第2章腐蝕環(huán)境

1、第2章 腐蝕(fsh)環(huán)境金屬發(fā)生(fshng)腐蝕時(shí)所處的環(huán)境叫腐蝕環(huán)境。最主要的腐蝕環(huán)境主要是指水，土壤，大氣和干燥氣體。共三十七頁(yè)許多金屬結(jié)構(gòu)件所暴露(bol)的水環(huán)境：2.1 水（1）熱水(r shu)和自來(lái)水的主管道，管路，緊固件，閥門和泵；（2）水的冷卻系統(tǒng)，管道，換熱器，泵等；（3）中心加熱系統(tǒng)，管道，散熱器閥門和泵；（4）蒸汽動(dòng)力設(shè)備，鍋爐或蒸汽發(fā)生器，蒸氣管，冷凝器；（5）船舶，船體和螺旋槳；（6）港口設(shè)備，港樁；（7）水閥。共三十七頁(yè)氧濃度(nngd)，pH值，硬度，HCO3- 、Cl- 、SO42- 濃度。 2.1.1 淡水(dnshu)影響淡水腐蝕性的主要因素：共三十七

2、頁(yè) 游離氧濃度對(duì)水的腐蝕性具有決定意義，因?yàn)檠鯐?huì)參與(cny)陽(yáng)極反應(yīng)：1/2O2+H2O+2e-2OH-（中性、堿性條件下。）1、氧濃度(nngd)： 一般來(lái)講，氧濃度高，腐蝕性強(qiáng)。這可以從氧電極電位的能斯特方程看出。氧在水中的溶解隨溫度升高而下降。 014.6mg/L 209.6mg/L 406.4 mg/L 1000.0 mg/L共三十七頁(yè) 在浸入水中的物件上，最強(qiáng)烈的腐蝕發(fā)生在靠近水面的下方。這是因?yàn)橛捎?yuy)氧的擴(kuò)散問(wèn)題，水的表面的氧濃度最高。共三十七頁(yè)原因(yunyn)：這時(shí)即使沒(méi)有氧，H+可作為氧化劑參與陰極反應(yīng)。pH值少于4時(shí)，碳鋼的腐蝕(fsh)速率很大3、碳酸鈣的沉積5

3、、堿性化或碳酸化6、流速7、溫度4、溶解鹽成份的影響2、pH值共三十七頁(yè) 海水具有基本恒定的成分(chng fn)和腐蝕速率。（除污染的海水外，海水的pH值在8.1左右恒定，鹽濃度約3.5%恒定-pH值、成分恒定） 海水有很高的電導(dǎo)率，平均(pngjn)比電導(dǎo)為4*10-2S.cm-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)河水（2*10-4S.cm-1）和雨水（1*10-5S.cm-1）。海水的pH值通常為8.1-8.3 。 2.1.2海水1、海水的特性：共三十七頁(yè)2、海水腐蝕(fsh)的影響因素：（2）pH值（3）碳酸鹽飽和度（4）含氧量（5）溫度(wnd)（1）鹽度共三十七頁(yè)（6）流速(li s)（7）生物(shng

4、w)的影響海生物附著不完整均勻時(shí)，附著層內(nèi)外造成濃差電池；由于生物的生命活動(dòng)，局部改變了海水介質(zhì)成分；附著植物根的穿透和剝落，破壞了金屬表面保護(hù)層。共三十七頁(yè)3、海水腐蝕(fsh)的保護(hù)措施：（1）合理運(yùn)用(ynyng)金屬材料，研制新材料；（2）涂層保護(hù)，如防銹油漆、防污漆或使用某些合金包覆（蒙乃爾合金）；（3）電化學(xué)保護(hù)。共三十七頁(yè)2.1.3鍋爐(gul)用水（生產(chǎn)蒸汽）鍋爐(gul)用水要防止發(fā)生沉積和腐蝕。鍋爐用水一般要進(jìn)行如下處理：2、除氣：去除水中的氧以降低腐蝕性；3、調(diào)整pH值，中和水中CO2以減少腐蝕性；4、加緩蝕劑，阻止腐蝕。1、軟化：降低鈣、鎂離子的濃度，防止沉淀；共三十七

5、頁(yè)2.2 土壤腐蝕 2.2.1土壤(trng)的構(gòu)成1、土壤(trng)粒子2、溶解物3、氣體共三十七頁(yè) 土壤在水平和垂直方向一般都是不均勻的。土壤的性質(zhì)(xngzh)還隨著季節(jié)、地域等而變化（如雨季、旱季等）。再比如一般土壤中上層是熟土，下層是生土。 土壤中含有多種無(wú)機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)的種類和含量既影響土壤的酸堿性，又影響土壤的導(dǎo)電性。土壤是不均勻的，因此長(zhǎng)距離的地下管道和大尺寸的地下設(shè)施，其各個(gè)部位(bwi)接觸的土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可能有較大的變化。土壤中還有大量微生物，對(duì)金屬腐蝕能起加速作用。 2.2.2土壤的特性： 土壤是土粒、水和空氣的混合物。由于水中溶有各種鹽類，故土壤是一種

6、腐蝕性電解質(zhì)，金屬在土壤中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。共三十七頁(yè) 陽(yáng)極：MeMen+ + n e 陰極：1/2 O2 + H2O + 2e 2OH- 腐蝕(fsh)反應(yīng)：Me + H2O + O2Me（OH）2.2.3土壤中的腐蝕(fsh)機(jī)理：土壤中也是通過(guò)電化學(xué)作用產(chǎn)生腐蝕。鋼鐵在土壤中的腐蝕反應(yīng)為：注：1、當(dāng)陽(yáng)極陰極很接近，并且土壤水分pH大于5時(shí)，腐蝕產(chǎn)物能形成對(duì)鋼表面的保護(hù)層，使腐蝕受到抑制。 2、當(dāng)陽(yáng)極、陰極相隔一段距離時(shí)，腐蝕產(chǎn)物在陽(yáng)極和陰極之間的某處沉積，對(duì)陽(yáng)極不提供保護(hù)，陽(yáng)極則易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。共三十七頁(yè)2、氧含量(hnling)（1）地下水位(shuwi)線以上含氧量大于水位(shuw

7、i)線以下；（2）砂子中含氧量高于粘土中；（3）經(jīng)過(guò)移動(dòng)的（通過(guò)挖掘）土壤比沒(méi)受干擾的土壤（天然狀態(tài)）含氧量高。熟土中含氧量比生土中高。2.2.4影響土壤腐蝕的因素1、水分共三十七頁(yè) 例：長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(jigu)管線跨越兩種或多種不同類型土壤時(shí)就會(huì)形成腐蝕電池，使管線發(fā)生腐蝕。砂子含氧高，陰極粘土，含氧低，陽(yáng)極共三十七頁(yè)共三十七頁(yè)3、pH值5、微生物4、阻抗(zkng)共三十七頁(yè)2.2.5土壤腐蝕的幾種常見(chn jin)形式1、全面(qunmin)腐蝕 對(duì)于小的金屬制品，全面腐蝕是主要的腐蝕形態(tài)。對(duì)于大型設(shè)備，長(zhǎng)距離管道，以大電池造成的局部腐蝕為主。2、氧濃差電池腐蝕 富氧區(qū)和貧氧區(qū)接觸的金屬部

8、分組成氧濃差電池，富氧區(qū)接觸的金屬表面為陰極；貧氧區(qū)接觸的金屬表面為陽(yáng)極。共三十七頁(yè) 雜散電流是指直流電源設(shè)備漏電進(jìn)入土壤產(chǎn)生的電流，對(duì)地下管道、貯罐、電纜等金屬(jnsh)設(shè)施，造成嚴(yán)重的腐蝕破壞。 3、雜散電流(dinli)腐蝕 雜散電流流出的部位成為腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū)，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子進(jìn)入土壤 。 腐蝕掉的金屬量和流過(guò)的雜散電流的電量成正比，可以按法拉弟電解定律進(jìn)行估算。共三十七頁(yè)從電車軌道漏出的雜散電流對(duì)土壤中鋼鐵管道的腐蝕作用圖解根據(jù) Akumob引自金屬腐蝕理論及其研究方法P133電車電流流出軌道 陽(yáng)極區(qū)域（嚴(yán)重腐蝕） 陰極區(qū)域架空線共三十七頁(yè)2.2.6防止(fngzh)土

9、壤腐蝕的措施1、犧牲陽(yáng)極(yngj)或外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)；2、電器接地以避免雜散電流；3、有機(jī)涂層（如瀝青、塑料、絕緣膠帶等）；4、無(wú)機(jī)涂層（如鋅、水泥等）5、銹蝕余量；6、埋置混凝土中；7、為避免由于氧含量不均勻造成腐蝕電池，用砂子、石灰石碎塊填充周圍。共三十七頁(yè)2.3 大氣(dq)腐蝕 大氣(dq)腐蝕通常是指在常溫下暴露在地球大氣(dq)中的所發(fā)生的腐蝕。2.3.1定義：共三十七頁(yè)2.3.2大氣(dq)腐蝕的影響因素： 臨界濕度當(dāng)濕度達(dá)到一定程度時(shí)，金屬(jnsh)突然加速腐蝕時(shí)的濕度值。 1、濕度的影響 相對(duì)濕度 ：空氣中水蒸氣含量與同溫度下飽和水蒸氣含量的比值的百分?jǐn)?shù)。 臨界濕度以

10、下腐蝕可以忽略，大于臨界濕度，腐蝕隨相對(duì)濕度增加而增加。臨界濕度取決于金屬及其表面的污染程度。共三十七頁(yè)主要(zhyo)是：氧、硫化物、氯化物、灰塵等 注：影響(yngxing)大氣腐蝕的最主要因素是水分！2、水膜中質(zhì)點(diǎn)的影響3、溫度的影響 共三十七頁(yè)2.3.3大氣(dq)分類4、海洋大氣(dq)：很高的氯化物濃度 。1、鄉(xiāng)村大氣：主要指SO2低。 2、城市大氣：含SO2和煙塵。3、工業(yè)大氣：工廠區(qū)，不同工業(yè)會(huì)有不同污染。共三十七頁(yè)2.3.4防止(fngzh)大氣腐蝕的方法5、其它(qt)，如合理設(shè)計(jì)構(gòu)件，去除金屬表面的灰塵等。 1、在鋼中加入某些合金元素，以提高金屬材料的耐蝕性；2、采用有機(jī)

11、和無(wú)機(jī)涂層或金屬鍍層來(lái)保護(hù)長(zhǎng)期暴露于大氣中的金屬構(gòu)架；3、采用氣相緩蝕劑，對(duì)儲(chǔ)藏和運(yùn)輸過(guò)程中的金屬進(jìn)行保護(hù)；4、降低大氣濕度，主要用于對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)金屬制品的保護(hù)；共三十七頁(yè)2.4 干燥(gnzo)氣體 干燥(gnzo)氣體是指在干燥(gnzo)條件下使金屬出現(xiàn)侵蝕的氣體，主要是氧，硫蒸氣和氯氣。 干燥氣體產(chǎn)生的侵蝕，一般是化學(xué)腐蝕。（它不發(fā)生通常意義的電極反應(yīng)）2.4.1反應(yīng)機(jī)理:Me Men+ +ne1/2O2 +2e O2-2Men+ + nO2- Me2On反應(yīng)步驟：共三十七頁(yè)3、金屬若能處于不同的氧化狀態(tài)，表面氧化物會(huì)由幾層不同氧化物組成(z chn)。（如鐵，不同溫度不會(huì)形成FeO、Fe3

12、O4、Fe2O3等）。 2.4.2氧化物的特性(txng):1、氧化物體積大于被氧化金屬的體積時(shí)，能抑制金屬進(jìn)一步氧化，氧化物停止生長(zhǎng)，反之金屬會(huì)繼續(xù)氧化。但是如果氧化物不是很致密的，也不能有效阻擋氧化的繼續(xù)進(jìn)行。 （不同金屬氧化物在這方面的表現(xiàn)是不一樣的）2、氧化物的厚度隨溫度升高而增加。（如鋼、銅的氧化物）。共三十七頁(yè)加入具有選擇性氧化的合金元素(yun s)，以形成保護(hù)層。如：Cr、Al、Si等元素2.4.3防護(hù)(fngh)措施共三十七頁(yè)2.5 微生物腐蝕(fsh) 2.5.1定義(dngy)：微生物腐蝕是指在微生物的生命活動(dòng)參與下所發(fā)生的腐蝕過(guò)程。共三十七頁(yè)3、微生物腐蝕往往是多種微生

13、物共生(gngshng)、交互作用的結(jié)果。2.5.2微生物腐蝕(fsh)的特征：1、微生物的生長(zhǎng)繁殖，需要具有適宜的環(huán)境條件，如一定的溫度、濕度、酸度、環(huán)境含氧量及營(yíng)養(yǎng)源等。2、微生物腐蝕并非微生物直接食取金屬，而是微生物生命活動(dòng)的結(jié)果直接或間接參與了腐蝕過(guò)程。共三十七頁(yè)4、破壞(phui)保護(hù)性覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性。 2.5.3微生物腐蝕參與腐蝕過(guò)程(guchng)主要形式1、微生物新陳代謝產(chǎn)物的腐蝕作用。微生物具有腐蝕性是能產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、硫化物、氨等，增強(qiáng)了環(huán)境的腐蝕性。2、促進(jìn)腐蝕的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。如硫酸鹽還原菌的存在能促進(jìn)金屬腐蝕的陰極去極化過(guò)程。3、改變了

14、金屬周圍環(huán)境的氧濃度、含鹽度、酸度等而形成的局部腐蝕電池。共三十七頁(yè)2.5.4與腐蝕(fsh)有關(guān)的微生物1、硫酸鹽還原(hun yun)菌 硫酸鹽還原菌所具有的氫化酶能移去陰極區(qū)的氫原子，促進(jìn)腐蝕過(guò)程中的陰極去極化反應(yīng)，或生成硫化物而加速金屬的腐蝕。屬厭氧性細(xì)菌，在缺氧條件下才能生存。SO42- + 8H+ S2-+4H2O2、硫氧化菌 硫氧化菌能將硫及硫化物氧化成硫酸。它們屬于喜氧性細(xì)菌，在有氧的條件下才能生存。2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4共三十七頁(yè) 鐵細(xì)菌能使二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)并沉積于細(xì)菌體外，三價(jià)鐵離子可以(ky)將硫化物進(jìn)一步氧化成硫酸。3、鐵細(xì)菌(xjn)2Fe(OH)2 + H2O + 1/2 O2 2Fe(OH)3 共三十七頁(yè)4、陰極保護(hù)。 2.5.5微生物腐蝕(fsh)的控制： 除非系統(tǒng)(xtng)是密閉的，否則腐蝕性微生物很難完全消滅，一般需聯(lián)合采取多種控制措施。1、使用殺菌劑或抑菌劑；2、改變環(huán)境條件，抑制微生物生長(zhǎng)；3、覆蓋防護(hù)層；共三十七頁(yè)內(nèi)容摘要第2章 腐蝕環(huán)境(hunjng)。海生物附著不完整均勻時(shí)，附著層內(nèi)外造成濃差電池。富氧區(qū)和貧氧區(qū)接觸的金屬部分組成氧濃差電池，富氧區(qū)接觸的金屬表面為陰極。雜散電流流