第二部分空间、大气和海洋环境中材料的破坏.doc

第二部分　空间、大气和海洋环境中材料的破坏 2.1 大气环境中的材料腐蚀 金属在大气条件下发生腐蚀的现象称为大气腐蚀。大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种。金属材料从原材料库存、零部件加工和装配以及产品的运输和贮存过程中都会遭到不同程度的大气腐蚀。例如，表面很光洁的钢铁零件在潮湿的空气中过不多久就会生锈，光亮的铜零件会变暗或产生铜绿。又如长期暴露在大气环境下的桥梁、铁道、交通工具及开口装备等都会遭到大气腐蚀。据估计因大气腐蚀而引起的金属损失，约占总腐蚀损失量的一半以上，随着大气环境的不同，其腐蚀严重性有着明显的差别。在含有硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质的环境中会大大加重金属腐蚀。例如，钢在海岸的腐蚀要比在沙漠中的大400到500倍。离海岸越近，钢的腐蚀也越严重。又如一个10万KW的火力发电站，每昼夜由烟囱中排出的SO2就有100t之多，空气中的SO2对钢、铜、镍、锌、铝等金属腐蚀的速度影响很大。特别是在高湿度情况下，SO2会大大加速金属的腐蚀。 大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范围。它是一种液膜下的电化学腐蚀，和浸在电解质溶液内的腐蚀有所不同。由于金属表面上存在着一层饱和了氧的电解液薄膜，使大气腐蚀优先以氧去极化过程进行腐蚀。另一方面在薄层电解液下很容易产生阳极钝化，固体腐蚀产物常以层状沉积在金属表面，因而带来一定的保护性。例如，钢中合有千分之几的钢，由于生成一层致密的、保护性较强的防锈膜，使钢的耐蚀性得到明显改善。这也为采用合金化的方法提高金属材料的耐蚀性指出了有效的途径。 2.1.1 大气腐蚀的类型 和浸在溶液中的金属腐蚀相对照，大气腐蚀指的是暴露在空气中金属的腐蚀，它概括了范围很宽广的一些条件，其分类是多种多样的。有按地理和空气中含有微量元素的情况(工业、海洋和农村)分类的；有按气候分类(热带、湿热带、温带等)的；也有按水汽在金属表面的附着状态分类的。从腐蚀条件看，大气的主要成分是水和氧，面大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因累。因此，根据腐蚀金属表面的潮湿程度可把大气腐蚀分为“干的”、“潮的”和“湿??”3种类型。 干的大气腐蚀 干的大气腐蚀亦称做干氧化和低湿度下的腐蚀，即台眉表面基本上没有水膜存在时的大气腐蚀，属于化学腐蚀中的常温氧化，在清洁而又于燥的室温大气中，大多数金属生成一 层极薄的不可见的氧化膜，其厚度为l-4nm。例如，在含有微毫硫化物的空气中，由于金属硫化物膜的晶格有许多缺陷，它的离子电导和电子电导比金属氧化物大得多，硫化物膜可以生长得相当厚。使铜、银这些金属出现灰色或表面变为晦暗，从而影响其美观和电接触点的 导电性，但无明显的破坏。在室愠下某些非铁金属能生成一层可见的膜，这种膜的形成通常 称为失泽作用。金属失淖和干氧化作用之间有着密切的关系，其膜的成长服从抛物线规律，而在清洁的空气中，在室温下按对数规律增厚。 潮的大气腐蚀 潮的大气腐蚀是相村湿度在100％以下，金属在肉眼不可见的薄水膜下进行的腐蚀。如铁在没有被雨、雪淋到时生锈。这种水膜是由于毛细管作用．吸附作用或化学凝聚作用而在金属表面上形成的。所以，这类腐蚀是在超过临界相对湿度情况下发生的。此外，它还需要有微量的气体沾污物或固体沾污物存在，当超过临界温度时，沽污物的存在能强烈地促使腐蚀速率增大，而且沾污物还常会使临界湿度值降低。 湿的大气腐蚀 湿的大气腐蚀是指水分在金属表面上凝聚成肉眼可见的液膜层时的大气腐蚀，当空气相对湿度约为100％或水分(雨、飞沬等)直接落在金属表面上时，就发生这种腐蚀-对于潮的湿的大气腐蚀来说．它们都属于电化学腐蚀。由于表面液膜层厚度的不同，它们的腐蚀速度也不相同，如图2-1所示，图中I区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形成连续的电解液，相当于“千氧化”状态。Ⅱ区对应于“潮的大气腐蚀”状态，由于电解液膜(几十个或几百个水分子层厚)的存在，开始了电化学腐蚀过程，腐蚀速度急剧增加。Ⅲ区为可见的液膜层(厚度为几十至几百微米)。随着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐蚀速度也相应降低。液膜增厚就进入Ⅳ区，这与浸泡在液体中的相同，Ⅲ区相当于“湿的大气腐蚀”。一般环境的大气腐蚀大多是在Ⅱ、Ⅲ区进行的，随着气候条件和金属表面状态(氧 化物、盐类的附着情况)的变化，各种腐蚀形式可以互相转换。例如，在空气中起初以干的腐蚀历程进行的构件，当湿度增大或由于生成吸水性的腐蚀产物时，可能会开始按照嘲的腐蚀历程进行腐蚀，当水直接落到金属上时，潮的大气腐蚀义转变为湿的大气腐蚀，而当湿度降低后，又重新按潮的大气腐蚀形式进行腐蚀。 2.1.2 大气腐蚀过程和机理 1、 水膜的形成 在大气相对湿度小于100％而温度又高于露点时，金属表面上也会有水的疑聚。水汽膜的形成主要有如下3种原因。 (1)毛细凝聚。从表面的物理化学过程可知