材料腐蚀与防护第八讲学习教案

1、会计学1材料材料(cilio)腐蚀与防护第八讲腐蚀与防护第八讲第一页，共87页。u 大气(dq)腐蚀属于液膜下的电化学腐蚀u 区别于浸于电解质溶液中的腐蚀6.1 大气大气(dq)腐蚀腐蚀u 大气(dq)腐蚀以均匀腐蚀为主u 也包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、微动u 腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳等第1页/共88页第二页，共87页。大气腐蚀大气腐蚀(fsh)环境环境p大气环境不同(b tn) 腐蚀严重性不同(b tn) 与地域、季节、时间与地域、季节、时间(shjin)(shjin)等条件有关等条件有关 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

2、随地域、季节和时间大气中的水蒸气含量随地域、季节和时间(shjin)(shjin)有所有所 变化变化p大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因素第2页/共88页第三页，共87页。 氧（参与氧（参与(cny)(cny)电化学过程）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、氯气等其次是二氧化碳、二氧化硫、氯气等参与大气腐蚀过程(guchng)的主要是 含水汽含水汽(shu q)(shu q)和氯化物大和氯化物大气气 SO SO2 2与水汽共同作用加速腐蚀与水汽共同作用加速腐蚀钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400-500倍工业区比沙漠区大气腐蚀大50-10

3、0倍大气腐蚀环境大气腐蚀环境第3页/共88页第四页，共87页。二氧化硫、硫化氢、氯气二氧化硫、硫化氢、氯气(l (l q)q)硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质大大加速大气腐蚀杂质大大加速大气腐蚀乡村大气：清洁乡村大气：清洁城镇大气：污染城镇大气：污染工业工业(gngy)(gngy)大气：大气：SO2SO2污染污染海洋大气：含氯化物海洋大气：含氯化物大气大气(dq)腐蚀环腐蚀环境境 大气腐蚀环境分类 全球大气污染日趋严重第4页/共88页第五页，共87页。大气的近似大气的近似(jn s)组成组成(10oC，100KPa)根据根据Meetham. 转引转引(zhun yn

4、)自自Corrosion上卷上卷P2.4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氮氮(N2)87975氖氖(Ne)1412氧氧(O2)26923氪氪(Kr)43氩氩(Ar)151.26氦氦(He)0.80.7水蒸汽水蒸汽80.70氙氙(Xe)0.50.4二氧化碳二氧化碳0.50.04氢氢(H2)0.050.04第5页/共88页第六页，共87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

5、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

6、气大气(dq)(dq)的次要成分的次要成分( (杂质杂质) )根据根据(gnj)Meetham. 转引自转引自Shreired. Corrosion第6页/共88页第七页，共87页。第7页/共88页第八页，共87页。大气腐蚀大气腐蚀(fsh)的类型的类型 干大气(dq)腐蚀 潮大气(dq)腐蚀 湿大气(dq)腐蚀I:I:干干大气腐蚀大气腐蚀 =10100:潮潮大气腐蚀大气腐蚀 =100 1 m:湿湿大气腐蚀大气腐蚀 =1 m1mm:全浸全浸, 1mm第8页/共88页第九页，共87页。 案例： 金属Cu、Ag等在含有硫化物污染(wrn)了的空气中失泽干大气干大气(dq)腐腐蚀蚀 定义：在空气(k

7、ngq)非常干燥的条件下，金属表面 不存在液膜层的腐蚀 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10nm10nm 没有形成连续的电解液膜（没有形成连续的电解液膜（I 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第9页/共88页第十页，共87页。 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（形成了连续的电解液薄膜（II区）区） 膜较薄，氧易于膜较薄，氧易于(yy)扩散进入界面扩散进入界面 电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大电化

8、学腐蚀，腐蚀速度急剧增大潮大气潮大气(dq)腐腐蚀蚀 定义：大气(dq)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腐蚀 特点： 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第10页/共88页第十一页，共87页。湿大气湿大气(dq)腐蚀腐蚀 定义：空气湿度接近于100，或当水以雨、雪、水沫(shu m)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 水膜较厚，约为水膜较厚，约为1m-1mm 随着水膜加厚，氧扩散困难随着水膜加厚，氧扩散困难 腐蚀速度腐蚀速度(sd)下降（下降（III区区） 特点：u水膜厚水膜厚1mm1m

9、m，相当于金属全浸于电解质溶液，腐，相当于金属全浸于电解质溶液，腐蚀速度基本不变（蚀速度基本不变（IVIV区）区）第11页/共88页第十二页，共87页。 纯水膜：导电性差纯水膜：导电性差 不足以强烈不足以强烈(qin li)腐蚀腐蚀 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）、汗液等大气腐蚀大气腐蚀(fsh)条件条件 电化学腐蚀的特殊(tsh)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20-3020-30分子层厚时分子层厚时电解液膜电解液膜 液膜来源 水分（雨雪）直接沉

10、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 液膜特性第12页/共88页第十三页，共87页。大气大气(dq)腐蚀腐蚀条件条件 当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中的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水蒸汽将以液体凝结于金属表面上 结露是发生结露是发生(fshng)潮大气腐蚀的前提潮大气腐蚀的前提 空气温度在空气温度在5-50oC范围内，气温剧烈变化达范围内，气温剧烈变化达6oC左左 右时，只要空气相对湿度达到右时，只要空气相对湿度达到65%-75%就可引起就可引起 结露现象。结露现象。 温差

11、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。 液膜的产生(chnshng)：结露第13页/共88页第十四页，共87页。大气腐蚀大气腐蚀(fsh)条件条件 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，气候变化剧热带、亚热带及大陆性气候地区，气候变化剧烈烈 相对湿度相对湿度 100% 也容易也容易(rngy)造成水分冷凝造成水分冷凝 空气中水分(shufn)的饱和凝结第14页/共88页第十五页，共87页。大气腐蚀大气腐蚀(fsh)条件条件 物理吸附物理吸

12、附 水分与固体表面之间存在水分与固体表面之间存在(cnzi)(cnzi)的范的范德华分子引力作用德华分子引力作用 大气相对湿度(xingdu shd)低于100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 变得容易变得容易第15页/共88页第十六页，共87页。大气大气(dq)腐蚀腐蚀机理机理 大气腐蚀初期的腐蚀

13、机理 锈层形成(xngchng)后的腐蚀机理 锈层的结构和保护性 耐候钢锈层结构的特点第16页/共88页第十七页，共87页。大气腐蚀大气腐蚀(fsh)初期的腐蚀初期的腐蚀(fsh)机理机理 阴极过程：氧的去极化为主 表面液膜膜层很薄，氧容易(rngy)到达阴极 遵从电化学腐蚀一般(ybn)规律 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第17页/共88页第十八页，共87页。 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（MgMg），当从全浸状态下），当从全浸状态下 的腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极的腐蚀

14、转变为大气腐蚀时，阴极(ynj)(ynj)过程由氢去过程由氢去极极 化为主转变为氧去极化为主化为主转变为氧去极化为主大气大气(dq)腐蚀初期的腐蚀机腐蚀初期的腐蚀机理理 阴极(ynj)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第18页/共88页第十九页，共87页。大气大气(dq)腐蚀初期的腐蚀机腐蚀初期的腐蚀机理理 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湿度不大，阳极控制：合金化提高阳极钝性是有效(yuxio)的的湿度大

15、，阴极控制：合金化效果不大，应降低湿度、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减少空气中有害成分 液膜厚度(hud)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，易于阳极钝化产生 腐蚀控制过程第19页/共88页第二十页，共87页。锈层形成锈层形成(xngchng)后的后的腐蚀机理腐蚀机理锈层内发生了锈层内发生了Fe3+Fe2+Fe3+Fe2+的还原反应的还原反应(fnyng)(fnyng)锈层参与了阴极反应

16、锈层参与了阴极反应(fnyng)(fnyng)过程过程 阳极反应(fnyng)：金属Fe3O4界面上 阴极反应： Fe3O4 FeOOH界面上界面上 腐蚀产物：影响腐蚀电极过程 Evans模型：锈层锈层-强氧化剂，电极反应发生的位置不同强氧化剂，电极反应发生的位置不同第20页/共88页第二十一页，共87页。锈层形成后的腐蚀锈层形成后的腐蚀(fsh)机机理理 锈层潮湿(chosh)时 Evans模型 Fe3还原成Fe2+ 大气干湿交替：锈层加速(ji s)腐蚀 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

17、的Fe2+重新氧化成为重新氧化成为Fe3第21页/共88页第二十二页，共87页。 锈层的增厚会导致电阻增大和氧的渗入困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；难，使锈层的阴极去极化作用减弱； 附着性良好附着性良好(lingho)的锈层内层将减小的锈层内层将减小活性阳极面积，增大阳极极化。活性阳极面积，增大阳极极化。锈层形成后的腐蚀锈层形成后的腐蚀(fsh)机机理理l 大气(dq)中长期暴露钢：腐蚀速度逐渐减慢第22页/共88页第二十三页，共87页。锈层形成锈层形成(xngchng)后的后的腐蚀机理腐蚀机理 锈层的结构(jigu) 内外内外(niwi)两层两层 外层疏

18、松，容易剥落外层疏松，容易剥落 内层附着性好，结构致密内层附着性好，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 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、污染的影响第23页/共88页第二十四页，共87页。锈层的结构锈层的结构(jigu)和保护性和保护性 碳钢锈层中常存在一些盐类结晶碳钢锈层中常存在一些盐类结晶(jijng)，如，如FeSO47H2O、 FeSO44H2O、Fe2(SO4)3等等 这些结晶这些结晶(ji

19、jng)盐的存在将降低锈层的保护性盐的存在将降低锈层的保护性 -FeOOH对耐蚀性起着重要对耐蚀性起着重要(zhngyo)作用作用p一般大气一般大气: 暴露时间延长，暴露时间延长，-FeOOH含量增多含量增多p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p在污染少的森林地带在污染少的森林地带:-FeOOH多多p工业大气工业大气第24页/共88页第二十五页，共87页。 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具有极高阻抗，极大减缓了阳极和阴极(ynj)区之间的电子区

20、之间的电子 迁移，降低了电化学反应的速度迁移，降低了电化学反应的速度耐候钢锈层结构耐候钢锈层结构(jigu)的的特点特点 耐候钢耐候钢(耐大气耐大气(dq)腐蚀钢腐蚀钢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等合金元素形成的具有优异的耐大气腐蚀性能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 疏松外腐蚀产物层和基体之间能够形成一层致密、疏松外腐蚀产物层和基体之间能够形成一层致密、 连续的含有连续的含有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

21、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层层第25页/共88页第二十六页，共87页。 结露与环境结露与环境(hunjng)的温度有关的温度有关 一定湿度下，环境一定湿度下，环境(hunjng)温度越高，越容温度越高，越容易结露易结露 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。大气腐蚀的影响大气腐蚀的影响(yngxing)因素因素 湿度(shd) 水膜的厚、薄水膜的厚、薄 大气中的含水量大气中的含水量 腐蚀速度开始

22、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%临界湿度 温度第26页/共88页第二十七页，共87页。 大气大气(dq)中的污染物中的污染物: 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)大气腐蚀大气腐蚀(fsh)的影响因的影响因素素 大气(dq)成分第27页/共88页第二十八页，共87页。 SO2矿物燃料矿物燃料(rnlio)燃烧产生的燃烧产生的 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

23、的自催化反应机理大气腐蚀大气腐蚀(fsh)的影响因的影响因素素 SO2的影响(yngxing)（最严重）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 自催化自催化第28页/共88页第二十九页，共87页。大气腐蚀大气腐蚀(fsh)的影响因素的影响因素 HCl气体(qt) H2S气体(qt) 氯化物 溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀 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

24、、镍、黄铜、铁和镁的腐蚀 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，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对金属腐蚀破坏很大 汗液汗液第29页/共88页第三十页，共87页。1. 1. 颗粒本身具有腐蚀性颗粒本身具有腐蚀性2. 2. 颗粒吸附腐蚀性物质颗粒吸附腐蚀性物质3. 3. 颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚颗粒在金属表面能形成缝隙而凝聚(nngj)(nngj)水份，水份， 形成氧浓差的局部腐蚀条件形成氧浓差的局部腐蚀条件大气腐蚀大气腐蚀(fsh)的影响因素的影响因素 固体(gt)颗粒的影

25、响第30页/共88页第三十一页，共87页。防止防止(fngzh)大气腐蚀的措大气腐蚀的措施施p 提高(t go)材料的耐蚀性 向碳钢中加入向碳钢中加入(jir)Cu、P、Cr、Ni、微量、微量Ca和和Sip 表面涂层保护p 改变局部大气环境p 合理设计和环境保护 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。 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 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保，减少大气污染第31页/共88页第三十二页，共87页。第六章第六章 自然环境自然环境(z rn (z rn hun jnhun jn

26、) )中的腐蚀中的腐蚀 6.1 6.1 大气大气(dq)(dq)腐蚀腐蚀 6.2 6.2 淡水和海水腐蚀淡水和海水腐蚀 6.3 6.3 土壤腐蚀土壤腐蚀 6.4 6.4 微生物腐蚀微生物腐蚀第32页/共88页第三十三页，共87页。 淡水(dnshu)（Fresh water）一般一般(ybn)指河水、湖水、地下水等含盐量少的指河水、湖水、地下水等含盐量少的天然水。天然水。世界(shji)河水溶解物的平均值%淡水腐蚀第33页/共88页第三十四页，共87页。 氧去极化的电化学腐蚀氧去极化的电化学腐蚀(fsh)过程，通常受阴极过程控过程，通常受阴极过程控制制淡水腐蚀(fsh)机理 金属(jnsh)在

27、淡水中的腐蚀第34页/共88页第三十五页，共87页。淡水腐蚀的影响(yngxing)因素p pH49：腐蚀速度与：腐蚀速度与pH无无关，钢表面有氢氧化物膜，氧要关，钢表面有氢氧化物膜，氧要通过膜才能起去极化作用通过膜才能起去极化作用(zuyng)。p pH河水(h shu)和雨水 温度(wnd)： 035 在正常情况下，海水表层在正常情况下，海水表层(biocng)被被空气饱和空气饱和 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 通常为通常为8.18.3 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

28、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(hjn) 不锈钢不锈钢 铸铁和碳钢铸铁和碳钢 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，而牺牲阳极法外加电流阴极保护法便于调节，而牺牲阳极法 则简便易行。则简便易行。 海水中常用的牺牲阳极有锌合金、镁合金和铝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合金，铝合金牺牲阳极较为经济第62页/共88页第六十三页，共87页。防止(fngzh)海水腐蚀的措施涂镀层涂镀层(d cn)保护保护第63页/共88页第六十四页，共87页。防止海水腐蚀(fsh)的措施第64页/共88页第

29、六十五页，共87页。第六章第六章 自然环境自然环境(z rn (z rn hun jnhun jn) )中的腐蚀中的腐蚀 6.1 6.1 大气腐蚀大气腐蚀(fsh)(fsh) 6.2 6.2 淡水和海水腐蚀淡水和海水腐蚀(fsh)(fsh) 6.3 6.3 土壤腐蚀土壤腐蚀(fsh)(fsh) 6.4 6.4 微生物腐蚀微生物腐蚀(fsh)(fsh)第65页/共88页第六十六页，共87页。 地下铺设的输油管、输水管和煤气管道，大量(dling)电缆、通讯设施和各种地下建筑物 危害危害(wihi)：u 埋地管线埋地管线(gunxin)(gunxin)维修费用增加，导致泄漏，引发火灾、爆炸维修费用

30、增加，导致泄漏，引发火灾、爆炸u 和环境污染和环境污染u 金属构件一般埋在地下金属构件一般埋在地下1-2m1-2m处，不易发现，维修困难处，不易发现，维修困难u 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，u 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。 土壤腐蚀（土壤腐蚀（Soil Corrosion）：）： 埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀土壤腐蚀第66页/共88页第六十七页，共87页。土壤：一种(y zhn)特殊的电解质（1 1）多相）多相(du xin)(du xin)性性 土壤由土粒、水、空气等固

31、、液、气三相组成土壤由土粒、水、空气等固、液、气三相组成 土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同土壤其土粒大小(dxio)不相同不相同 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第67页/共88页第六十八页，共87页。 土壤颗粒土壤颗粒(kl)间形成大量毛细管微孔或孔隙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土壤(tr

32、ng)电解质的特性（2 2）多孔性）多孔性 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 土壤含水程度影响透气性和电导率土壤含水程度影响透气性和电导率第68页/共88页第六十九页，共87页。 土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异(chy) 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，尤其是电化学性质明显变化明显变化 土壤的固体部分土壤的固体部分(b fen)固固定不动

33、的定不动的 气相和液相有限的运动气相和液相有限的运动 土壤孔穴土壤孔穴(kngxu)中的对流和定向流动，以及地下水的移动中的对流和定向流动，以及地下水的移动土壤电解质的特性（3 3）不均匀性）不均匀性（4 4）相对固定性）相对固定性第69页/共88页第七十页，共87页。 阳极(yngj)过程v潮湿潮湿(chosh)土壤中：土壤中：与溶液与溶液(rngy)中类似，阳极过程阻碍小中类似，阳极过程阻碍小v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困难而大大极化v潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中：

34、潮湿、透气不良且含有氯离子的土壤中：l Mg、Zn、Al、Mn、Sn：无阳极极化：无阳极极化l Fe、碳钢、碳钢、Cu、Pb：阳极极化率低：阳极极化率低l 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l 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第70页/共88页第七十一页，共87页。 氧的去极化氧的去极化 强酸性土壤强酸性土壤(trng)中氢去极化可中氢去极化可能参与能参与 微生物可能参与微生物可能参与 土壤(trng)中氧的去极化过程 两个基本步骤：两个基本步骤： 氧向阴极氧向阴极(ynj)的传输氧离子化

35、的阴极的传输氧离子化的阴极(ynj)反应反应 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极过程 阴极过程第71页/共88页第七十二页，共87页。 氧的输送(sh sn)方式：气相和液相两条途径u 土壤土壤(trng)(trng)中气相或液相的定向流动中气相或液相的定向流动p 土壤中的空气土壤中的空气(kngq)和水分流动和水分流动输送氧输送氧p 土壤表层温度周期波动、大气压力及土壤湿度土壤表层温度周期波动、大气压力及土壤湿度的变化、的变化、p 下雨、风吹及地下水位的涨落等因素的变化下雨、风吹及地下水位的涨落等因素的变化p 疏松粗粒结构的土

36、壤疏松粗粒结构的土壤传递氧速度很大传递氧速度很大p 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p 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第72页/共88页第七十三页，共87页。p 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p 扩散速度取决于土层的厚度、结构和湿度扩散速度取决于土层的厚度、结构和湿度(shd)p 湿度湿度(shd)和粘土组分含量的增加，氧的扩散和粘土组分含量的增加，氧的扩散速度降低速度降低p 34个数量级个数量级p 氧的扩散最后还要通过金属表面在土壤毛细氧的扩散最后还要通过金属表面在土壤毛细p 孔隙下形成

37、的电解液薄层及腐蚀产物层孔隙下形成的电解液薄层及腐蚀产物层土壤腐蚀的电极过程 氧的输送(sh sn)方式：气相和液相两条途径u 在土壤在土壤(trng)(trng)的气相或液相中的扩散的气相或液相中的扩散第73页/共88页第七十四页，共87页。 土壤腐蚀电池(dinch)类型 土壤(trng)介质的不均匀性土壤(trng)中的腐蚀电池 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与不同土壤相接触的金属各 部位电位不同立氧浓差腐蚀电池部位电位不同立氧浓差腐蚀电池 pH、含盐量的变化、含盐量的变化 也造成腐蚀宏电池也造成腐蚀宏电池 穿越各种不同条件的土壤穿越各种

38、不同条件的土壤 形成长距离腐蚀宏电池形成长距离腐蚀宏电池 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 腐蚀微电腐蚀微电池池 土壤介质的宏观不均一性土壤介质的宏观不均一性 腐蚀宏电池腐蚀宏电池第74页/共88页第七十五页，共87页。（1）长距离腐蚀(fsh)宏电池p 长距离金属构件通过不同土壤(trng)时形成p 在从土壤(trng)（I）进入另一种土壤(trng)（II）的p 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） 形成腐蚀形成腐蚀 宏电池宏电池p 长线电流 产生相当可观的腐

39、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1.5kmNoImage土壤中的腐蚀宏电池类型第75页/共88页第七十六页，共87页。（2）土壤的局部不均匀性引起的腐蚀(fsh)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 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宏电池(dinch)类型第76页/共88页第七十七页，共87页。（3）埋设深度(sh

40、nd)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(b tn) 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 直径较大直径较大(jio d)的水平输送管道，下部比上部腐蚀的水平输送管道，下部比上部腐蚀更严重更严重 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土壤中的腐蚀宏电池类型第77页/共88页第七十八页，共87页。NoImage（4）金属所处状态差异引起的腐蚀(fsh)宏电池 土壤中异种金属接触、温差、应力及

41、金属表面状态的不同，形成腐蚀宏电池，造成局部腐蚀 新旧管线(gunxin)构成的腐蚀 旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比旧管线表面有腐蚀产物层，电极电位比新管线正，成为阴极新管线正，成为阴极(ynj)，加速新管线，加速新管线的腐蚀的腐蚀新旧管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1旧管（阴极）；旧管（阴极）；2新管（阳极）新管（阳极）土壤中的腐蚀宏电池类型第78页/共88页第七十九页，共87页。（5）盐浓差电池(dinch) 土壤介质的含盐量不同土壤介质的含盐量不同 盐浓度高的部位盐浓度高的部位(bwi)电位较负，成为阳极而加速腐蚀电位较负，成为阳极而加速腐蚀（6）温差

42、(wnch)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，位于地表附近即浅层的套管温度低，成为阴极， 形成温差电池腐蚀形成温差电池腐蚀土壤中的腐蚀宏电池类型第79页/共88页第八十页，共87页。 腐蚀微电池腐蚀微电池(dinch)作用下的土壤腐蚀作用下的土壤腐蚀 多数土壤多数土壤 阴极阴极(ynj)过程所控制，与电解液中相似过程所控制，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 长距离宏观电池长距离宏观电池(dinch)作

43、用下的土壤腐蚀作用下的土壤腐蚀 地下管道经过透气性不同的土壤形成氧浓差地下管道经过透气性不同的土壤形成氧浓差 腐蚀电池腐蚀电池 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腐蚀的控制特征第80页/共88页第八十一页，共87页。（1）材料(cilio)因素 铸铁、碳钢，低合金钢土壤腐蚀速度无明显(mngxin)差别 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45倍以上 生成铅盐保护层 Zn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 Al在土壤中的耐蚀性 透气良好的土壤中，Al的平均腐蚀速度略低于钢铁 透气不良的土壤中，Al的腐蚀相当严重，比钢铁还差土壤腐蚀的影响(