《金属的电化学腐蚀与防护》 讲义

《金属的电化学腐蚀与防护》讲义
一、金属腐蚀的概述
在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在。

从建筑中的钢筋到交通工具中的零部件，从家用电器到化工设备，金属都扮演着至关重要的角色。

然而，金属在使用过程中常常会面临一个严重的问题——腐蚀。

金属腐蚀是指金属材料在周围环境的作用下，发生化学或电化学变化，导致其性能下降、结构破坏甚至失去使用价值的现象。

金属腐蚀不仅会造成巨大的经济损失，还可能引发安全事故，威胁人们的生命财产安全。

二、电化学腐蚀的原理
要理解金属的电化学腐蚀，我们首先需要了解一些基本的电化学知识。

电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的原电池反应。

以铁的腐蚀为例，当铁暴露在潮湿的空气中时，表面会吸附一层水膜，这层水膜中溶解了氧气和二氧化碳等物质，形成了电解质溶液。

铁中的杂质（如碳）与铁形成了许多微小的原电池。

在这些原电池中，铁作为负极，发生氧化反应：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺；杂质作为正极，氧气在正极得到电子，发生还原反应：O₂＋ 2H₂O
＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。

这样，铁不断失去电子变成亚铁离子进入溶液，与正极产生的氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁进一步被氧化为氢氧化铁，最终形成铁锈。

三、电化学腐蚀的类型
1、析氢腐蚀
在酸性较强的环境中，氢离子浓度较高，金属发生的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主。

例如，钢铁在酸性溶液中的腐蚀：
负极（Fe）：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺
正极（杂质）：2H⁺＋ 2e⁻＝ H₂↑
2、吸氧腐蚀
在中性或弱酸性环境中，氧气是主要的氧化剂，金属的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。

如铁在潮湿空气中的腐蚀就是典型的吸氧腐蚀。

四、影响电化学腐蚀的因素
1、金属的本性
不同的金属在相同的环境中，其腐蚀的速率和程度往往不同。

一般来说，金属越活泼，越容易发生腐蚀。

2、电解质溶液的性质
电解质溶液的浓度、酸碱度、导电性等都会影响电化学腐蚀的速率。

例如，在强电解质溶液中，离子浓度大，导电能力强，腐蚀速率往往
较快。

3、温度
温度升高，通常会加快化学反应的速率，从而加速金属的电化学腐蚀。

4、氧气浓度
氧气浓度越大，吸氧腐蚀越容易发生，腐蚀速率也越快。

五、金属电化学腐蚀的危害
金属的电化学腐蚀带来的危害是多方面的。

首先，它会导致金属材料的强度降低，结构受损，从而影响其使用
性能和安全性。

例如，桥梁中的钢梁如果发生严重腐蚀，可能会导致
桥梁坍塌；石油管道的腐蚀可能会造成石油泄漏，引发环境污染和安
全事故。

其次，金属腐蚀会造成巨大的经济损失。

为了防止腐蚀，需要投入
大量的资金进行防护和维修，同时因腐蚀导致的设备更换和生产中断
也会带来巨大的经济损失。

六、金属电化学腐蚀的防护
既然金属的电化学腐蚀危害如此之大，那么我们应该如何进行防护呢？
1、改变金属的内部结构
例如，将钢铁制成不锈钢，通过调整其化学成分，增加铬、镍等元素，使其具有良好的抗腐蚀性能。

2、覆盖保护层
在金属表面覆盖一层保护层，如涂漆、电镀、喷塑等，可以将金属
与外界环境隔离，从而防止腐蚀。

3、电化学保护法
（1）牺牲阳极保护法
将较活泼的金属（如锌）与被保护的金属连接在一起，形成原电池。

较活泼的金属作为负极被腐蚀，而被保护的金属作为正极得到保护。

（2）外加电流阴极保护法
将被保护的金属与电源的负极相连，使其成为阴极，在电流的作用下，金属表面得到电子，从而防止腐蚀。

4、控制环境
通过控制环境的湿度、温度、酸碱度等条件，减少金属腐蚀的发生。

总之，金属的电化学腐蚀是一个普遍存在的问题，但只要我们了解
其原理，掌握有效的防护方法，就能够减少腐蚀带来的损失，延长金
属材料的使用寿命，保障生产和生活的安全与稳定。