[科普中国]-大气腐蚀作用

释义

气腐蚀作用(Atmospheric Corrosion)是指暴露于大气中的物体、构件等(如金属、材料、制品、文物及建筑物等)表面与大气污染物接触发生化学反应，而导致其破坏的现象。最常见的如铁的生锈和石雕像的侵蚀等。其原因是大气中的酸性物质(如二氧化硫、氮氧化物气体、硫酸雾、硝酸雾等)溶入附着在铁或石雕表面的水中，形成了硫酸或硝酸溶液，从而发生了电化学和化学腐蚀。一般用油漆涂层、高分子材料覆盖保护层或在材料中添加防蚀剂等措施来预防。1

影响因素环境不论在露天或密闭的环境中，大气都能使金属产生腐蚀。但是在露天，由于下雨、潮湿的空气及杂质的影响，其腐蚀速度要比密闭的环境中快得多。以上这些因素又因不同时间和地点而异，所以金属材料在大气中的腐蚀速度变化很大。

季节许多地方冬季的相对湿度大(80～95%)，而夏季的相对湿度较小(60-80%)，因此这些地方在冬季金属材料更易腐蚀，以铁为例，其冬季的腐蚀速度几乎是夏季的五倍。

空气中杂质空气中的杂质对腐蚀速度的影响要比湿度的影响严重得多，特别是灰尘、二氧化硫、氯、氨、二氧化氮以及硫化氢等杂质的影响更大。在某些城市，按含量空气中灰尘是第一位，但它对金属材料表面的腐蚀影响不大。除了石灰石和水泥的粉尘在潮湿情况下能使铝腐蚀以外，其余大多数化学性不活泼的灰尘危害甚微。空气中最重要的污染成分是SO2，煤燃烧时产生了SO2，在冬天它能达到很高的浓度。空气中的SO2直接影响金属材料的腐蚀速度。此外，沿海地区空气中盐的含量，特别是氯化物的含量，对金属材料的腐蚀起着重要作用。远离产生有害杂质的污染中心，可以减少腐蚀。

雨水雨水使金属材料处于潮湿状态，并将空气中的杂质沉积在金属材料的表面上，因而加速金属材料的腐蚀。但是，雨水又可以冲洗掉它表面上的腐蚀介质，这样，降低其腐蚀速度。污染轻微的雨水，其pH值约为6；而接近某些工业设备的场所附近，由于污染严重，雨水中的pH值可能低于3(酸性强烈)。

一般说来，在密闭和有覆盖物的地方，大气中的湿度同样对金属有腐蚀影响。即使金属表面上没有杂质沉积物，但是冷凝水能导致空气中的湿度增加(例如水管)。密闭地方的湿度往往与露天不同，例如在冬天，取暖的房间内湿度较低；在夏天，地下室里的湿度则较高。但是总的来说，室内腐蚀的危害性比室外要小。当然也有例外的情况。例如室内游泳池和自来水厂(空气中有游离的氯化物)、马棚(有氨气)以及化学实验室等是例外的。因为这些地方总会有两种不同的金属组合的构件，它们在潮湿状态下，则产生电化学腐蚀的危害。2

典型金属材料耐大气腐蚀的特性铝相对来说铝比较活泼，因此在空气中易被氧化。但是产生的氧化铝和氢氧化铝的保护层，组织密致，附着性好。所以铝在空气中氧化，反而好处很多，最初生成的反应物保护表面不再继续腐蚀。当表面受到破坏时，厚度小于0.1毫米的保护层能很快地得到恢复(即具有自复性)。阳极氧化，能提高铝的防腐性能，如果提高铝的纯度或添)加Mg、Si、Mn的合金成份，也能改善铝的腐蚀性能。在工业区和海洋空气中，经常处于潮湿环境中，又受到强烈的化学腐蚀时，铝的表面腐蚀加剧，形成了体积增大的反应物，而且表面粗糙，容易聚附灰尘。如果这种较厚的腐蚀反应物反复干透，并牢固地附着在铝的表面上，它也能阻止铝的继续腐蚀。

铅铅在空气中稳定，甚至受到工业污染物作用时，其稳定性亦良好。因为铅与SO2接触发生氧化，形成微溶的硫酸铅保护层。与大量CO2接触，形成碳酸铅的保护膜。故铅在空气中稳定性很好。

钢铁金属材料最重要的大气腐蚀是钢铁生锈。研究这一问题，不仅有重要的经济意义，而且也促进了钢铁防腐措施的很大发展。

空气中相对湿度>65%时，钢铁开始发生明显的腐蚀。在干燥环境中且空气清洁，或水温在摄氏零度以下，对钢铁都没有腐蚀危害。由于钢铁中不同的组织结构，形成了局部电位差(例如：锈-铁；碳的微粒-铁等)，在电解溶液中产生几百微伏的电动势，使带电粒子(电子和离子)运动，即形成了电荷和电离物质的运动，因此产生电流，由溶解的铁和水与氧反应，形成水合氧化铁。这种反应物沉积在钢铁表面上成为锈斑，如果继续氧化则产生了铁锈层。这种铁锈层是单个腐蚀性原电池反应物的总和。例如二氧化硫和氯化物，即使浓度很低，也能加速钢铁腐蚀并使之复杂化。这一过程检测SO2的样品可以得到证实，即在适当的催化剂作用下，SO2经氧化后形硫酸。因为钢铁表面腐蚀特别是发生在保护层的腐蚀，形成可溶的铁化合物，表面出现锈斑，如果采取合理的预防措施或选用合适的建筑材料，就可以减少腐蚀。

铜铜是金属建筑材料中最不活泼的金属，因此，铜耐大气腐蚀性最好。在空气中其表面最初形成了深褐色或炭灰色的一氧化铜保护层，几年之内保护层变成绿色铜锈，铜锈是Cu(OH)2、CuCO3、CuSO4和CuCl2的混合物，其各种成分的比例与周围空气中成分有关。铜锈牢固地附着在铜的基体上，抗风化性能良好。铜锈在海洋空气中大约4～6年形成，在工业区空气中5年左右形成，而在农村空气中大约20～30年才能形成，起到保护作用的铜锈具有自复性。铜合金与纯铜一样耐腐蚀，总的说来，黄铜耐蚀性稍差，锡青铜耐蚀性较好一些。

锌锌在大气中的腐蚀，与SO2、空气相对湿度和含盐量以及地区有关，在密闭的地方锌特别稳定。氧化锌，氢氧化锌和羟基碳酸锌形成稳定的保护层，并具有自复性。在建筑物内、由于潮湿作用，锌受到冷凝水影响时，腐蚀加剧，在镀锌水管上、地下管道和镀锌钢板上形成的冷凝水，如果不能及时蒸发掉，则产生了白色的腐蚀物。锌长期被冷凝水覆盖住，即使空气中没有二氧化碳或不与二氧化碳接触，也会很快被腐蚀，甚至锌管发生穿孔。如果镀锌钢板锌层是密致的，则和纯锌板一样具有相同的耐化学腐蚀性能。钛锌合金的锌板已经使用了好多年，其成分中含有钛0.12%，钢0.14-0.16%、铝0.01 %。机械性能良好，强度稳定，延展性好。此外，由于形成含有二氧化钛的保护层，耐大气腐蚀性能很好。因为这种保护层有比较活泼的特性，即使保护层被破坏，钢材仍然得到保护，根据长期观察，如果只受到轻微的破坏，保护层的作用仍十分良好。2