3)因阳极钝化而具有高的起始极化率的金属。 4)在土壤条件下不发生阳极溶解的金属，如Ti、Ta是完全钝化稳
定的。
5.2.3.2
阴极过程的特点
(1)土壤中气相或液相的定向流动 定向流动的程度取决于土壤表
层温度的周期波动、大气压力及土壤湿度的变化、下雨、风吹及 地下水位的涨落等因素。
(2)在土壤的气相和液相中的扩散 氧的扩散过程是土壤中供氧的
5.1.1 大气腐蚀的定义和特点
金属材料暴露在空气中，由于空气中的水和氧的化学和电化 学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。
最常见的大气腐蚀现象——生锈 世界钢产量60%以上的钢材是在大气环境中使用 大气 腐蚀损失的金属约占总腐蚀损失量的50%以上； 对于某些功能材料(如微电子线路)、装饰材料及文物，即使 是轻微的大气腐蚀有时也是不允许的。
5.2.5
土壤腐蚀的影响因素
5.2.5.1 材料因素的影响 5.2.5.2 土壤性质的影响
5.2.5.3 杂散电流和微生物对土壤腐蚀的影响
5.2.5.4 土壤腐蚀性的估计
图5-7 土壤中新旧管道 连接形成的腐蚀电池 1—旧管(阴极) 2—新管(阳极)
5.2.5.1
材料因素的影响
钢铁是地下构件普遍采用的材料。铸铁、碳钢、低合金钢在 土壤中的腐蚀速度并无明显差别。冶炼方法、冷加工和热处理对 其土壤腐蚀行为影响不大，腐蚀速度约为0.2mm/a。通常，金属 的腐蚀速度随着在地下埋置时间的增长而逐渐减缓。
5.2.2
土壤电解质的特性
(1)多相性 土壤由土粒、水、空气等固、液、气三相组成，结构 复杂，而且土粒中又包含着多种无机矿物质以及有机物质。 (2)多孔性 在土壤的颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙，孔隙中 充满了空气和水。 (3)不均匀性 从小范围看，有各种微结构组成的土粒、气孔、水 分的存在以及结构紧密程度的差异。 (4)相对固定性 土壤的固体部分对于埋在土壤中的金属表面可以 认为是固定不动的，仅土壤中的气相和液相可作有限的运动。
2016年6月11日
(2) 固体颗粒的影响 固体颗粒对大气腐蚀影响的方式可分为三种：
颗粒本身具有腐蚀性，如NaCl颗粒及铵盐颗粒，颗粒有吸湿作用， 溶于金属表面水膜中，提高了电导和酸度，阴离子又有很强的侵蚀 性；
颗粒本身无腐蚀作用，但能吸附腐蚀性物质，如碳粒能吸附SO2及 水汽，冷凝后形成酸性溶液；
5.1.4.1 湿度
当金属表面处于比其温度高的空气中，空气中的水蒸气将于 液体凝结于金属表面上，这种现象称为结露。
空气中的湿度越大，金属与空气的温差越大，越容易结露， 而且金属表面上的电解液膜存在的时间越长，腐蚀速度也相应越 大。
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5.1.4.2 温度
结露与环境的温度有关。统计结果表明，在其他条件相 同时，平均气温高的地区，大气腐蚀速度较大。昼夜温度变化 大，也会加速大气腐蚀。
（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
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5.1.3.1 大气腐蚀初期的腐蚀机理
(1)阴极过程 通常是氧的去极化反应，即：O2+2H2O+4e→4OH酸性介质： O2+4H++4e→2H2O
当从全浸状态下 的腐蚀转变为大气腐蚀时，阴极过程由氢去极化为 主转变为氧去极化为主
(2)阳极过程
在薄液膜下，大气腐蚀阳极过程会受到较大阻碍，阳极钝化及金属 离子水化过程的困难是造成阳极极化的主要原因。
5.1.3 大气腐蚀机理
大气腐蚀是金属处于表面膜层电解液膜下的腐蚀过程，因此 大气腐蚀主要是电化学腐蚀，遵从电化学腐蚀的一般规律；同时 ，由于干湿交替，电极过程又有自身特点。
5.1.3.1 5.1.3.2 5.1.3.3 5.1.3.4 大气腐蚀初期的腐蚀机理 锈层形成后的腐蚀机理 锈层的结构和保护性 耐候钢锈层结构的特点
5.1.3.4 耐候钢锈层结构的特点
耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是通过合金化在钢中加入一定量 的Cu、P、Cr、Ni、Mo等合金元素形成的具有优异的耐大气腐 蚀性能的低合金钢。
2016年6月11日
5.1.4 大气腐蚀的分类
大气腐蚀的影响因素比较复杂，但主要因素有： 湿度
主要 因素
温度
大气 成分
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露 点 温 度 表
2016年6月11日
5.1.4.3 大气成分
(1) SO2的影响 在大气污染物中，SO2的影响最为严重。 SO2促进金属大气 腐蚀的机理主要有： 一部分SO2在高空中能直接氧化成SO3，溶于水中生成 H2SO4 一部分SO2被吸附在金属表面，与Fe作用生成FeSO4， FeSO4进一步氧化并由于强烈的水解作用生成硫酸
颗粒既非腐蚀性，又不吸附腐蚀性物质，如砂粒落在金属表面能形
成缝隙而凝聚水分，形成氧浓差的局部腐蚀条件。
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5.1.5 防止大气腐蚀的措施
提高材 料的耐 蚀性

合理设 计和环 境保护
措施
改变局 部大气 环境
表面涂 层保护
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5.2 土壤腐蚀
5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 土壤腐蚀的定义和特点 土壤电解质的特性 土壤腐蚀的电极过程 土壤中的腐蚀电池 土壤腐蚀的影响因素 防止土壤腐蚀的措施
5.2.3
土壤腐蚀的电极过程
5.2.3.1 阳极过程的特点 5.2.3.2 阴极过程的特点 5.2.3.3 土壤腐蚀的控制特征
5.2.3.1
Sn等。
阳极过程的特点
1)阳极溶解时没有显著阳极极化的金属，如Mg、Zn、Al、Mn、 2)阳极溶解的极化率较低，并决定于金属离子化反应的过电位，
如Fe、碳钢、Cu、Pb。
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5.1.3.2 锈层形成后的腐蚀机理
Evans提出处于湿润条件下的铁锈层可以起到强氧化剂的作 用。 阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上： Fe→Fe2+ + 2e 阴极反应发生在Fe3O4 /FeOOH界面上： 8FeOOH + Fe2+ + 2e→3 Fe3O4 + 4H2O
图5-6 管道在结构不同的土壤中 所形成的氧浓差电池
5.2.4
土壤中的腐蚀电池
(1)长距离腐蚀宏电池 埋设于地下的长距离金属构件通过组成、 结构不同的土壤时形成长距离宏电池。 (2)土壤的局部不均一性所引起的腐蚀宏电池 土壤中石块等夹杂 物的透气性比土壤本体差，使得该区域金属成为腐蚀宏电池的阳 极，而和土壤本体区域接触的金属就成为阴极。 (3)埋设深度不同及边缘效应所引起的腐蚀宏电池 即使金属构件 被埋在均匀的土壤中，由于埋设深度的不同，也能造成氧浓差腐 蚀电池。 (4)金属所处状态的差异引起的腐蚀宏电池 由于土壤中异种金属 的接触、温差、应力及金属表面状态的不同，也能形成腐蚀宏电 池，造成局部腐蚀。
2016年6月11日
大气腐蚀不是一种腐蚀形态，而是一类腐蚀的总称。一般情 况下，大气腐蚀以均匀腐蚀为主，还可以发生点蚀、缝隙腐蚀、 电偶腐蚀、微动腐蚀及应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
2016年6月11日
5.1.2 大气腐蚀的分类
引起大气腐蚀的主要成分是水和氧，特别是能使金属表面湿 润的水，是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程的主要因素。
止电解液中的情况相似；在疏松干燥的土壤中，腐蚀过程转变为 阳极控制占优势(图5-5b)，这时腐蚀过程的控制特征近似于大气
腐蚀；对于由长距离宏电池作用下的土壤腐蚀，如地下管道经过
透气性不同的土壤形成氧浓差腐蚀电池时，土壤的电阻成为主要 的腐蚀控制因素，其控制特征是阴极-电阻混合控制或者甚至是
电阻控制占优势
图5-1 大气腐蚀速度与金属 表面水膜厚度的关系
2016年6月11日
一般按照金属表面潮湿度——电解液膜层的存在状态，把大 气腐蚀分为以下三类：
干大气 腐蚀
潮大气 腐蚀
湿大气腐蚀
2016年6月11日
（1）干大气腐蚀 在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在液膜层的腐蚀称为 干大气腐蚀。 特点： 金属表面的吸附水膜厚度不超过 10nm 没有形成连续的电解液膜（I区） 腐蚀速度很低，化学氧化的作用较 大 在金属表面形成一层保护性氧化膜 案例： – 金属Cu、Ag等在含有硫化物污染了的 空气中失泽
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。
图5-8 含0.1N(5.85g/L)NaCl的土壤中 水含量和钢管的腐蚀速度(Ⅰ) 及长距离宏电池作用(Ⅱ)
5.2.5.2
土壤性质的影响
1)孔隙度(透气性) 较大的孔隙度有利于氧渗透和水分保存，而 它们都是腐蚀初始发生的促进因素。 2)水含量 土壤中水含量对腐蚀的影响很大，并且与引发腐蚀的 电池类型有关。 3)电阻率 土壤电阻率与土壤的孔隙度、水含量及盐含量等许多 因素有关。 4)酸度 土壤酸度的来源很复杂，可能来自土壤中的酸性矿物质 ，或来自生物和微生物的生命活动所形成的有机酸和无机酸，甚 至来自于工业污水等人类活动造成的土壤污染。 5)盐含量 通常土壤中盐含量约为80～1500×10-6。
主要途径。
图5-5 不同土壤条件下的腐蚀过程控制特征 a)阴极控制——大多数土壤中的微电池腐蚀 b)阳极控制——疏松干燥土壤中的微电池腐蚀 c)阴极-电阻控制——长距离宏电池腐蚀