金属表面氧化和防护

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1、........................................................................金属表面氧化与防护——铁表面的氧化与防护摘要随着社会的进步，时代的发展，铁的应用越来越广，但是铁表面氧化却一直是让人们烦恼的问题。因此对铁表面氧化的研究不仅在理论上而且特别是在实际应用上有重大意义。每年因钢铁大量氧化而造成的损失是巨大的，多年来对铁表面和氧相互作用后在近表面区生成什么氧化物进行了很多表面分析和表面研究，从而通过这些分析研究结果来强化铁表面，对铁表面进行强化保护。关键词：铁；氧

2、化反应；界面；锈蚀；防护人们最早认识的铁是陨石中的铁，古代埃及人称之为圣物，此时的铁主要用于祭祀或是用于作饰物，这是人类对铁的最早应用，而人工铁的出现则相对较晚，距今约三千四百年，最早锻造出人工铁，约公元前一千年，古希腊和古罗马开始普遍使用铁制的工具和兵器，，约公元前五世纪，欧洲大陆普遍使用铁器，中国最早使用人工铁器始于春秋战国时期，从公元前一千四百年前起，人类开始逐步掌握比较熟练的也炼铁的技术，铁从此被大量生产。继西台帝国之后，小亚细亚、埃及、美索不达米亚平原相继进入铁器时代。随着人们对铁应用的广泛，人们对铁使用起来的问题也逐渐关

3、注，如何对铁表面进行防护是近几年人们研究的焦点，同时，对铁的防护也具有非常客观的使用价值。金属的锈蚀有化学锈蚀和电化学锈蚀两种，铁在空气中的锈蚀属于电化学锈蚀，即铁和电解质溶液作用而发生氧化的过程。铁在空气中锈蚀的机理。铁锈不象其它金属的锈蚀产物那样形成紧附在金属表面上的致密的保护膜，而是疏松多孔:当钢铁跟水接触或吸收空气中的水分在表面形成水膜时，电化学腐蚀便开始进行，腐蚀过程是无数微电池作用的过程。钢铁中的铁作阳极，杂质作阴极，溶有SO2、CO3酸性水溶液为电解质，电池变化为阳极：Fe+2e-→Fe2+阴极:H++2e-→H2析氢

4、腐蚀或阴极1/2O2+2e-+H2O→2OH-专业技术资料........................................................................吸氧腐蚀。由于后一阴极反应的电极电位比前一过程高，所以除强酸性介质外，一般都以吸氧腐蚀为主。如果金属离子在阳极区氧化析出时，立即跟阴离子结合生成难溶化合物。这种难溶化合物就能紧紧地依附在金属表面上，成为致密有效的保护膜。很多活动性不是很弱的金属（锌、铬、铝等）就是因为这样具有强的抗蚀性，但Fe(OH)2、FeCO3马等亚铁化合物的溶度

5、积相对比较大，这就使得时Fe2+析出时不能立即与水溶液中的阴离子结合沉积在金属的表面上，假定锈蚀介质的PH=7则〔OH-〕=10-7，KspFe(OH)2=8.0×10-16可以计算出当PH﹤7时(腐蚀介质的PH一般都小于7)，开始有沉积时，附斗的浓度为0.08M，所以，Fe2+时.析出时，马上沉积在铁的表面上是不可能的。因为很难想象Fe2+在析出时就能在紧靠铁表面的液层中达到这样高的浓度。但如果没有任何变化使得铁表面液层Fe2+的浓度减少，则随着铁的不断被氧化，Fe2+的不断析出和沉积，浓度逐渐增大，总是可以达到沉积出Fe(OH)

6、2所需要的浓度的。达到这个浓度之后，析出的Fe2+就会立即在铁的表面沉积。形成紧附在铁表面上的致密的保护膜，但对时Fe2+来说，由于它的还原性却又达不到这个浓度。Fe2+在铁表面析出之后，由于浓度梯度的原因，必然要从紧靠金属表面的液层向靠近空气的液层扩散，遇到空气中的氧即被氧化。2Fe2++1/2O2+H2O+4OH=2Fe(OH)3由于Fe(OH)3的浓度积很小当PH=7时，溶液中附Fe3+的浓度达到4×10-17M就可沉积出来,这样沉积的Fe（OH）3，已是Fe2+离开金属表面,被氧化的结果。所以不可能是紧紧依附在金属表面上，而

7、只能是沉积在离金属表面一定距离处，又由于它是Fe2+受到氧化逐步沉积起来的，也不可能形成致密的结构，而只能是一种疏松的絮凝状的沉积物。这就是铁锈，由于铁锈不紧附在铁表面，所以它胀大到一定程度后，往往成片从铁表面剥离。最早人们认为铁氧化过程是氧从铁表面向体内扩散的过程，所以在氧气较充分的条件下，铁的最外层氧化后生成Fe2O3(主要是α-Fe2O3)，α-Fe2O3层下面是Fe3O4层，再下面是FeO层，最里层是尚未氧化的金属铁层,2、由于表面技术的发展，近几年人们利用表面技术（在高真空中氧的低压暴露过程）对铁早期的氧化机理进行不少研究

8、。较多的工作表明，在500℃以下，铁表面生成Fe3O4和少量的γ-Fe2O3，在高温下只生成Fe3O4层。一还有少数人认为铁在一般温度下氧化生成α-Fe2O3铁氧化究竟表面生成什么化合物、本文将用电子能谱手段进行研究：实验是在VG公司