金属电化学腐蚀 课件.ppt

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1、2金属的电化学腐蚀2.1腐蚀原电池2.1.1电化学腐蚀现象电化学腐蚀比高温氧化更普遍。在潮湿的大气中，桥梁、钢轨及各种钢结构件的腐蚀；地下输油、气管道及电缆等土壤腐蚀；海水中采油平台、船舰壳体腐蚀；以及化工生产设备，如贮槽、泵、冷凝器等遭受的酸、碱、盐的腐蚀等。2.1.2腐蚀原电池为解释金属电化学腐蚀现象及原因，经100多年研究，提出了“腐蚀原电池”模型，并用其解释了金属发生电化学腐蚀原因及电化学腐蚀过程。物理学规定，电流方向从电位高(正极)的一端沿导线流向电位低(负极)一端。图2-1，电流方向是从Cu片流向Zn片；电子流动方向则相反。在腐蚀学里，通常规定电位较低的到电极为阳极，电位

2、较高的电极为阴极。原电池中将电化学反应：阳极反应：（2－1）阴极反应:(2－2）电池反应（2－3）将Zn片与Cu片直接接触，并同时浸入同一电解质溶液中，也观察到了类似(图2-1)原电池反应。这样的电池在讨论腐蚀问题时称作腐蚀原电池一块工业纯Zn浸入稀H2S04溶液中，同样发生上述两种原电池反应。工业纯Zn中含有少量的杂质Fe，以FeZn7存在，电位比Zn高，Zn为阳极，杂质为阴极，Zn被溶解.金属Zn在稀H2S04中的溶解也是因形成腐蚀电池而引起的。腐蚀电池与原电池区别：原电池是能够把化学能转变为电能，作出有用功的装置。而腐蚀电池是只能导致金属破坏而不能对外作有用功的短路电池。2.1

3、.3腐蚀电池的工作过程阳极过程：金属溶解，以离子形式迁移到溶液中同时把当量电子留在金属上。（2-4）电流通路：电流在阳极和阴极间流动是通过电子导体和离子导体来实现，电子通过电子导体从阳极迁移到阴极，溶液中的阳离子从阳极区移向阴极区，阴离子从极区向阳极区移动。阴极过程：从阳极迁移过来的电子被电解质溶液中能吸收电子的物质(D)接受。（2-5）电化学腐蚀过程中，由于阳极区附近金属离子的浓度高，阴极区H+离子放电或水中氧的还原反应，使溶液pH值升高。电解质溶液中出现了金属离子浓度和pH值不同区域。从阳极区扩散过程来的金属离子和从阴极区迁移来的氢氧根离子相遇形成氢氧化物沉淀产物，称这种产物为次

4、生产物，形成次生产物的过程为次生反应。如Fe和Cu在3%NaCl溶液中构成腐蚀电池，Fe2+与OH-形成Fe(OH)2的次生产物沉积在槽底。由于对流仍有少量Fe(OH)2被带到电极上沉积形成难溶氢氧化物膜，其保护性比在金属表面上发生的化学反应生成的初生膜差得多。2.1.4宏观与微观腐蚀电池2.1.4.1宏观电池肉眼可分辨出电极极性的电池为宏观电池，典型的宏观电池有三种：1）不同的金属浸在不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池(图2-2)。可简化表示成Zn︱ZnSO4︱︱CuSO4︱CuZn阳极Cu-阴极不同的金属与同一电解质溶液构成的腐蚀电池。如图2-3所示，舰船的推进器是用青铜制造的，由

5、于青铜的电位较高，钢制船壳体成为阳极而遭到腐蚀。同一种金属浸入同一种电解质溶液中，当局部的浓度(或温度)不同时，构成腐蚀电池，称作浓差电池。可用奈恩斯特(Nernst)方程式计算：（2-6）C-金属离子在溶液中的浓度，E0标准电极电位；R-气体常数；F-法拉第常数；T-绝对温度；n-参加反应金属离子价数或交换电子数。金属的电位与金属离子浓度有关，与溶液的温度有关。氧浓差电池，由金属与氧含量不同的环境相接触时形成的。如土壤中金属管道的锈蚀，海船的水线腐蚀等均属于氧浓差电池腐蚀。2.1.4.2微观电池因金属表面电化学不均匀性，在金属表面上微小区域或局部区域存在电位差。工业纯Zn在稀的H2

6、S04中形成的腐蚀电池即为微观电池。特点是肉眼难于辨出电极极性。有以下几种：1)金属化学成分不均匀，碳钢中的碳化物，工业纯Zn中的Fe杂质等。其电位都高于基体金属，因而构成微观电池。2）金属组织的不均匀金属及合金的晶粒与晶界间存在着电位差异，一般晶粒是阴极，晶界能量高、不稳定为阳极；合金中第二相，第二相多为是阴极相，基体为阳极相。有些Al合金第二相为阳极，如Mg质量分数大于3％的A1-Mg合金，Mg5A18相、A13Mg2及Mg2Si相是阳极相。此外合金凝固时引起成分偏析，也能形成微观电池。3)金属表面的物理状态不均匀金属各部分变形、加工不均匀、晶粒畸变，都会导致形成微观电池。一般形

7、变大、内应力大部分为阳极区，易遭受腐蚀。此外，温差、光照等不均匀，也可形成微观电池。2.2电极与电极电位2.2.1电极一个完整的腐蚀电池，是由两个电极组成。一般把电池的一个电极称作半电池。电极不仅包含电极自身，而且也包括电解质溶液在内。电极可定义为：电子导体与离子导体构成的体系。电极可分为单电极和多重电极。单电极是指在电极的相界面上只发生惟一的电极反应，而多重电极则可能发生多个电极反应。2.2.2电极电位2.2.2.1电极电位在金属与溶液的界面上进行的电化