金属在各种环境中的腐蚀PPT学习教案

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1、会计学1金属在各种环境中的腐蚀金属在各种环境中的腐蚀 金属在大气自然环境条件下发生腐蚀的现象称为大气腐蚀。金属暴露在大气中要比暴露在其他腐蚀介质中的机会多，大气腐蚀是金属腐蚀中最普通的一种。然而，由于决定腐蚀反应动力学因素的复杂性，至今对它的了解还不是十分清楚。大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范畴。它是一种在液膜下的电化学腐蚀，但和浸在电解质溶液中的腐蚀有所不同。第1页/共68页第2页/共68页成分克/米重量成分毫克/米重量空气氮(N2)氧 (O2)氩(Ar)水蒸汽二氧化碳11728792691580.510075231.260.700.04氖(Ne)氪(Kr)氦(He)氙(Xe)氢(H2)144

2、0.80.50.051230.70.40.04大气的近似组成（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2根据Meetham.转引自 Corrosion 上卷 P2.4第3页/共68页 杂质 典型浓度，微克/米二氧化硫(SO2)工业区：冬天350.夏天 100农村地区：冬天100.夏天40二氧化硫(SO3)大约为SO2含量的10硫化氢(H2S)工业区：1.590城市地带：0.51.7农村地区：0.150.45春季测量的数字氨(NH3)工业区：4.8农村地区：2.1氯化物(空气样品)内地工业区：冬天4.8夏天2.7沿海农村区：年平均5.4氯化物(雨水样品)内地工业区：冬天7.9夏天5.3沿海农

3、村区：冬天57夏天18毫克/升尘粒工业区：冬天250夏天100农村地区：冬天60夏天15大气杂质的典型浓度根据Meetham.转引自Shreir ed.第4页/共68页 金属表面上的水膜对大气腐蚀起着关键性作用。当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的水膜。当空气的相对湿度低于100%，金属表面也可能形成水膜，其原因有三：毛细凝聚 化学凝聚 吸附凝聚 金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。第5页/共68页腐蚀速度水膜厚度大气腐蚀速度随金属表面大气腐蚀速度随金属表面水膜厚度的变化水膜厚度的变化第6页/共68页第7页/共68页第8页/共68页第9页/共68页30201

4、0 50 100 150 2001.21.00.80.60.40.2 0 0 200 400 600析出H2或吸收O2的体种(cm3/dm2)镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化 全浸 薄水膜 大气腐蚀 氧去极化 氢去极化 (根据ToMawoB)150150120906030氧扩散层厚度()氧还原反应速度(mA/cm2)水膜厚度()铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原反应速度及氧扩散层厚度的关系 氧还原反应速度 氧扩散层厚度 (根据 Po3eHeb4)121第10页/共68页第11页/共68页大气腐蚀12010080604020020 40 60 80 10暴

5、露55天腐蚀增量相对湿度(%)铁的大气腐蚀速度与相对湿度的关系(大气中含0.01%so2)暴露55天的结果30 50 60 80 90 99相对湿度逐渐增大(到99%)空气中杂技对抛光钢试样大气腐蚀速度的影响1208040E烟尘颗粒+0.01%SO2D硫铵颗粒+0.01%SO2C含0.01%SO2 无颗粒B含硫铵颗盐粒 无SO2A纯净空气第12页/共68页第13页/共68页部分金属大气腐蚀速度（mm/y)大气腐蚀金属工业大气海洋大气农村大气 铝铜铅锡镍锌锌(99.9%)碳钢(99.9%)低合金钢(4Cu,1.1Cr,0.16P)0.813 1.19 0.432 1.19 3.25 5.13 4

6、.90 9.65 1.02 0.71 1.32 0.406 2.31 0.102 1.60 1.75 0.0254 0.584 0.483 0.457 0.152 0.864 1.07 第14页/共68页第15页/共68页第16页/共68页 几种防锈油(脂)的 两种防锈纸的 配方及使用 配方及使用大气腐蚀名称配方使用01号气相防锈纸尿素 30%苯甲酸钠 20%亚硝酸钠 30%蒸馏水 160%涂布量710g/m2用于钢铁，发兰件，铝合金的防锈封存9号气相防锈纸苯并三氮唑 50%乌各托品 33%苯甲酸铵 17%蒸馏水 300%涂布量710g/m2用于钢铁,铜及铜合金，铝合金镀锌，镀隔件 名称配方使

7、用 903(FZ-4)防锈脂石油磺酸钡 10%司本80 4.5%工业凡士林85.5%轴承，工具机械室内封存防锈（热涂型）特封-24薄层防 锈油苯并三氮唑 0.3%石油磺酸钡 5%环烷酸锌 1%羊毛脂 2%磷酸三丁酯 2%22 号透平油余量 钢，铜及其合金，镀锌层，镀隔层法兰件，硅钢片，铝等组合件组成的仪器，仪表的库存及长期封存。662-B防锈油石油磺酸钡 2%氧化石油脂 1%苯甲酸丁酯 1%变压器油余量精密仪表轴承的防锈封存第17页/共68页第18页/共68页海水的主要成分 离子浓度0 离子浓度0 Cl-SO42-HCO3-Br-F-BO33-18.98 2.65 0.14 0.09 0.00

8、2 0.3 Na+M g2+Ca2+K+Sr2+0.56 1.27 20.40 0.88 0.01碳钢腐蚀率与海水流速的关系海水流速 M/S腐蚀率g/m2.n 海水流速 m/s腐蚀率g/m2.n01.530.1250.460.67 4.5 6 7.5 0.75 0.79 0.81 距试样上端距离（米）美国耐海水钢Mariner与碳钢的试验结果（九年暴露）6 5 4 3 2海泥区Mainer钢碳钢全浸区飞溅区潮汐区0.61.21.82.43.13.74.34.95.56.1第19页/共68页第20页/共68页 腐 蚀 速 度(mm/y)低合金钢 碳 钢海洋大气区0.04 0.050.2 0.5飞

9、溅区0.1 0.150.3 0.5潮差区 0.1 0.1全浸区0.15 0.20.2 0.25海泥区 0.06 0.1环 境第21页/共68页第22页/共68页第23页/共68页I:土壤孔隙中氧的对流迁移区；II:土壤孔隙中氧的扩散迁移区；III：液膜或腐蚀产物中氧的扩散迁移区；氧在土壤中向被腐蚀金属表面的输送过程 根据ToMamoB 引自 P369土壤 O 大气金属第24页/共68页第25页/共68页 土壤腐蚀性划分标准极强强中弱级弱土壤电阻率(m)100土壤含盐量(%)0.75 0.75-0.1 0.1-0.05 0.05-0.01 40 3土壤 PH 值电解失重(g/hr)6 4.5-5

10、.5 6-3 5.5-7 3-2 7-8.5 2-1 8.5 50 20-50 35 20-30 50 20-50 10-20 7-10 100 20-100 10-20 5-10 60 45-60 20-45 100 50-100 20-50 20第26页/共68页第27页/共68页第28页/共68页不同土壤条件下腐蚀过程过程控制征（I）大多数土壤中微电池腐蚀（阴极控制）（II）疏松干燥土壤中微电池腐蚀（阳极控制）（III）长距离大电池腐蚀（阴极和欧姆电阻控制）根据ToMamoB 引自 P372 (I)(II)(III I I I c a a a c cIRlEEE第29页/共68页第30页

11、/共68页钢铁发生氧浓差电池腐蚀的极化图，富氧区阳极极化曲线较陡，Pa较大，因而贫氧区腐蚀电流较大。粘土(贫氧区)砂土(富氧区)阴极阳极埋地钢管地面 构成氧浓差电池的一种情况构成氧浓差电池的一种情况第31页/共68页第32页/共68页从电车轨道漏出的杂散电流对土壤中钢铁管道的腐蚀作用图解根据 Akumob引自金属腐蚀理论及其研究方法P133电车电流流出轨道 阳极区域（严重腐蚀）阴极区域架空线第33页/共68页第34页/共68页第35页/共68页总反应：4Fe+SO+4H O FeS+3Fe(OH)+2OH 硫酸盐还原菌腐蚀图解 根据 sharpley.转引自 corrosinon lnhibi

12、tors P2298H O 8OH +8H 8H+6OH+2OHSO4-S +4OSH+4O 4H OFesFe 3Fe3Fe(OH)6OHS 硫酸墁还原菌第36页/共68页第37页/共68页第38页/共68页(c)电流通过绝缘法兰外的土壤 或管道内的电解液流通(a)未保护管道近阳极并与被保护管道交叉阴极保护系统产生的杂散电流对其他设备的干拢腐蚀(b)两条交叉的管道分别靠近阳极和被保护设备电源阳极未保护管道被保护管道绝缘法兰未保护管段被保护管段电源被保护贮罐阳极未保护管道未保 护管道第39页/共68页第40页/共68页铁轨防止杂散电流腐蚀的排流保护法A排流点保险丝R(A)简单排流铁轨A排流点(

13、B)极化排流保险丝整流元件秩轨接地阳极（C）接地式排流第41页/共68页 4.4.1、酸介质中的腐蚀 酸是一类能在水溶液中电离，并有H3O+生成的化合物的总称。酸的强弱决定于它们在相同条件下离解度的大小。盐酸、硫酸、硝酸属于强酸，而醋酸、硼酸、碳酸等为弱酸。金属在酸溶液中的腐蚀情况，要视其是氧化性还是非氧化性酸而具有不同的规律。第42页/共68页 氧化性酸的特点是腐蚀的阴极过程纯粹为氢的去极化过程。腐蚀速度随氢浓度的增加而上升。非氧化性酸的特点是阴极过程主要为氧化剂的还原过程。在一定范围内，随氧化性酸浓度的增加，加速氧化剂的阴极还原过程使腐蚀加速。而当酸浓度超过某一临界值时，使金属发生钝化，腐

14、蚀速度下降。但是理性的把酸划分为氧化性的和非氧化性的是不恰当的。因为有些酸，如硝酸，是典型的氧化性酸，但当浓度不高时，都和非氧化性酸一样，属于氢的去极化腐蚀。第43页/共68页第44页/共68页第45页/共68页a.金属本质的影响。b.介质的影响。C.温度的影响。第46页/共68页第47页/共68页第48页/共68页第49页/共68页 第50页/共68页 铝在硝酸中的腐蚀速度与硝酸浓度的关系如图所示,由图可以看出，铝对于浓硝酸有突出耐蚀性能，HNO380%。其耐蚀性比不锈钢好得多，所以铝是制造浓硝酸设备优良材料之一。常用AL为9985以上的工业高纯铝制造处理浓硝酸的没备。如冷却盘管、冷凝管、风

15、罩、贮槽、排风筒等。铝的最大缺点是硬度小、强度低，用于制作承受磨损和要求具有一定强度的零部件时，就难以胜任。另外，不适当的焊接会降低铝制设备的耐蚀性。第51页/共68页（四）、非金属材料在硝酸中的腐蚀 许多非金属材料都具有优良的耐硝酸腐蚀性能，但因一般不锈钢能解决大部分硝酸腐蚀问题，所以应用较多。非金属材料如聚四氟乙烯广泛用于硝酸输送泵的机械密封上。表1列出了耐硝酸腐蚀材料选用表，供参考。第52页/共68页 在稀硫酸中，腐蚀速度随硫酸浓度的增大而增加，当H2SO4达到50时，由于钝化作用，腐蚀速度迅速下降，最后达到最低值。但酸浓度超过100以后，随过剩SO3含量的增加，腐蚀速度又开始增大。在一

16、定浓度时出现第二个最大值，SO3含量继续增加，腐蚀速度又下降。第53页/共68页第54页/共68页 铝在稀硫酸和发烟硫酸，特别当三氧化硫含量高时稳定，但在中等浓度的硫酸中却不稳定，铝在硫酸中的腐蚀速度与硫酸浓度的关系见图。第55页/共68页 在稀硫酸中由于铅表面生成一层致密并结合牢固的硫酸铅保护膜，因而具有特别高的耐蚀性能。但在热的浓硫酸中，腐蚀速度会大大增加，其原因是硫酸铅在较高的温度和浓度下的硫酸中非常易于溶解，见如下反应式：PbSO4十H2S04Pb(HSO4)2，铅的腐蚀速度和硫酸浓度、温度的关系见图7:第56页/共68页第57页/共68页第58页/共68页第59页/共68页第60页/

17、共68页 当pH值在49之间时，腐蚀速度几乎不变，pH值在914时，铁的腐蚀速度大大降低。当碱的浓度继续增高，腐蚀速度再次增加。主要是由氢氧化铁膜转变为可溶性的铁酸钠(Na2FeO2)所致。在室温下，这种腐蚀速度并不大，但在较高的温度和浓度下，腐蚀加剧。第61页/共68页 在热碱溶液中，如果存在较大应力，还会发生一种危险的应力腐蚀破裂现象，称为碱脆。第62页/共68页第63页/共68页第64页/共68页第65页/共68页 第66页/共68页3、中性盐 弱酸弱碱或强酸强碱组成的盐，假如不具有氧化性，也没有别的阴阳离子的效果，则仅有导电度和氧的溶解度方面的影响。铁和钢的腐蚀速度与盐浓度的关系，开始时腐蚀速度随浓度增加而增大，达到最高点后又开始下降。这与溶液的导电性和溶氧量有关。随盐浓度的增加，溶液的导电性增强，使腐蚀速度上升，但盐浓度的增加会使氧的溶解度下降，氧的去极化作用减弱腐蚀速度下降。4、氧化性盐 氧化性盐分为两类：一类对金属的腐蚀很严重，是较强的去极化剂，如FeCl3、CuCl2、HgCl2、NaClO等，另一类能使钢铁钝化若用量适宜，可以阻滞金属的腐蚀，如NaNO2，KMnO4等。第67页/共68页