第五章金属在各种环境中的腐蚀

金属的腐蚀与防护金属是一种常见的材料，具有坚固、耐用的特性，广泛应用于建筑、制造业等领域。

然而，金属在长期使用中容易发生腐蚀现象，导致材料的质量下降，使得其功能受到影响。

因此，研究金属的腐蚀原理以及采取相应的防护措施就显得尤为重要。

一、金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属在与外界介质接触时发生化学或电化学反应，从而导致金属表面形成氧化物或盐类物质。

金属腐蚀的原因主要包括以下几点：1. 电化学反应：金属与介质发生电化学反应是引起腐蚀的主要原因之一。

当金属处于电解质溶液中时，金属表面会发生阳极和阴极反应，形成电池，促使金属的氧化和溶解。

2. 化学反应：金属在一些特定的介质中，比如酸性或碱性环境中，会与介质中的物质发生化学反应，形成氧化物或盐类产物。

3. 物理因素：除了电化学和化学反应外，一些物理因素也可能加速金属的腐蚀，如磨损、冲击和高温等。

二、金属腐蚀的分类根据金属腐蚀的不同机制，可以将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。

1. 化学腐蚀：化学腐蚀是指金属与介质中的物质发生直接的化学反应。

常见的化学腐蚀有酸腐蚀、碱腐蚀和氧化腐蚀等。

例如，金属在酸性环境中会与氢离子发生反应产生氢气，造成金属的腐蚀。

2. 电化学腐蚀：电化学腐蚀是指金属与电解质溶液中物质发生电化学反应，形成阳极和阴极电池导致金属腐蚀的过程。

电化学腐蚀常见的类型有腐蚀、热蚀和应力腐蚀等。

三、金属腐蚀的防护方法为了延长金属的寿命和保护其功能，人们采取了多种防护措施来抵御金属腐蚀。

以下介绍几种常用的金属腐蚀防护方法：1. 金属涂层：金属涂层是在金属表面覆盖一层具有防腐蚀性能的物质，如油漆或涂层。

金属涂层可以形成物理屏障，阻止金属与外界介质的接触，从而防止腐蚀的发生。

2. 电镀：电镀是将金属浸入含有金属离子的溶液中，通过电解反应使金属表面形成一层均匀的金属膜。

电镀可以提供额外的保护层，有效防止金属腐蚀。

3. 阳极保护：阳极保护是利用附加阳极电流或阴极保护剂来构建金属电池，在阴极处形成保护电位，从而减缓金属的腐蚀速度。

自然环境中金属的腐蚀自然环境中，金属的腐蚀是一种常见的现象。

金属腐蚀指的是金属与周围环境发生化学反应，导致金属表面发生损坏。

金属腐蚀不仅会对金属材料本身造成损害，还会对环境和人类造成不良影响。

本文将介绍金属腐蚀的原理、影响因素以及防腐措施。

首先，金属的腐蚀是由于金属与氧气、水和其他化学物质之间的反应而引起的。

金属腐蚀的主要原理是电化学反应。

金属在电解质溶液中放电，被溶液中的阴离子氧化，并释放出电子。

在金属表面产生一个阳极区和一个阴极区，阳极区发生金属溶解，而阴极区则减少金属表面的反应。

金属腐蚀的速度在很大程度上取决于环境因素。

其中，氧气和水是金属腐蚀的主要因素。

水中的氧气与金属发生氧化反应，形成金属氧化物。

这种氧化反应是金属腐蚀的根本原因。

此外，温度、湿度、盐度、酸碱度等环境条件也会影响金属腐蚀的速度。

例如，高温和湿度会加速金属腐蚀的发生，而酸性环境也会增加金属腐蚀的程度。

金属腐蚀不仅会对金属材料本身造成损害，还会对环境和人类健康造成不良影响。

金属腐蚀会导致金属材料的强度降低，减少其使用寿命。

此外，金属腐蚀还会产生有害物质，如氧化物、盐和酸等，这些物质会对环境造成污染。

例如，铁腐蚀会生成铁锈，不仅对钢结构的稳定性造成威胁，还会对土壤和水体造成污染。

金属腐蚀还会导致环境中的金属离子增加，从而对生物体产生毒害。

为了延长金属材料的使用寿命，并减少金属腐蚀对环境和人类的危害，我们需要采取一系列的防腐措施。

其中，最常见的方法是涂层保护。

利用涂层可以将金属与周围环境隔离，降低金属表面与空气和水接触的机会，从而达到防止金属腐蚀的效果。

涂层材料通常有油漆、漆膜、聚合物薄膜等，其具有隔离作用，可以保护金属免受外界环境的侵蚀。

此外，金属腐蚀还可以通过电化学方法来防止。

例如，将金属与另一种更容易腐蚀的金属连接在一起，将使腐蚀发生在后者上，而保护前者。

这种方法被称为阴极保护。

此外，还可以通过阳极保护的方法，即在金属表面附着一个以金属为主的阳极，在金属腐蚀过程中发生氧化反应，将腐蚀反应集中在阳极上。

金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属在特定条件下与周围环境中的化学物质发生反应导致其损失其原有性能和结构的现象。

金属腐蚀是一种自然现象，不可避免地影响了工业、农业、医疗、建筑和航空等领域的金属制品。

金属腐蚀的原理主要涉及以下几个方面：1. 化学反应金属与环境中的化学物质接触时，必然发生一系列化学反应。

铁与水和氧气反应会形成氧化铁，即铁锈。

Fe + H2O + O2 → Fe2O3·nH2O（铁锈）金属的电化学性质在这个过程中起着关键的作用。

如铜与氯离子反应如下：Cu + 2Cl- → CuCl2 + 2e-金属的原子释放出电子，产生正离子。

在电解质中，这些正离子随后会与负离子反应，导致金属表面的电化学腐蚀。

2. 电化学反应金属的表面被涂上一层绝缘性较好的材料或涂层，可以防止其与外部环境发生化学反应。

当涂层损坏或表面存在缺陷时，金属会变得更易受到腐蚀。

此时，金属会表现出电化学反应，也就是在金属表面形成电池。

金属的电子从阴极（电池的负极）流向阳极（电池的正极），从而导致阳极处的金属被电化学腐蚀。

3. 介质腐蚀金属腐蚀还会受到介质的影响，介质包括气体、液体和固体。

在钢材上，只有当表面附着了盐、油、水或化学物质等附件时，金属才会腐蚀。

在线的腐蚀往往会发生在地下管道和油罐等结构中，因为它们被完全包围在介质中。

在这种情况下，防护系统和钝化剂等方法可能会用来防护金属免受腐蚀的影响。

4. 海洋水腐蚀金属在海洋环境中面临更复杂的腐蚀挑战，因为海洋环境包含盐、水以及许多化学物质。

海水的腐蚀效果比纯水的腐蚀效果更严重，并可以在金属表面形成锈。

氯离子是最具腐蚀性的物质。

在船舶、桥梁和海上平台等重要结构中，通常需要采用特殊的腐蚀防护措施来保护金属免受海洋环境的损害。

金属腐蚀涉及多个因素，包括化学反应、电化学反应、介质腐蚀和海水腐蚀等。

通过了解这些原理，我们可以采取更有效的方法来防止金属腐蚀并延长其寿命。

除了了解金属腐蚀的原理之外，还需要对不同类型的金属腐蚀有深入的了解。

金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀是指金属与其周围环境中的化学物质相互作用，导致金属表面发生氧化、腐蚀或损坏的过程。

金属的腐蚀主要由以下几种因素引起：
1. 氧气：金属与氧气相结合形成氧化物，如铁与氧气结合
形成铁锈。

2. 湿度：水分可以加速金属的腐蚀过程，称为湿氧腐蚀。

3. 酸碱物质：酸、碱等具有腐蚀性的物质可以对金属表面
造成损坏。

4. 盐水：海水等盐性溶液中的离子对金属具有强腐蚀性。

为了防止金属的腐蚀，常采用以下几种防护方法：
1. 金属涂层：在金属表面涂覆一层耐腐蚀的涂层，如漆、
涂料、金属镀层等。

涂层可以隔离金属与环境的接触，起
到防腐蚀的作用。

2. 阳极保护：在金属表面放置一个更容易被腐蚀的金属，
使其成为阴极，从而保护金属不受腐蚀。

例如，在铁制品
上涂层锌，形成镀锌钢。

3. 防蚀剂：使用含有防腐剂的溶液或涂料处理金属表面，
形成保护膜，起到阻止腐蚀的作用。

4. 优化设计：合理设计金属结构，减少金属表面积暴露在
腐蚀介质中，避免暴露在高湿度或腐蚀性环境中。

需要注意的是，不同金属在不同环境下的抗腐蚀性能各异，因此在选择防护方法时需考虑具体情况，并根据金属的特
性和所处环境进行合理的腐蚀防护措施。

《腐蚀理论及应用》部分篇章总结根据腐蚀的基本过程易知，其主要是在金属与介质之间的界面上进行，故腐蚀介质对金属材料的腐蚀过程有重大的影响。

在石油化工生产中，由于各种介质的性质不同，金属在其中的腐蚀规律也不同。

以下简述金属在各种环境下的腐蚀。

（1）金属在干燥气体中的腐蚀：分析金属在干燥气体中的腐蚀，有实际意义的是高温（500～1000℃）下的腐蚀，包括金属的高温氧化、钢的脱碳、铸铁的肿胀和钢在高温高压下的氢腐蚀。

（2）金属在大气中的腐蚀：这是最古老的腐蚀问题，在很大程度上取决于大气的成分、湿度和温度。

表面的潮湿程度，通常是决定大气中腐蚀速度的主要因素，腐蚀率通常随湿度增加而增加，对于许多金属都存在一个临界湿度，在临界湿度以上，腐蚀速度迅速增大。

腐蚀程度最大的是潮湿的、受严重污染的工业大气，对于大多数工业结构合金来说，最能加速腐蚀工程的是二氧化硫、硫化氢、氯。

（3）金属在海水中的腐蚀：海水是唯一的含盐浓度相当高的电解质溶液也是天然腐蚀剂中腐蚀性最强的介质之一。

海水除含盐类外，还有含量小的其他组分，如臭氧、游离的碘和溴亦是强烈的阴极去极化剂和腐蚀促进剂。

由于海水对金属的腐蚀作用是有电化学的本质，故金属在海水腐蚀中的一个重要参数是电极电位，然而多数金属在海水中的开路电位不是一个常数，它随氧含量、水速、温度和金属的表面条件、冶金因素而改变。

而许多非铁金属如铝、钛等在静止或缓慢流动的海水中，腐蚀率是比较小的。

（4）金属在土壤中的腐蚀：多数土壤是无机的和有机的胶质混合颗粒的集合，有毛细管多孔性，土壤的空隙为空气和水气所充满，土壤中含有的盐类溶解在水中，使土壤具有离子导电性，成为一种电解质。

大多数金属在土壤中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀，只有在少数情况下才发生氢去极化腐蚀。

土壤腐蚀常见的形式有：由于充气不均引起的腐蚀、由杂质电流引起的腐蚀和由微生物引起的腐蚀。

（5）金属在酸、碱中的腐蚀：酸类对金属的腐蚀情况包括非氧化性酸腐蚀（腐蚀的阴极过程纯粹为氢去极化过程）和氧化性酸腐蚀（腐蚀的阴极过程主要是氧化剂的还原过程）。

金属在海洋环境中的腐蚀结构破坏。

全世界每年生产的钢铁产品，大约有十分之一因腐蚀而报废，工业发达国家每年因腐蚀造成的经济损失，大约占国民经济总产值的2～4％。

第一次世界大战期间，由于金属腐蚀，英国许多军舰在港口等候更换冷凝管，严重地影响了战斗力。

后来由于G.D.本戈和R.梅等人对黄铜冷凝管的脱锌作用进行了仔细的研究，改进了冷凝器的设计，又用新材料代替黄铜，才解决了这个腐蚀问题。

1935年，国际镍公司在美国北卡罗来纳州的赖茨维尔比奇，建立了F.L.拉克腐蚀研究所，对金属材料和非金属材料进行了大量的海水腐蚀和海洋大气腐蚀的试验。

20世纪70年代，英国、法国、联邦德国和荷兰等国为了开发北海的石油和天然气，协作研究了近海钢结构的腐蚀问题，特别是腐蚀疲劳问题。

许多国家都十分重视关于金属的腐蚀和防护的科学研究，学术交流活动很多。

中国在1949年之后，金属腐蚀和保护的研究方面，得到了迅速的发展，在国民经济和国防建设中起了重要的作用。

腐蚀原理浸入海水中的金属，表面会出现稳定的电极电势（表1）。

由于金属有晶界存在，物理性质不均一；实际的金属材料总含有些杂质，化学性质也不均一；加上海水中溶解氧的浓度和海水的温度等，可能分布不均匀，因此金属表面上各部位的电势不同，形成了局部的腐蚀电池或微电池。

电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。

电势较高的金属，如铁，腐蚀时阳极进行铁的氧化：Fe→Fe2++2e-释放的电子从阳极流向阴极，使氧在阴极被还原：O2+2H2O+4e-→4OH-氢氧离子经海水介质移向阳极，与亚铁离子生成氢氧化亚铁：Fe2++2OH-→Fe(OH)2它易与海水中的溶解氧反应生成氢氧化铁。

后者经部分脱水成为铁锈Fe2O3·H2O，它的结构疏松，对金属的保护性能低。

电势较低的金属，例如镁，被海水腐蚀时，镁作为阳极而被溶解，阴极处释放出氢。

当电势不同的两种金属在海水中接触时，也形成腐蚀电池，发生接触腐蚀。

例如锌和铁在海水中接触时，因锌的电势较低，腐蚀加快；铁的电势较高，腐蚀变慢，甚至停止。

金属腐蚀类型金属腐蚀是指金属在特定环境中遭受化学或电化学反应而逐渐失去其原有性能和形状的过程。

不同的环境和条件会引起不同类型的金属腐蚀。

本文将介绍几种常见的金属腐蚀类型，包括普通腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和高温腐蚀。

一、普通腐蚀普通腐蚀是最常见的金属腐蚀类型之一。

当金属与周围环境中的氧气、水或其他腐蚀介质接触时，会发生氧化还原反应，导致金属表面的物质逐渐溶解或被转化为氧化物。

普通腐蚀可以是均匀的，也可以是不均匀的，取决于腐蚀介质的性质和金属表面的不均匀性。

二、点蚀点蚀是指金属表面出现局部腐蚀的现象。

通常情况下，点蚀是由于金属表面的缺陷或局部腐蚀环境引起的。

在点蚀过程中，金属表面的某些区域比其他区域更容易腐蚀，最终形成小孔或凹坑。

点蚀对金属的破坏性很大，容易导致金属的失效。

三、应力腐蚀应力腐蚀是金属腐蚀中的一种特殊类型。

它是由于金属在受到拉伸或压缩的同时，同时暴露在腐蚀环境中，引起的腐蚀现象。

应力腐蚀往往发生在金属的应力集中区域，如焊接接头、缺口、螺纹等。

应力腐蚀会导致金属的裂纹扩展和断裂，对结构材料的安全性造成威胁。

四、腐蚀疲劳腐蚀疲劳是金属腐蚀与疲劳断裂相结合的一种形式。

当金属在受到循环应力的同时，还暴露在腐蚀环境中时，就会发生腐蚀疲劳。

腐蚀疲劳会导致金属的疲劳寿命显著降低，加速金属结构的断裂。

五、高温腐蚀高温腐蚀是指金属在高温环境中遭受的腐蚀现象。

高温腐蚀主要发生在高温气体、液体或固体环境中，例如高温氧化、硫化、氯化等。

高温腐蚀对于炉具、锅炉、热交换器等高温设备的材料选择和使用具有重要意义。

金属腐蚀是各个行业中广泛存在的问题，对设备的性能和寿命产生了很大影响。

要想有效防止金属腐蚀的发生，需要根据不同的腐蚀类型采取相应的防护措施。

例如，在普通腐蚀中，可以通过涂层、防腐剂、阳极保护等方法来保护金属表面；在点蚀中，可以通过改变材料的成分、减少局部应力集中等方式来减轻点蚀的发生。

金属腐蚀类型包括普通腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和高温腐蚀。