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材料大氣腐蝕的八大環(huán)境因素

更新時(shí)間:2013-05-16      點(diǎn)擊次數:4473

材料大氣腐蝕效應主要由各種環(huán)境因素共同、協(xié)同或交互作用決定。這些環(huán)境因素可分為決定性因素和加速性因素。對于不同的材料其環(huán)境因素各不相同。例如,金屬材料其決定性因素是能形成可見(jiàn)水膜和不可見(jiàn)水膜的因素(降雨、凝露、融雪、霜、降霧和相對濕度等),即決定電化學(xué)腐蝕能否發(fā)生的因素;加速性因素主要是大氣污染(腐蝕性成分)和氣溫等影響腐蝕速率的因素??傮w來(lái)講,大氣環(huán)境中的環(huán)境因素主要包括以下八種。

一、相對濕度

相對濕度是影響金屬大氣腐蝕的zui主要因素之一。在金屬大氣腐蝕過(guò)程中,大氣中水分在金屬表面凝聚而生成水膜和氧氣通過(guò)水膜進(jìn)入金屬表面是發(fā)生大氣腐蝕的基本條件,水膜的形成與大氣中的相對濕度相關(guān)。不同物質(zhì)或不同物質(zhì)的不同表面狀態(tài)對于水分子的吸附能力不同,物體表面形成水膜與物體本身特性有著(zhù)密切的關(guān)系。當空氣中相對濕度達到臨界值時(shí),水分在金屬表面形成水膜,從而促進(jìn)電化學(xué)過(guò)程的發(fā)展,腐蝕速度迅速增加,這時(shí)的相對濕度稱(chēng)為金屬臨界相對濕度。常用金屬大氣腐蝕的臨界相對濕度分別為:鋼鐵65%,鋅70%,銅60%,鎳70%,鋁76%。金屬的臨界相對濕度因金屬表面狀態(tài)不同而不同,金屬表面越粗糙,臨界相對濕度也越低。所以金屬表面上沾有易于吸潮的鹽類(lèi)或灰塵等,其臨界值也會(huì )降低。另外,空氣中的相對濕度還影響金屬表面水膜的厚度和干濕交替的頻率。

如前所述,大氣中相對濕度的高低,對裝藥的吸濕、分解、變質(zhì)具有重要影響;另外,對塑料老化的速度亦有一定的影響。一般說(shuō)來(lái),相對濕度大,易于引起材料的加速老化。

二、氣溫

大氣溫度及變化是影響大氣腐蝕的重要因素。因為它影響金屬表面水蒸氣的凝聚,水膜中各種腐蝕氣體和鹽類(lèi)的溶解度、水膜的電阻,腐蝕電解池中陰、陽(yáng)極過(guò)程的反應速度。溫度的影響應與大氣相對濕度綜合起來(lái)考慮。當相對濕度低于金屬臨界相對濕度時(shí),溫度對大氣腐蝕的影響很小,無(wú)論氣溫多高,在干燥環(huán)境下金屬腐蝕輕微。但當相對濕度達到金屬臨界相對濕度時(shí),溫度的影響就十分明顯。按一般化學(xué)反應,溫度每升高10,反應速度升高2倍。

大氣環(huán)境中的氣溫并不高,但是在大氣環(huán)境中由于同時(shí)有光、氧等因素的參與和配合,這時(shí),熱的因素對高分子材料的老化就起加速作用,氣溫越高,加速作用越大。此外,大氣的氣溫會(huì )隨地區和季節的變化而變化,日夜之間也有溫差,這種冷熱交替的作用對某些高分子材料的老化也會(huì )產(chǎn)生一定的影響。

三、日照時(shí)間

日照時(shí)間對于高分子材料和涂層的大氣腐蝕(老化)關(guān)系較為密切。日照時(shí)間越長(cháng),高分子材料老化速度越快。陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)雖然量很少,但光能量卻很大,它對許多高分子材料的破壞性很大,是引起高分子材料老化zui主要的因素;紅外線(xiàn)對高分子材料老化亦起重要影響,因為材料吸收紅外線(xiàn)后轉變?yōu)闊崮?,熱能夠加速材料的老化;可?jiàn)光對材料的老化也有影響,因為在一定條件下,可見(jiàn)光同樣能夠引發(fā)某些高聚物降解以及對含有顏料的高分子材料起破壞作用。

對于金屬材料,日照時(shí)間越長(cháng),金屬表面水膜消失越快,降低表面潤濕時(shí)間,反而會(huì )使腐蝕總量減少。

四、氧和臭氧

氧能和許多物質(zhì)發(fā)生氧化反應。鋼鐵的銹蝕就是鐵與氧發(fā)生氧化反應的結果。高分子材料的老化,實(shí)際上也是在熱參與下或者在光的引發(fā)下進(jìn)行的氧化反應,或者是兩者兼有之的氧化反應的過(guò)程。

臭氧對高聚物的作用同氧一樣,主要是起氧化反應。例如,對不飽和橡膠,大多數臭氧均與雙鍵結合,生成臭氧化物,這種臭氧化物很不穩定,重排為異臭氧化物,使分子鏈斷裂。試驗表明:臭氧作用于受應力變形的橡膠,使分子鏈斷裂,出現與應力作用方向垂直的裂紋,稱(chēng)為“臭氧龜裂”;作用于不變形的橡膠,則僅表面生成氧化膜而不龜裂。臭氧的化學(xué)活性比氧高得多,因而破壞性也比氧大。

五、降雨

降雨對金屬的大氣腐蝕具有兩種主要影響:一方面由于降雨增大了大氣中的相對濕度,使金屬表面變濕,加速了金屬大氣腐蝕過(guò)程;但另一方面,因降雨能沖洗掉金屬表面的污染物和灰塵,減少了液膜的腐蝕性而減緩腐蝕過(guò)程,這在海洋大氣環(huán)境中極為明顯。另外,由于大氣中的雨水溶解了空氣中的污染物,如S02、Cl-等,能促進(jìn)腐蝕進(jìn)程。我國酸雨地區雨水的pH值?。▃ui低值僅有3.5),腐蝕嚴重。

對于高分子材料,降雨能將材料的表面灰塵沖洗掉,使其受大陽(yáng)光照射更充分,從而有利于光老化的進(jìn)行。雨水,特別是凝露形成的水膜,能夠滲入材料的內部,使高分子材料體系內某些水溶性物質(zhì)、增塑劑和含親水基團的物質(zhì)被水所溶解、抽提或吸收,從而逐步改變材料的物料組成和比例,加速材料老化。水是引起油漆涂層起泡的根本原因。

六、風(fēng)向和風(fēng)速

在污染環(huán)境中,風(fēng)向影響污染物的傳播,直接關(guān)系到腐蝕速度。風(fēng)向隨季節的不同而有所變化,在判別腐蝕因素作用時(shí)應加以注意。風(fēng)速對表面液膜的干濕交替頻率有一定影響,在風(fēng)沙環(huán)境中風(fēng)速過(guò)大對金屬表面的磨蝕能起到一定的作用。

七、降塵

固體塵粒對腐蝕的影響,一般有三種情況:塵粒本身具有可溶性和腐蝕性,當溶解于液膜中時(shí)成為腐蝕性介質(zhì),增加腐蝕速度;塵粒本身無(wú)腐蝕性,也不溶解,但能吸附腐蝕性物質(zhì),當溶解在水膜中時(shí),促進(jìn)腐蝕過(guò)程;本身無(wú)腐蝕性和吸附性,但落在金屬表面上可能使沙粒與金屬表面間形成縫隙,易于水分凝聚,甚至發(fā)生局部腐蝕。

八、生物因素

對于高分子材料老化的外部因素,除了物理和化學(xué)因素外,尚包括生物因素。生物因素主要是:微生物和昆蟲(chóng)的影響和破壞。微生物(霉菌和細菌)在適宜的溫度、濕度條件下能在某些高分子材料表面上長(cháng)霉,主要是因為這些高分子材料體系內一些增塑劑及油脂類(lèi)化合物等給霉菌提供了養料,使霉菌得以寄生和繁殖。昆蟲(chóng)類(lèi)(如白蟻、蟑螂)則會(huì )蛀食高分子材料。

這八大因素我們在環(huán)境試驗設備領(lǐng)域就衍生了高低溫濕熱試驗箱、紫外老化試驗箱、氙燈老化試驗箱、臭氧老化試驗箱、淋雨試驗箱、沙塵試驗箱、霉菌試驗箱等設備。

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