1、大氣環(huán)境污染對金屬的腐蝕影響及控制方法,班級：090124 成員：學(xué)號0110,金屬腐蝕因素,除溫度、介質(zhì)濃度、溫度變化外，氣體、微粒對銅腐蝕也有影響,此僅討論NaCl和SO2對Cu的腐蝕影響及其控制方法,銅性能簡介,銅具有優(yōu)良的性能，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性，可用做管道、電刷，醫(yī)學(xué)上可用于抗癌,銅表面腐蝕產(chǎn)物,薄膜：大氣中，銅及其合金表面會形成一層 膜,僅1到幾個(gè)分子層 成因： 物理吸附, 范德華力或極性力；化學(xué)吸附,化學(xué)鍵力 區(qū)別：物理吸附不明顯,化學(xué)吸附復(fù)雜（氣體種類、金屬特性、潤濕時(shí)間）,NaCl:在海洋、工業(yè)環(huán)境, Cu2O溶解產(chǎn)生銅離子,與氯離子反應(yīng)形成CuCl2,之后離子配對、再

2、沉積形成堿式氯化銅 SO2：銅暴露在含SO2大氣中, 腐蝕產(chǎn)物主要為硫酸鹽, 暴露工業(yè)大氣中則為堿式硫酸銅Cu4(SO4)(OH)6,銅腐蝕：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。NaCl和SO2對Cu腐蝕主要參與電化學(xué)過程 銅電化學(xué)腐蝕主要有陽極銅的金屬溶解，陰極多為氧氣的還原放電,條件：電解液膜達(dá)到2030個(gè)水分子層時(shí)，就可以發(fā)生電化學(xué)腐蝕。達(dá)到臨界相對濕度后，電解液會吸附大氣中氣體、微粒等,NaCl、SO2對Cu腐蝕影響,NaCl：海洋大氣、工業(yè)大氣 SO2：工業(yè)大氣、有機(jī)物燃燒、火山活動 差異：沿海地區(qū)、重工業(yè)地區(qū)相對多一點(diǎn)， 內(nèi)陸地區(qū)、非重工業(yè)地區(qū)相對較少一點(diǎn),相對濕度影響NaCl溶解,銅表面沉積氯

3、化鈉后，吸濕性增強(qiáng)，易成膜。在室溫下，NaCl吸濕溶解的臨界相對濕度為75%，大于超過此臨界值，銅表面形成一層NaCl電解液 事實(shí)上在相對濕度低于75%，也可以形成NaCl電解液,原因：毛細(xì)凝聚效應(yīng) 毛細(xì)凝聚效應(yīng)：鹽粒和金屬表面之間存在縫隙，縫隙促使大氣環(huán)境中水分以毛細(xì)效應(yīng)吸附在鹽粒和金屬表面形成的縫隙中并部分溶解氯化鈉，使得氯化鈉在相對低的濕度條件下仍然可以參與銅的大氣腐蝕過程 結(jié)論：相對濕度越大，銅腐蝕更嚴(yán)重,影響電位分布,開爾文探針技術(shù)：隨著相對濕度的增加以及暴露時(shí)間的延長，氯化鈉沉降區(qū)電位下降，靠近鹽粒沉降區(qū)域周圍的電位高，遠(yuǎn)離鹽粒沉降區(qū)域的電位則相對更高一點(diǎn)，即沉降區(qū)表現(xiàn)為陽極，更容

4、易引發(fā)腐蝕，局部腐蝕 鹽濃差，氧濃差,銅暴露在大氣環(huán)境下，先生成CuO和Cu2O ,甚至更復(fù)雜，氧化物附著在銅表面形成一層氧化膜 當(dāng)環(huán)境中含有大量Cl-時(shí)，可通過Cu2O 的溶解,產(chǎn)生銅離子，與Cl-反應(yīng)形成CuCl2，通過許多隨后的溶解、離子配對和再沉積步驟形成 Cu2Cl2（OH）3 反應(yīng)： Cu2O（s）+4Cl- + 2H+ 2CuCl-2+ H2O 2Cu+ + Cl- +3H2O Cu2Cl2（OH）3 + 3H+,NaCl、SO2共存時(shí)銅腐蝕,存在形式：SO2吸附沉降在銅表面電解液時(shí)，以水和二氧化硫（SO2 H2O ）、亞硫酸氫根（HSO3-）、亞硫酸根（SO32-) 大氣中的S

5、O2溶解于水膜中降低了水膜的pH 值，增強(qiáng)了電解液的導(dǎo)電性，加速了銅腐蝕產(chǎn)物的生成，其中由于氯化鈉的存在使得SO2形成硫酸的途經(jīng)多樣化。一般條件下SO2與NaCl 協(xié)同作用下銅的主要腐蝕產(chǎn)物是Cu4SO4（OH）6，CuO2，CuSO4，Cu2Cl（OH）3,在酸性電解液中，局部穩(wěn)定性較差的Cu2O被破壞，而表面陽極破壞處為腐蝕微電池的陽極區(qū)，促使銅發(fā)生腐蝕溶解生成溶解度更小的Cu4SO4（OH）6 結(jié)論：SO2促進(jìn)了堿式氯化銅和堿式硫酸銅的生成,二次擴(kuò)展現(xiàn)象,銅的大氣腐蝕，電化學(xué)機(jī)理，附著在銅表面的水珠中央發(fā)生陽極溶解，而在水珠的邊緣區(qū)域發(fā)生電解液的二次擴(kuò)散現(xiàn)象 水珠邊緣及二次擴(kuò)展區(qū)域電解液

6、層較薄，氧氣容易擴(kuò)散到金屬表面，陰極反應(yīng)更加傾向于在水珠邊緣以及二次擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)發(fā)生，這樣就在水珠邊緣以及二次擴(kuò)展區(qū)域建立電偶，陽極過程主要發(fā)生在水珠區(qū)域內(nèi)，陰極過程主要發(fā)生在二次擴(kuò)展區(qū)域，同時(shí)SO2使PH減小使得銅表面/電解液的界面張力改變很小，抑制了二次擴(kuò)展,銅在人造污染介質(zhì)中的腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線,1. 0.1mol/L NaCl 2. 1mol/L NaCl 3. 0.01mol/L NaHSO3 4. 0.1mol/L NaHSO3 5. 0.01mol/L NaHSO3+0.01mol/L NaCl 6. 0.1mol/L NaHSO3+0.1mol/L NaCl,結(jié)論：SO2 和NaCl 均可加速銅的大氣腐蝕速率，單獨(dú)而言SO2 對銅腐蝕影響更大 NaCl 和SO2會使腐蝕過程多樣化，腐蝕產(chǎn)物的多樣化，兩者同時(shí)存在時(shí)腐蝕更嚴(yán)重,腐蝕形貌圖樣,防護(hù)措施,由于金屬是在一定的條件下使用的，因此 材料結(jié)構(gòu)形狀、大氣環(huán)境不可改變，因此防護(hù)方法主要從銅表面入手 合金化：摻入Si、Gr、Al、Mn等其他元素形成合金，表面氧化成膜 表面涂鍍：在銅表面通過表面工程技術(shù)