第一章_金属电化学腐蚀的基本原理.ppt

1、第一章是金属电化学腐蚀的基本原理。金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀，它们是由金属和非电解质之间的直接化学作用引起的损伤。电化学腐蚀是金属和电解质溶液之间的电化学相互作用造成的破坏。它们有相同的观点：它们都是金属与周围介质反应转化成金属化合物的过程，都是氧化还原反应；区别：化学腐蚀氧化剂直接与金属原子碰撞形成腐蚀产物，氧化还原反应在同一反应点同时完成，反应中不产生电流，符合化学反应动力学规律；电化学腐蚀：金属和电解质溶液之间的电化学作用导致损坏。氧化和还原反应相对独立，发生在金属表面的不同区域。阳极失去电子，阴极赢得电子，产生电流，符合电化学动力学规律。化学腐蚀和电化学腐蚀的区别，第1节，金属电

2、化学腐蚀的趋势，1。电化学腐蚀的阳极和阳极过程：阳极：M2eM2阴极：2H2O 2或：O2 2H2O 4e4OH-，2。电极电位：电极反应使电极和溶液界面上建立的双层电位跃变，称为溶液中金属的电极电位。电极电位表示金属在离子状态下的倾斜度。电极电位越负，金属处于离子状态的趋势越大。1.平衡电极电位：电极：浸入电解质溶液并在界面发生电化学反应的导体称为电极。电极反应：电极和溶液界面的电化学反应。平衡电极电位：当金属浸入含有金属离子的溶液中时，如果电极上只发生一对电极过程，即电荷从金属到溶液和从溶液到金属的转移是由同一带电体(金属离子)完成的，即上述电极对与M Mn ne反应，当V为正=V为负时，

3、电极电位为平衡电极电位。P7标准电极电位见表1-2 (P9)，2。电极电位不平衡：金属接触溶液，主要是没有金属离子的溶液。两对或更多对电极工艺在金属表面上进行，并且工艺中的材料不能平衡不可逆电极。这种状态下的电极电位称为不平衡电极电位。它与金属的性质、电解质的组成、温度等因素有关，这些因素不能用能斯特方程来计算，只能测量。如稀盐酸中铁或锌。金属电化学腐蚀趋势判断：热力学第二定律：G=-nFE0，反应自发进行，E=EkEm0，即当金属的电极电位小于(负)介质中阴极元件的电极电位时，腐蚀会自动发生。在有氧介质中，当金属的电极电位Ee，m比介质中氧的电极电位Ee，o更负时，金属将被腐蚀。在无氧还原酸

4、中，当ee、mEe、H时，金属腐蚀；当两种不同的金属耦合在一起时，具有负电位的金属可能会腐蚀，而具有正电位的金属可能不会腐蚀。金属热力学稳定性表1-7(p18)，iv。腐蚀电池1。宏观腐蚀电池一般在三种情况下形成宏观腐蚀电池：(1)金属耦合；(2)浓差电池；(3)温差电池；(2)由于化学不均匀性，微电池工业中使用的金属和合金表面存在大量微小的阴极和阳极，这将在合适的条件下构成微电池腐蚀体系。它们的分布和阴阳极的面积比不规则，很难预防和控制。金属表面电化学不均匀的主要原因是：(1)化学成分不均匀；(2)组织结构不均衡；(3)不均匀的物理状态；(4)表面膜不完整；第二季度的腐蚀速率和电极电位决定了

5、电化学腐蚀的趋势，但这并不表示腐蚀速率。金属电极电位越负，电化学腐蚀的趋势越大，但这并不意味着腐蚀速度越快。比如铝和铁。腐蚀速度是关键1.腐蚀速率的计算：电化学腐蚀过程严格遵守电当量守恒定律，即阳极损失的电子数等于阴极赢得的电子数。根据法拉第定律，在电极上溶解或沉淀1摩尔物质所需的电量为96，500库仑，因此可以通过知道腐蚀电流或腐蚀电流密度来计算溶解或沉淀的物质的量。2.腐蚀速率表达式：1。质量法(重量法):重量损失K=(WOW1)/STWO-初始重量，W1-腐蚀后的质量，S表面积(平方米)，T -时间(小时)2。深度法：用腐蚀后金属厚度的减少表示，D=24*365K/1000=8.76K/

6、(mm/a) mm，D腐蚀深度每年，-金属密度，g/cm3，3。金属腐蚀速率的影响因素：1 .金属本身：电极3。介质环境：成分、浓度、酸碱度、温度、压力、流速等。4.其他环境：电偶效应、痕量氯离子、痕量氧、痕量高价离子、氢沉淀等。耐蚀性评价：对于均匀腐蚀的金属，耐蚀性等级通常用年腐蚀深度来评价。十级评估标准通常用于一些要求苛刻的场合，三级或四级评估标准对于一般工程应用来说已经足够了。三级：一级耐蚀性年腐蚀深度为0.1毫米/年，二级耐蚀性可用0.11.0，三级耐蚀性不可用1.0，第三节极化现象和过电压P18，即极化现象：电池运行过程中，由于电流流动，电极电位偏离初始值的现象。阳极电位向正方向的偏

7、离称为阳极极化。阴极电位的负偏差称为阴极极化。(2)三种极化形式：极化的根本原因是阳极和阴极之间电极反应和电子迁移速度的差异。1.电化学极化：电极反应速度和电子迁移速度；2.浓差极化：去极化剂或反应产物在溶液中的扩散速度；电极反应速度；3.薄膜极化电阻：金属表面形成的保护膜阻止阳极反应，使阳极电位急剧前移；同时，由于保护膜的存在，系统电阻大大增加。极化的本质是一种抵抗。增加极化有利于降低腐蚀电流和腐蚀速度，有利于防腐。过电压：当腐蚀电池工作时，由于极化，阴极电极电位降低或阳极电极电位升高，阴极电极电位与平衡电极电位之差称为过电压或过电压。过电压越高，极化程度越大，电极反应越困难，腐蚀速率越低，

8、反之亦然。对应于三种极化形式，也有三种过电压：1 .激活过电压。2.扩散过电压。3.薄膜电阻过压P214.去极化：任何能够削弱或消除极化过程的效应都称为去极化。增加去极化剂浓度、提高温度、搅拌、扩大电极板面积等。都可能产生去极化效应。显然，从腐蚀控制的角度来看，总是希望如何极化以降低腐蚀速率。第四部分是析氢腐蚀和耗氧腐蚀，第一部分是析氢腐蚀：介质中的氢离子作为去极化剂在阴极上放电形成氢原子，氢原子进一步结合形成氢分子，氢分子沉淀在阴极上，使阳极金属不断溶解。1.析氢腐蚀条件：阳极金属电极的电位必须低于析氢电极的电位，即EmEH；在标准状态下，它应该低于氢的标准电极电位。因此，通常，金属和合金如

9、碳钢、铸铁、锌、铝、钛、锰、铬和镍在酸性介质中会发生析氢腐蚀。此外，酸碱度越小，酸性越强，析氢腐蚀的趋势越大。一些具有负电极电位的金属在碱性溶液或水中也会发生析氢腐蚀，如铝和镁。，2。析氢腐蚀历史：阳极：M2eM2阴极：2H23。析氢腐蚀的特点：阴极材料的性质对腐蚀速率影响很大，溶液的流动状态对腐蚀速率影响很小。阴极面积和腐蚀速率的增加会促进析氢腐蚀。第二，耗氧腐蚀：溶液中的氧分子在腐蚀电极的阴极被电离并不断消耗，阳极金属不断溶解和腐蚀。1.耗氧腐蚀的条件：阳极金属的电极电位低于氧气的电极电位，即EmEo2。由于氧的电极电位远大于氢的电极电位，耗氧腐蚀比析氢腐蚀更容易发生。在中性、碱性和稀溶液中，耗氧腐蚀几乎发生在大多数金属的大气、土壤和水中。历史：阳极：M2eM2阴极：o2h2o4e4oh-3。特点：(1)腐蚀过程的控制步骤随金属在溶液中的腐蚀电位而变化；(2)在氧扩散的控制下，腐蚀速率与金属的性质关系不大；(3)溶液中的氧含量对腐蚀速率有很大影响；(4)阴极面积对腐蚀速率的影响取决于腐蚀电池的类型；(5)钝化状态称为被动状态。金属钝化的特点是：(1)金属钝化的难度与钝化剂、金属性质和温度有关；(2)金属钝化后电位向正方向急剧上升；(3)金属的被动和主动状态之间的转变往往在一定