江西红壤对钢的腐蚀讲解

江西红壤对钢的腐蚀讲解第1页/共22页土壤颜色差异及成因

影响土壤颜色的主要原因有土壤中腐殖质含量的多少、土壤中所含化合物的种类以及土壤的风化变质程度

1.首先，土壤颜色的深浅与腐殖质有关腐殖质含量多时，土壤呈黑色，譬如北方寒地黑土；腐殖质含量少时，土壤呈灰色，如新疆灰漠土2.其次，土壤的颜色还与土壤中所含化合物的种类有关氢氧化铁为红色，在土壤中含量多时，土壤便呈现不同程度的红、棕红及棕黄色

二氧化硅、碳酸钙、高岭土、氢氧化铝等为白色，土壤中含任何一种这类化合物时，即呈灰白、浅灰或黄灰色第2页/共22页3.第三，土壤的颜色还和其风化变质程度有很大的关系

红壤是在高温高湿条件下，矿物发生强烈的风化产生大量可溶性的盐基、硅酸和含铝铁物质盐基和硅酸进入地下水后流走。含铝铁物质则积累下来，在干燥条件下发生脱水形成无水的Fe2O3和Al2O3，红色的赤铁矿使土壤呈现红色黄壤是铁质未完全氧化而呈现的紫色土壤则主要是由于成土年龄较短，其母岩是中、新生代沉积的紫色页岩或砂页岩第3页/共22页土壤的地域分布

由于地形和气候等差异，北方地区多黑土和黄土，部分地区有盐碱土。黑土是温带草原地带和森林地带所特有的土壤。因冬季寒冷、土地封冻，土壤里形成了大量的腐殖质，使土壤呈黑色，较为肥沃，其主要分布于东北地区。南方地区多红壤、黄壤以及水稻土。红壤是亚热带常绿阔叶林地带发育的土壤。因高温多雨的气候，风化强烈，可溶性矿物被淋失，氧化铁等矿物增多，使土壤呈红色。

第4页/共22页黑色土壤紫色土壤第5页/共22页红色土壤灰色土壤

第6页/共22页各地区土壤的成分及特点各地区土壤理化性质对比地点土壤种类pH电阻率Ω.m含盐量w/%W（HCO-）/%w(Cl)/%w(SO4）/%鹰潭红壤4.8>6280.00590.00170.00140.0013广州赤红壤5.5>6280.00910.002600.0078深圳赤红壤6.1>6280.01290.00070.00100.0078沈阳草甸土7.437.50.04460.00830.00170.0139成都黄粘土8.126.90.04030.01680.00170.0114新疆棕漠土8.539.60.66900.00920.13220.3236大港海滨盐土8.60.421.96690.02071.09450.1120第7页/共22页金属在酸性土壤中的腐蚀机理金属在土壤中的腐蚀,绝大多数是电化学腐蚀.金属在酸性土壤介质中也必然和在其它土壤介质一样同时存在阴极和阳极两个过程,两个过程以相等的速度进行,但不在同一区域.为了研究金属材料在酸性土壤中的腐蚀规律,必须了解金属发生电化学腐蚀的基本理论阴极过程:金属在酸性土壤中腐蚀,阴极过程是控制步骤.当pH>4时,这个过程受氧输送控制,氧向地下金属构件表面扩散,是一个非常缓慢的过程,与传统电解液的腐蚀不同,就在于氧的进入不仅受到紧靠着阴极表面的电解质的限制,而且还受到阴极周围土层的阻碍.阴极过程为:O2+2H2O+4e-——4OH-第8页/共22页当pH<4时,阴极反应为氢的放电:2H++2e-——H2在我国酸性土壤中,绝大多数pH>4,也就是阴极主要以氧气扩散为主.阳极过程:阳极金属发生溶解,在酸性较强的土壤中,Fe以离子状态存在于土壤中Fe——Fe²﹢+2e当pH>4时,Fe²﹢+2OH-——Fe(OH)22Fe(OH)2+1/2O2+H2O——2Fe(OH)3第9页/共22页Fe(OH)3不稳定,转变为更稳定的产物Fe(OH)3——FeOOH（碱式氧化亚铁）+H2O第10页/共22页影响酸性土壤腐蚀的因素影响酸性土腐蚀,有多种因素,其中主要有:(1)交换性铝(2)Cl­和so4²-(3)土壤电阻率(4)含水量(5)pH值1.交换性铝金属在强酸性土壤中,受到很强的腐蚀.但在有机质和有机酸含量很高的缓冲性能较强的土壤中,即使pH呈中性,对金属也有较大的腐蚀性,这是因为有机酸与铝的络合促进了铝的溶解,随着有机酸浓度的增加,这种促进作用加强.pH<5的酸性土壤都含有相当数量的交换性铝.随着pH的降低(如加HCl),其活性铝化合物比较容易释放Al3+:AlO—OH+3H+——Al3++2H2O则溶液中Al3+的浓度和土体表面交换性铝的数量增加.当阴极以氢放电为主时,部分氢离子参与铝的溶解,势必使阴极反应速度减慢,从而,减小了阳极金属的溶解速度;随着pH的升高(如施石灰),则交换性铝水解生成羟基铝化合物:Al3++2H2O——AlO-OH+3H+第11页/共22页

当阴极以氢放电为主时,氢离子浓度增加,使阴极反应加剧,从而使阳极溶解加剧.2.土壤中Cl-及SO4

的影响土壤中Cl-及SO4是影响金属材料在土壤中腐蚀的主要因素,主要对不锈钢有很大的影响，酸性及中性土壤中Cl及SO4含量较少,而新疆及大港碱性土壤中Cl及SO4含量较高,埋设于土壤中的不锈钢表面的钝化膜在Cl及SO4的作用下,钝化膜遭受破坏而成为阳极,其周围表面为大阴极,在这种大阴极小阳极的腐蚀电池作用下产生点蚀坑,不锈钢虽有着良好的抗全面抗蚀性能,但是不锈钢易产生点蚀.晶间腐蚀,通常缺点是抗应力腐蚀开裂、点腐蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀第12页/共22页

3.土壤电阻率土壤电阻率是一个综合性因素,是土壤介质导电能力的反映,是酸性土壤腐蚀中不可忽略的一个重要因素.一般来讲,当电阻率较大时,腐蚀电路中的电流较小,腐蚀较轻微;当电阻率较小时,腐蚀电路中的电流较大,腐蚀较严重.而在酸性土壤中,土壤电阻率很高(>300欧∀米),腐蚀却很严重.这与土壤其他成分因素有关4.含水量水分是使土壤成为电解质,造成电化学腐蚀的先决条件.当含水量低时,腐蚀速率随含水量的增加而增加;达到某一含水量时,材料的腐蚀率最大;再增加含水量,其腐蚀反而下降如果将土壤介质中的金属腐蚀看作一个腐蚀电池的话,在含水量较低时,含水量的增加,使腐蚀电池回路中的电阻变小,腐蚀性增加,直到某一临界值,土壤中可溶盐全部溶解,回路电阻达到最小,进一步提高含水量,则可溶盐浓度降低,土壤胶粒膨胀,空隙变小,阴极过程受阻,土壤腐蚀性降低第13页/共22页

5.pH值土壤酸碱性是土壤的很多化学性质,特别是盐基状况的综合反应.土壤的酸碱度包括酸性强度(pH)和容量(酸度总量、缓冲性能)两方面.土壤酸碱性对金属腐蚀的影响是多途径的.在强酸性土壤中,H+的去极化过程,直接影响阴极极化.随着pH的降低,氢的去极化电极电位增加,阴极电位升高,腐蚀电流增加,腐蚀速度加快.随着pH的升高,氧开始参与阴极反应,当pH升高到一定值时,阴极以氧放电为主.当腐蚀决定于微电池或距离不太长的宏电池时,腐蚀主要为阴极过程来控制.而绝大多数pH为4.5~9.0的土壤中阴极去极化过程是氧的还原,与氢离子浓度无直接关系.只有在pH<4.5的强酸性土壤中,阴极去极化过程才是氢离子的放电.第14页/共22页我们已经了解了红壤的成分特点及腐蚀钢的主要因素，但是对于不同钢种各个因素起到的作用大小不同常见钢种分类碳素结构钢合金结构钢弹簧钢滚动轴承钢碳素工具钢合金工具钢不锈钢耐热钢其他钢种第15页/共22页下面以碳素结构钢，不锈钢及合金钢为例

碳素结构钢——Q235钢该钢种主要受到含水量的影响腐蚀前10%H2O第16页/共22页20%H2O30%H2O第17页/共22页1Cr18Ni9Ti不锈钢不锈钢在酸性及中性土壤中腐蚀轻微,在高盐碱性土壤中腐蚀比中酸性土壤稍微严重些,而且出现点蚀现象;土壤中Cl及SO4是影响不锈钢腐蚀的最主要因素,随着土壤Cl及SO4增多,不锈钢的腐蚀失重近似线性增大;土壤pH值也是影响不锈钢腐蚀的主要因素,土壤pH值增加,腐蚀失重缓慢增大,当土壤pH值达到8.5以上时,腐蚀失重急剧增大;自然腐蚀电位能大致上反映不锈钢在土壤中的腐蚀行为,腐蚀电位较正,腐蚀轻微,腐蚀电位较负,腐蚀较严重.第18页/共22页

合金材料在具有高土壤电阻率、低可溶盐含量及高含水率的酸性红壤中,碳钢与Ly11铝合金腐蚀得严重,铅与H60黄铜腐蚀得也较重,1Cr13不锈钢腐蚀得较微。第19页/共22页总结1.酸性土壤的腐蚀机理为电化学腐蚀2.酸性红壤的质地含水率、pH值及可溶盐含量主要决定着对土壤中金属的腐蚀行为