材料的腐蚀.ppt

第四章 材料在自然环境中的腐蚀 第一节 大气腐蚀 大气腐蚀的类型及特征 特征 在大气环境下的化学或电化学反应引起的金属材料及其制品的变质或破坏称为大气腐蚀。 全世界在大气中使用的金属材料超过其生产总量的60％。 参与大气腐蚀过程的主要是氧和水分，其次是二氧化碳．但是当今全球大气中的腐蚀性气体，例如二氧化硫、硫化氢、氮气等却越来越成为大气腐蚀的主要杀手。大气腐蚀还与地域、季节、时间等条件有关。 根据金属表面的潮湿程度或大气的相对湿度分类 (1)干的大气腐蚀：在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在水膜时的腐蚀称为干的大气腐蚀．其特点是在金属表面形成一层保护性氧化膜(1-10 nm)，并常常伴随金属表面的失泽。如铜、银被硫化物污染的空气腐蚀所造成的失泽现象。 (2)潮的大气腐蚀：大气的相对湿度在100％以下，金属表面存在着肉眼不可见的薄水膜(10nm-1?m)时所发生的腐蚀称为潮的大气腐蚀。例如，铁在大气中没被雨、雪淋到时的生锈即属于潮的大气腐蚀。 (3)湿的大气腐蚀：水分在金属表面已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层(1 ?m-1mm)时所发生的腐蚀称为湿大气腐蚀。当空气中的相对湿度在100％左右，或者当雨、雪、霜及水沫等直接落在金属表面上时，就发生这种腐蚀。 大气腐蚀机理-1.电化学过程 金属的表面在潮湿的大气中会吸附一层很薄的湿气层即水膜，当这层水膜达到20-30个分子层厚时，就变成电化学腐蚀所必需的电解液膜。所以在潮和湿的大气条件下，金属的大气腐蚀过程具有电化学腐蚀的本质，是电化学腐蚀的一种特殊形式。 实际上金属发生强烈的大气腐蚀往往是由于薄层水膜中含有水溶性的盐类以及腐蚀性的气体引起的。 温差、日照、毛细现象促进水膜形成 表面吸附作用 大气腐蚀的电化学过程 (1)阴极过程：金属发生大气腐蚀时，由于氧很容易到达阴极表面，故阴极过程主要依靠氧的去极化作用，即氧向阴极表面扩散，作为去极化剂，在阴极进行还原反应。氧的扩散速率控制着阴极上氧的去极化作用的速率，并进而控制着整个腐蚀过程的速率。 控制因素 大气中腐蚀速率和水膜厚度的关系 3.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，加快金属的腐蚀速率。 影响大气腐蚀的因素 主要包括气候条件、大气中有害杂质及腐蚀产物等影响因素 2．大气中有害杂质的影响 在污染大气的杂质中，SO2的影响最为严重。实验证明，空气中的SO2对钢、铜、锌、铝等金属的腐蚀速率影响很大。 SO2溶于金属表面的水膜，可反应生成H2SO3或H2SO4,其PH值可达3-3.5, H2SO3是强去极化剂，对大气腐蚀有加速作用，在阴极上去极化反应如下： SO2腐蚀作用机制 锈层中硫酸盐穴作用 控制大气腐蚀的方法 主要途径有三种：一是材料选择，可以根据金属制品及构件所处环境的条件及对防腐蚀的要求，选择合适的金属或非金属材料；二是在金属基体表面制备金属、非金属或其他种类的涂层、渗层、镀层，三是改变环境，减少环境的腐蚀性。 1.提高金属材料自身的耐蚀性—合金化 2.采用覆盖保护层 (1)长期性覆盖层 (2)暂时性覆盖层 3.控制环境 4.使用缓蚀剂 LOGO * 第四章 由于大气环境的不同，材料的腐蚀严重性有着明显的差别。 大气腐蚀的分类 地理和空气中微量元素的情况 气候条件 金属表面的潮湿程度 水汽附着状态 工业大气腐蚀；海洋大气腐蚀；农村大气腐蚀 热带大气腐蚀；湿热带大气腐蚀；温带大气腐蚀 干的，潮的，湿的大气腐蚀 金属表面的潮湿程度与大气的相对湿度有密切关系。所谓相对湿度，是指在某一温度下，空气中水蒸气含量与该温度下空气中所能容纳的水蒸气的最大含量的比值，一般以百分比表示，即 不同物质或同一物质的不同表面状态，对大气中水分的吸附能力是不同的。当空气中相对湿度达到某一临界值时，水分在金属表面形成水膜，从而促进电化学腐蚀过程的发展，此时的相对湿度称为金属腐蚀的临界相对湿度。 空气中水分的饱和凝结现象也是非常普遍的在空气温度为5-50℃的范围内，当气温剧烈变化达6℃左右时，只要空气相对湿度达到65％-75％左右时就可引起凝露现象。 强烈的日照也会引起剧烈的温差，因而造成水分的凝结现象。 大气条件下，结构零件之间的间隙和狭缝、氧化物和腐蚀产物及镀层中的孔隙、材料的裂缝，以及落在金属表面上的灰尘和碳粒下的缝隙等，都具有毛细管的特性，它们能促使水分在相对湿度低于100％时发生凝聚。 在相对湿度低于100％，未发生纯粹的物理凝聚之前，由于固体表面对水分子的吸附作用，也能形成薄的水膜，这称为吸附凝聚。吸附的水分子层数随相对湿度的增加而增加。吸附水分子层的厚度也与金属的性质及表面状态有关，一般为几十个分子层厚。 在物质吸附了水分之后，即与水发生化学作用，这种水在物质上的凝聚叫化学凝