01 大气腐蚀概述
金属材料或构筑物在大气条件下发生化学或电化学反应引起材料的破损称为大气腐蚀。大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。全世界在大气中使用的钢材量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械设备、车辆等都是在大气环境下使用。大气腐蚀而损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上，因此了解和研究大气腐蚀的机理、影响因素及防止方法是非常必要的。
02 大气腐蚀分类
全球范围大气主要成分几乎不变的，其中的水分含量将随地域、季节、时间等条件而变化。参与大气腐蚀过程的是氧和水气，二氧化碳。根据金属表面的潮湿程度的不同，把大气腐蚀分为三类:
1)干大气腐蚀。干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀。特点是在金属表面形成不可见的保护性氧化膜(1~10nm)和某些金属失泽现象。如铜、银等在被硫化物污染的空气中所形成的一层膜。
2)潮大气腐蚀。潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层(10nm~1μm)发生的腐蚀。如铁没受雨淋也会生锈。
3)湿大气腐蚀。湿大气腐蚀指金属在相对湿度大于100%，如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上，表面存在肉眼可见的水膜(1μm ~1mm)发生的腐蚀。
腐蚀速度与水膜厚度的规律如下图：
1)区域I 金属表面只有约几个水分子厚(1~10nm)水膜，还没有形成连续的电解质溶液，相当于干的大气腐蚀．腐蚀速度很小。
2)区域II 金属表面水膜厚度约在1μm时，由于形成连续电解液层，腐蚀速度迅速增加，发生潮的大气腐蚀。
3)区域III 水膜厚度增加到1mm时，发生湿的大气腐蚀，氧通过该膜扩散到金属表面显著困难，因此腐蚀速度明显下降。
4)区域IV 金属表面水膜厚度大于1mm，相当于全浸在电解液中的腐蚀，腐蚀速度基本不变。
03 大气腐蚀机理
大气腐蚀特点是金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，腐蚀规律符合电化学腐蚀规律。
当金属表面形成连续的电解液薄层时,大气腐蚀的阴极过程主要是氧去极化。
阴极过程:O2+2H20+4e→40H-
阳极过程:Me→Men++ne
铁、锌等金属全浸在还原性酸溶液中,阴极过程主要是氢去极化，城市污染的大气所形成的酸性水膜下，这些金属的腐蚀主要是氧去极化腐蚀。在薄液膜下,阳极过程受较大阻滞，氧更易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。阳极钝化及金属离子化过程困难造成阳极极化。 当液膜增厚，相当于湿的大气腐蚀时，氧到达金属表面有一个扩散过程，腐蚀过程受氧扩散过程控制。潮的大气腐蚀主要受阳极过程控制； 湿大气腐蚀主要受阴极过程控制。
大气腐蚀条件不同，锈层成分和结构是很复杂的。大气腐蚀的锈层处在潮湿条件下，锈层起强氧化剂作用,在锈层内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:
6FeOOH+2e→2Fe3O4+2H2O
锈层参与了阴极过程，下图为Evans锈层模型图
•由图可见，锈层内发生Fe3+→Fe2+的还原反应，锈层参与了阴极过程。
•锈层干燥时，外部气体相对湿度下降时，锈层和底部基体钢在大气中氧的作用下，锈层重新氧化成Fe3+的氧化物，在干湿交替的条件下，锈层加速钢腐蚀过程。•碳钢锈层结构一般分内外两层：
•内层紧靠钢和锈的界面上，附着性好，结构较致密，主要由致密的带少许Fe3O4晶粒和非晶FeOOH构成；
•外层由疏松的结晶α-FeOOH和γ-FeOOH构成。
04 工业大气中金属腐蚀特点
工业大气中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大气的腐蚀作用，加快金属的腐蚀速度．
石油、煤等燃科的废气中含SO2最多，在城市和工业区SO2的含量可达0.1~100mg/m3。
1)Air很纯时,腐蚀速度很小,随湿度增加仅有轻微增加。
2)在污染的空气中，空气相对湿度低于70%时，即便长期暴露，腐蚀速度也是很慢。但SO2有存在的条件下，当相对湿度略高于70%时，腐蚀速度急剧增加。
3)被硫酸铵和煤烟粒子污染的空气加速金属腐蚀。
05 影响大气腐蚀的因素及防蚀方法
•湿度
湿度是决定大气腐蚀类型和速度的一个重要因素。把大气腐蚀速度开始剧增时的大气相对湿度值称为临界湿度。对于铁、钢、铜、锌，临界湿度约在70%~80%之间。由图7可见，湿度小于临界湿度，腐蚀速度很慢，几乎不腐蚀。若把湿度降至临界湿度以下，可防止金属发生大气腐蚀。
•大气成分
地理环境不同，有SO2、H2S、NaCl及尘埃等杂质。它们不同程度地加速腐蚀。特别是SO2。煤、石油燃烧的废气中都含有大量SO2, 冬季燃料消耗多，SO2污染更严重，对腐蚀的影响也就更大。
铁、锌等金属在SO2大气中生成易溶的硫酸盐化合物，它们的腐蚀速度和大气中SO2含量呈直线关系上升。
海洋大气中含有较多的微小的NaCl颗粒,它们落在金属的表面上,有吸湿作用,增大了表面液膜层的电导，氯离子本身有很强的侵浊性,因而使腐蚀变得更严重。
•尘埃
大气中固体颗粒称为尘埃。其组成复杂，除海盐粒外，还有碳和碳化物、硅酸盐、氮化物、铵盐等固体颗粒。城市大气中尘埃含量约2mg/m3，工业大气中的尘埃甚至可达1000mg/m3以上。
尘埃对大气的影响有以下几点：
1)尘埃本身具有腐蚀性，如铵盐颗粒能镕入金属表面的水膜，提高电导或酸度促进腐蚀。
2)尘埃本身无腐蚀作用，但能吸附腐蚀物质，如碳粒能吸附SO2和水气生成腐蚀性的酸性溶液。
3)尘埃沉积在金属表面形成缝隙而凝聚水分，形成氧浓差引起缝隙腐蚀。
露置在大气环境中的金属构件和仪器设备应当防尘。
06 防止大气腐蚀的方法
1)提高金属材料的耐蚀性 在碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni及稀土元素可提高其耐大气腐蚀性能。例如，美国的Cor-Ten钢(Cu-P-Cr-Ni系低合金钢)，其耐大气腐蚀性能为碳钢的4~8倍。
2)采用气相缓蚀剂及有机和无机涂层及金属镀层。
3)利用包覆防腐技术，可以充分挖掘金属材料蕴含的高附加值，赋予装备新的生命，最大限度地保障装备的使用寿命，具有显著的节能环保特色。包覆防腐技术采用防蚀膏+防蚀带+外防护带三层结构，适用于各类异形、复杂结构的防腐修复，该项技术可带锈施工，无需机械除锈，在将表面浮锈、杂物清理干净后即可进行包覆防腐，施工过程中无需固化时间，可一次性连贯性施工，大大节省施工时间；包覆防腐材料中含有性能优良的防锈成分，能够强有力的粘附在金属表面，起到优良、长效保护作用，从而达到与设备、装备同寿命的防腐效果。
4)降低大气湿度, 主要用于仓储金属制品的保护。
5)合理设计构件．防止缝隙中存水，去除金属表上的灰尘等都有利于防蚀, 开展环境保护，减少大气污染，不仅有利于人民健康, 而且对延长金属材料在大气中使用寿命也是相当重要的。
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