大气腐蚀及其影响的研究

10.4.1.1 特点及影响因素

1.特点 大多数金属材料是暴露在大气中的，因此大气腐蚀对零件寿命的影响十分重要。地区不同，大气的成分也不相同。除了空气的基本成分外，大气中还可能含有CO₂、SO₂、NO₂、盐分及水气等。决定大气腐蚀速度和形态的是零件表面潮湿程度，因此大气中的水气是最关键的成分。根据零件表面的潮湿程度，可将腐蚀分为以下四种情况，如图10-26所示。

图10-26 大气腐蚀速度和水膜厚度关系

（1）零件表面存在肉眼可见的水膜（厚度为1μm～1mm）时，称为湿大气腐蚀。

（2）当相对湿度低于100%，且存在肉眼看不见的水膜（厚度为10nm～1μm）时，称为潮大气腐蚀。

（3）表面水膜厚度小于1nm（几个分子厚度）时，为干大气腐蚀。

上图中Ⅰ区是干大气腐蚀；Ⅱ区是潮大气腐蚀；Ⅲ区、Ⅳ区是湿大气腐蚀。

2.影响因素 我国地域辽阔，一年四季各地区的气候特征各不相同，如果按气候分有：高原气候带、寒温带、中温带、暖温带、亚热带及热带；如果按大气中含有的有害杂质，可分为：乡村大气、海洋性大气、城郊大气以及工业大气等环境。影响大气腐蚀的因素很多，主要有大气成分、湿度及温度等。

图10-27 Fe的腐蚀程度与相对湿度的关系

（1）结露及雨水的影响。当金属表面温度低于环境温度时，此时空气中的水蒸气将凝结在金属表面上，这种现象称为结露。各种金属都有一个腐蚀速度开始急剧增加的湿度范围，把这个湿度范围称为临界湿度。钢及Cu合金的临界湿度约为50%～170%。图10-27所示为Fe的腐蚀程度与相对湿度的关系，小于临界相对湿度时腐蚀极缓慢，可以认为几乎不发生腐蚀。

雨水加剧金属腐蚀，因为降雨后空气中湿度增大；另外雨水冲刷金属表面，破坏了原有的腐蚀产物，也会促进腐蚀。当然雨水也可以将金属表面的灰尘、盐分等洗掉，减缓腐蚀，但是这种作用效果不大。

（2）大气成分的影响。大气的基本成分及所含杂质见表10-20～表10-22。

表10-20 大气的基本组成（不包括杂质，10℃）

表10-21 大气中杂质组分（大气中污染物质）

表10-22 大气中典型杂质的含量

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1）SO₂的影响。大气介质中的SO₂对金属的腐蚀影响最大，因为SO₂可氧化成SO₃，SO₃遇到H₂O后成为H₂SO₄（SO₃+H₂O=H₂SO₄），所以能造成严重腐蚀。以煤、石油为燃料的废气中含有大量的SO₂，且冬季燃料消耗比夏季多，所以冬季SO₂的污染更严重，对腐蚀的影响也更大。图10-28所示为大气中SO₂含量对碳钢腐蚀的影响。

2）NaCl的影响。在海岸附近的大气中含有许多微小的海水水滴，蒸发后变成NaCl颗粒，这种颗粒附着在金属表面后有吸湿作用，并且增大了表面液膜的导电性，由于Cl-本身又有腐蚀性，因此加剧了腐蚀作用。图10-29所示为钢的腐蚀量与海盐颗粒含量及离海岸距离的关系。

图10-28 大气中SO₂含量对碳钢腐蚀的影响

图10-29 钢的腐蚀量与海盐颗粒含量及离海岸距离的关系

（3）温度的影响。在临界湿度附近能否结露和气温变化有关，当湿度一定时，温度高低对腐蚀有很大影响。图10-30所示为通过气温（B）和相对湿度求出的露点温度（A），其中斜线为环境湿度。

图10-30 露点湿度表

（4）材料的影响。钢中含有少量Cu[w（Cu）=0.2%～0.5%]、Cr、Ei、Mo等可提高耐大气腐蚀能力的元素，两种以上元素共存时效果更好。例如，Cu-P、Cu-P-Cr、Cu-P-Cr-Ei系的钢耐大气腐蚀能力比碳钢高5～8倍。

10.4.1.2 大气腐蚀试验

大气腐蚀试验分为大气腐蚀暴露试验和加速试验两种。大气腐蚀暴露试验比较接近实际，但各种影响因素无法控制，试验周期长。为了提高试验速度，尽快取得试验结果，常常采用加速试验。

1.大气腐蚀暴露试验 按照试验目的选择有代表性的地区，如农村、城市、工业区、滨海地区及内陆地区等，设置大气腐蚀试验站，并测量该地区对腐蚀影响的各种因素，例如温度、降雨量、风向和风速、湿度、日照量以及大气成分等。

根据不同目的可用较小试片，也可采用实物。试样的表面积与重量比要大，通常是用薄片、薄壁型钢、管子和金属丝等，一般面积以不小于10cm²为宜，但也不宜过大。可将试样整齐地排列在试样架上，并且应不妨碍空气流通，不互相遮挡阳光。试样要定期进行测量（例如每隔半年、一年或几年）。具体试验方法参看国标GB/T 14165—2008及GB/T14293—1998。

2.大气腐蚀加速试验 最常用的是各种类型喷雾箱。将试样放入喷雾箱中，用压缩空气喷雾器把腐蚀剂雾化后喷进箱内。箱内温度、湿度以及喷入的雾气温度等都要控制在规定范围。加速试验法有以下几种。

（1）中性盐雾试验。这是应用最早的EaCl溶液喷雾试验法，主要用来鉴定钢材及其保护层的质量，参看GB/T 10125—1997。

（2）醋酸盐雾试验。在EaCl水溶液中加入少量冰醋酸，使其pH值为3.1～3.3。该试验主要用于不锈钢和具有多层电镀层钢材的检验，也适用于Al的阳极氧化膜。

（3）含Cu的醋酸盐雾试验。在醋酸盐雾中加入少量Cu盐以加速腐蚀，腐蚀速度比醋酸盐雾试验快4～6倍。主要用于不锈钢和多种金属镀层的检验。

为了模拟工业大气腐蚀，还有向喷雾箱或潮湿箱中通入SO₂气体的加速试验。