热带材料腐蚀与防护设计

热带材料腐蚀与防护设计内容摘要：

气候具有海洋性。 气温年、日较差都小，但最冷月平均气温比赤道稍低，年较差比赤道多雨气候稍大，年降水量一般在 2020 毫米以上，季节分配比较均匀。 即高温、高湿、高盐、空气流通 强。 材料的腐蚀特点 由于多风，有高温高湿，所以材料腐蚀既有磨蚀，又有大气腐蚀、海水腐蚀和电化学腐蚀。 材料需要韧性高，抗疲劳强度好，抗氧化等。 电化学腐蚀 电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。 因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极，遭到腐蚀。 当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气中，金属表面会形成一种微电池。 腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，也叫腐蚀电池。 因而使空气中 CO2， SO2， NO2 等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液。 而浸泡在这层溶液中的金属 又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体 (Fe3C)以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。 这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。 主要分两类：析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 （ 1） 析氢腐蚀： 负极 (Fe)： Fe=Fe2+＋ 2e Fe2+＋ 2H2O=Fe(OH)2＋ 2H+ 正极 (杂质 )： 2H+＋ 2e=H2 电池反应： Fe＋ 2H2O=Fe(OH)2＋ H2↑ （ 2） 吸氧腐蚀： 负极 (Fe)： Fe=Fe2+＋ 2e 正极： O2＋ 2H2O＋ 4e=4OH 大气腐蚀 材料或零件在大气环境下发生的腐蚀。 金属置于大气环境中时，其表面通常会形成一层极薄的不易看见的湿气膜（水膜）。 当这层水膜达到 20－ 30 个分子厚度时，它就变热带材料腐蚀与防护设计 6 成电化学腐蚀所需要的电解液膜。 大气腐蚀造成的全球经济损失每年不少于一亿美元。 腐蚀成分是水汽和氧。 其腐蚀性主要来自水汽及其他杂质。 如海洋大气中的氯化钠。 海水腐蚀 即金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。 影响因素有很多，在海洋环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附 着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。 海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。 此外，还有低频腐蚀疲劳、应力腐蚀及微生物腐蚀等。 通常 ， 金属构件在海洋飞溅区（指风浪、潮汐等激起的海浪、飞沫溅散到的区域）的全面腐蚀速率最高。 热带材料腐蚀与防护设计 7 3 金属腐蚀分类及腐蚀机理 金属腐蚀是在其周围介质作用下，因发生化学或电化学反应产生的重量耗损和性能变化现象。 腐蚀分类 金属腐蚀的分类方法很多，按腐蚀作用机理可分为化学腐 蚀和电化学腐蚀；按破坏特征可分为全面腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀断裂等类型。 按周围介质和环境条件又可分为大气腐蚀、土壤腐蚀、接触腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀和其他条件下的腐蚀（如生物腐蚀、杂散电流的腐蚀、摩擦腐蚀、熔融介质中的腐蚀、液态金属中的腐蚀以及放射条件下的腐蚀）等类型。 金属腐蚀的特点是从金属制件（或材料）的表面或快或慢地向其内部发展，由轻微的腐蚀发展到对金属制件（或材料）的严重破坏。 腐蚀机理 根据电化学腐蚀的机理，在水溶 液中，由于不同金属的电位差，可以产生微电池效应而导致腐蚀的发生。 即使同一金属板，由于 其内部应力的差异、焊缝成分的不同、电解质溶液中的浓度差、温度差、氧浓度差等，都可以产生电位差而导致腐蚀。 如果没有氧气存在，在阴极区的 H+会被耗尽，产生阴极极化，钢铁发生的电池反应会很快结束。 而在阳极区由于 Fe2 +的积累而产生阳极极化。 但是在有氧气存在的条件下，阴极发生氧化还原反应，这样阴极反应不再与 H+浓度有关，腐蚀反应可以继续进行下去。 腐蚀的电池反应可归纳如下： 阳极 ： Fe—— Fe2 ++ 2e 阴极 ： 2H++ 2e —— 2H—— H2 (酸性溶液的析氢反应 ) O2 + 4H++ 4e —— 2H2O (酸性溶液的还原反应 ) O2 + 2H2O + 4e—— 4OH (中性或酸性介质中的还原反应 ) 影响金属腐蚀的因素 (1)气相对湿度和金属腐蚀的临界相对湿度。 空气中氧气始终是充分供给的，腐蚀反应的速度主要取决于水分 出现的机会，如果达到或超过某一相对湿度时，锈蚀便很快发生与发展。 一般的说，钢铁生锈的临界相对湿度约为 75 %。 热带材料腐蚀与防护设计 8 (2)空气中污染性物质的影响。 常见的如： SO2， CO2， Cl ，灰尘等，大都是酸性气体。 (3)温度的影响：环境温度及 其变化影响金属表面水份凝聚及电化学腐蚀反应速度。 (4)酸碱盐的影响：主要表现在影响水膜电解质浓度和 H＋ 浓度，从而加速腐蚀。 (5)生产过程中的一些影响因素：如人汗、金属切削液、洗涤液、油污等均会加速腐蚀。