1、材 料 腐 蝕 與 防 護6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕6.2 淡水和海水腐蝕淡水和海水腐蝕6.3 土壤腐蝕土壤腐蝕6.4 微生物腐蝕微生物腐蝕第六章第六章 自然環境中的腐蝕自然環境中的腐蝕大氣腐蝕大氣腐蝕 大氣腐蝕大氣腐蝕（Atmospheric Corrosion） 金屬材料暴露在空氣中，由于空氣中的金屬材料暴露在空氣中，由于空氣中的水水和和氧氧的化學的化學和電化學作用而引起的腐蝕。和電化學作用而引起的腐蝕。 最常見的大氣腐蝕現象最常見的大氣腐蝕現象生銹生銹 世界上世界上60%以上的鋼材在大氣環境中使用以上的鋼材在大氣環境中使用大氣腐蝕損失占總腐蝕損失量大氣腐蝕損失占總腐蝕損失量50% 對于某些

2、功能材料（微電子電路）、文物、裝飾對于某些功能材料（微電子電路）、文物、裝飾材料等，輕微大氣腐蝕也不允許材料等，輕微大氣腐蝕也不允許大氣腐蝕大氣腐蝕 大氣腐蝕以均勻腐蝕為主大氣腐蝕以均勻腐蝕為主 也包括點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微動腐蝕、也包括點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微動腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞等應力腐蝕及腐蝕疲勞等 大氣腐蝕屬于液膜下的電化學腐蝕大氣腐蝕屬于液膜下的電化學腐蝕 區別于浸于電解質溶液中的腐蝕區別于浸于電解質溶液中的腐蝕大氣腐蝕環境大氣腐蝕環境腐蝕速度腐蝕速度 6.1.1大氣腐蝕的分類大氣腐蝕的分類 干大氣腐蝕干大氣腐蝕 潮大氣腐蝕潮大氣腐蝕 濕大氣腐蝕濕大氣腐蝕水膜厚度水膜厚

3、度IIIIIIIV1.1.干大氣腐蝕干大氣腐蝕 定義定義：在空氣非常干燥的條件下，金屬表面不存在：在空氣非常干燥的條件下，金屬表面不存在液膜層的腐蝕液膜層的腐蝕 特點特點： 金屬表面的吸附水膜厚度不超過金屬表面的吸附水膜厚度不超過10nm 沒有形成連續的電解液膜（沒有形成連續的電解液膜（I區）區） 腐蝕速度很低，化學氧化的作用較大腐蝕速度很低，化學氧化的作用較大 在金屬表面形成一層保護性氧化膜在金屬表面形成一層保護性氧化膜 案例案例： 金屬金屬Cu、Ag等在含有硫化物污染了的空氣中失澤等在含有硫化物污染了的空氣中失澤2. 潮大氣腐蝕潮大氣腐蝕 定義定義：大氣中的相對濕度足夠高（但低于：大氣中的

4、相對濕度足夠高（但低于100%），），在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時所發生的在金屬表面存在著肉眼看不見的薄液膜時所發生的腐蝕腐蝕 特點特點： 水膜達幾十到幾百個水分子層厚，約水膜達幾十到幾百個水分子層厚，約10nm-1m 形成了連續的電解液薄膜（形成了連續的電解液薄膜（II區）區） 膜較薄，氧易于擴散進入界面膜較薄，氧易于擴散進入界面 電化學腐蝕，腐蝕速度急劇增大電化學腐蝕，腐蝕速度急劇增大 案例案例 鐵在沒有雨雪淋到時的生銹鐵在沒有雨雪淋到時的生銹腐蝕速度腐蝕速度水膜厚度水膜厚度IIIIIIIV 3.濕大氣腐蝕濕大氣腐蝕 定義定義：空氣濕度接近于：空氣濕度接近于100，或當水以雨、雪、

5、，或當水以雨、雪、水沫等形式直接落在金屬表面上時，金屬表面便水沫等形式直接落在金屬表面上時，金屬表面便存在著肉眼可見的凝結水膜時發生的腐蝕。存在著肉眼可見的凝結水膜時發生的腐蝕。 特點特點： 水膜較厚，約為水膜較厚，約為1m1mm 隨著水膜加厚，氧擴散困難隨著水膜加厚，氧擴散困難腐蝕速度腐蝕速度 腐蝕速度下降（腐蝕速度下降（III區）區） 水膜厚水膜厚1mm ，相當于金屬全浸于電解質溶液，相當于金屬全浸于電解質溶液，腐蝕速度基本不變（腐蝕速度基本不變（IV區）區）IIIIII水膜厚度水膜厚度IV 6.1.2 大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件 電化學腐蝕的特殊形式電化學腐蝕的特殊形式 金屬表面在潮濕的大

6、氣中金屬表面在潮濕的大氣中吸附一層很薄的水膜吸附一層很薄的水膜 當水膜達到當水膜達到2030分子層厚時分子層厚時電解液膜電解液膜 液膜來源液膜來源 水分（雨雪）直接沉降；水分（雨雪）直接沉降； 大氣濕度或溫度變化等原因引起的凝聚作用。大氣濕度或溫度變化等原因引起的凝聚作用。大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件 液膜的產生：液膜的產生：結露結露 當金屬表面處于比其溫度高的空氣中，空氣中當金屬表面處于比其溫度高的空氣中，空氣中的水蒸汽將以液體凝結于金屬表面上的水蒸汽將以液體凝結于金屬表面上 結露是發生潮大氣腐蝕的前提結露是發生潮大氣腐蝕的前提 空氣溫度在空氣溫度在550oC范圍內，氣溫劇烈變化達范圍內，氣溫劇

7、烈變化達6oC左右時，只要空氣相對濕度達到左右時，只要空氣相對濕度達到65%75%就可引起結露現象。就可引起結露現象。 溫差越大，引起結露的臨界濕度就越低。溫差越大，引起結露的臨界濕度就越低。 晝夜溫差達晝夜溫差達6oC 的氣候，在我國各地十分常見。的氣候，在我國各地十分常見。 大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件 空氣中水分的飽和凝結空氣中水分的飽和凝結 大氣相對濕度大氣相對濕度 100水膜凝結水膜凝結 熱帶、亞熱帶及大陸性氣候地區，氣候熱帶、亞熱帶及大陸性氣候地區，氣候變化劇烈變化劇烈相對濕度相對濕度 100%也容也容易造成水分冷凝易造成水分冷凝 大氣腐蝕條件大氣腐蝕條件大氣相對濕度低于大氣相對濕度低

8、于100發生凝結的原因：發生凝結的原因： 毛細管凝聚作用毛細管凝聚作用 金屬表面沉積物或金屬構件之間的狹縫形成毛細管金屬表面沉積物或金屬構件之間的狹縫形成毛細管 化學凝聚作用化學凝聚作用 金屬表面附著的鹽類或生成的易溶腐蝕產物產生金屬表面附著的鹽類或生成的易溶腐蝕產物產生 吸水性的吸水性的CuSO4、ZnCl2、NaCl、NH4NO3使水的凝聚使水的凝聚變得容易變得容易 金屬上的銨鹽（汗液）或鈉鹽（鹽粒）特別促進腐蝕金屬上的銨鹽（汗液）或鈉鹽（鹽粒）特別促進腐蝕 物理吸附物理吸附 水分與固體表面之間存在的范德華分子引力作用水分與固體表面之間存在的范德華分子引力作用 6.1.3 大氣腐蝕機理大氣

9、腐蝕機理大氣腐蝕初期的腐蝕機理大氣腐蝕初期的腐蝕機理銹層形成后的腐蝕機理銹層形成后的腐蝕機理銹層的結構和保護性銹層的結構和保護性耐候鋼銹層結構的特點耐候鋼銹層結構的特點1. 大氣腐蝕初期的腐蝕機理大氣腐蝕初期的腐蝕機理 遵從電化學腐蝕一般規律遵從電化學腐蝕一般規律 環境特點：環境特點： 電解液膜較薄電解液膜較薄 常常干濕交替常常干濕交替 陰極過程：氧的去極化為主陰極過程：氧的去極化為主 表面液膜膜層很薄，氧容易到達陰極表面液膜膜層很薄，氧容易到達陰極 大氣腐蝕初期的腐蝕機理大氣腐蝕初期的腐蝕機理 陰極過程陰極過程： 薄液膜條件下，氧的擴散比全浸狀態下更容易薄液膜條件下，氧的擴散比全浸狀態下更容

10、易 即使電位較負的金屬（即使電位較負的金屬（Mg），當從全浸狀態下的腐蝕轉變），當從全浸狀態下的腐蝕轉變為大氣腐蝕時，陰極過程由氫去極化為主轉變為氧去極化為大氣腐蝕時，陰極過程由氫去極化為主轉變為氧去極化為主為主 陽極過程陽極過程： 陽極鈍化及金屬離子水化過程陽極鈍化及金屬離子水化過程O 2 + 2 H 2 O + 4e 4OH M + xH 2 O M n + xH 2 O + ne 大氣腐蝕初期的腐蝕機理大氣腐蝕初期的腐蝕機理 液膜厚度的影響液膜厚度的影響 液膜變薄，大氣腐蝕的陰極過程更容易進行液膜變薄，大氣腐蝕的陰極過程更容易進行 陽極過程則變得越來越困難：陽極過程則變得越來越困難：金屬

11、離子水化過程較難進行，易于陽極鈍化產生金屬離子水化過程較難進行，易于陽極鈍化產生 腐蝕控制過程腐蝕控制過程 潮大氣腐蝕，陽極過程控制潮大氣腐蝕，陽極過程控制 濕大氣腐蝕，陰極過程控制，弱于全浸腐蝕濕大氣腐蝕，陰極過程控制，弱于全浸腐蝕 應用：應用： 濕度不大，陽極控制：合金化提高陽極鈍性是有效的濕度不大，陽極控制：合金化提高陽極鈍性是有效的 濕度大，陰極控制：合金化效果不大，應降低濕度、減少空濕度大，陰極控制：合金化效果不大，應降低濕度、減少空氣中有害成分氣中有害成分2.銹層形成后的腐蝕機理銹層形成后的腐蝕機理 腐蝕產物腐蝕產物：影響腐蝕電極過程：影響腐蝕電極過程 Evans模型：銹層強氧化劑

12、，電極反應發生的位置不同模型：銹層強氧化劑，電極反應發生的位置不同 陽極反應：金屬陽極反應：金屬Fe3O4界面上界面上銹層內發生了銹層內發生了Fe 3+Fe 2+的還原反應的還原反應銹層參與了陰極反應過程銹層參與了陰極反應過程Fe Fe2+ + 2e 陰極反應：陰極反應：Fe3O4FeOOH界面上界面上8FeOOH + Fe 2+ + 2e 3Fe3 O4 + 4 H 2 O銹層形成后的腐蝕機理銹層形成后的腐蝕機理 大氣干濕交替大氣干濕交替：銹層加速腐蝕：銹層加速腐蝕 銹層干燥時銹層干燥時 銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路銹層和底部基體金屬的局部電池成為開路 在大氣中氧的作用下銹層內的在大

13、氣中氧的作用下銹層內的Fe 2+重新氧化成為重新氧化成為Fe 3+ 銹層潮濕時銹層潮濕時 Evans模型模型Fe 3+還原成還原成Fe 2+4Fe3 O4 + O2 + 6H 2 O 12FeOOH銹層形成后的腐蝕機理銹層形成后的腐蝕機理 大氣中長期暴露鋼：腐蝕速度逐漸減慢大氣中長期暴露鋼：腐蝕速度逐漸減慢 銹層的增厚會導致電阻增大和氧的滲入困難，銹層的增厚會導致電阻增大和氧的滲入困難，使銹層的陰極去極化作用減弱；使銹層的陰極去極化作用減弱； 附著性良好的銹層內層將減小活性陽極面積，附著性良好的銹層內層將減小活性陽極面積，增大陽極極化。增大陽極極化。 銹層的結構和保護性銹層的結構和保護性 銹層

14、的結構銹層的結構 內外兩層內外兩層 外層疏松，容易剝落外層疏松，容易剝落 內層附著性好，結構致密內層附著性好，結構致密能起到一定的保護作用能起到一定的保護作用 碳鋼的銹層碳鋼的銹層 FeOOH、FeOOH、Fe3O4 環境不同：結晶結構比例不同環境不同：結晶結構比例不同 FeOOH首先形成首先形成轉變為轉變為FeOOH和和Fe3O4，轉變受大氣濕度、污染的影響轉變受大氣濕度、污染的影響 耐候鋼銹層結構的特點耐候鋼銹層結構的特點 耐候鋼耐候鋼 (耐大氣腐蝕鋼耐大氣腐蝕鋼 Weathering Steel ) 通過合金化在鋼中加入一定量的通過合金化在鋼中加入一定量的Cu、P、Cr、Ni、Mo等等合

15、金元素形成的具有優異的耐大氣腐蝕性能的低合金鋼合金元素形成的具有優異的耐大氣腐蝕性能的低合金鋼 銹層的穩定化過程銹層的穩定化過程 疏松外腐蝕產物層和基體之間能夠形成一層致密、連續疏松外腐蝕產物層和基體之間能夠形成一層致密、連續的含有的含有Cu、Cr、P等合金元素的非晶產物層等合金元素的非晶產物層 最終轉化成富集上述元素的最終轉化成富集上述元素的FeOOH層層 6.1.4大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 濕度濕度 水膜的厚、薄水膜的厚、薄大氣中的含水量大氣中的含水量 臨界濕度臨界濕度 腐蝕速度開始急劇增加的濕度腐蝕速度開始急劇增加的濕度 鋼鐵、鋼鐵、Cu、Ni、Zn等臨界濕度約為等臨界濕度約

16、為5070% 溫度溫度結露與環境的溫度有關結露與環境的溫度有關一定濕度下，環境溫度越高，越容易結露一定濕度下，環境溫度越高，越容易結露平均氣溫高的地區，大氣腐蝕速度較大平均氣溫高的地區，大氣腐蝕速度較大 晝夜溫度變化大，也會加速大氣腐蝕。晝夜溫度變化大，也會加速大氣腐蝕。 大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 大氣成分大氣成分 大氣中的污染物大氣中的污染物: 硫化物（硫化物（SO2、SO3、H2S） 氮化物（氮化物（NO、NO2、NH3） 碳化物（碳化物（CO、CO2） 固體污染物固體污染物(鹽顆粒、沙粒和灰塵等鹽顆粒、沙粒和灰塵等) 大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素 SO2的影響（最嚴重

17、）的影響（最嚴重） SO2礦物燃料燃燒產生的礦物燃料燃燒產生的 SO2促進金屬大氣腐蝕的自催化反應機理促進金屬大氣腐蝕的自催化反應機理SO2被吸附在金屬表面被吸附在金屬表面形成形成FeSO4FeSO4進一步氧化強烈水解作用進一步氧化強烈水解作用生成硫酸生成硫酸硫酸硫酸Fe作用作用FeSO4自催化自催化Fe + SO2 + O2 FeSO44FeSO4 + O2 + 6H 2 O 4FeOOH + 4H 2 SO 44+ 2 H 2 O2 H 2 SO 4 + 2 Fe + O 2 2 FeSO大氣腐蝕的影響因素大氣腐蝕的影響因素固體顆粒的影響固體顆粒的影響1. 顆粒本身具有腐蝕性顆粒本身具有腐

18、蝕性2. 顆粒吸附腐蝕性物質顆粒吸附腐蝕性物質3. 顆粒在金屬表面能形成縫隙而凝聚水份，形顆粒在金屬表面能形成縫隙而凝聚水份，形成氧濃差的局部腐蝕條件成氧濃差的局部腐蝕條件 防止大氣腐蝕的措施防止大氣腐蝕的措施 提高材料的耐蝕性提高材料的耐蝕性 向碳鋼中加入向碳鋼中加入Cu、P、Cr、Ni、微量、微量Ca和和Si 表面涂層保護表面涂層保護 油漆、金屬鍍層或暫時性保護涂層。油漆、金屬鍍層或暫時性保護涂層。 改變局部大氣環境改變局部大氣環境 使用氣相緩蝕劑和控制大氣濕度使用氣相緩蝕劑和控制大氣濕度 合理設計和環境保護合理設計和環境保護 防止縫隙中存水，避免落灰防止縫隙中存水，避免落灰 加強環保，減

19、少大氣污染加強環保，減少大氣污染6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕6.2 淡水和海水腐蝕淡水和海水腐蝕6.3 土壤腐蝕土壤腐蝕6.4 微生物腐蝕微生物腐蝕第六章第六章 自然環境中的腐蝕自然環境中的腐蝕 6.2.1 淡水腐蝕淡水腐蝕 淡水淡水（Fresh water） 一般指河水、湖水、地下水等含鹽量少的一般指河水、湖水、地下水等含鹽量少的天然水。天然水。世界河水溶解物的平均值世界河水溶解物的平均值%100.011.572.752.125.763.1420.390.905.6812.1435.15總計總計SiO2(FeAl)2O3K +Na +Mg 2+NO 3- Ca 2+Cl -SO4 2-CO3 2

20、- 1.淡水腐蝕機理淡水腐蝕機理 金屬在淡水中的腐蝕金屬在淡水中的腐蝕 氧去極化的電化學腐蝕過程，通常受陰極過程控制氧去極化的電化學腐蝕過程，通常受陰極過程控制+ 2 eFe Fe2 +12O2 + H 2 O + 2e 2OH-Fe2+ + 2OH- Fe(OH ) 24Fe(OH ) 2 + O2 + 2H 2 O 4Fe(OH ) 32 Fe(OH ) 3 2 H 2 O Fe2 O3 H 2 OFe(OH ) 3 H 2 O FeOOH陽極反應：陽極反應：陰極反應：陰極反應：溶液中：溶液中：進一步氧化進一步氧化 ：氫氧化鐵脫水氫氧化鐵脫水成為鐵銹：成為鐵銹： 2.淡水腐蝕的影響因素淡水

21、腐蝕的影響因素 pH影響：影響： pH4-9：腐蝕速度與：腐蝕速度與pH無無關，鋼表面有氫氧化物膜，氧關，鋼表面有氫氧化物膜，氧要通過膜才能起去極化作用。要通過膜才能起去極化作用。 pH河水和雨水河水和雨水 溫度：溫度： 0- -35 溶氧溶氧 在正常情況下，海水表層被空氣飽和在正常情況下，海水表層被空氣飽和 溶氧量隨溫度和鹽度的升高而略有下降溶氧量隨溫度和鹽度的升高而略有下降 pH 通常為通常為8.1-8.3 植物茂盛，植物茂盛，CO2減少，溶氧上升，減少，溶氧上升，pH接近接近9.7 海底有厭氧性細菌繁殖，溶氧量低且含有海底有厭氧性細菌繁殖，溶氧量低且含有H2S，pH銅合金銅合金不銹鋼不銹

22、鋼鑄鑄鐵和碳鋼鐵和碳鋼 電化學保護電化學保護 在全浸區才有效在全浸區才有效 外加電流陰極保護法便于調節，而犧牲陽極法則外加電流陰極保護法便于調節，而犧牲陽極法則簡便易行。簡便易行。 海水中常用的犧牲陽極有鋅合金、鎂合金和鋁合海水中常用的犧牲陽極有鋅合金、鎂合金和鋁合金，鋁合金犧牲陽極較為經濟金，鋁合金犧牲陽極較為經濟防止海水腐蝕的措施防止海水腐蝕的措施 涂鍍層保護：涂鍍層保護： 大型海洋工程結構的設計壽命達大型海洋工程結構的設計壽命達4050年，多年，多采用低碳鋼和低合金鋼制造，主要防護方法是采用低碳鋼和低合金鋼制造，主要防護方法是金屬和非金屬涂鍍。金屬和非金屬涂鍍。 熱噴涂鋅、鋁陽極性鍍層及

23、熱噴涂鋅、鋁陽極性鍍層及ZnAl合金鍍層，合金鍍層，與涂料配套使用。與涂料配套使用。 有機防蝕涂料中環氧漆、氯化橡膠漆和乙烯漆有機防蝕涂料中環氧漆、氯化橡膠漆和乙烯漆的耐海水腐蝕性較好，無機硅酸鹽富鋅底漆適的耐海水腐蝕性較好，無機硅酸鹽富鋅底漆適于作為海洋鋼結構的底漆。于作為海洋鋼結構的底漆。防止海水腐蝕的措施防止海水腐蝕的措施6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕6.2 淡水和海水腐蝕淡水和海水腐蝕6.3 土壤腐蝕土壤腐蝕6.4 微生物腐蝕微生物腐蝕第六章第六章 自然環境中的腐蝕自然環境中的腐蝕6.3 6.3 土壤腐蝕土壤腐蝕 土壤腐蝕土壤腐蝕 （Soil Corrosion）：埋在土壤中的金屬及其構）：

24、埋在土壤中的金屬及其構件的腐蝕件的腐蝕 地下鋪設的輸油管、輸水管和煤氣管道，大量電纜、通訊地下鋪設的輸油管、輸水管和煤氣管道，大量電纜、通訊設施和各種地下建筑物設施和各種地下建筑物 危害：危害： 埋地管線維修費用增加，導致泄漏，引發火災、爆炸埋地管線維修費用增加，導致泄漏，引發火災、爆炸和環境污染和環境污染 金屬構件一般埋在地下金屬構件一般埋在地下1-2m處，不易發現，維修困難處，不易發現，維修困難 土壤腐蝕影響因素復雜，工業污染及雜散電流參與，土壤腐蝕影響因素復雜，工業污染及雜散電流參與，有時難以采取有效的防護措施。有時難以采取有效的防護措施。6.3.1 6.3.1 土壤電解質的特性土壤電解

25、質的特性 土壤：一種特殊的電解質土壤：一種特殊的電解質 多相性多相性 土壤由土粒、水、空氣等固、液、氣三相組成土壤由土粒、水、空氣等固、液、氣三相組成 土粒中包含著多種無機礦物質及有機物質土粒中包含著多種無機礦物質及有機物質 不同土壤其土粒大小不相同不同土壤其土粒大小不相同 砂礫土的顆粒為砂礫土的顆粒為0.072mm 粉砂土的顆粒為粉砂土的顆粒為0.0050.07mm 粘土的顆粒小于粘土的顆粒小于0.005mm 實際土壤是不同土粒按比例混合實際土壤是不同土粒按比例混合 土壤電解質的特性土壤電解質的特性 多孔性多孔性 土壤顆粒間形成大量毛細管微孔或孔隙土壤顆粒間形成大量毛細管微孔或孔隙 孔隙中充

26、滿了空氣和水孔隙中充滿了空氣和水 土壤中的水分土壤中的水分 直接滲入孔隙或在孔壁上形成水膜直接滲入孔隙或在孔壁上形成水膜 形成水化物或者以膠體狀態存在形成水化物或者以膠體狀態存在 水分水分土壤成為離子導體土壤成為離子導體腐蝕性電解質腐蝕性電解質 水具有形成膠體的作用水具有形成膠體的作用土壤并非孤立顆粒，而是土壤并非孤立顆粒，而是各種有機物、無機物的膠凝物質顆粒的聚集體各種有機物、無機物的膠凝物質顆粒的聚集體 土壤孔隙和含水程度土壤孔隙和含水程度影響土壤透氣性和電導率影響土壤透氣性和電導率土壤電解質的特性土壤電解質的特性 不均勻性不均勻性 土粒、氣孔、水分、結構緊密程度土粒、氣孔、水分、結構緊密

27、程度 不同性質的土壤交替更換不同性質的土壤交替更換 各種物理各種物理化學性質，尤其是電化學性質化學性質，尤其是電化學性質 相對固定性相對固定性 土壤的固體部分固定不動的土壤的固體部分固定不動的 氣相和液相有限的運動氣相和液相有限的運動 土壤孔穴中的對流和定向流動，以及地下水的移動土壤孔穴中的對流和定向流動，以及地下水的移動 6.3.2 土壤腐蝕的電極過程土壤腐蝕的電極過程 陽極過程陽極過程潮濕土壤中：潮濕土壤中：與溶液中類似，陽極過程阻礙小與溶液中類似，陽極過程阻礙小干燥且透氣性良好的土壤中：干燥且透氣性良好的土壤中：與大氣腐蝕類似，陽極過程因鈍化和離子水化困難而大大極與大氣腐蝕類似，陽極過程

28、因鈍化和離子水化困難而大大極化化潮濕、透氣不良且含有氯離子的土壤中：潮濕、透氣不良且含有氯離子的土壤中：Mg、Zn、Al、Mn、Sn：無陽極極化：無陽極極化Fe、碳鋼、碳鋼、Cu、Pb：陽極極化率低：陽極極化率低Cr、Zr、含鉻或鉻鎳的不銹鋼：鈍化，但受、含鉻或鉻鎳的不銹鋼：鈍化，但受Cl-破壞破壞Ti、Ta：完全鈍化，穩定，無陽極溶解：完全鈍化，穩定，無陽極溶解土壤腐蝕的電極過程土壤腐蝕的電極過程 陰極過程陰極過程 氧的去極化氧的去極化 強酸性土壤中氫去極化可能參與強酸性土壤中氫去極化可能參與 微生物可能參與微生物可能參與 土壤中氧的去極化過程土壤中氧的去極化過程 兩個基本步驟：兩個基本步驟

29、： 氧向陰極的傳輸氧離子化的陰極反應氧向陰極的傳輸氧離子化的陰極反應 氧離子化反應與電解液中相同氧離子化反應與電解液中相同 氧的傳輸過程復雜氧的傳輸過程復雜土壤腐蝕的電極過程土壤腐蝕的電極過程 氧的輸送方式：氧的輸送方式： 氣相和液相兩條途徑氣相和液相兩條途徑 土壤中氣相或液相的定向流動土壤中氣相或液相的定向流動 土壤中的空氣和水分流動土壤中的空氣和水分流動輸送氧輸送氧 疏松粗粒結構的土壤疏松粗粒結構的土壤傳遞氧速度很大傳遞氧速度很大 密實潮濕的土壤密實潮濕的土壤傳遞氧效果很小傳遞氧效果很小導致氧在不同土壤中輸送速度的差異導致氧在不同土壤中輸送速度的差異土壤腐蝕的電極過程土壤腐蝕的電極過程 氧

30、的輸送方式：氧的輸送方式： 氣相和液相兩條途徑氣相和液相兩條途徑 在土壤的氣相和液相中的擴散在土壤的氣相和液相中的擴散 氧的擴散是土壤中供氧的主要途徑氧的擴散是土壤中供氧的主要途徑 擴散速度取決于擴散速度取決于土層的厚度、結構和濕度土層的厚度、結構和濕度 濕度和粘土組分含量的增加，氧的擴散速度降低濕度和粘土組分含量的增加，氧的擴散速度降低34個數量級個數量級 氧的擴散最后還要通過金屬表面在土壤毛細孔隙下形成氧的擴散最后還要通過金屬表面在土壤毛細孔隙下形成的的電解液薄層及腐蝕產物層電解液薄層及腐蝕產物層土壤腐蝕的控制特征土壤腐蝕的控制特征 腐蝕微電池作用下的土壤腐蝕腐蝕微電池作用下的土壤腐蝕 多

31、數土壤多數土壤 陰極過程所控制，與電解液中相似陰極過程所控制，與電解液中相似 疏松干燥的土壤疏松干燥的土壤 陽極控制占優勢，近于大氣腐蝕陽極控制占優勢，近于大氣腐蝕 長距離宏觀電池作用下的土壤腐蝕長距離宏觀電池作用下的土壤腐蝕 地下管道經過透氣性不同的土壤形成氧濃地下管道經過透氣性不同的土壤形成氧濃差腐蝕電池差腐蝕電池 土壤電阻成為主要的腐蝕控制因素土壤電阻成為主要的腐蝕控制因素 陰極陰極-電阻混合控制或電阻控制電阻混合控制或電阻控制 土壤中的腐蝕類型土壤中的腐蝕類型 長距離腐蝕宏電池長距離腐蝕宏電池 長距離金屬構件通過不同土壤時形成長距離金屬構件通過不同土壤時形成 在從土壤（在從土壤（I）進

32、入另一種土壤（）進入另一種土壤（II）的地方形成電池：）的地方形成電池： 土壤中氧的滲透性不同土壤中氧的滲透性不同造成氧濃差電池造成氧濃差電池 土壤性質的變化（有機物和污染）土壤性質的變化（有機物和污染）形成腐蝕宏電池形成腐蝕宏電池 長線電流長線電流產生相當可觀的腐蝕電流產生相當可觀的腐蝕電流電流強度可達電流強度可達5A流動的范圍可超過流動的范圍可超過1.5km土壤中的腐蝕類型土壤中的腐蝕類型 土壤的局部不均勻性引起的腐蝕宏電池土壤的局部不均勻性引起的腐蝕宏電池 土壤中石塊等夾雜物的透氣性比土壤本體差土壤中石塊等夾雜物的透氣性比土壤本體差 位于透氣差區域的金屬成為陽極位于透氣差區域的金屬成為陽

33、極 與土壤本體區域接觸的金屬成為陰極與土壤本體區域接觸的金屬成為陰極 回填土壤的密度要均勻，盡量不帶夾雜物回填土壤的密度要均勻，盡量不帶夾雜物 土壤中的腐蝕類型土壤中的腐蝕類型 埋設深度不同及邊緣效應引起的腐蝕宏電池埋設深度不同及邊緣效應引起的腐蝕宏電池 均勻的土壤中，埋設深度不同均勻的土壤中，埋設深度不同氧濃差電池氧濃差電池 離地面較深的部位局部腐蝕更嚴重的離地面較深的部位局部腐蝕更嚴重的 直徑較大的水平輸送管道，下部比上部腐蝕更嚴重直徑較大的水平輸送管道，下部比上部腐蝕更嚴重 邊緣效應：氧更容易到達電極的邊緣邊緣效應：氧更容易到達電極的邊緣 在同一水平面上金屬構件的邊緣就成為陰極在同一水平

34、面上金屬構件的邊緣就成為陰極 構件中央部分成為陽極構件中央部分成為陽極 如地下大型儲罐如地下大型儲罐1舊管（陰極）；舊管（陰極）；2新管（陽極）新管（陽極） 土壤中的腐蝕類型土壤中的腐蝕類型 金屬所處狀態差異引起的腐蝕宏電池金屬所處狀態差異引起的腐蝕宏電池 土壤中異種金屬接觸、溫差、應力及金屬表面狀態的不土壤中異種金屬接觸、溫差、應力及金屬表面狀態的不同，形成腐蝕宏電池，造成局部腐蝕同，形成腐蝕宏電池，造成局部腐蝕 新舊管線構成的腐蝕新舊管線構成的腐蝕 舊管線表面有腐蝕產物層，電極電位比新管線正，成舊管線表面有腐蝕產物層，電極電位比新管線正，成為陰極，加速新管線的腐蝕為陰極，加速新管線的腐蝕新

35、舊管道連接埋于土壤中形成腐蝕電池新舊管道連接埋于土壤中形成腐蝕電池土壤中的腐蝕類型土壤中的腐蝕類型 鹽濃差電池鹽濃差電池 土壤介質的含鹽量不同土壤介質的含鹽量不同 鹽濃度高的部位電位較負，成為陽極而加速腐蝕鹽濃度高的部位電位較負，成為陽極而加速腐蝕 溫差電池溫差電池 油氣井的套管油氣井的套管 位于地下深層的套管處于較高的溫度，成為陽極位于地下深層的套管處于較高的溫度，成為陽極 位于地表附近即淺層的套管溫度低，成為陰極，形成位于地表附近即淺層的套管溫度低，成為陰極，形成溫差電池腐蝕溫差電池腐蝕土壤腐蝕的影響因素土壤腐蝕的影響因素 材料因素材料因素 鑄鐵、碳鋼，低合金鋼土壤腐蝕速度無明顯差別鑄鐵、

36、碳鋼，低合金鋼土壤腐蝕速度無明顯差別 冶煉方法、冷加工和熱處理對土壤腐蝕影響不大冶煉方法、冷加工和熱處理對土壤腐蝕影響不大 Pb在土壤中的耐蝕性比碳鋼高在土壤中的耐蝕性比碳鋼高4-5倍以上倍以上 生成鉛鹽保護層生成鉛鹽保護層 Zn的腐蝕速度比鋼略低的腐蝕速度比鋼略低 鋅鍍層在土壤中有很好的保護效果，鍍鋅層起了陰極保護作用鋅鍍層在土壤中有很好的保護效果，鍍鋅層起了陰極保護作用 Al在土壤中的耐蝕性在土壤中的耐蝕性 透氣良好的土壤中，透氣良好的土壤中，Al的平均腐蝕速度略低于鋼鐵的平均腐蝕速度略低于鋼鐵 透氣不良的土壤中，透氣不良的土壤中，Al的腐蝕相當嚴重，比鋼鐵還差的腐蝕相當嚴重，比鋼鐵還差土

37、壤腐蝕的影響因素土壤腐蝕的影響因素 土壤性質的影響土壤性質的影響 孔隙度（透氣性）孔隙度（透氣性） 含水量含水量 電阻率電阻率 酸度酸度 含鹽量含鹽量 土壤性質對土壤腐蝕的影響土壤性質對土壤腐蝕的影響 孔隙度（透氣性）孔隙度（透氣性） 孔隙度較大：利于氧滲透和水分保存孔隙度較大：利于氧滲透和水分保存 透氣性良好透氣性良好 加速微電池作用的腐蝕加速微電池作用的腐蝕 生成保護性腐蝕產物層，減緩腐蝕生成保護性腐蝕產物層，減緩腐蝕 透氣性不良透氣性不良 減緩微電池作用的腐蝕減緩微電池作用的腐蝕 形成腐蝕宏電池，成為氧濃差電池陽極而嚴重腐蝕形成腐蝕宏電池，成為氧濃差電池陽極而嚴重腐蝕 考古：埋在透氣不良

38、的土壤中的鐵器歷久無損考古：埋在透氣不良的土壤中的鐵器歷久無損 密不透氣的粘土中金屬常發生更嚴重的腐蝕密不透氣的粘土中金屬常發生更嚴重的腐蝕土壤性質對土壤腐蝕的影響土壤性質對土壤腐蝕的影響 含水量含水量 微電池作用的腐蝕（曲線微電池作用的腐蝕（曲線I） 含水量很高（含水量很高（80），氧擴散受阻，腐蝕減小），氧擴散受阻，腐蝕減小 含水量減少，氧去極化變易，腐蝕增加含水量減少，氧去極化變易，腐蝕增加 含水量含水量10，陽極極化和土壤電阻率加大，腐蝕急速降低，陽極極化和土壤電阻率加大，腐蝕急速降低 長距離氧濃差宏電池作用的腐蝕（曲線長距離氧濃差宏電池作用的腐蝕（曲線） 含水量增加，土壤電阻率減少，

39、氧濃差電池增強，腐蝕增大含水量增加，土壤電阻率減少，氧濃差電池增強，腐蝕增大 在含水量為在含水量為7090時出現最大值時出現最大值 含水量增至飽和，氧擴散受阻，氧濃差電池減輕，腐蝕下降含水量增至飽和，氧擴散受阻，氧濃差電池減輕，腐蝕下降 埋得較淺的含水量少的部位的管道是陰極，埋得較深接近地下水位埋得較淺的含水量少的部位的管道是陰極，埋得較深接近地下水位的管道，因土壤濕度大，成為氧濃差電池的陽極而被腐蝕的管道，因土壤濕度大，成為氧濃差電池的陽極而被腐蝕土壤性質對土壤腐蝕的影響土壤性質對土壤腐蝕的影響 電阻率電阻率 土壤電阻率與孔隙度、含水量及含鹽量等有關土壤電阻率與孔隙度、含水量及含鹽量等有關

40、土壤電阻率越小，腐蝕越嚴重土壤電阻率越小，腐蝕越嚴重 酸度酸度 酸性礦物質、生物活動形成有機酸和無機酸、工業污酸性礦物質、生物活動形成有機酸和無機酸、工業污水水 大部分土壤屬中性，大部分土壤屬中性，pH=6-8 堿性土壤：堿性土壤：pH=8-10，鹽堿土，鹽堿土 酸性土壤：酸性土壤：pH=3-6，沼澤土、腐殖土，沼澤土、腐殖土 酸度增高，氫去極化增強，土壤腐蝕性增加酸度增高，氫去極化增強，土壤腐蝕性增加 土壤性質對土壤腐蝕的影響土壤性質對土壤腐蝕的影響 含鹽量含鹽量 含鹽量大，土壤電導率增加，腐蝕性增加含鹽量大，土壤電導率增加，腐蝕性增加 氯離子氯離子 促進腐蝕促進腐蝕 海邊潮汐區或接近鹽場的

41、土壤，腐蝕性更強海邊潮汐區或接近鹽場的土壤，腐蝕性更強 堿土金屬鈣、鎂離子堿土金屬鈣、鎂離子 減輕腐蝕減輕腐蝕 非酸性土壤中能形成難溶氧化物和碳酸鹽保護層非酸性土壤中能形成難溶氧化物和碳酸鹽保護層 硫酸根離子硫酸根離子 與鉛作用生成硫酸鉛保護層與鉛作用生成硫酸鉛保護層 和微生物腐蝕有關和微生物腐蝕有關微生物對土壤腐蝕的影響微生物對土壤腐蝕的影響 缺氧壤條件：缺氧壤條件： 密實、潮濕的粘土深處密實、潮濕的粘土深處 某些微生物的生長某些微生物的生長 硫酸鹽還原菌的活動引起強烈的腐蝕硫酸鹽還原菌的活動引起強烈的腐蝕 促進陰極去極化，生成硫化氫也加速腐蝕促進陰極去極化，生成硫化氫也加速腐蝕 在不通氣的

42、土壤中如有嚴重的腐蝕發生，腐蝕產在不通氣的土壤中如有嚴重的腐蝕發生，腐蝕產物呈黑色，伴有惡臭，可考慮為硫酸鹽還原菌所物呈黑色，伴有惡臭，可考慮為硫酸鹽還原菌所致的微生物腐蝕致的微生物腐蝕防止土壤腐蝕的措施防止土壤腐蝕的措施 覆蓋層保護覆蓋層保護 焦油瀝青、環氧煤瀝青質焦油瀝青、環氧煤瀝青質 、聚乙烯塑料膠帶防、聚乙烯塑料膠帶防腐層及泡沫塑料防腐層腐層及泡沫塑料防腐層 改變土壤環境改變土壤環境 石灰石碎塊石灰石碎塊 、加強排水以降低水位、加強排水以降低水位 陰極保護陰極保護 覆蓋層和陰極保護法結合覆蓋層和陰極保護法結合雜散電流腐蝕雜散電流腐蝕 雜散電流雜散電流 由原定的正常電路漏失而流入它處的電

43、流由原定的正常電路漏失而流入它處的電流 主要來源：應用直流電大功率電氣裝置，如電氣化鐵道、主要來源：應用直流電大功率電氣裝置，如電氣化鐵道、電解及電鍍槽、電焊機電化學保護裝置等電解及電鍍槽、電焊機電化學保護裝置等 雜散電流腐蝕（雜散電流腐蝕（Stray Current Corrosion） 當雜散電流流過埋在土壤中的管道、電纜等，進入大地當雜散電流流過埋在土壤中的管道、電纜等，進入大地處的陽極端出現的腐蝕。處的陽極端出現的腐蝕。 受腐蝕的都是電流從路軌或管線流出的陽極區受腐蝕的都是電流從路軌或管線流出的陽極區 1A的電流流過一年就可使的電流流過一年就可使9kg的鐵發生電化學溶解。的鐵發生電化學

44、溶解。 極端情況下，流過金屬構件的雜散電流強度可達極端情況下，流過金屬構件的雜散電流強度可達10A 雜散電流腐蝕雜散電流腐蝕6.1 大氣腐蝕大氣腐蝕6.2 淡水和海水腐蝕淡水和海水腐蝕6.3 土壤腐蝕土壤腐蝕6.4 微生物腐蝕微生物腐蝕第六章第六章 自然環境中的腐蝕自然環境中的腐蝕微生物腐蝕微生物腐蝕 微生物腐蝕微生物腐蝕 （MIC） 在微生物生命活動參與下所發生的腐蝕在微生物生命活動參與下所發生的腐蝕 普遍性：普遍性： 凡是同水、土壤或濕潤空氣相接觸的金屬設施，都可能凡是同水、土壤或濕潤空氣相接觸的金屬設施，都可能遭到微生物腐蝕。遭到微生物腐蝕。 約有約有5080的地下管線腐蝕屬于微生物引起

45、或參的地下管線腐蝕屬于微生物引起或參與的腐蝕。與的腐蝕。 在油田汽水系統、深水泵、循環冷卻系統、水壩、碼頭、在油田汽水系統、深水泵、循環冷卻系統、水壩、碼頭、海上采油平臺、飛機燃料箱等裝置海上采油平臺、飛機燃料箱等裝置微生物腐蝕的特征微生物腐蝕的特征 微生物的生長繁殖需要適宜的環境條件微生物的生長繁殖需要適宜的環境條件 溫度、濕度、酸度、環境含氧量及營養源溫度、濕度、酸度、環境含氧量及營養源 微生物生命活動直接或間接參與了腐蝕過程，微生物生命活動直接或間接參與了腐蝕過程， 并非是微生物直接食取金屬并非是微生物直接食取金屬 多種微生物共生、交互作用的結果多種微生物共生、交互作用的結果微生物參與腐

46、蝕過程的方式微生物參與腐蝕過程的方式 微生物新陳代謝產物增加環境的腐蝕性微生物新陳代謝產物增加環境的腐蝕性 無機酸、有機酸、硫化物、氨等無機酸、有機酸、硫化物、氨等 促進腐蝕的電極反應動力學過程促進腐蝕的電極反應動力學過程 如硫酸鹽還原菌促進金屬腐蝕的陰極去極化過程如硫酸鹽還原菌促進金屬腐蝕的陰極去極化過程 改變了金屬周圍環境改變了金屬周圍環境 改變氧濃度、鹽度、酸度，形成局部腐蝕電池改變氧濃度、鹽度、酸度，形成局部腐蝕電池 破壞保護性覆蓋層或緩蝕劑的穩定性破壞保護性覆蓋層或緩蝕劑的穩定性 地下管道有機纖維覆蓋層被分解破壞地下管道有機纖維覆蓋層被分解破壞 亞硝酸鹽緩蝕劑因細菌作用而氧化亞硝酸鹽

47、緩蝕劑因細菌作用而氧化與腐蝕有關的微生物與腐蝕有關的微生物 主要是細菌類，因而微生物腐蝕也稱為細菌腐蝕。主要是細菌類，因而微生物腐蝕也稱為細菌腐蝕。 直接參與自然界硫、鐵循環的細菌，如硫氧化細菌、硫酸鹽直接參與自然界硫、鐵循環的細菌，如硫氧化細菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌等還原菌、鐵細菌等 按其生長發育中對氧的要求分屬按其生長發育中對氧的要求分屬 嗜氧性細菌嗜氧性細菌：需有氧存在時才能生長繁殖，如硫氧化菌、：需有氧存在時才能生長繁殖，如硫氧化菌、鐵細菌等鐵細菌等 厭氧性細菌厭氧性細菌：在缺氧條件下才能生存與繁殖，如硫酸鹽還：在缺氧條件下才能生存與繁殖，如硫酸鹽還原菌。原菌。 與腐蝕有關的主要微生物

48、的特性與腐蝕有關的主要微生物的特性24（最佳）（最佳）540（限度）（限度）79（最佳）（最佳）含鐵鹽和有含鐵鹽和有機物的靜水機物的靜水和流水和流水氫氧氫氧化鐵化鐵碳酸亞鐵、碳酸亞鐵、嗜氧嗜氧 碳酸氫亞鐵、碳酸氫亞鐵、碳酸氫錳碳酸氫錳鐵細菌鐵細菌（Crenothrixandleptothrix鐵細菌屬）鐵細菌屬）2830（最佳）（最佳）1837（限度）（限度）24（最佳）（最佳）0.56（限度）（限度）酸鹽的施肥酸鹽的施肥土壤、氧化土壤、氧化不完全的硫不完全的硫化物土壤、化物土壤、污水、海水污水、海水硫酸硫酸硫、硫化物、硫、硫化物、硫代硫酸鹽硫代硫酸鹽嗜氧嗜氧（Thiobacillusthioxidans氧化硫桿菌）氧化硫桿菌）2530（最佳）（最佳）5565（最高）（最高）水、污泥、水、污泥、 67.5硫化硫化 污水、油井、污水、油井、 （最佳）（最佳）氫氫 土壤、沉積土壤、沉積 59物、混凝土物、混凝土 （限度）（限度）