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第十三章 金属在某些环境中的腐蚀 与防护 1.大气腐蚀与防锈 大气的主要成分 相对湿度 :空气中水蒸气含量与同温度 下饱和水蒸气含量的比值的百分数。 空气的相对湿度对金属的大气腐蚀有重 要的影响。 大气的次要成分(杂质) 大气腐蚀 大气腐蚀 金属表面上的水膜 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 (3) 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。 大气腐蚀 大气腐蚀 大气腐蚀 大气腐蚀的特点 大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系 大气腐蚀的三种类型 (1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥,金属表面上不存在水膜 金属的腐蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀 当Rh100%,在金属表面上存在肉眼不可见 的薄液膜,随水膜厚度增加,V-迅速增大。 (3) 湿的大气腐蚀 当Rh≈100%,金属表面上形成肉眼可见的 水膜,随水膜厚度增加, V-逐渐减小。 大气腐蚀的特点 氧分子还原反应速度较大,成为主要的阴极过程。即使液膜呈酸性,氧分子还原反应仍占阴极过程的主要地位。 在薄的液膜下氧容易到达金属表面,有利于金属钝化;潮的大气腐蚀受阳极极化控制,湿的大气腐蚀受阴极极化控制 由于水膜薄,腐蚀过程的产物仍留在水膜中,因此腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。 大气腐蚀 大气腐蚀的影响因素 (1)气候条件:湿度 ;降水量 ;温度 ; 日照量 (2)大气污染物质 SO2 :能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 :溶解于金属表面水膜,增加吸湿性和导电性,氯离子还具有强腐蚀性。 烟尘 :烟尘落在金属表面,能吸附腐蚀性物质(如炭粒),或者在金属表面上形成缝隙,增加水汽凝聚(如硅质颗粒)。 防锈 (1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈 ,须使用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐 大气腐蚀性能。 当大气污染严重时,不含钼的奥氏体不锈 钢也会产生锈点。有色金属铝、铜、铅、 锌有良好耐大气腐蚀性能,但当存在污染 物质时,腐蚀速度增大。 涂料和金属镀层 对于机器设备和管道的外表面,构件和建筑物,最常用的防锈方法是油漆涂料覆盖层。化工大气防腐蚀涂料包括各色环氧树脂漆,各种过氯乙烯漆,各色乙烯漆,有机硅耐热漆,铝粉漆,各色聚氨酯漆等。 金属镀层用得较多的是钢管和部件镀锌、镀镉和镀铬。 金属制品在加工,贮存和运输中的防锈 降低空气湿度 (2) 暂时性防锈层 “暂时”并不是指时间短,而是指金属制品 在连续加工或使用时可以顺利地将防锈材 料除去。 防锈水 ? 防锈切削液 ? 防锈油和防锈脂 防锈塑料 ? 气相缓蚀剂(简记为VPI或VCI) 2. 土壤腐蚀与地下金属管道保护 土壤的腐蚀性 土壤是土粒、水和空气的混合物。由于水中溶有各种盐类,故土壤是一种腐蚀性电解质,金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。 土壤中含有多种无机物质和有机物质,这些物质的种类和含量既影响土壤的酸碱性,又影响土壤的导电性。土壤是不均匀的,因此长距离的地下管道和大尺寸的地下设施,其各个部位接触的土壤的结构和性质可能有较大的变化。土壤中还有大量微生物,对金属腐蚀能起加速作用。 (3) 影响土壤腐蚀性的因素 主要因素有:含水量、含盐量、pH值、电阻率。 土壤含水量既影响土壤导电性又影响含氧量。 氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响。 土壤愈干燥,含盐量愈少,土壤电阻率愈大;土壤愈潮湿,含盐量愈多,土壤电阻率就愈小,随电阻率减小,土壤腐蚀性增强。 pH值愈低,土壤腐蚀性愈强。 土壤腐蚀的特点 阴极过程 主要是氧分子还原反应。土壤的结构和湿 度(透气性)决定了氧的输送速度,从而决定 了阴极反应速度。 (2) 阳极过程 在中性和碱性土壤中,腐蚀产物与土壤粘 结在一起,形成一种紧密层,使阳极过程 受到阻碍,对金属起到保护作用。 (3) 控制特征 对微电池腐蚀,在干燥疏松土壤中,氧容易透过,阴极反应容易进行;而铁可以转变为钝态,阳极反应阻力大,故腐蚀属于阳极极化控制。 在大多数土壤中,氧的输送都比较困难,阴极反应阻力大,腐蚀属阴极极化控制 。 大电池腐蚀情况,如果阴极区与阳极区距离较远,欧姆电阻有重要作用,腐蚀过程属于阴极极化和欧姆电阻混合控制。 土壤腐蚀的几种常见形式 (1)全面腐蚀 对
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