自然环境腐蚀
世界各地自然环境腐蚀严酷度腐蚀等级
按ISO9223~9226的规定对世界各地51个地区环境腐蚀严酷度进行分类，其结果见表1
表1 世界各地环境腐蚀严酷度腐在不同环境中的腐蚀破坏程度随环境介质和环境因素的不同而存在很大差别，准确评价和描述环境的腐蚀行为是产品正确选材和提高产品的使用寿命的重要保证，环境腐蚀严酷度分类分级技术正是基于这种需要而发展起来的，几十年来，人们在大气、海水、土壤三个领域发展了多种环境腐蚀严酷度分类分级技术。
腐蚀学原理第八章 金属在自然环境中的腐蚀_图文
零件之间的间缝和狭缝、氧化膜和腐蚀产物以及镀层中的 孔隙、材料的裂缝，以及落在金属表面上的灰尘和碳粒下 的缝隙等等，都是促使毛细凝聚的良好条件。在这些地方 大气腐蚀的产生和加速，很大程度上取决于毛细凝聚作用 。
2 吸附凝聚。在相对湿度低于100％时，未发生纯粹的物 理凝聚之前，由于固体表面对水分子的吸附作用也能形成 薄的水分子层。吸附的水分子层数随相对湿度的增加而增 加。吸附水分子层的厚度也与金属的性质及表面状态有关 。一般为几十个分子层的厚度。
(2) 湿膜的形成
金属暴露在室外大气或易遭到水滴飞溅的条件下，金属表面易形 成约1μm～1mm厚的可见水膜。这种情况如大气沉降物的直接 降落(雨、雪、雾、露、融化的霜和冰等)；水分的飞溅(海水的 飞沫)；周期浸润(海平面上工作的零件，周期地与水接触的构件 等)；空气中水分的凝结(露点以下水分的凝结、水蒸气的冷凝等 )。例如，露天仓库、户外工作的飞机、设备、仪器、海上运输 和水上飞机等，这些都经常会溅上水分或落上雨雪。
在中性或碱性液膜下：O2+2H2O+4e → 4OH－
在酸性液膜下： O2+4H++4e → 2H2O
3．大气腐蚀机理
大气腐蚀开始时受很薄而致密的氧化膜性质的影响。一旦金属处于“湿态 ”，即当金属表面形成连续的电解液膜时，就开始以氧去极化为主的电化 学腐蚀过程。在薄的锈层下氧的去极化在大气腐蚀中起着重要的作用。
8.1.3 影响大气腐蚀的主要因素
1．大气相对湿度的影响
空气中含有水蒸气的程度叫做湿度。水分愈多，空气愈潮 湿，通常以1m3空气中所含的水蒸气的克数来表示潮湿程 度，称为绝对湿度。在一定温度下空气中能包含的水蒸气 量不高于一定极限(不高于大气中的饱和蒸汽值)，温度愈 高，空气中达到饱和的水蒸气量就愈多。所以习惯用在某 一温度下空气中水蒸气的量和饱和水蒸气量的百分比来表 示相对湿度(RH)。当空气中的水蒸气量增大到超过饱和 状态，就出现细滴状的水露。
自然环境中的腐蚀汇总概要
图5-2 大气腐蚀锈层形成后腐蚀 机理的Evans模型
当锈层干燥时，即外部气体相对湿度下降时，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Fe3+，即发生反应： 4 Fe3O4 + O2 + 6H2O → 12FeOOH
因此，在干湿交替的情况下，带有锈层的钢腐蚀被加速。
（2）潮大气腐蚀 当大气中的相对湿度足够高(但低于100%），在金属表面存在 着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀称为潮大气腐蚀。 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
引言
金属材料在自然环境中的腐蚀是最为普遍的腐蚀现象。
2018年11月9日
自然环境即是指与自然界陆、海、空相对应的土壤、海水 （包括淡水）和大气，及与三者都有关系并广泛存在的微生物。
腐蚀的特点会因环境或介质的改变而不同，从原理上来说， 金属在自然环境中的腐蚀属于电化学腐蚀的范畴，因此腐蚀的基 本过程应该遵循电化学规律。
2018年11月9日
5.1 大气腐蚀
5.2土壤腐蚀 5.3 淡水和海水腐蚀
5.4 微生物腐蚀
2018年11月9日
5.1 大气腐蚀
5.1.1 大气腐蚀的定义和特点 5.1.2 大气腐蚀的分类 5.1.3 大气腐蚀机理 5.1.4 大气腐蚀的影响因素 5.1.5 防止大气腐蚀的措施
2018年11月9日
（3）湿大气腐蚀 当空气湿度接近于100%，以及当水以雨、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，此 时发生的腐蚀称为湿大气腐蚀。 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）
盐水浸泡试验与自然腐蚀换算关系
盐水浸泡试验与自然腐蚀换算关系1. 引言盐水浸泡试验和自然腐蚀是金属材料腐蚀研究中常用的两种实验方法。
在工程实践中，我们常常需要将盐水浸泡试验得到的结果与实际使用中的自然腐蚀情况进行换算和对比。
研究盐水浸泡试验与自然腐蚀之间的关系，对于材料腐蚀行为的理解和工程应用具有重要意义。
2. 盐水浸泡试验的原理与方法盐水浸泡试验是一种人为加速材料腐蚀的实验方法。
其原理是将待测材料置于含有一定浓度盐水中，通过控制温度、湿度和浸泡时间来模拟材料在自然环境中长期暴露于盐雾、潮湿气候中的腐蚀情况。
盐水浸泡试验能够有效地评估材料的耐蚀性能，是材料腐蚀研究中常用的实验方法之一。
盐水浸泡试验的方法主要包括浸泡液的配制、试样的准备和浸泡条件的控制。
浸泡液通常使用3.5%浓度的食盐水溶液，试样的准备需要确保表面光洁、无损伤，并严格控制试样的尺寸和质量。
在浸泡条件方面，需要控制浸泡温度、湿度和时间，以确保实验的可重复性和准确性。
3. 自然腐蚀的特点与影响因素自然腐蚀是材料在自然环境中长期暴露所产生的一种腐蚀形式。
其特点是受环境因素和时间的双重影响，通常需要数年甚至数十年的时间才能显现出明显的腐蚀现象。
自然腐蚀受多种因素的影响，包括气候、大气污染、材料表面处理等，因此在不同环境条件下，材料的自然腐蚀行为可能存在较大的差异。
4. 盐水浸泡试验与自然腐蚀的对比与换算盐水浸泡试验是一种加速腐蚀实验方法，其结果与自然腐蚀情况存在一定的相关性，但二者之间并非完全等同。
进行盐水浸泡试验时，试样暴露于高浓度盐水溶液中，腐蚀速率较大，往往能在较短时间内观察到明显的腐蚀现象。
而在自然环境中，材料暴露于大气中的盐雾、潮湿气候中，其腐蚀速率相对较低，腐蚀过程更为缓慢。
为了将盐水浸泡试验得到的结果与自然腐蚀情况进行对比和换算，研究人员提出了一些换算公式和方法。
可以通过建立盐水浸泡试验与自然腐蚀的腐蚀速率换算关系，使得盐水浸泡试验得到的腐蚀速率能够直接反映出相应的自然环境中的腐蚀速率。
材料自然环境腐蚀数据库
材料自然环境腐蚀数据库
屈祖玉;卢燕平
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】1997(021)001
【摘要】材料自然环境腐蚀数据积累工作已取得了六大类材料在全国不同类型环境中的大量腐蚀性能数据。
对这些数据进行了收集，整理，贮存和评价。
利用关系型结构方法，设计和编制了材料自然环境腐蚀数据库系统。
【总页数】3页(P47-49)
【作者】屈祖玉;卢燕平
【作者单位】北京科技大学表面科学与腐蚀工程系;北京科技大学表面科学与腐蚀工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TG171－39
【相关文献】
1.材料自然环境腐蚀规律与行为预测研究--国家自然科学基金重大项目介绍 [J], 柯伟
2.材料自然环境腐蚀的"百科全书"--《中国材料的自然环境腐蚀》推介 [J], 刘丽宏
3.国家自然科学基金继续支持“材料自然环境腐蚀规律与行为预测研究” [J],
4.自然环境腐蚀数据库结构与功能设计 [J], 屈祖玉;卢燕平;李长荣;王光雍
5.材料自然环境腐蚀网络数据库共享系统的设计与实现 [J], 李顺华;罗德贵;屈祖玉;李晓刚
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腐蚀疲劳试验
腐蚀疲劳试验腐蚀疲劳试验：探寻材料大限材料的机械性能与其使用寿命息息相关。
在恶劣环境下，材料的耐久性更是被放大。
因此，为探寻材料在特殊环境下的损耗极限，腐蚀疲劳试验应运而生。
腐蚀疲劳试验可分为疲劳试验和腐蚀试验。
疲劳试验通常使用旋转弯曲、拉伸、挤压等方式进行，模拟材料在循环载荷下的变形和损伤情况。
而腐蚀试验则是在特定的环境中将材料长时间暴露，探测其腐蚀损失和破坏情况。
根据试验条件的不同，腐蚀疲劳试验可分为自然环境腐蚀试验和人工环境腐蚀试验。
前者的试验条件是将材料长时间放置在空气、水、土、酸雨等自然环境中，模拟实际使用环境。
后者则在实验室内模拟特定腐蚀介质环境，如盐雾、酸性、碱性等，探究材料在特定条件下的疲劳损伤情况。
腐蚀疲劳试验在许多领域都得到广泛应用。
在航空、航天、核工业等高端领域中，材料的可靠性和安全性是至关重要的。
腐蚀疲劳试验能在更短的时间内检测材料的寿命和使用性能，降低了对于每一种材料的实际使用风险。
当然，腐蚀疲劳试验也存在经济性问题。
人工环境试验所需的设备、试剂、耗材等都比较昂贵，需要大量的资金和人力投入。
因此，许多机构都会选择在自然环境下进行试验，节约成本、降低风险。
但是，自然环境腐蚀试验的周期时间相对较长，大大影响了研发效率和产品上市速度。
怎样在优化经济性的同时提高试验效率和准确性，是腐蚀疲劳试验必须思考的问题。
总之，腐蚀疲劳试验是一项对于材料的重要探测方法，对于保障材料安全可靠运用，提高其损伤极限和使用寿命具有重要意义。
未来，将有更多新技术、新材料被引入其中，更深入地探究材料的性能和限制，为我们的生产和生活提供更加安全、可靠的保障。
自然环境中金属的腐蚀
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。
腐蚀环境种类
环境种类大气腐蚀环境1.农村大气农村大气是最洁净的大气，空气中不含强烈的化学污染，主要含有有机物和无机物尘埃等。
影响腐蚀的因素主要是相对湿度、温度和温差.2.城市大气城市大气的主要污染物主要是城市居民生活所造成的大气污染，如汽车尾气、锅炉排放的SO2等。
实际上，很多大城市往往也是工业城市，或者是海滨城市，所以大气环境污染的相当复杂。
3.工业生产区大气工业生产区所排放的污染物含有大量的SO2、H2S等含硫化合物，所以工业大气环境最大的特征是含有硫化物。
他们易溶于水，形成的水膜成为强腐蚀介质，加速金属的腐蚀。
随着大气相对湿度和温差的变化，这种腐蚀作用更强。
很多石化企业和钢铁企业往往非常大，可以形成一个中等城市规模，大气质量相当差，对工业设备和居民生活造成的污染极其严重。
4.海洋大气其特点是空气湿度大，含盐分多。
暴露在海洋大气中的金属表面有细小盐粒子的沉降。
海盐粒子吸收空气中的水分后很容易在金属表面形成液膜，引起腐蚀。
在季节或昼夜变化气温达到露点是尤为明显。
同时尘埃、微生物在金属表面的沉积，会增强环境的腐蚀性。
所以海洋大气对金属结构的腐蚀性比内陆大气，包括乡村大气和城市大气要严重的多.海洋的风浪条件、离海面的高度等都会影响到海洋大气腐蚀性。
风浪大时，大气中的水分含盐量高，腐蚀性增加。
据研究，离海平面7～8m处的腐蚀最强，在此之上越高腐蚀性越弱。
雨量的大小也会影响腐蚀，频繁的降雨会冲刷掉金属表面的沉积物，腐蚀会减轻。
相对湿度升高会使海洋大气腐蚀加剧。
一般热带腐蚀性最强，温带次之，两级最弱。
中国最典型的处于海洋腐蚀环境中的是杭州湾跨海大桥，地处亚热带海洋性季风气候。
5.处于海滨的工业大气环境，属于海洋性工业大气，这种大气中既含有化学腐蚀污染的有害物质，又含有海洋环境的海盐粒子。
2种腐蚀介质的相互作用对混凝土的危害更大。
淡水腐蚀环境混凝土碳化模型国内外学者提出了许多混凝土碳化深度预测模型,这些模型大致可分为两类:一类是基于试验数据或实际结构的碳化深度实测值,采用数学统计或神经网络等方法拟合得到的经验模型;另一类为基于碳化反应过程的定量分析建立的理论模型。
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生物的生命运动改变了局部海水介质成分，加速腐蚀；
某些海生物生长时穿透表面保护层，破坏了保护膜，加速腐蚀
8.3 土壤腐蚀
多相性； 多孔性；不均匀性；固定性
一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素
金属在土壤中的电极电位取决于两个因素： 1. 金属的种类及表面性质 2. 土壤介质的物理化学性质
由于土壤是不均匀且相对固定的介质，因此土壤的理化性质在不同部位往 往不同
（2）湿膜的形成－金属表面形成可见水膜 其腐蚀历程类似于沉浸在水中条件下的腐蚀，但氧的补充情况比浸于水中好
8.1 大气腐蚀
二. 大气腐蚀过程和机理
2. 大气腐蚀的电化学特征 （1）阴极过程 大气腐蚀条件下，氧通过液膜传递速度快，液膜越薄扩散层的厚度越 薄，因而阴极上的氧去极化作用越容易进行，阴极过程的速度加快。 阴极过程主要是氧的去极化控制。 （2）阳极过程 当电极存在很薄的水膜时，阳离子水化困难，阳极过程受到阻滞， 在很薄的水膜下，氧易于到达阳极表面，促使阳极钝化作用，使阳极 过程受到强烈的阻滞
四. 防止大气腐蚀的措施
1. 提高材料耐蚀性 2. 控制环境
8.2 海水腐蚀
一. 海水的物理化学性质
1. 高盐度 2. 高电导率 3. pH值 4. 海水温度 5. 含氧量 6. 附着生物
海水的一项重要指标。盐度高，氯化物含量高 比江河高出两个数量级 中性，主要以氧去极化为主 不同地域变化范围大 不同环境，海水氧含量会在较大范围波动
8.3 土壤腐蚀
一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素
1. 阳极过程－铁在潮湿的土壤中阳极极化过程无明显的阻滞 腐蚀产物与土粒粘合，形成紧密层，有效阻碍阳极反应； 阳极钝化－氧易于到达金属表面时
2. 阴极过程－氧的去极化过程，受氧输送控制 氧的进入受阴极表面电解液（扩散层）的限制，还受阴极上面土壤层 的阻碍，输送氧的主要途径是氧在土壤气相中（孔隙）的扩散
8.1 大气腐蚀
一. 大气腐蚀类型
1. 干的大气腐蚀－金属表面不存在液膜层 2. 潮的大气腐蚀－存在肉眼不可见的薄液膜 3. 湿的大气腐蚀－表面存在肉眼可见的液膜
根据金属表面潮湿程度
金属表面湿润的水是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程的主要原因
大气腐蚀速度随大气条件变化而变化，大气腐蚀过程和特 征及控制因素也随大气条件而变
大于钢本身成分和组织的影响
8.2 海水腐蚀
三. 影响海水腐蚀的因素
1. 盐类及其浓度 含盐量增高海水的电导率增加，但含氧量降低含盐量存在最大值；
2. 电导率 海水所含盐分几乎全处于电离状态；海水是导电性极强的电解质溶液；
3. 含氧量的影响 溶解氧量是影响海水腐蚀的重要因素，与盐度及温度有关；
4. pH值
8.3 土壤腐蚀
一. 土壤腐蚀的电极过程及控制因素
1. 潮湿和密实的土壤，腐蚀过程主要由阴极过程控制 2. 疏松和干燥的土壤，腐蚀特征已接近大气条件的腐蚀，腐蚀过程由
阳极过程所控制 3. 对于长距离宏观电池起作用的土壤来说，电阻所起的作用增加，土
壤腐蚀由阴极－电阻控制，甚至是电阻控制占优势
8.1 大气腐蚀
二. 大气腐蚀过程和机理
2. 大气腐蚀的电化学特征
大气腐蚀速度与电极极化过程的特征随大气条件的不同而变化 湿的大气腐蚀－腐蚀速度由阴极控制，随电解液液膜的减薄，阴极上氧的 去极化作用越易进行；当液膜太薄时，阴极过程变得越来越困难（因水分 不足以实现氧还原反应）； 潮的大气腐蚀－腐蚀速度被阳极控制，随液膜的减薄，阳极过程变得困难
8.2 海水腐蚀
二. 海水腐蚀的特点
1. 氧去极化腐蚀，氧扩散速度小于氧还原的阴极反应速度。 2. 海水中含有大量的Cl离子，阳极极化程度小，钝化膜易破坏，不锈钢也易
腐蚀 3. 海水的电阻率小，金属表面形成微电池及宏观电池有较大的活性 4. 海水中易出现局部腐蚀，点蚀坑的最大深度为平均腐蚀深度的3～4倍。 5. 对于普通碳钢、低合金钢、铸铁来说，海水环境因素对腐蚀速度的影响远
主要影响钙质水垢沉积，从而影响到海水腐蚀；
5. 温度 温度越高，氧的扩散速度加快，海水电导率增大，将促进海水腐蚀;
温度升高，氧的溶解度降低，促进保护性钙质水垢生成，将减缓海水腐蚀;
6. 海水流速 海水流速不同，改变了供氧条件，故对腐蚀产生重要影响;
7. 海生物 改变pH值及供氧量
海生物附着不完整、不均匀时，加剧局部腐蚀；
8.1 大气腐蚀
1. 干的大气腐蚀－没形成连续的电解质膜， 膜层只有几个分子腐蚀速度很小
2. 潮的大气腐蚀－形成连续的电解质膜，膜厚1mm时，氧易于扩散进入界面， 腐蚀速度迅速增加 金属与比其表面湿度高的空气接触时，空气中的水蒸汽可在金属表面凝 结而使金属表面润湿
3. 湿的大气腐蚀－液膜增厚，氧扩散阻力增大，腐蚀速度降低
8.1 大气腐蚀
三. 影响大气腐蚀的主要因素
1. 大气湿度－临界相对湿度（化学腐蚀－电化学腐蚀） 2. 温度和温差－温差比温度影响更大（影响水汽的凝聚及水膜中气体和盐类的溶解度） 3. 酸、碱、盐－介质改变，影响金属表面膜的稳定性 4. 腐蚀性气体－SO2、HCl、H2S、NH3 5. 固体颗粒、表面状态等因素影响
4. 水膜厚度大于1mm，速度略下降 大气腐蚀速度与表面潮湿程度之间存在一定的关系
8.1 大气腐蚀
二. 大气腐蚀过程和机理
湿度和温度是引起金属在大气中腐蚀的重要原因
1. 金属表面上的水膜 （1）水气膜的形成－不可见液膜（水汽达到饱和时，在金属表面发生凝结现象） 毛细凝聚 气相中的饱和蒸汽压与同它相平衡的液面曲率半径有关（结构缝隙、灰尘） 吸附凝聚 材料表面对水分子的吸附作用所形成薄的水分子层 （吸水性化合物） 化学凝聚 材料与吸附在表面的水发生化学作用，水在材料蚀过程和机理
3. 大气腐蚀机理 （1）氧化膜影响－氧去极化控制 （2）锈层参与阴极反应－成为阴极去极化剂 （3）锈层增厚，锈层电阻增大，氧的渗入困难，锈层的阴极极化作用减弱，
此外附着性好的锈层内层，由于活性阳极面积的减小，阳极极化增大，
大气腐蚀机理与污染物密切相关－SO2加快金属腐蚀速度，通过减小 阳极的钝化作用（SO2含量在大气中很少，但其在水中的溶解度比氧 高1300倍）