金属电化学腐蚀基本理论课件.ppt

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1、第三讲金属电化学腐蚀原理承勇2016-09-03钢铁生锈金属的腐蚀在生活中非常普遍铜器生锈铜器表面生成铜绿金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。M－ne－→Mn+一、金属的电化学腐蚀历程金属的腐蚀过程是金属和周围介质作用转变成金属化合物的过程，实际上就是金属和介质之间发生氧化还原反应。考察实际发生的腐蚀过程发现，氧化还原反应根据条件不同，将分别按以下两种不同的历程进行：第一节电化学腐蚀的原理1、化学腐蚀氧化剂直接与金属表面的原子碰撞

2、、化合而形成腐蚀产物。即氧化还原在反应粒子相碰撞的瞬间直接于相碰撞的反应点上完成。例如金属锌在高温的含氧气氛中的腐蚀。2、电化学腐蚀金属腐蚀的氧化还原反应有着两个同时进行却又相对独立的过程。金属放出自由电子成为阳离子的反应称为阳极反应。金属发生阳极反应的表面部位称为阳极区。接受电子的反应称为阴极反应。发生阴极反应的表面部位称为阴极区。金属锌在含氧的中性水溶液中的腐蚀反应产物Zn(OH)2不是由氧分子与锌原子直接碰撞结合形成的，而是通过了下列步骤：阳极反应通式：阴极反应通式：化学腐蚀：金属跟接触到的干燥

3、气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，发生原电池反应而引起的腐蚀。化学腐蚀电化学腐蚀条件现象本质影响因素联系金属跟干燥气体或非电解质液体直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触无电流产生有微弱电流产生金属被氧化较活泼金属被氧化化学腐蚀与电化学腐蚀的比较与接触物质的氧化性及温度有关与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,这

4、是什么原因呢?在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水中溶有O2、CO2、SO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的原理：负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+正极（C）：2H++2e-=H2↑析氢腐蚀或2H2O+O2+4e-=4OH-吸氧腐蚀电化学腐蚀铜能发生析氢腐蚀吗？钢铁腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极Fe(-)正极C(+)总反应联系水膜呈强酸性水膜呈

5、中性或弱酸性Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2H++2e－=H22H++Fe=Fe2++H22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe2O3·nH2O4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，电化学腐蚀又以吸氧腐蚀为主(pH≥5.6时)若pH<5.6时则为析氢腐蚀。电化学腐蚀第二节腐蚀电池腐蚀电池宏观腐蚀电池：极性强以用肉眼或不大于10倍放大镜分辨微观腐蚀电池：极性无法用肉眼分辨。1、宏观腐蚀电池当锌与铜直接接触或彼

6、此连通置于稀盐酸中，此时电位较负的锌为阳极不断溶解，即遭受了腐蚀；而铜棒上将连续析出氢气泡。两个电极反应为：阳极锌棒上发生氧化反应使锌原子离子化：铜棒上发生消耗电子的去极化反应：2、微电池工业用金属或合金表面因电化学不均一性而存在大量微小的阴极和阳极。它们在电解质溶液中就会构成短路的微电池系统。微电池系统中的电极不仅很小，而且它们的分布以及阴、阳极面积比都无一定规律。如下图所示：含杂质铅的锌在硫酸中的微电池腐蚀铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？这是活动性较强的铁作正极,铜作负极,形成原电池，所以铁很快

7、腐蚀形成铁锈。铁与铜都能导电,且两者的金属活动性有较大的差别,当两者之间存在电解质(能使电子或电荷自由移动,充当导线),铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：Fe→Fe2++e二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3又可能部分失水生成Fe2O3。所以铁锈是一个由Fe、Fe2＋、Fe(OH)3、Fe2O3等化合物组成的疏松的混杂物质。构成金属或合金表面电化学不均一性的主要原因如下：综上所述，腐蚀电池实质上就是一个短路的原电池。宏观腐蚀电池和微电池仅仅在

8、形式上有区别，工作原理完全相同。它们都是由阳极过程、阴极过程和电流流动三个相互联系的环节构成的，三个环节缺一不可。如果其中某个环节受到阻滞，则整个腐蚀过程就会缓慢或完全停止。原理：形成原电池时，让被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；而活泼金属作负极(阳极)，反应受到腐蚀。1.牺牲阳极的阴极保护法第三节金属的电化学防护锌块2.外加电流的阴极保护法：将被保护的钢铁设备（如钢闸门）做阴极，用惰性电极做辅助阳极，在外加直流电作用下，电子被迫流向被保护的钢铁