材料腐蚀与防护第四章1金属在大气中的腐蚀.ppt

* * 金属在各种环境中的腐蚀 4．1 金属在大气中的腐蚀 金属材料或构筑物在大气条件下发生化学或电化学反应引起材料的破损称为大气腐蚀。 大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。据统计，由于大 气腐蚀而损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上。 一：大气腐蚀的分类 大气中主要参与腐蚀过程的是氧和水气，其次是二氧化碳。因此可根据金属表面的潮湿程度的不同，把大气腐蚀分为三类： (1)干大气腐蚀------化学腐蚀 干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀。其特点是在金属表面形成一层保护性氧化膜。 如铜、银等在被硫化物污染的空气中所形成的一层膜。 (2)潮大气腐蚀 潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于100％的大气中，表面存在肉眼看不见的薄（10nm-1um）的液膜层发生的腐蚀。 例如，铁即使没受雨淋也会生锈。 (3)湿大气腐蚀 湿大气腐蚀指金属在相对湿度大于100％．如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上，表面存在肉眼可见的水膜发生的腐蚀。 腐蚀速度与水膜厚度的规律 区域I：大气湿度特别低。只有几个水分子厚度的吸附水膜，不能形成连续的电解液。腐蚀速度很低---干大气腐蚀。 区域II：湿度增加，金属表面液膜层厚度也逐渐增加，水膜厚可达几十或几百个水分子层厚，形成连续电解液层，开始了电化学腐蚀过程。腐蚀速度急剧增加，----潮大气腐蚀。 区域III：金属表面水膜层厚度继续增加到几十微米厚时．进人到湿大气腐蚀区。由于氧通过水膜扩散到金属表面困难，所以腐蚀速度有所下降。 区域IV：当金属表面水膜层变得更厚， 大于1毫米时已相当于全浸在电解液中的腐蚀情况。腐蚀速度巳基本不变。 例如，最初处于干大气腐蚀类型的金属，当周围大气湿度增大或生成了具有吸水性腐蚀产物时，会开始按照潮大气腐蚀形式进行腐蚀。 若雨水直接落在金属上，潮大气腐蚀又转变为湿大气腐蚀。 当雨后金属表面可见水膜被蒸发干燥了，又会按照潮大气腐蚀形式进行腐蚀。 而通常所说的大气腐蚀，就是指在常温下潮湿空气中的腐蚀，也就是只考虑潮和湿大气腐蚀这两种主要腐蚀形式。 注意：在实际大气腐蚀情况下，由于环境条件的变化，各种腐蚀形式可以相互转换。 二： 大气腐蚀机理 大气腐蚀的特点是金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，因此其腐蚀规律符合电化学腐蚀的一般规律。 1.大气腐蚀的电化学过程 大气腐蚀的阴极过程主要是氧去极化。 铁、锌等金属全浸在还原性酸溶液中，阴极过程主要是氢去极化。但主要是氧去极化腐蚀。 因为在薄的液膜条件下，氧更容易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。 当液膜增厚，相当于湿的大气腐蚀时，氧到达金属表面有一个扩散过程，因此腐蚀过程受氧扩散过程控制。 潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制，而湿大气腐蚀主要受阴极过程控制。 三：锈蚀机理 一 般认为，锈层对于锈层下基体铁的离子化将起到强氧化剂的作用。 碳钢锈层结构一般分内外两层。内层紧靠金属和锈的界面上，主要由致密的带少许Fe3O4晶粒和非晶FeOOH构成，附着性好，结构较致密；外层由疏松的结晶FeOOH构成。 在锈层内阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上： 可见锈层参与了阴极过程 综上所述，碳钢不能靠自身形成致密具有保护作用的膜。所以在室外大气条件下．通常要附加表面保护层，如防锈漆、镀Zn、A1等，或加入耐大气腐蚀的合金元素，如Cu、P等使锈层具有很好的保护作用。 四：工业大气中金属腐蚀特点 工业大气中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大气的腐蚀作用，加快金属的腐蚀速度。 可见：在污染的大气中，在低于临界湿度时．金属表面没有水膜，金属受到的是由于化学作用引起的腐蚀，腐蚀速度很小。当高于临界湿度时，由于水膜的形成，发生了电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增加。 多数研究认为，SO2的腐蚀作用机制是硫酸盐穴自催化过 程 SO2的腐蚀作用 外层FeOOH，内层Fe(OH)2和基体表面FeSO4·nH2O的构成； FeSO4的可溶性，使锈层保护能力下降 五：影响大气腐蚀的因素及防蚀方法 影响大气腐蚀的因素很多，如湿度、大气成分等。 1 湿度 湿度是决定大气腐蚀类型和速度的一个重要因素。 每种金属都存在一个腐蚀速度开始急剧增加的湿度范围，把大气腐蚀速度开始剧增时的大气相对湿度值称为临界湿度