江西紅壤對(duì)鋼的腐蝕講解

江西紅壤對(duì)鋼的腐蝕講解第1頁/共22頁土壤顏色差異及成因

影響土壤顏色的主要原因有土壤中腐殖質(zhì)含量的多少、土壤中所含化合物的種類以及土壤的風(fēng)化變質(zhì)程度

1.首先，土壤顏色的深淺與腐殖質(zhì)有關(guān)腐殖質(zhì)含量多時(shí)，土壤呈黑色，譬如北方寒地黑土；腐殖質(zhì)含量少時(shí)，土壤呈灰色，如新疆灰漠土2.其次，土壤的顏色還與土壤中所含化合物的種類有關(guān)氫氧化鐵為紅色，在土壤中含量多時(shí)，土壤便呈現(xiàn)不同程度的紅、棕紅及棕黃色

二氧化硅、碳酸鈣、高嶺土、氫氧化鋁等為白色，土壤中含任何一種這類化合物時(shí)，即呈灰白、淺灰或黃灰色第2頁/共22頁3.第三，土壤的顏色還和其風(fēng)化變質(zhì)程度有很大的關(guān)系

紅壤是在高溫高濕條件下，礦物發(fā)生強(qiáng)烈的風(fēng)化產(chǎn)生大量可溶性的鹽基、硅酸和含鋁鐵物質(zhì)鹽基和硅酸進(jìn)入地下水后流走。含鋁鐵物質(zhì)則積累下來，在干燥條件下發(fā)生脫水形成無水的Fe2O3和Al2O3，紅色的赤鐵礦使土壤呈現(xiàn)紅色黃壤是鐵質(zhì)未完全氧化而呈現(xiàn)的紫色土壤則主要是由于成土年齡較短，其母巖是中、新生代沉積的紫色頁巖或砂頁巖第3頁/共22頁土壤的地域分布

由于地形和氣候等差異，北方地區(qū)多黑土和黃土，部分地區(qū)有鹽堿土。黑土是溫帶草原地帶和森林地帶所特有的土壤。因冬季寒冷、土地封凍，土壤里形成了大量的腐殖質(zhì)，使土壤呈黑色，較為肥沃，其主要分布于東北地區(qū)。南方地區(qū)多紅壤、黃壤以及水稻土。紅壤是亞熱帶常綠闊葉林地帶發(fā)育的土壤。因高溫多雨的氣候，風(fēng)化強(qiáng)烈，可溶性礦物被淋失，氧化鐵等礦物增多，使土壤呈紅色。

第4頁/共22頁黑色土壤紫色土壤第5頁/共22頁紅色土壤灰色土壤

第6頁/共22頁各地區(qū)土壤的成分及特點(diǎn)各地區(qū)土壤理化性質(zhì)對(duì)比地點(diǎn)土壤種類pH電阻率Ω.m含鹽量w/%W（HCO-）/%w(Cl)/%w(SO4）/%鷹潭紅壤4.8>6280.00590.00170.00140.0013廣州赤紅壤5.5>6280.00910.002600.0078深圳赤紅壤6.1>6280.01290.00070.00100.0078沈陽草甸土7.437.50.04460.00830.00170.0139成都黃粘土8.126.90.04030.01680.00170.0114新疆棕漠土8.539.60.66900.00920.13220.3236大港海濱鹽土8.60.421.96690.02071.09450.1120第7頁/共22頁金屬在酸性土壤中的腐蝕機(jī)理金屬在土壤中的腐蝕,絕大多數(shù)是電化學(xué)腐蝕.金屬在酸性土壤介質(zhì)中也必然和在其它土壤介質(zhì)一樣同時(shí)存在陰極和陽極兩個(gè)過程,兩個(gè)過程以相等的速度進(jìn)行,但不在同一區(qū)域.為了研究金屬材料在酸性土壤中的腐蝕規(guī)律,必須了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的基本理論陰極過程:金屬在酸性土壤中腐蝕,陰極過程是控制步驟.當(dāng)pH>4時(shí),這個(gè)過程受氧輸送控制,氧向地下金屬構(gòu)件表面擴(kuò)散,是一個(gè)非常緩慢的過程,與傳統(tǒng)電解液的腐蝕不同,就在于氧的進(jìn)入不僅受到緊靠著陰極表面的電解質(zhì)的限制,而且還受到陰極周圍土層的阻礙.陰極過程為:O2+2H2O+4e-——4OH-第8頁/共22頁當(dāng)pH<4時(shí),陰極反應(yīng)為氫的放電:2H++2e-——H2在我國酸性土壤中,絕大多數(shù)pH>4,也就是陰極主要以氧氣擴(kuò)散為主.陽極過程:陽極金屬發(fā)生溶解,在酸性較強(qiáng)的土壤中,Fe以離子狀態(tài)存在于土壤中Fe——Fe2﹢+2e當(dāng)pH>4時(shí),Fe2﹢+2OH-——Fe(OH)22Fe(OH)2+1/2O2+H2O——2Fe(OH)3第9頁/共22頁Fe(OH)3不穩(wěn)定,轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的產(chǎn)物Fe(OH)3——FeOOH（堿式氧化亞鐵）+H2O第10頁/共22頁影響酸性土壤腐蝕的因素影響酸性土腐蝕,有多種因素,其中主要有:(1)交換性鋁(2)Cl-和so42-(3)土壤電阻率(4)含水量(5)pH值1.交換性鋁金屬在強(qiáng)酸性土壤中,受到很強(qiáng)的腐蝕.但在有機(jī)質(zhì)和有機(jī)酸含量很高的緩沖性能較強(qiáng)的土壤中,即使pH呈中性,對(duì)金屬也有較大的腐蝕性,這是因?yàn)橛袡C(jī)酸與鋁的絡(luò)合促進(jìn)了鋁的溶解,隨著有機(jī)酸濃度的增加,這種促進(jìn)作用加強(qiáng).pH<5的酸性土壤都含有相當(dāng)數(shù)量的交換性鋁.隨著pH的降低(如加HCl),其活性鋁化合物比較容易釋放Al3+:AlO—OH+3H+——Al3++2H2O則溶液中Al3+的濃度和土體表面交換性鋁的數(shù)量增加.當(dāng)陰極以氫放電為主時(shí),部分氫離子參與鋁的溶解,勢必使陰極反應(yīng)速度減慢,從而,減小了陽極金屬的溶解速度;隨著pH的升高(如施石灰),則交換性鋁水解生成羥基鋁化合物:Al3++2H2O——AlO-OH+3H+第11頁/共22頁

當(dāng)陰極以氫放電為主時(shí),氫離子濃度增加,使陰極反應(yīng)加劇,從而使陽極溶解加劇.2.土壤中Cl-及SO4

的影響土壤中Cl-及SO4是影響金屬材料在土壤中腐蝕的主要因素,主要對(duì)不銹鋼有很大的影響，酸性及中性土壤中Cl及SO4含量較少,而新疆及大港堿性土壤中Cl及SO4含量較高,埋設(shè)于土壤中的不銹鋼表面的鈍化膜在Cl及SO4的作用下,鈍化膜遭受破壞而成為陽極,其周圍表面為大陰極,在這種大陰極小陽極的腐蝕電池作用下產(chǎn)生點(diǎn)蝕坑,不銹鋼雖有著良好的抗全面抗蝕性能,但是不銹鋼易產(chǎn)生點(diǎn)蝕.晶間腐蝕,通常缺點(diǎn)是抗應(yīng)力腐蝕開裂、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕第12頁/共22頁

3.土壤電阻率土壤電阻率是一個(gè)綜合性因素,是土壤介質(zhì)導(dǎo)電能力的反映,是酸性土壤腐蝕中不可忽略的一個(gè)重要因素.一般來講,當(dāng)電阻率較大時(shí),腐蝕電路中的電流較小,腐蝕較輕微;當(dāng)電阻率較小時(shí),腐蝕電路中的電流較大,腐蝕較嚴(yán)重.而在酸性土壤中,土壤電阻率很高(>300歐?米),腐蝕卻很嚴(yán)重.這與土壤其他成分因素有關(guān)4.含水量水分是使土壤成為電解質(zhì),造成電化學(xué)腐蝕的先決條件.當(dāng)含水量低時(shí),腐蝕速率隨含水量的增加而增加;達(dá)到某一含水量時(shí),材料的腐蝕率最大;再增加含水量,其腐蝕反而下降如果將土壤介質(zhì)中的金屬腐蝕看作一個(gè)腐蝕電池的話,在含水量較低時(shí),含水量的增加,使腐蝕電池回路中的電阻變小,腐蝕性增加,直到某一臨界值,土壤中可溶鹽全部溶解,回路電阻達(dá)到最小,進(jìn)一步提高含水量,則可溶鹽濃度降低,土壤膠粒膨脹,空隙變小,陰極過程受阻,土壤腐蝕性降低第13頁/共22頁

5.pH值土壤酸堿性是土壤的很多化學(xué)性質(zhì),特別是鹽基狀況的綜合反應(yīng).土壤的酸堿度包括酸性強(qiáng)度(pH)和容量(酸度總量、緩沖性能)兩方面.土壤酸堿性對(duì)金屬腐蝕的影響是多途徑的.在強(qiáng)酸性土壤中,H+的去極化過程,直接影響陰極極化.隨著pH的降低,氫的去極化電極電位增加,陰極電位升高,腐蝕電流增加,腐蝕速度加快.隨著pH的升高,氧開始參與陰極反應(yīng),當(dāng)pH升高到一定值時(shí),陰極以氧放電為主.當(dāng)腐蝕決定于微電池或距離不太長的宏電池時(shí),腐蝕主要為陰極過程來控制.而絕大多數(shù)pH為4.5~9.0的土壤中陰極去極化過程是氧的還原,與氫離子濃度無直接關(guān)系.只有在pH<4.5的強(qiáng)酸性土壤中,陰極去極化過程才是氫離子的放電.第14頁/共22頁我們已經(jīng)了解了紅壤的成分特點(diǎn)及腐蝕鋼的主要因素，但是對(duì)于不同鋼種各個(gè)因素起到的作用大小不同常見鋼種分類碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼碳素工具鋼合金工具鋼不銹鋼耐熱鋼其他鋼種第15頁/共22頁下面以碳素結(jié)構(gòu)鋼，不銹鋼及合金鋼為例

碳素結(jié)構(gòu)鋼——Q235鋼該鋼種主要受到含水量的影響腐蝕前10%H2O第16頁/共22頁20%H2O30%H2O第17頁/共22頁1Cr18Ni9Ti不銹鋼不銹鋼在酸性及中性土壤中腐蝕輕微,在高鹽堿性土壤中腐蝕比中酸性土壤稍微嚴(yán)重些,而且出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象;土壤中Cl及SO4是影響不銹鋼腐蝕的最主要因素,隨著土壤Cl及SO4增多,不銹鋼的腐蝕失重近似線性增大;土壤pH值也是影響不銹鋼腐蝕的主要因素,土壤pH值增加,腐蝕失重緩慢增大,當(dāng)土壤pH值達(dá)到8.5以上時(shí),腐蝕失重急劇增大;自然腐蝕電位能大致上反映不銹鋼在土壤中的腐蝕行為,腐蝕電位較正,腐蝕輕微,腐蝕電位較負(fù),腐蝕較嚴(yán)重.第18頁/共22頁

合金材料在具有高土壤電阻率、低可溶鹽含量及高含水率的酸性紅壤中,碳鋼與Ly11鋁合金腐蝕得嚴(yán)重,鉛與H60黃銅腐蝕得也較重,1Cr13不銹鋼腐蝕得較微。第19頁/共22頁總結(jié)1.酸性土壤的腐蝕機(jī)理為電化學(xué)腐蝕2.酸性紅壤的質(zhì)地含水率、pH值及可溶鹽含量主要決定著對(duì)土壤中金屬的腐蝕行為