金属腐蚀原理全解教学教材.ppt

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1、金属腐蚀原理全解化学腐蚀：单纯由于化学作用而引起的腐蚀。如高温腐蚀和无导电性的非水溶液中的腐蚀。电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触时，由电化学氧化还原作用而引起的腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体内以及绝大多数工业介质中的腐蚀都是电化学腐蚀。阴极阳极e还原反应氧化反应1.2金属腐蚀速度的表示方法(1)重量指标vg：单位面积、单位时间内的重量损失(失重)。vg=----------(g·m-2·h-1)w0-ws·t重量指标深度指标电流指标非均匀腐蚀（腐蚀深度和腐蚀面积）均匀腐蚀（平均腐蚀速率）(3)电流指标ia：

2、金属电化学腐蚀过程的阳极电流密度。可以用法拉第定律将电流指标和重量指标联系起来。ia=----vg26.810-4(A/cm-2)nAA：摩尔质量；n：离子电荷数。(2)深度指标vL：单位时间、单位面积的金属厚度的减少。vL=-------------------10=------------(mm·a-1)vg243651002ρvg8.76ρ(g·cm-3)我国部颁标准：vL≤0.076mm/aSection2.2腐蚀原电池2.1腐蚀原电池金属在电解质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机理进行的，即在

3、金属表面形成了腐蚀原电池。腐蚀原电池定义：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。腐蚀原电池包括三个基本过程：阳极过程、阴极过程、电流流动。(1)阳极过程：金属的溶解，以金属离子的形式进入介质，并将电子留在金属表面。M→Mn++ne(2)阴极过程：从阳极流过来的电子被电解质中能够吸收电子的氧化性物质D(称为去极化剂)接收，通常为O2、H+。D+ne-→[D·ne](3)电流的流动：在金属内部（相当于短接的导线）以电子为载体，电流由正极流向负极；电解质中以带电粒子为载体，由阳极流向阴极（负极→正极），

4、构成一个电流回路。阳极区(负极)阴极区(正极)iMn+DD·nenene电解质φ低φ高eM-ne+ne金属基体三个过程既相互独立又互相依存，任何一个过程受到抑制，整个腐蚀过程都将受到抑制。以上三个过程构成了一个完整的腐蚀电池过程。一般金属的腐蚀破坏集中于阳极区，阴极区一般为金属中电位较正的杂质，不会发生可察觉的金属损失。注意：电化学腐蚀发生的本质原因在于电解质中存在可以氧化金属的氧化性物质，即去极化剂，与金属构成了热力学不稳定体系。腐蚀原电池的特点：(1)导致金属材料的溶解、破坏；(2)不能对外界作有用功；(3)

5、腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉；(4)腐蚀反应以最大程度的不可逆方式进行。注意：有一些原电池，尽管其中的氧化还原反应的结果也会导致金属材料的破坏，但由于它可以提供有用功，仍然不能叫做腐蚀电池。2.2腐蚀原电池的类型(1)宏观腐蚀电池：由肉眼可见的电极构成。a)异金属接触电池：两种具有不同电极电位的金属或合金互相接触（或用导线连接），并处于电解质中时，电位较负的金属遭受腐蚀，而电位较正的金属却得到保护，这种腐蚀电池称为“腐蚀电偶”。b)浓差电池：盐浓差电池、氧浓差电池。可根据能斯特方程初步判断各电极

6、电位的高低，确定阴、阳极。一般氧浓度高的区域电位较正，氧浓度低的区域电位较负，遭受腐蚀。c)温差电池：一般高温部分为阳极，低温部分为阴极。(2)微观腐蚀电池：由于金属表面电化学不均匀性引起。a)化学成分的不均匀性：如杂质等。b)组织结构的不均匀性：如晶界、晶体缺陷等。c)物理状态的不均匀性：如应力状态等。d)金属表面膜的不完整性：如沉淀膜、钝化膜等。2.3共轭体系与腐蚀电位(1)平衡体系与平衡电极电位电化学中，平衡体系专指单一的电极反应体系，即电极系统中只有一个电极反应的体系。其对应的状态为平衡状态。ZnZnSO

7、4ZnZnSO4+++eeeeee+++[Zn2+·2e]+nH2O[Zn(H2O)n]2++2eiaic平衡状态下，电极反应的阳极反应速度ia与逆向进行的阴极反应速度ic相等，即没有净的电极反应(ia=ic=i0)，宏观上电极反应没有进行。因此，该反应的物质交换与电荷交换都达到平衡，电极表面没有新的物质与能量的积累。平衡体系（单一的电极反应体系）处于平衡状态下，在金属/溶液界面形成了稳定的双电层，双电层两侧的电位差不随时间的变化而改变，这个电位差称为平衡电极的平衡电极电位。(2)电极的极化平衡电极→处于热力学平

8、衡状态（电荷交换、物质交换平衡）→氧化反应、还原反应速度相等→净反应速度为零→电极上没有电流通过（外电流等于零）→平衡电极电位。如果电极上有电流通过时→就有净反应发生，这表明电极失去了原有平衡状态→电极电位偏离平衡电位→电极发生极化（有电流通过时电极电位偏离平衡电位的现象）。电化学体系中，发生电极极化时，电极电位偏离平衡电位向负移称为阴极极化，电极电位偏离平衡电位向正移称