金属铜的腐蚀.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2,*,大气环境污染对金属的腐蚀,影响,及控制方法,班级：,090124,成员：学号,0110,1,2025/4/29 周二,金属腐蚀因素,除温度、介质浓度、温度变化外，气体、微粒对铜腐蚀也有影响,此仅讨论,NaCl,和,SO,2,对,Cu,的腐蚀影响及其控制方法,2,2025/4/29 周二,铜性能简介,铜具有优良的性能，如导电性、导热性、耐蚀性，可用做管道、电刷，医学上可用于抗癌,3,2025/4/29 周二,铜表面腐蚀产物,薄膜：大气中，铜及其合金表面会形成一层 膜,仅,1,到几个分子层,成因：物理吸附,范德华力或极性力；化学吸附,化学键力,区别：物理吸附不明显,化学吸附复杂（气体种类、金属特性、润湿时间）,4,2025/4/29 周二,NaCl:在海洋、工业环境,Cu,2,O溶解产生铜离子,与氯离子反应形成CuCl,2,之后离子配对、再沉积形成碱式氯化铜,SO,2,：铜暴露在含SO,2,大气中,腐蚀产物主要为硫酸盐,暴露工业大气中则为碱式硫酸铜Cu,4,(SO,4,)(OH),6,5,2025/4/29 周二,铜腐蚀：化学腐蚀和电化学腐蚀。,NaCl,和,SO,2,对,Cu,腐蚀主要参与电化学过程,铜电化学腐蚀主要有阳极铜的金属溶解，阴极多为氧气的还原放电,6,2025/4/29 周二,条件电解液膜达到,20,30,个水分子层时，就可以发生电化学腐蚀。达到临界相对湿度后，电解液会吸附大气中气体、微粒等,7,2025/4/29 周二,NaCl,、,SO,2,对,Cu,腐蚀影响,NaCl：海洋大气、工业大气,SO,2,：工业大气、有机物燃烧、火山活动,差异：沿海地区、重工业地区相对多一点，内陆地区、非重工业地区相对较少一点,8,2025/4/29 周二,相对湿度影响,NaCl,溶解,铜表面沉积氯化钠后，吸湿性增强，易成膜。在室温下，,NaCl,吸湿溶解的临界相对湿度为,75%,，大于超过此临界值，铜表面形成一层,NaCl,电解液,事实上在相对湿度低于,75%,，也可以形成,NaCl电解液,9,2025/4/29 周二,原因：毛细凝聚效应,毛细凝聚效应：盐粒和金属表面之间存在缝隙，缝隙促使大气环境中水分以毛细效应吸附在盐粒和金属表面形成的缝隙中并部分溶解氯化钠，使得氯化钠在相对低的湿度条件下仍然可以参与铜的大气腐蚀过程,结论：相对湿度越大，铜腐蚀更严重,10,2025/4/29 周二,影响电位分布,开尔文探针技术：随着相对湿度的增加以及暴露时间的延长，氯化钠沉降区电位下降，靠近盐粒沉降区域周围的电位高，远离盐粒沉降区域的电位则相对更高一点，即沉降区表现为阳极，更容易引发腐蚀，局部腐蚀,盐浓差，氧浓差,11,2025/4/29 周二,铜暴露在大气环境下，先生成CuO和Cu2,O,甚至更复杂，氧化物附着在铜表面形成一层氧化膜,当环境中含有大量Cl,-,时，可通过Cu,2,O 的溶解,产生铜离子，与Cl,-,反应形成CuCl,2,，通过许多随后的溶解、离子配对和再沉积步骤形成,Cu,2,Cl,2,（OH）,3,反应：,Cu,2,O（s）+4Cl,-,+2H,+,2CuCl,-,2,+H,2,O,2Cu,+,+Cl,-,+3H,2,O Cu,2,Cl,2,（OH）,3,+3H,+,12,2025/4/29 周二,NaCl,、,SO,2,共存时铜腐蚀,存在形式：SO,2,吸附沉降在铜表面电解液时，以水和二氧化硫（SO,2,H,2,O）、亚硫酸氢根（HSO,3,-,）亚硫酸根（,SO,3,2-,),大气中的SO,2,溶解于水膜中降低了水膜的pH 值，增强了电解液的导电性，加速了铜腐蚀产物的生成，其中由于氯化钠的存在使得SO,2,形成硫酸的途经多样化。一般条件下SO,2,与NaCl 协同作用下铜的主要腐蚀产物是Cu,4,SO,4,（OH）,6,，CuO,2,，CuSO,4,，Cu,2,Cl（OH）,3,13,2025/4/29 周二,在酸性电解液中，局部稳定性较差的,Cu,2,O,被破坏，而表面阳极破坏处为腐蚀微电池的阳极区，促使铜发生腐蚀溶解生成溶解度更小的,Cu,4,SO,4,（,OH,）,6,结论：,SO,2,促进了碱式氯化铜和碱式硫酸铜的生成,142025/4/29 周二,二次扩展现象,铜的大气腐蚀，电化学机理，附着在铜表面的水珠中央发生阳极溶解，而在水珠的边缘区域发生电解液的二次扩散现象,水珠边缘及二次扩展区域电解液层较薄，氧气容易扩散到金属表面，阴极反应更加倾向于在水珠边缘以及二次扩展区域内发生，这样就在水珠边缘以及二次扩展区域建立电偶，阳极过程主要发生在水珠区域内，阴极过程主要发生在二次扩展区域，同时,SO,2,使,PH,减小使得铜表面,/,电解液的界面张力改变很小，抑制了二次扩展,15,2025/4/29 周二,铜在人造污染介质中的腐蚀失重与试验时间的关系曲线,16,2025/4/29 周二,1.0.1mol/L NaCl,21mol/L NaCl,3.0.01mol/L NaHSO,3,4.0.1mol/L NaHSO,3,5.0.01mol/L NaHSO,3,+0.01mol/L NaCl,6.0.1mol/L NaHSO,3,+0.1mol/L NaCl,17,2025/4/29 周二,结论：,SO,2,和,NaCl,均可加速铜的大气腐蚀速率，单独而言,SO,2,对铜腐蚀影响更大,NaCl,和,SO,2,会使腐蚀过程多样化，腐蚀产物的多样化，两者同时存在时腐蚀更严重,18,2025/4/29 周二,腐蚀形貌图样,19,2025/4/29 周二,防护措施,由于金属是在一定的条件下使用的，因此 材料结构形状、大气环境不可改变，因此防护方法主要从铜表面入,手,合金化：掺入,Si,、,Gr,、,Al,、,Mn,等其他元素形成合金，表面氧化成膜,表面涂镀：在铜表面通过表面工程技术添加防护镀层，可隔离金属与环境之间的接触，延长铜寿使用寿命，如：陶瓷、油漆涂层,20,2025/4/29 周二,适当的热处理工艺,缓蚀剂：阳极型、阴极型；氧化膜型和沉淀膜型；如胺型和吡啶型缓蚀剂,苯并三唑、六次甲基四胺；协同效应,21,2025/4/29 周二,谢谢！,22,2025/4/29 周二,