蚀淡水和海水腐蚀6.3 土壤腐蚀土壤腐蚀6.4 微生物腐蚀微生物腐蚀第六章第六章 自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀 淡水腐蚀淡水腐蚀 淡水淡水（Fresh water）一般指河水、湖水、地下水等含盐量少的一般指河水、湖水、地下水等含盐量少的天然水。天然水。世界河水溶解物的平均值世界河水溶解物的平均值%100.011.572.752.125.763.1420.390.905.6812.1435.15总计总计SiO2(FeAl)2O3K+Na+Mg 2+NO 3-Ca 2+Cl-SO4 2-CO3 2-淡水腐蚀机理淡水腐蚀机理 金属在淡水
26、中的腐蚀金属在淡水中的腐蚀 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+2 eFe Fe2+12O2 +H 2 O+2e 2OH-Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2 +2H 2 O 4Fe(OH)32 Fe(OH)3 2 H 2 O Fe2 O3 H 2 OFe(OH)3 H 2 O FeOOH阳极反应：阳极反应：阴极反应：阴极反应：溶液中：溶液中：进一步氧化进一步氧化：氢氧化铁脱水氢氧化铁脱水成为铁锈：成为铁锈：淡水腐蚀的影响因素淡水腐蚀的影响因素 pH影响：影响：pH4-9：腐蚀速度与：腐蚀速度与pH无无关，钢表面有氢氧化物
27、膜，氧关，钢表面有氢氧化物膜，氧要通过膜才能起去极化作用。要通过膜才能起去极化作用。pH河水和雨水河水和雨水 温度：温度：0-35 溶氧溶氧 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 pH 通常为通常为8.1-8.3 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铸铁和碳钢铁和碳钢 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，
28、而牺牲阳极法则外加电流阴极保护法便于调节，而牺牲阳极法则简便易行。简便易行。海水中常用的牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝合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金，铝合金牺牲阳极较为经济防止海水腐蚀的措施防止海水腐蚀的措施 涂镀层保护：涂镀层保护：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4050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ZnAl合金镀层，合金镀层，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
29、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于作为海洋钢结构的底漆。于作为海洋钢结构的底漆。防止海水腐蚀的措施防止海水腐蚀的措施6.1 大气腐蚀大气腐蚀6.2 淡水和海水腐蚀淡水和海水腐蚀6.3 土壤腐蚀土壤腐蚀6.4 微生物腐蚀微生物腐蚀第六章第六章 自然环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀土壤腐蚀土壤腐蚀 土壤腐蚀土壤腐蚀 （Soil Corrosion）：埋在土壤中的金属及其构）：埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀件的腐蚀 地下铺设的输油管、输水管和煤气管道，大量电缆、通讯地下铺设的输油管、输水管和煤气管道，大
30、量电缆、通讯设施和各种地下建筑物设施和各种地下建筑物 危害：危害：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 金属构件一般埋在地下金属构件一般埋在地下1-2m处，不易发现，维修困难处，不易发现，维修困难 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。土壤电解质的特性土壤电解质的特性 土壤：一种特殊的电解质土壤：一种特殊的电解质 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
31、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电解质的特性 多孔性多孔性 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 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
32、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 水具有形成胶体的作用水具有形成胶体的作用土壤并非孤立颗粒，而是土壤并非孤立颗粒，而是各种有机物、无机物的胶凝物质颗粒的聚集体各种有机物、无机物的胶凝物质颗粒的聚集体 土壤孔隙和含水程度土壤孔隙和含水程度影响土壤透气性和电导率影响土壤透气性和电导率土壤电解质的特性土壤电解质的特性 不均匀性不均匀性 土粒、气孔、水分、结构紧密程度土粒、气孔、水分、结构紧密程度 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 相对固定性相对固定性 土壤的固体
33、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 土壤腐蚀的电极过程土壤腐蚀的电极过程 阳极过程阳极过程潮湿土壤中：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难而大大极与大气腐蚀类似，阳极过程因钝化和离子水化困难而大大极化化潮湿、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：Mg、Zn、Al、Mn、Sn：无阳极极化：无阳极极化Fe、碳钢
34、、碳钢、Cu、Pb：阳极极化率低：阳极极化率低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土壤腐蚀的电极过程 阴极过程阴极过程 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
35、极过程土壤腐蚀的电极过程 氧的输送方式：氧的输送方式：气相和液相两条途径气相和液相两条途径 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 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、下雨、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风吹及地下水位的涨落等因素的变化 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 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土壤腐蚀的电极过程
36、 氧的输送方式：氧的输送方式：气相和液相两条途径气相和液相两条途径 在土壤的气相和液相中的扩散在土壤的气相和液相中的扩散 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 扩散速度取决于扩散速度取决于土层的厚度、结构和湿度土层的厚度、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 氧的扩散最后还要通过金属表面在土壤毛细孔隙下形成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的电解液薄层及腐蚀产物层电解液薄层及腐蚀产物层土壤腐蚀的控制特征土壤腐蚀的控制特征 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
37、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地下管道经过透气性不同的土壤形成氧浓差腐蚀电池差腐蚀电池 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 土壤中的腐蚀电池土壤中的腐蚀电池 土壤腐蚀电池类型土壤腐蚀电池类型 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腐蚀宏电池腐蚀宏电
38、池 土壤介质的宏观不均一性土壤介质的宏观不均一性 土壤介质的不均匀性土壤介质的不均匀性 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部与不同土壤相接触的金属各部位电位不同位电位不同建立氧浓差腐蚀电池建立氧浓差腐蚀电池也造成腐蚀宏电池也造成腐蚀宏电池 pH、含盐量的变化、含盐量的变化 地下的长距离管道地下的长距离管道 穿越各种不同条件的土壤，形成长距离腐蚀宏电池穿越各种不同条件的土壤，形成长距离腐蚀宏电池 土壤中的腐蚀类型土壤中的腐蚀类型 长距离腐蚀宏电池长距离腐蚀宏电池 长距离金属构件通过不同土壤时形成长距离金属构件通过不同土壤时形成 在从土壤（在从土壤（I）进
39、入另一种土壤（）进入另一种土壤（II）的地方形成电池：）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）形成腐蚀宏电池形成腐蚀宏电池 长线电流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土壤中的腐蚀类型土壤中的腐蚀类型 土壤的局部不均匀性引起的腐蚀宏电池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
40、 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 土壤中的腐蚀类型土壤中的腐蚀类型 埋设深度不同及边缘效应引起的腐蚀宏电池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，埋设深度不同均匀的土壤中，埋设深度不同氧浓差电池氧浓差电池 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
41、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1旧管（阴极）；旧管（阴极）；2新管（阳极）新管（阳极）土壤中的腐蚀类型土壤中的腐蚀类型 金属所处状态差异引起的腐蚀宏电池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，造成局部腐蚀同，形成腐蚀宏电池，造成局部腐蚀 新旧管线构成的腐蚀新旧管线构成的腐蚀 旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比新管线正，成旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比新管线正，成为阴极，加速新管线的腐蚀为阴极，加速新管线的腐蚀新旧管
42、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土壤中的腐蚀类型土壤中的腐蚀类型 盐浓差电池盐浓差电池 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 温差电池温差电池 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，形成位于地表附近即浅层的套管温度低，成为阴极，形成温差电池腐蚀温差电池腐蚀土壤腐蚀的影响因素土壤腐蚀的影响因素 材料因素材料因素 铸铁、碳钢，低合金钢土壤腐蚀速度无明显差别铸铁、碳钢
43、，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在土壤中的耐蚀性比碳钢高4-5倍以上倍以上 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在土壤中的耐蚀性在土壤中的耐蚀性 透气良好的土壤中，透气良好的土壤中，Al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，Al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
44、蚀的影响因素土壤腐蚀的影响因素 土壤性质的影响土壤性质的影响 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 土壤性质对土壤腐蚀的影响土壤性质对土壤腐蚀的影响 孔隙度（透气性）孔隙度（透气性）孔隙度较大：利于氧渗透和水分保存孔隙度较大：利于氧渗透和水分保存 透气性良好透气性良好 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 透气性不良透气性不良 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
45、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土壤性质对土壤腐蚀的影响土壤性质对土壤腐蚀的影响 含水量含水量 微电池作用的腐蚀（曲线微电池作用的腐蚀（曲线I）含水量很高（含水量很高（80），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10，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 长距离氧浓差宏电池作用的腐蚀（曲线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
46、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，埋得较深接近地下水位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土壤性质对土壤腐蚀的影响 电阻率电阻率 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
47、小，腐蚀越严重土壤电阻率越小，腐蚀越严重 酸度酸度 酸性矿物质、生物活动形成有机酸和无机酸、工业污酸性矿物质、生物活动形成有机酸和无机酸、工业污水水 大部分土壤属中性，大部分土壤属中性，pH=6-8 碱性土壤：碱性土壤：pH=8-10，盐碱土，盐碱土 酸性土壤：酸性土壤：pH=3-6，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土壤性质对土壤腐蚀的影响 含盐量含盐量 含盐量大，土壤电导率增加，腐蚀性增加含盐量大，土壤电导率增加，腐蚀性增加 氯离子氯离子 促进腐蚀促进腐蚀 海边潮汐区或接近盐场的土壤，腐蚀性
48、更强海边潮汐区或接近盐场的土壤，腐蚀性更强 碱土金属钙、镁离子碱土金属钙、镁离子 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 硫酸根离子硫酸根离子 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微生物对土壤腐蚀的影响 缺氧壤条件：缺氧壤条件：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 在不通气的土壤中如有严重
49、的腐蚀发生，腐蚀产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致的微生物腐蚀防止土壤腐蚀的措施防止土壤腐蚀的措施 覆盖层保护覆盖层保护 焦油沥青、环氧煤沥青质焦油沥青、环氧煤沥青质 、聚乙烯塑料胶带防、聚乙烯塑料胶带防腐层及泡沫塑料防腐层腐层及泡沫塑料防腐层 改变土壤环境改变土壤环境 石灰石碎块石灰石碎块 、加强排水以降低水位、加强排水以降低水位 阴极保护阴极保护 覆盖层和阴极保护法结合覆盖层和阴极保护法结合杂散电流腐蚀杂散电流腐蚀 杂散电流杂散电流 由原定的正常电路漏失而流入它处的电流由原定的正常
50、电路漏失而流入它处的电流 主要来源：应用直流电大功率电气装置，如电气化铁道、主要来源：应用直流电大功率电气装置，如电气化铁道、电解及电镀槽、电焊机电化学保护装置等电解及电镀槽、电焊机电化学保护装置等 杂散电流腐蚀（杂散电流腐蚀（Stray Current Corrosion）当杂散电流流过埋在土壤中的管道、电缆等，进入大地当杂散电流流过埋在土壤中的管道、电缆等，进入大地处的阳极端出现的腐蚀。处的阳极端出现的腐蚀。受腐蚀的都是电流从路轨或管线流出的阳极区受腐蚀的都是电流从路轨或管线流出的阳极区 1A的电流流过一年就可使的电流流过一年就可使9kg的铁发生电化学溶解。的铁发生电化学溶解。极端情况下，
