金属在各种环境中的腐蚀

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1、第五章金属在各种环境中的腐蚀5.1金属在大气中的腐蚀5.2金属在海水中的腐蚀5.3金属在土壤中的腐蚀5.4金属在工业环境中的腐蚀5.5人体环境中金属植入材料的腐蚀5.1金属在大气中的腐蚀大气腐蚀（AtmosphericCorrosion）•定义：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。•最常见的大气腐蚀现象——生锈•世界上60%以上的钢材在大气环境中使用?大气腐蚀损失占总腐蚀损失量>50%•对于某些功能材料（微电子电路）、文物、装饰材料等，轻微大气腐蚀也不允许。5.1金属在大气中的腐蚀大气环境不同，腐蚀程度不同–与地

2、域、季节、时间等条件有关–地表附近大气主要成分在全球范围内几乎不变–大气中的水蒸气含量随地域、季节和时间有所变化大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因素全球大气污染日趋严重–二氧化硫、硫化氢、氯气、尘埃等杂质加速大气腐蚀•大气腐蚀环境分类–乡村大气：清洁–城镇大气：污染–工业大气：SO2污染–海洋大气：含氯化物5.1金属在大气中的腐蚀参与大气腐蚀过程的主要是–氧（参与电化学过程）–水分（水膜是电解液层）–其次是二氧化碳、二氧化硫、盐等钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400~500倍–含水汽和氯化物大气工业区比沙漠区大气腐蚀大50~100倍–SO2与水汽

3、共同作用加速腐蚀5.1金属在大气中的腐蚀大气腐蚀环境5.1金属在大气中的腐蚀一、大气腐蚀的分类•干大气腐蚀•潮大气腐蚀•湿大气腐蚀5.1金属在大气中的腐蚀一、大气腐蚀的分类•干大气腐蚀•定义：在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在液膜层的腐蚀•特点：–金属表面的吸附水膜厚度不超过10nm–没有形成连续的电解液膜（I区）–腐蚀速度很低，化学氧化的作用较大–在金属表面形成一层保护性氧化膜•案例：–金属Cu、Ag等在含有硫化物污染了的空气中失光泽5.1金属在大气中的腐蚀一、大气腐蚀的分类•潮大气腐蚀•定义：大气中的相对湿度足够高（但低于100%），在金属表面存在着肉眼

4、看不见的薄液膜时所发生的腐蚀•特点：–水膜达几十到几百个水分子层厚，约10nm-1μm–形成了连续的电解液薄膜（II区）–膜较薄，氧易于扩散进入界面–电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大•案例–铁在没有雨雪淋到时的生锈5.1金属在大气中的腐蚀一、大气腐蚀的分类•湿大气腐蚀•定义：空气湿度接近于100％，或当水以雨、雪、水沫等形式直接落在金属表面上时，金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀•特点：–水膜较厚，约为1μm~1mm–随着水膜加厚，氧扩散困难–腐蚀速度下降（III区）•水膜厚>1mm，相当于金属全浸于电解质溶液，腐蚀速度基本不变（IV区）5.1金属在大气中

5、的腐蚀二、大气腐蚀机理1.大气腐性的电化学过程•常温下潮湿空气中的腐蚀•金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程•阴极过程：氧去极化•阳极过程：钝化、离子水解潮大气（薄膜）：阳极过程控制（极化、钝化）湿大气（厚膜）：阴极过程控制（氧去极化）5.1金属在大气中的腐蚀二、大气腐蚀机理2.锈蚀机理（腐蚀产物：影响腐蚀电极过程）•Evans模型：锈层－强氧化剂，电极反应发生的位置不同•阳极反应：金属／Fe3O4界面上•阴极反应：Fe3O4／FeOOH界面上锈层内发生了Fe3+→Fe2+的还原反应锈层参与了阴极反应过程5.1金属在大气中的腐蚀二、大气腐蚀机理2.锈蚀机理（腐蚀产物

6、：影响腐蚀电极过程）•大气干湿交替：锈层加速腐蚀•锈层干燥时–锈层和底部基体金属的局部电池成为开路–在大气中氧的作用下锈层内的Fe2+重新氧化成为Fe3＋•锈层潮湿时–Evans模型–Fe3＋还原成Fe2+5.1金属在大气中的腐蚀二、大气腐蚀机理2.锈蚀机理锈层的结构–内外两层–外层疏松，容易剥落–内层附着性好，结构致密，能起到一定的保护作用碳钢的锈层–γ－FeOOH、α－FeOOH、Fe3O4–环境不同：结晶结构比例不同–γ－FeOOH首先形成转变为α－FeOOH和Fe3O4，转变受大气湿度、污染的影响5.1金属在大气中的腐蚀三、工业大气中腐蚀特点工业大

7、气成分–大气中的污染物:–硫化物（SO2、H2S）–氮化物（NO、NO2、NH3）–碳化物（CO、CO2）–固体污染物(盐颗粒、沙粒和灰尘等)5.1金属在大气中的腐蚀三、工业大气中腐蚀特点SO2的影响（最严重）–SO2—矿物燃料燃烧产生的–SO2促进金属大气腐蚀的自催化反应机理SO2被吸附在金属表面形成FeSO4?FeSO4进一步氧化＋强烈水解作用?生成硫酸硫酸＋Fe作用FeSO4自催化5.1金属在大气中的腐蚀三、影响大气腐蚀的因素及防蚀方法1.影响因素湿度——水膜的厚、薄大气中的含水量•临界湿度–腐蚀速度开始急剧增加的湿度–钢铁、Cu、Ni、Z

8、n等临界湿