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)
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 大气的近似组成 (不包括杂质)温度10°C,压力100KN/m 成分克米3重量%成分毫克米3重量 空气 1172 氖(Ne) 氮(N)879 75 氪(K)14 氧(O)269 23 氨(He)4 0.7 氩(Ar)15 1.26 氙×e)|08 04 水蒸汽8 0.70 氢(H)05 0.04 二氧化05 0.04 0.05 碳 根据 Meetham.转引自上卷P24
大气腐蚀 成分 克/米３ 重量％ 成分 毫克/米３ 重量 空气 氮(N2 ) 氧 (O2 ) 氩(Ar) 水蒸汽 二氧化 碳 1172 879 269 15 8 0.5 100 75 23 1.26 0.70 0.04 氖(Ne) 氪(Kr) 氦(He) 氙(Xe) 氢(H2 ) 14 4 0.8 0.5 0.05 12 3 0.7 0.4 0.04 大气的近似组成 （不包括杂质）温度10o C,压力100KN/m2 根据Meetham. 转引自＜ Corrosion＞ 上卷 P2.4
大气腐蚀 杂质 典型浓度,微克/米3 二氧化硫(SO 工业区:冬天350.夏天100 农村地区:冬天100.夏天40 氧化硫(SO3) 大约为SO2含量的10% 工业区:15-90 硫化氢(H2S) 城市地带:0.5-1.7 春季测量 的数字 农村地区:0.15-045 工业区:48 农村地区:2.1 大气杂质的典型浓度 氯化物(空气样品) 内地工业区:冬天4.8夏天27 沿海农村区:年平均54 氯化物(雨水样品) 内地工业区:冬天79夏天53 毫克升 沿海农村区:冬天57夏天18 工业区:冬天250夏天100 尘粒 农村地区:冬天60夏天15 根据 Meetham.转引自 Shreir ed
大气腐蚀 杂质 典型浓度，微克/米 ３ 二氧化硫(SO2 ) 工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40 二氧化硫(SO3 ) 大约为SO2含量的10％ 硫化氢(H2S) 工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45 春季测量 的数字 氨(NH3 ) 工业区：4.8 农村地区：2.1 氯化物(空气样品) 内地工业区：冬天4.8夏天2.7 沿海农村区：年平均5.4 氯化物(雨水样品) 内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18 毫克/升 尘粒 工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15 大 气 杂 质 的 典 型 浓 度 根据Meetham. 转引自Shreir ed
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。 (1)当空气湿度达到100%,形成肉眼可见 的水膜。 (2)当空气的相对湿度低于10%,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
• 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。 (1) 当空气湿度达到100%，形成肉眼可见 的水膜。 (2) 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 所毛 毛细管半冷疑时相对毛细管半径,冷疑时相对需细 径A0 湿度% A 湿度% 相 对半 360 70 湿径 94 21 度 的水 47 80 15 关汽 系冷 疑 1构件中的狭缝 □2金属表面上的 灰尘 □3.腐蚀产物中的 细孔 大气腐蚀条件下水汽毛细凝聚的可能中心
大气腐蚀 毛细管半 径,A o 冷疑时相对 湿度% 毛细管半径, A o 冷疑时相对 湿度% 360 94 47 98 90 80 30 21 15 70 60 50 毛 细 管 半 径 与 水 汽 冷 疑 所 需 相 对 湿 度 的 关 系 1.构件中的狭缝 2.金属表面上的 灰尘 3.腐蚀产物中的 细孔 大气腐蚀条件下水汽毛细凝聚的可能中心
大气腐蚀 与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20O) 溶液中的盐 相对温溶液中的盐 相对 度% 温度% 硫酸铜CusS04.5H2O|98 氯化铵NH4C 80 硫酸钾K2SO4 98 氯化钠NaC 76 硫酸钠 Na2SO 93 氯化亚铜CuCl2H2O 碳酸钠NaCO0.10H2092 氯化亚铁FeCl2 硫酸亚铁FeSO4.7H2O 氯化镍NCl2 54 硫酸锌ZnSO4.7H 90 碳酸钾Kx2CO32H2O 硫酸镐3cdS0,8H0|89 氯化镁MgCl26H2O 氯化钾KC 86 氯化钙CaC26H2O 硫酸铵(NH4)2504 81 氯化锌ZnC2XH2O 10 (根据 ToMa Wob o brent等)
大气腐蚀 溶液中的盐 相对温 度% 溶液中的盐 相对 温度% 硫酸铜 CuSO4.5H2O 硫酸钾 K2SO4 硫酸钠 Na2SO4 碳酸钠 Na2CO3.10H2O 硫酸亚铁 FeSO4.7H2O 硫酸锌 ZnSO4.7H2O 硫酸镐 3CdSO4.8H2O 氯化钾 KCl 硫酸铵 (NH4)2SO4 98 98 93 92 92 90 89 86 81 氯化铵 NH4Cl 氯化钠 NaCl 氯化亚铜 CuCl2.2H2O 氯化亚铁 FeCl2 氯化镍 NiCl2 碳酸钾 K2CO3.2H2O 氯化镁 MgCl2.6H2O 氯化钙 CaCl2.6H2O 氯化锌 ZnCl2.XH2O 80 76 68 56 54 44 34 32 10 与饱和盐溶液平衡的空气相对湿度(20o C) (根据ToMaWoB.O’Brient等)
大气腐蚀 厚初 干的大气腐蚀 分100 度期 6=10-100A Ⅱ潮的大气腐蚀 的大 数80 100A~1um 关 Ⅲ湿的大气腐蚀 系腐 δ=1um-lmm 蚀速度 ⅣV全浸 8>Imm 40 腐 20 速 度 0 5060708090100 相对湿度% 金属表面水膜 洁净的,细磨过的铁表面 上吸附的水膜厚度变化 水膜厚度δ 与空气相对湿度的关系
大气腐蚀 100 80 60 40 20 0 50 60 70 80 90 100 相对湿度% 洁净的,细磨过的铁表面 上吸附的水膜厚度变化 与空气相对湿度的关系 初 期 大 气 腐 蚀 速 度 与 金 属 表 面 水 膜 厚 度 的 关 系 (ConoSion) 分 子 层 数 腐 蚀 速 度 水膜厚度 δ Ⅰ Ⅲ Ⅳ Ⅰ:干的大气腐蚀 δ=10~100Å Ⅱ:潮的大气腐蚀 δ=100 Å ~1ųm Ⅲ:湿的大气腐蚀 δ=1 ų m~1mm Ⅳ:全浸 δ>1mm Ⅰ Ⅱ
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 腐蚀速度 Ⅲ 水膜厚度 大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
•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 腐 蚀 速 度 水膜厚度 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
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Rh<100%,在金属表面上存在肉眼不可见 的薄液膜,随水膜厚度增加,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Rh<100%，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 (1)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 (2)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 (3)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
•大气腐蚀的特点 (1) 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。 (2) 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 (3) 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