金属腐蚀的基本原理g复习进程.ppt

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1、金属腐蚀的基本原理g3.1.2常见的化学腐蚀1）金属的高温气体腐蚀高温硫化：含硫化物油气对炼油厂和天然气净化厂容器及管束的高温硫化，即高温下硫化氢分解出的活性硫与碳钢表面直接作用产生腐蚀。在375℃~425℃环境中：高温硫化所生成的硫化物不稳定，易分解剥落，保护性很差。氢蚀：是指在高温高压的氢气中，碳钢和氢作用以致其机械强度大大降低，甚至破裂的过程。例如石油裂解中的加氢和脱氢装置，由于与高温高压氢接触而发生氢蚀。2）金属在非电解质溶液中的腐蚀非电解质溶液是指不含水、不电离的有机化合物，如石油、苯、醇等。这类腐蚀往往比较轻微。3.1

2、.3腐蚀倾向的热力学判据金属腐蚀是冶金的逆过程。为什么大多数金属有自发腐蚀的倾向？为什么不同金属在不同介质中的腐蚀倾向不同？如何用热力学方法判断金属的腐蚀倾向及程度呢？自然界一切自发过程都是有方向性的，都有从自由能高的状态向自由能低的状态转变的趋势。自发的物理过程还是化学变化，都有一定的方向和限度。都是不可逆过程。每一自发过程都有导致其变化的原因，即自发过程的推动力。自发过程的方向就是差值减小的方向，限度就是这种差值的消失。对于金属腐蚀和大多数化学反应来说，一般是在恒温、恒压的敞开体系条件下进行的。这种情况下，通常用吉布斯（Gib

3、bS）自由能判据来判断反应的方向和限度。在等温等压条件下：化学位在判断化学变化的方向和限度上具有重要意义。由此可判断腐蚀反应是否能自发进行以及腐蚀倾向的大小。如何计算过程或化学反应的自由能变化呢？恒温恒压下，腐蚀反应自由能的变化可由反应中各物质的化学位计算：μi，荷电物质在相中的化学位γi，反应式中物质i的计量系数如何计算化学位呢？对于理想气体：对于溶液中的物质：μoi，标准化学位例如，判断Fe在25℃，0.1MPa大气压下的下列介质中的腐蚀倾向：-236.97kJ·mol-1＜0。此反应可自发进行。可见，铁在上述三种介质中都不稳

4、定，都可被腐蚀。为了简便，常用标准摩尔自由能变化ΔGm°为判据，近似地判断金属的腐蚀倾向：例如，用此判据判断铜在无氧存在和有氧存在的纯盐酸中的腐蚀倾向：此反应不自发进行，铜在此介质中不腐蚀。无氧此反应可自发进行。同一金属在不同条件下，其稳定性可大不相同。铜在无氧的纯盐酸中不发生腐蚀，而在有氧溶解的盐酸里将被腐蚀。有氧再用此判据判断一下Al、Fe和Au发生氧化的倾向：可见在室温下铝和铁在标准状态下均可被氧化，Al被氧化的趋势比Fe大得多。Au在同样条件下则不被氧化。通过计算ΔG，只能判断金属腐蚀的可能性及腐蚀倾向的大小，而不能决定腐

5、蚀速度的高低。金属在酸中的腐蚀金属在中性和碱性溶液中金属在既不含氧也不含酸的溶液中3.1.4腐蚀现象腐蚀产物：氢气和一种溶解盐金属在酸中的腐蚀金属在中性和碱性溶液中淡水、海水、盐溶液和含碱性的介质中只有溶解“氧”存在时才发生腐蚀水溶液能迅速地溶解空气中的氧例：暴露在潮湿大气或水中的铁生锈：不溶的红褐色物质白色沉淀物化学中的置换反应在锌的表面上沉积有海绵状的铜金属在既不含氧也不含酸的溶液中腐蚀反应期间所产生的物质→检查腐蚀的一种方法腐蚀产物可溶解的不可溶解的可见的不可见的3.1.5腐蚀产物目录3.2电化学基础知识3.3腐蚀电化学3.

6、1腐蚀化学3.4电位-pH图3.5极化与钝化针对某一位置，把单位正电荷从无穷远处移到该处所作的电功3.2.1电极电位静电学概念+电化学携带单位正电荷进入某一物相时，同时存在电学作用和化学作用实际作的功是电学作用和化学作用的联合效果。（无法精确测量）内电位=外电位+表面电势外电位φ是把单位正电荷从无穷远处的真空移到大约距物体表面10-4cm处所作的功表面电势是把单位正电荷从表面移到物相内部所作的电功——该过程涉及到化学反应。（内电位仅是电功和）例:锌铜原电池中，铜与锌分别插入硫酸铜与硫酸锌电解质溶液中，就构成了铜电极与锌电极。在电极

7、和溶液界面上进行的电化学反应称为电极反应。电极反应可以导致在电极和溶液的界面上建立起离子双电层，还有偶极双电层和吸附双电层。双电层两侧的电位差，即金属与溶液之间产生的电位差称为电极电位。3.2.1电极电位原电池(Galvaniccell)离子双电层示意图（1）金属与溶液双电层结构双电层一侧是金属电极相，另一侧是溶液相，它是具有一定厚度的相界区，电极反应在相界区内进行。当金属浸入电解质溶液中，金属表面上的金属离子因极性水分子作用，发生水化。如果水化时所产生的水化能足以克服金属晶格中金属离子与电子间的引力，则金属离子将脱离金属表面，进

8、入与金属表面接触的液层中形成水化离子。反应区金属离子该过程可简单表示：（1）金属与溶液双电层结构当金属电极上只有一个确定的电极反应，并且该反应处于动态平衡，即金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，动态平衡的表达式为:在此平衡态电极过程中，电极获得