姓名：段平学号：2010214145 科目：腐蚀与材料保护指导老师：陈存华大气腐蚀的研究进展摘要：大气腐蚀是指在环境温度下由于空气中的水气、氧气以及污染物质等的电化学或者化学作用而引起的金属腐蚀，电化学腐蚀是由潮湿大气所引起的，即金属表面存在着许多肉眼看不见的薄膜液层和凝结水膜层，大气腐蚀主要是氧通过金属表面所形成液膜的扩散，而发生氧去极化的腐蚀。

而化学腐蚀是由于干大气所引起的。

关键词：大气腐蚀；种类；原因；影响；金属；措施正文：一、大气腐蚀的种类通过大气含水的多少可以将大气腐蚀分为三种。

（1）干的大气腐蚀：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：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：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。

Rh指的是相对湿度。

还可以通过其他的条件进行分类，具体划分见下表：大气环境腐蚀分类腐蚀类型腐蚀速度（mm/a）腐蚀环境等级名称环境气体类型相对湿度（年平均）% 大气环境I 无腐蚀＜1.001 A ＜60 乡村大气II 弱腐蚀0.001～0.025AB 60～75＜60乡村大气城市大气III 轻腐蚀0.025～0.050 ABC＞7060～75＜60乡村大气城市大气工业大气IV 中腐蚀0.050～0.2 BCD＞7060～75＜60城市大气工业大气和海洋大气V 较强腐蚀0.2～1.0CD＞7060～75工业大气VI 强腐蚀1～5 D ＞75 工业大气腐蚀气体分级气体类型腐蚀物质名称腐蚀物质含量（mg/m3）气体类型腐蚀物质名称腐蚀物质含量（mg/m3）A 二氧化碳二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢＜2000＜5.5＜0.05＜0.01＜0.1＜0.1＜0.05C二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢10～2005～105～1005～251～55～10B 二氧化碳二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢＞20000.5～100.01～50.01～50.1～50.1～10.05～5D二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢200～100010～100＞10025～1005～1010～100注：当大气中同时含有多种腐蚀气体时，腐蚀级别取最高的一种或几种为基准。

大气中腐蚀气体的腐蚀程度空气相对湿度气体类别腐蚀程度≤60 A 弱腐蚀B 弱腐蚀C 中等腐蚀D 强腐蚀61～75 A 弱腐蚀B 中等腐蚀C 中等腐蚀D 强腐蚀＞75 A 中等腐蚀B 中等腐蚀C 强腐蚀D 强腐蚀二、大气腐蚀的特点及其影响因素大气腐蚀的特征主要分为三个方面：（1）氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。

（2）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；在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝化；（3）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；此外，腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。

大气腐蚀不是一成不变的，它较易受到其他因素的影响。

如：（1）气候条件：湿度、降水量、温度、日照量；（2）大气污染物质：SO2：能强烈促进钢铁的大气腐蚀盐粒：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导电性，氯离子还具有强腐蚀性。

烟尘：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质，或者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝聚。

一般来说，大气腐蚀不是单一环境因子的叠加, 是诸多环境因子综合作用的结果。

当雨、露等环境因素使金属表面生成水膜的厚度适于进行电化学反应时, 大气腐蚀反应通畅, 若水膜中溶有较大量的大气污染因素, 如SO3和NO2等, 则大气腐蚀加速。

金属材料及其制品与所处自然大气环境间因气象和环境因素的作用而引起的金属变质、甚至破坏的现象称为金属的大气腐蚀. 金属大气腐蚀是自然界普遍存在的腐蚀现象, 由此产生的金属损失约占金属年损失量的一半以上。

因此为了环境的可持续发展，也能够较大量的节约成本和原材料，必须采取一系列的有关措施。

由于大气环境下形成的水膜往往含有水溶性的盐类及溶入的腐蚀性气体。

则可以看出影响腐蚀的主要因素有湿度、大气腐蚀性成分等。

得到相应的预防大气腐蚀的措施有：（1）选用耐蚀材料，如耐蚀钢比普通碳钢耐大气腐蚀性能高2—4倍；（2）采用覆盖层防护；（3）降低环境相对湿度；（4）采用防锈油、缓蚀剂等。

三、大气腐蚀的研究历程。

大气腐蚀的研究从以前到现在已经经过了不短的历程，我们所采取的研究方法也从准确性较差，有较大的偶然性的实验向高精度、高密度、高效率，充分运用了现代高科技的研究方式。

接下来我将粗略的介绍一些以前的传统研究方法和现代的电化学研究方法。

3.1、大气腐蚀的传统研究方法3.11 大气环境暴露试验大气环境暴露试验包括户外暴露试验和室内暴露试验. 自然环境下的暴露试验一直是研究大气腐蚀最通常的试验方法. 大气暴露试验的优点是较能反映现场实际情况, 所得的数据直观、可靠. 可以获得户外自然环境下金属的腐蚀特征、腐蚀规律, 用来估算该环境下金属的使用寿命, 为合理选材、有效设计和制定产品防护标准提供依据. 一般来说, 大气环境暴露试验周期长, 而且试验结果是多种环境因素共同作用的反映.长期以来, 现场暴露实验一直是研究大气腐蚀最可靠、最丰富的信息来源. 虽然它能反映出材料与环境相互作用的真实性, 但它依然存在着许多难以克服的缺点: （1）实验周期长, 至少需要3~ 5 年时间,不能满足工艺、生产的迫切需要;（2）持续时间长, 测得的腐蚀速率等结果往往是很长一段时间内的平均结果, 由于大气环境具有复杂性, 即使以天来计算也是相当粗糙的;（3）大气腐蚀具有复杂性和多样性的特点, 一般是多种腐蚀因素共同作用的结果, 因此难以评估每个变量所起的作用;（4）由于大气环境具有多变性的特点, 难以进行深入的腐蚀机制研究.3.12 室内加速腐蚀试验室内加速腐蚀试验包括盐雾试验、膏泥腐蚀试验( Corrodkote 试验) 、电解腐蚀试验( EC 法) 、二氧化硫气体腐蚀试验和干P湿交替复合循环试验等. 其中盐雾试验被认为是模拟海洋大气对不同金属( 有保护涂层或无保护涂层) 作用的最有用的实验室加速腐蚀试验方法, 并且与室外大气腐蚀试验具有良好的相关性 ; 膏泥腐蚀试验主要适用于Cr、Cu-Ni-Cr和Ni-Cr 镀层的加速腐蚀试验. 一般认为60 年代发展起来的泥膏腐蚀试验具有过程快速、重现性好、与室外大气试验相关性好等优点。

目前, 室内加速实验方法已发展到数十种之多, 常用的有以下几种:1.盐雾试验方法；2.气体腐蚀试验；3.腐蚀膏试验；4.电解腐蚀试验；5.湿热试验方法；6.周浸循环试验。

一般而言, 室内加速腐蚀试验常用的试验装置主要有盐雾箱、湿热箱、二氧化硫腐蚀试验箱及浸渍干湿交替复合循环试验机. 长期以来在试验装置上未有大的改进, 目前中科院腐蚀所正在设计加工一种新型大气腐蚀试验箱, 称做模拟腐蚀综合试验箱.它的特点是集盐雾箱、湿热箱、SO2 腐蚀试验箱及干P湿交替复合循环试验机于一身, 另外还可以用它研究紫外线对一些材料( 如高分子材料) 腐蚀的影响.相信它的问世将极大促进室内加速腐蚀试验的研究.3.2 大气腐蚀的电化学研究方法金属的大气腐蚀是电化学腐蚀的一种特殊形式, 是金属表面处在薄层电解质液膜下的电化学腐蚀过程。

因此, 大气腐蚀过程既服从电化学腐蚀的一般规律, 又具有大气腐蚀的特点。

3.22 大气腐蚀监测电池ACM测量金属在气体环境中腐蚀速度的快速方法主要有两类: 第一类是电阻探针, 即利用金属腐蚀后电阻变化来反映腐蚀状况。

这种探头结构简单, 但测量数据的可靠性较差, 而且不能反映瞬间腐蚀速度的变化。

第二类是电化学探测电池, 即所谓的大气腐蚀监测电池ACM ( Atmospheric Corrosion Monitor),它是根据薄膜电化学电池的电流讯号来反映大气环境腐蚀性强弱。

ACM 又分为两种类型: 一种是双电极原电池式的ACM, 另一种是三电极电解电池式的ACM。

双电极式ACM 是由两种不同种类的多个金属薄片( 如Fe-Cu, Fe-Zn 等) 交替排列组合而成,前一种ACM的每一片金属都用绝缘物( 如聚酯薄膜, 聚四氟乙烯膜或树脂等) 隔开, 并将其中的同一材料并接引出, 然后用环氧树脂浇铸封闭,最后打磨, 裸露出金属片截面, 以便薄层水膜能在该截面上形成。

只要将这种ACM 连接到恒电位仪( 充当零阻电流表) 上, 便可测量阳极金属的耐蚀性以及牺牲阳极法对阴极的保护能力。

三电极式ACM 是由同一种金属片按[AWRWA] n 排列方式组合而成, R 代表参比电极。

组合方式与双电极ACM 相似。

三电极式ACM 常用于测量电化学参数, 如阻抗、腐蚀电流、Tafel 斜率等, 这种类型的ACM 也是研究大气腐蚀机理强有力的工具。

但是, G W Walter 等加工的ACM 在实际应用中仍然存在不少问题。

首先, 国外较多采用的Fe-Cu 双电极ACM, 所测试验数据结果的平行性、重现性和反映环境变化的灵敏度都不够好。

其次, ACM 试验尚未建立标准试验方法，这对实验的设计和发展造成了较大的困扰。

3.23 Kelvin 探头参比电极技术80 年代后期, Stratmann 及其合作者首先将Kelvin 探头参比电极技术应用到金属腐蚀的研究中, 对环境试验中大气腐蚀的电化学研究测试带来了突破性进展, 可不接触测定体系而对薄液层乃至吸附液层下的金属进行电化学测量, 可测得薄液膜下的金属的电极电位及金属在极薄液膜下的极化曲线, 进而研究金属的大气腐蚀规律, 从而克服了三电极电化学方法在大气腐蚀研究中的受到的限制。

利用Kelvin 装置测定薄液层下金属的电极电位不仅具有较高的分辨率和稳定性, 且易于按常规电极电位进行标定。

Kelvin探头工作原理如下: 用导线将覆盖一层薄电解液膜的试样与一平行的振动金属电极( 如Au) 连接起来, 两者之间仅有几毫米的间隙, 当Au 电极振动时, 两平行的金属电极间形成的电容随振动而变化。

两平行电极间电容的变化将引起回路中有一交变电流通过, 此电流为同周期正弦信号,如在平板上加一反向补偿电位, 调节补偿电位使交变电流为零, 此时的电压则为两金属间的电位差ΔΨ , 它实际上等于Au 电极与溶液外电位之差。

ΔΨ与腐蚀电位Ecorr 有如下关系: Ecorr= ΔΨ + C 。

ΔΨ和常数C 为实验可测值, 由上式可知腐蚀电位与ΔΨΔΨ成线性关系。

因此, 可在不接触电解液膜的情况下测量金属电极的腐蚀电位, 同时还可测得金属电极表面薄液膜的极化曲线, 进而研究金属的大气腐蚀规律。

四、大气腐蚀的研究的发展趋势随着时代的进步，科技在不断地更新，大气腐蚀的研究也不能一直停留在原本的基础上，我们也要随着时代的步伐前进。