氣腐蝕作用(Atmospheric Corrosion)是指暴露於大氣中的物體、構件等(如金屬、材料、製品、文物及建築物等)表面與大氣污染物接觸發生化學反應，而導致其破壞的現象。最常見的如鐵的生鏽和石雕像的侵蝕等。其原因是大氣中的酸性物質(如二氧化硫、氮氧化物氣體、硫酸霧、硝酸霧等)溶入附著在鐵或石雕表面的水中，形成了硫酸或硝酸溶液，從而發生了電化學和化學腐蝕。一般用油漆塗層、高分子材料覆蓋保護層或在材料中添加防蝕劑等措施來預防。
基本介紹
- 中文名：大氣腐蝕作用
- 外文名：Atmospheric Corrosion
- 學科：環境化學
- 作用：腐蝕
- 影響因素：環境、季節、雜質、雨水等
- 涉及材料： 鋁、鉛、鋼鐵、銅、鋅
釋義,影響因素,環境,季節,空氣中雜質,雨水,典型金屬材料耐大氣腐蝕的特性,鋁,鉛,鋼鐵,銅,鋅,
釋義
氣腐蝕作用(Atmospheric Corrosion)是指暴露於大氣中的物體、構件等(如金屬、材料、製品、文物及建築物等)表面與大氣污染物接觸發生化學反應，而導致其破壞的現象。最常見的如鐵的生鏽和石雕像的侵蝕等。其原因是大氣中的酸性物質(如二氧化硫、氮氧化物氣體、硫酸霧、硝酸霧等)溶入附著在鐵或石雕表面的水中，形成了硫酸或硝酸溶液，從而發生了電化學和化學腐蝕。一般用油漆塗層、高分子材料覆蓋保護層或在材料中添加防蝕劑等措施來預防。
影響因素
環境
不論在露天或密閉的環境中，大氣都能使金屬產生腐蝕。但是在露天，由於下雨、潮濕的空氣及雜質的影響，其腐蝕速度要比密閉的環境中快得多。以上這些因素又因不同時間和地點而異，所以金屬材料在大氣中的腐蝕速度變化很大。
季節
許多地方冬季的相對濕度大(80～95%)，而夏季的相對濕度較小(60-80%)，因此這些地方在冬季金屬材料更易腐蝕，以鐵為例，其冬季的腐蝕速度幾乎是夏季的五倍。
空氣中雜質
空氣中的雜質對腐蝕速度的影響要比濕度的影響嚴重得多，特別是灰塵、二氧化硫、氯、氨、二氧化氮以及硫化氫等雜質的影響更大。在某些城市，按含量空氣中灰塵是第一位，但它對金屬材料表面的腐蝕影響不大。除了石灰石和水泥的粉塵在潮濕情況下能使鋁腐蝕以外，其餘大多數化學性不活潑的灰塵危害甚微。空氣中最重要的污染成分是SO2，煤燃燒時產生了SO2，在冬天它能達到很高的濃度。空氣中的SO2直接影響金屬材料的腐蝕速度。此外，沿海地區空氣中鹽的含量，特別是氯化物的含量，對金屬材料的腐蝕起著重要作用。遠離產生有害雜質的污染中心，可以減少腐蝕。
雨水
雨水使金屬材料處於潮濕狀態，並將空氣中的雜質沉積在金屬材料的表面上，因而加速金屬材料的腐蝕。但是，雨水又可以沖洗掉它表面上的腐蝕介質，這樣，降低其腐蝕速度。污染輕微的雨水，其pH值約為6；而接近某些工業設備的場所附近，由於污染嚴重，雨水中的pH值可能低於3(酸性強烈)。
一般說來，在密閉和有覆蓋物的地方，大氣中的濕度同樣對金屬有腐蝕影響。即使金屬表面上沒有雜質沉積物，但是冷凝水能導致空氣中的濕度增加(例如水管)。密閉地方的濕度往往與露天不同，例如在冬天，取暖的房間內濕度較低；在夏天，地下室里的濕度則較高。但是總的來說，室內腐蝕的危害性比室外要小。當然也有例外的情況。例如室內游泳池和自來水廠(空氣中有游離的氯化物)、馬棚(有氨氣)以及化學實驗室等是例外的。因為這些地方總會有兩種不同的金屬組合的構件，它們在潮濕狀態下，則產生電化學腐蝕的危害。
典型金屬材料耐大氣腐蝕的特性
鋁
相對來說鋁比較活潑，因此在空氣中易被氧化。但是產生的氧化鋁和氫氧化鋁的保護層，組織密緻，附著性好。所以鋁在空氣中氧化，反而好處很多，最初生成的反應物保護表面不再繼續腐蝕。當表面受到破壞時，厚度小於0.1毫米的保護層能很快地得到恢復(即具有自復性)。陽極氧化，能提高鋁的防腐性能，如果提高鋁的純度或添)加Mg、Si、Mn的合金成份，也能改善鋁的腐蝕性能。在工業區和海洋空氣中，經常處於潮濕環境中，又受到強烈的化學腐蝕時，鋁的表面腐蝕加劇，形成了體積增大的反應物，而且表面粗糙，容易聚附灰塵。如果這種較厚的腐蝕反應物反覆乾透，並牢固地附著在鋁的表面上，它也能阻止鋁的繼續腐蝕。
鉛
鋼鐵
金屬材料最重要的大氣腐蝕是鋼鐵生鏽。研究這一問題，不僅有重要的經濟意義，而且也促進了鋼鐵防腐措施的很大發展。
空氣中相對濕度>65%時，鋼鐵開始發生明顯的腐蝕。在乾燥環境中且空氣清潔，或水溫在攝氏零度以下，對鋼鐵都沒有腐蝕危害。由於鋼鐵中不同的組織結構，形成了局部電位差(例如：銹-鐵；碳的微粒-鐵等)，在電解溶液中產生幾百微伏的電動勢，使帶電粒子(電子和離子)運動，即形成了電荷和電離物質的運動，因此產生電流，由溶解的鐵和水與氧反應，形成水合氧化鐵。這種反應物沉積在鋼鐵表面上成為銹斑，如果繼續氧化則產生了鐵鏽層。這種鐵鏽層是單個腐蝕性原電池反應物的總和。例如二氧化硫和氯化物，即使濃度很低，也能加速鋼鐵腐蝕並使之複雜化。這一過程檢測SO2的樣品可以得到證實，即在適當的催化劑作用下，SO2經氧化後形硫酸。因為鋼鐵表面腐蝕特別是發生在保護層的腐蝕，形成可溶的鐵化合物，表面出現銹斑，如果採取合理的預防措施或選用合適的建築材料，就可以減少腐蝕。
銅
銅是金屬建築材料中最不活潑的金屬，因此，銅耐大氣腐蝕性最好。在空氣中其表面最初形成了深褐色或炭灰色的一氧化銅保護層，幾年之內保護層變成綠色銅銹，銅銹是Cu(OH)2、CuCO3、CuSO4和CuCl2的混合物，其各種成分的比例與周圍空氣中成分有關。銅銹牢固地附著在銅的基體上，抗風化性能良好。銅銹在海洋空氣中大約4～6年形成，在工業區空氣中5年左右形成，而在農村空氣中大約20～30年才能形成，起到保護作用的銅銹具有自復性。銅合金與純銅一樣耐腐蝕，總的說來，黃銅耐蝕性稍差，錫青銅耐蝕性較好一些。
鋅
鋅在大氣中的腐蝕，與SO2、空氣相對濕度和含鹽量以及地區有關，在密閉的地方鋅特別穩定。氧化鋅，氫氧化鋅和羥基碳酸鋅形成穩定的保護層，並具有自復性。在建築物內、由於潮濕作用，鋅受到冷凝水影響時，腐蝕加劇，在鍍鋅水管上、地下管道和鍍鋅鋼板上形成的冷凝水，如果不能及時蒸發掉，則產生了白色的腐蝕物。鋅長期被冷凝水覆蓋住，即使空氣中沒有二氧化碳或不與二氧化碳接觸，也會很快被腐蝕，甚至鋅管發生穿孔。如果鍍鋅鋼板鋅層是密緻的，則和純鋅板一樣具有相同的耐化學腐蝕性能。鈦鋅合金的鋅板已經使用了好多年，其成分中含有鈦0.12%，鋼0.14-0.16%、鋁0.01 %。機械性能良好，強度穩定，延展性好。此外，由於形成含有二氧化鈦的保護層，耐大氣腐蝕性能很好。因為這種保護層有比較活潑的特性，即使保護層被破壞，鋼材仍然得到保護，根據長期觀察，如果只受到輕微的破壞，保護層的作用仍十分良好。
