Fe(OH)2被氧化,就形成铁锈。其反应式:
此外,两种不同材料的管道相连,也会引起电化学腐蚀。图10-5所示为铜管与钢管相连产生的腐蚀情况。
埋地地壤中的铜管与钢管,都将向电解质(土壤)释放正离子,但由于金属的电化学性质不同,由表10-1可见,铜的标准电极电位值比铁的大,故在电解质(土壤)中,铁将产生比铜更多的负电荷,电子由铁电极流向铜电极,因而作为阳极的钢管不断被腐蚀,而铜管作为阴极而被极化。
同样,当镀锌钢管与钢管相连,也会引起电化学腐蚀。图10-6所示为镀锌钢管与钢管相连产生的腐蚀情况。
埋在土壤中的镀锌钢管与钢管,由于锌的标准电极电位比铁低,因此在电解质(土壤)中,镀锌钢管产生比铁更多的负电荷,电子由镀锌钢管流向钢管,故作为阳极的镀锌钢管将不断被腐蚀。
(二)影响腐蚀速度的因素
土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体,土壤的空隙为被气和水所充满。土壤中的水含有一定的盐,使土壤具有离子导电性,成为电解质。
土壤的物理化学性质不均匀性,会影响到土壤对金属的腐蚀性,加上金属材质的电化学不均匀性,这就构成了腐蚀电池的条件。在这些腐蚀电池里,电位较高的阴极区电位为Eoc,较低的阳极区电位为EOA。当电流通过时,在阴极表面和阳极表面各自产生一个阴极极化电阻(RC)和阳极极化电阻(RA),再加上土壤电阻(Rs)就组成了回路总电阻。根据电极过程动力学概念,反映腐蚀速度的腐蚀电流(I)为:
因此,凡是能影响土壤中电极电位、土壤电阻和极化电阻的各种土壤理化性质,都有可能直接或间接地影响土壤的腐蚀性。具体来说,有土壤酸碱度,氧化还原电位,土壤电阻率,土壤含水量(或湿度),土壤含盐量和盐的种类,土壤质地松紧度和透气性,土壤粘土矿物,土壤有机质等因素。其中,对土壤腐蚀性影响较大的有4种因素:
1.土壤电阻率 土壤电阻率直接受土壤颗粒大小、含水量、含盐量的影响,多数情况下可以反映出土壤的腐蚀性。土壤电阻率越低,则电化学腐蚀速度越高;反之,土壤电阻率越高,则腐蚀速度越慢。通常可按土壤电阻率确定土壤等级。表10-5为土壤腐蚀等级划分参考表。
土壤腐蚀等极 | 低 | 中 | 较高 | 高 | 特高 | |
土壤电阻率/Ω·m | 美国(二极法) | >50 | 49.99~20 | 19.99~10 | 9.99~7 | <7 |
原苏联(四级法) | >100 | 100~20 | 20~10 | 10~5 | <5 | |
24h后试件失重/g | 0~1 | 1~2 | 2~3 | 3~6 | >6 |
法国规定;土壤电阻率ρ<50Ω·m为高腐蚀性土壤;50<ρ<100Ω·m为中等腐蚀土壤;ρ>100Ω·m为低腐蚀性土壤。
2.土壤中的氧 土壤中的氧存在于土壤的毛细管和缝隙内,少量溶于地下水中。土壤的含氧量与土壤的湿度和结构都有密切关系。干燥的砂土中含氧多,潮湿的砂土中含氧少,潮湿密实的粘土中含氧更少。土壤湿度和结构不同,其含氧量可相差几万倍,这些都会形成氧浓差电池腐蚀。