金属电化学腐蚀原理

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金属电化学腐蚀基本原理

金属电化学腐蚀基本原理
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第四节 金属的钝性
1
一、钝化现象
▪ 金属表面已从活性溶解状态变成了非常耐 蚀的状态。这种表面状态的突变过程称为 “钝化”,金属钝化后所处的状态称为 “钝态”,处于钝态下的金属性质称为 “钝性”。
▪ 金属的钝化现象具有极大的重要性。提高
金属材料的钝化性能,促使金属材料在使
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3、钝化特性曲线分析
✓(1)AB段,初始电极电位EA0 _钝化电位(临界 电位) ECP,称为活性溶解区。 金属表面没有钝化膜形成,金属处于活性溶解 状态。当E=ECP时,金属的阳极电流密度达到 最大值icp,称为钝化电流密度。
✓(2)BC段,ECP-EP,称为活化-钝化过渡区。 当电位达到ECP时,金属发生钝化,金属表面 有钝化膜形成,金属开始从活性状态转变为钝 态,阳极电流密度急剧下降。金属表面不断处 于钝化与活化相互转变的不稳定状态。在恒电 位下,阳极电流密度往往出现剧烈的振荡。 16
(2)支持成相膜理论的实验事实
能够直接观察到成相膜的存在,并测出其厚度。 如在浓硝酸中铁表面钝化膜是 -Fe2O3,钝化 膜厚度为25~30A0。
12
2、吸附理论
(1)对金属钝化的解释
金属钝化的原因是:金属表面(或部分表面)上形 成了氧或含氧粒子的吸附层,使金属表面的化学 结合力饱和,阳极反应活化能增大,因而金属溶
31
3、添加易钝化合金元素,提高合金的 耐蚀性
▪ 在某些金属或合金中,加入一定量的易钝 化合金元素,可以使合金在一些介质中形 成钝化膜而显著提高合金的耐蚀性。
▪ 例如,铁中加Cr、A1、Si等元素可显著提 高在含氧酸中的耐烛性;不锈钢中加Mo可 以提高在含Cl-溶液中的耐蚀性等等。
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金属电化学腐蚀的原理

金属电化学腐蚀的原理
金属电化学腐蚀的原理
目录
• 金属电化学腐蚀的基本概念 • 金属电化学腐蚀的原理 • 金属电化学腐蚀的影响因素 • 金属电化学腐蚀的防护措施 • 金属电化学腐蚀的应用
01
金属电化学腐蚀的基本概念
定义与分类
定义
金属电化学腐蚀是指金属与周围介质发生电化学反应,导致金属的损坏或变质。
分类
根据腐蚀机理,金属电化学腐蚀可分为阳极反应和阴极反应。阳极反应是指金 属原子失去电子成为阳离子,而阴极反应则是指介质中的氧化剂获得电子的过 程。
腐蚀速率和腐蚀速率方程
腐蚀速率
表示金属腐蚀的快慢程度,通常以单 位时间内金属损失的质量或厚度来表 示。
腐蚀速率方程
描述腐蚀速率与各种影响因素之间关 系的数学方程。这些影响因素包括金 属的性质、介质的性质、温度、压力 等。
腐蚀的危害
01
资源浪费
金属腐蚀导致大量金属资源浪费, 降低了资源的利用率。
环境污染
04
金属电化学腐蚀的防护措施
改变金属的成分和结构
合金化
通过在金属中加入其他元素,形成合金,以提高金属的耐腐 蚀性。例如,不锈钢就是通过在铁中加入铬、镍等元素制成 的,具有良好的耐腐蚀性。
非活性金属
选择那些不容易发生电化学反应的金属,如金、铂、不锈钢 等,这些金属不容易与其他物质发生化学反应,因此具有很 好的耐腐蚀性。
03
金属电化学腐蚀的影响因素
环境因素
湿度
湿度是金属腐蚀的重要环境因素。在潮湿环境中,金属表面容易 形成水膜,从而引发电化学腐蚀。
温度
温度的升高会加速金属的腐蚀速率。高温环境下,金属表面的水膜 容易蒸发,留下盐分等导电介质,促进电化学腐蚀。、盐等,能与金属发生化学反 应,导致腐蚀。

【知识解析】金属电化学腐蚀的原理

【知识解析】金属电化学腐蚀的原理

金属电化学腐蚀的原理1 金属腐蚀的概述2 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较名师提醒判断金属的腐蚀类型要从本质入手,化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。

腐蚀过程中有微电流产生的为电化学腐蚀,否则为化学腐蚀。

3 金属的电化学腐蚀(1)以铜板上铁铆钉的电化学腐蚀为例进行分析如图1-4-2所示,在潮湿的空气中,铜板表面凝结有一层水膜,空气中的二氧化碳、二氧化硫或沿海地区空气中的氯化钠等物质都可能溶解到水膜中形成电解质溶液。

铜板和铁铆钉与电解质溶液互相接触形成原电池。

铁铆钉和铜板直接相连,铁原子又比铜原子容易失去电子,因此铁发生氧化反应成为负极反应物,电极反应为Fe-2e-===Fe2+。

铁原子失去的电子传递到铜板上,氧气在铜板上发生还原反应成为正极反应物。

图1-4-2知识链接Fe在发生电化学腐蚀时只能被氧化为Fe2+,可利用K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)检验Fe 电极附近溶液中的Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。

上述反应的离子方程式为Fe2++K++[Fe(CN)6]3- ==KFe[Fe(CN)6]↓。

(2)电化学腐蚀的分类根据电解质溶液的酸碱性不同,金属的电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。

①吸氧腐蚀在通常情况下,水膜酸性不强,铜板上主要发生水膜中溶解的氧气被还原的反应,这种腐蚀过程中,环境消耗的物质主要是氧气,铁生成含氧化合物,因此这种腐蚀称为“吸氧腐蚀”。

其反应如下:负极:2Fe-4e-===2Fe2+正极:O2+2H2O+4e-===4OH电池反应:2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2氢氧化亚铁具有强还原性,能与潮湿空气中的水和氧气反应生成氢氧化铁,氢氧化铁进一步转化为铁锈(主要成分为Fe2O3·n H2O)。

即:4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·n H2O+(3-n)H2O②析氢腐蚀在水膜酸度较高的特殊环境(如某些工厂附近的酸性气氛)中,正极反应可能主要是H+被还原成氢气而析出,这时所发生的腐蚀称为“析氢腐蚀”。

第一章 金属电化学腐蚀基本原理

第一章 金属电化学腐蚀基本原理

5.电位—pH图应用中的局限性
只能分析腐蚀倾向,不能指示腐蚀速度。 仅适用于分析金属—水简单体系在室温
下的腐蚀行为。
只涉及纯金属,而工程上多使用合金。 pH值是指处于平衡状态的溶液pH值,而
金属表面附近溶液的pH值与主体溶液pH值 是有差别的。
第二节 腐蚀速度
一、极化与超电压(过电压) 二、极化曲线和极化图
(1)与pH无关,与电极电位有关
2.3RT a e lg nF a
0 e
a A b B
(2)与电极电位无关,与pH有关
lgαFe3+=0.723-3PH
(3)与pH有关,与电极电位有关
2.3mRT 2.3RT a e pH lg nF nF a
0 e
a A b B
Sn=Sn2++2e Pb=Pb2++2e
Fe=Fe3++3e H2=2H++2e Cu=Cu2++2e Cu=Cu++e 2Hg=Hg22++2e Ag=Ag++e Hg=Hg2++2e Pt=Pt2++2e Au=Au3++3e
-0.136
-0.126 -0.036 0.000 +0.337 +0.521 +0.189
E
PH
PH
2。0 1。6
铁 水 体 系 简 化 电 位
——
b
1。2
Fe
0。8 0。4 0 -0。4
3+

Fe
2+
-0。8
Fe3O4

金属电化学腐蚀原理 (1)

金属电化学腐蚀原理 (1)

EM / M n E
0 M / M n
RT ln M n nF
EM/Mn+—金属离子活度为 时金属的平衡电极电位; E0M/Mn+—金属离子活度为1时金属的平衡电极电位(金属的标准电极电位), R—气体常数; T—绝对温度; F—法拉第常数, n—参与反应的电子数, αMn+—溶液中的金属离子活度
§2.4 电极的极化作用
金属发生电化学腐蚀的原因是由于形成了腐蚀原电池。而任一个
腐蚀原电池的反应包活两个电极过程及一个液相传质过程。电极 过程涉及电极/溶液之间电荷的传递,即在界面上必然发生电极反
应。电极反应速度决定于金属溶解的快慢和腐蚀电流的大小。因
而我们要弄清影响电极反应速度亦即金属电化学腐蚀速度的各种 因素和变化规律,从而提出控制反应速度的有效措施。金属电化
Zn+2H+→Zn2++H2↑ (整个电极反应)
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.1 腐蚀原电池 铜锌电池作用的结果:锌溶解了,即锌在电解质溶液中受到了腐 蚀。所以,电化学腐蚀是原电池作用的结果,这种原电池称为腐 蚀原电池.或称腐蚀电池。
铜锌电池中锌电极,因为它是一种 较活泼的金属,电位较负,容易失 去电子而溶解成为正离子,就遭到 腐蚀;而铜的电位较正,不易失去 电子,不溶解而不腐蚀。阳极锌与 阴极金属电位差愈大,锌的腐蚀速 度愈快。如果我们将铜和锌直接接 触,并一起浸入稀硫酸水溶液中, 也将发生与上述原电池同样的反应
§2.4 电极的极化作用
2.4.2 产生极化的原因
腐蚀电池在未接通前,两个电极上都达到电荷平衡,没有电流流过,电路 (1) 活化极化 一旦接通,两个电极上的平衡即遭破坏,发生了电子从阳极向阴极转移的 在腐蚀电池中,金属失去的电子通过金属 (或导线)可非常迅速地从阳极流 过程,随着电子的转移,电极电位发生相应的变化 ——极化。 (2) 浓差极化 到阴极,但金属离子溶解的速度却很慢,这样就引起阳极双电层上负荷 阳极过程中产生的水化金属离子首先进入阳极表面附近的溶液中,若水 (3) 电阻极化 1. 阳极极化的原因 减少,过多的正电荷积累,结果使阳极电位向正的方向移动,产生阳极 化金属离子向外扩散得很慢,就会使阳极附近的液层中金属离子的浓度 阳极过程是金属失去电子,金属离子从晶体转移到溶液中形成水化离子的 某些金属在一定条件下有阳极电流流过时易在表面生成致密的保护膜,使 极化。由于这一原因引起阳极过程阻滞产生的极化称为活化极化,又称 过程: 逐渐增加,阻碍了金属的继续溶解,引起阳极过程阻滞,必然使阳极电 得金属的溶解速度显著降低,电极过程受到阻滞,阳极电位剧烈地向正的 n n 电化学极化。 M ne mH O M mH2O ne 位往正的方向移动,产生阳极极化,由此引起的极化称为浓差极化。 2 方向移动。由于保护膜的形成,使电池系统的电阻也随着增加,故由此引

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理

金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属在特定条件下与周围环境中的化学物质发生反应导致其损失其原有性能和结构的现象。

金属腐蚀是一种自然现象,不可避免地影响了工业、农业、医疗、建筑和航空等领域的金属制品。

金属腐蚀的原理主要涉及以下几个方面:1. 化学反应金属与环境中的化学物质接触时,必然发生一系列化学反应。

铁与水和氧气反应会形成氧化铁,即铁锈。

Fe + H2O + O2 → Fe2O3·nH2O(铁锈)金属的电化学性质在这个过程中起着关键的作用。

如铜与氯离子反应如下:Cu + 2Cl- → CuCl2 + 2e-金属的原子释放出电子,产生正离子。

在电解质中,这些正离子随后会与负离子反应,导致金属表面的电化学腐蚀。

2. 电化学反应金属的表面被涂上一层绝缘性较好的材料或涂层,可以防止其与外部环境发生化学反应。

当涂层损坏或表面存在缺陷时,金属会变得更易受到腐蚀。

此时,金属会表现出电化学反应,也就是在金属表面形成电池。

金属的电子从阴极(电池的负极)流向阳极(电池的正极),从而导致阳极处的金属被电化学腐蚀。

3. 介质腐蚀金属腐蚀还会受到介质的影响,介质包括气体、液体和固体。

在钢材上,只有当表面附着了盐、油、水或化学物质等附件时,金属才会腐蚀。

在线的腐蚀往往会发生在地下管道和油罐等结构中,因为它们被完全包围在介质中。

在这种情况下,防护系统和钝化剂等方法可能会用来防护金属免受腐蚀的影响。

4. 海洋水腐蚀金属在海洋环境中面临更复杂的腐蚀挑战,因为海洋环境包含盐、水以及许多化学物质。

海水的腐蚀效果比纯水的腐蚀效果更严重,并可以在金属表面形成锈。

氯离子是最具腐蚀性的物质。

在船舶、桥梁和海上平台等重要结构中,通常需要采用特殊的腐蚀防护措施来保护金属免受海洋环境的损害。

金属腐蚀涉及多个因素,包括化学反应、电化学反应、介质腐蚀和海水腐蚀等。

通过了解这些原理,我们可以采取更有效的方法来防止金属腐蚀并延长其寿命。

除了了解金属腐蚀的原理之外,还需要对不同类型的金属腐蚀有深入的了解。

金属电化学腐蚀基本原理

金属电化学腐蚀基本原理

金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀是指金属与环境中的化学物质发生反应而遭受损害的过程。

其基本原理可以概括为以下几点:
1. 金属的电化学性质:金属具有导电性质,其内部存在自由电子,可以形成电流。

不同金属的电化学性质有所差异,会影响金属的耐腐蚀性能。

2. 电化学反应:金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。

在电解质溶液中,金属表面会发生氧化和还原反应。

这些反应中,金属作为阴极或阳极参与电子传递过程,从而导致金属的腐蚀。

3. 电化学腐蚀过程:在电解质溶液中,当金属表面存在局部缺陷(如划痕、裂缝等)时,就会形成阳极和阴极的区域差异。

阳极区域发生氧化反应,金属通过失去电子被溶解成阳离子进入溶液中;而阴极区域则发生还原反应,一些物质被还原成金属。

在这个过程中,金属的一部分被腐蚀,组成金属的原子被离子替代,最终导致金属的损坏。

4. 影响腐蚀速率的因素:金属电化学腐蚀速率受多种因素影响,包括溶液中的电导率、氧含量、温度等。

此外,金属的合金成分、微观结构和表面处理等也会对腐蚀速率产生影响。

5. 防腐措施:为了减缓金属电化学腐蚀的发生,可以采取多种防腐措施,例如使用防腐涂层、合金化、电镀、阳极保护等方法,以提高金属的耐腐蚀性能。

金属电化学腐蚀原理

金属电化学腐蚀原理

金属电化学腐蚀原理
金属电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种电化学反应,其原理是由于金属表面形成的氧化物、氢氧化物或其他化合物的形成,导致金属表面产生了电位差。

当金属表面与电解质溶液接触时,溶液中的电解质分子会发生电离,产生正负电离子,形成一个电化学双电层结构。

金属表面上的阳离子会向外析出电子,并与溶液中的阴离子结合形成金属离子,也就是金属的腐蚀过程。

同时,金属表面得到电子而产生负电荷,表面会形成氢氧化物或其他被氧化的产物。

这些氧化物或氢氧化物会形成保护膜,阻碍氧化反应的继续进行。

但如果膜被破坏或维持环境条件变化,就会导致电化学腐蚀加剧。

因此,控制环境条件和加入抑制剂以防止腐蚀是防止金属电化学腐蚀的一种方式。

金属电化学腐蚀基本原理

金属电化学腐蚀基本原理

CHAPTER 05
金属电化学腐蚀检测与评估方法
外观检查法
目视检测
通过肉眼观察金属表面是否存在变色、锈蚀 、裂纹等现象,初步判断腐蚀情况。
放大镜检测
使用放大镜对金属表面进行仔细观察,查看 微小的腐蚀痕迹和裂纹。
厚度测量法
超声波测厚
利用超声波技术测量金属板材的厚度,通过 测量值与原始厚度的比较,判断腐蚀程度。
简要介绍金属电化学腐蚀研究的起源、发展历程和重要成果。
金属电化学腐蚀研究现状
概述当前金属电化学腐蚀研究的主要方向、研究方法和取得的代表 性成果。
金属电化学腐蚀研究应用
列举金属电化学腐蚀研究在工业、能源、环保等领域的应用案例, 说明其重要性和实际意义。
未来研究方向与挑战
未来研究方向
根据当前研究现状和实际需求, 提出未来金属电化学腐蚀研究的 主要方向,如新型材料、新能源 领域的应用等。
腐蚀均匀地发生在金属表 面,使金属整体变薄。
原因
一般是由于金属材料本身 存在缺陷或者环境因素如 温度、湿度、腐蚀介质等 共同作用。
局部腐蚀
定义
金属表面某些部位发生腐 蚀的现象。
特征
腐蚀集中在金属表面的某 些特定区域,其他区域几 乎不受影响。
原因
一般是由于金属材料表面 的不均匀性、应力集中、 缝隙或钝化膜破裂等因素 导致。
金属电化学腐蚀基本原 理
汇报人:
202X-12-21
CONTENTS 目录
• 金属电化学腐蚀概述 • 金属电化学腐蚀机理 • 金属电化学腐蚀类型与特征 • 金属电化学腐蚀防护方法与技术 • 金属电化学腐蚀检测与评估方法 • 金属电化学腐蚀研究现状与展望
CHAPTER 01
金属电化学腐蚀概述

第一章-金属电化学腐蚀基本原理

第一章-金属电化学腐蚀基本原理
M M nne
阴极反应通式:
D n eD •ne
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的原理
二、金属与溶液的界面特性——双电层 德国化学家W.H.Nernst在1889年提出“双
电层理论”对电极电势给予了说明。 金属浸入电解质溶液内,其表面的原子与
溶液中的极性水分子、电解质离子相互作用, 使界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷 的双电层。双电层的模式随金属、电解质溶液 的性质而异,一般有以下三种类型。
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的原理
2、微电池 构成金属或合金表面电化学不均一性的主要原因如 下:
化学成分不均一 电化学不均一性 组 物织 理结 状构 态不 不均 均一 一
表面膜不完整
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的原理
如下图所示:含杂质铅的锌在硫酸中的微电池腐蚀
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的原理
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈?
CO2 SO 2
H + H 2O Cu
Fe2+
2 e-
Fe
O2 O2
H 2O
H+
Cu
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),
第一节 电化学腐蚀的原理
国 际 上 规:定 标 准 状 态 下 , 即 温 29度 8K,为 氢 离 子 活 度 1,为氢 分 压10为132P5a时 , 氢 的 平 衡 电 极E电 H02 位0 常 温 下 氢 电 极 的 平 极衡 电电 位 可 简 化

金属的电化学腐蚀

金属的电化学腐蚀

金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀是金属受到流体或气体中的电化学反应而损坏
的过程。

近年来,金属的电化学腐蚀引起了人们越来越多的关注。


面我们来分步骤阐述一下金属的电化学腐蚀。

第一步:腐蚀的机理
金属的电化学腐蚀是由三个基本要素组成的:阳极、阴极和电解介质。

在这些组成部分的相互作用下,电流从阳极流向阴极,金属则被氧化。

这里所谓的阳极是指一个正在被氧化的金属位置,而阴极则是另一个
位置,它是由于电流需要流向而得以保持不变的金属位置。

第二步:影响
腐蚀的影响有很多,主要是金属腐蚀会使得金属的硬度、强度、塑性
和韧性都降低,最终导致金属断裂;整体性降低,导致设备的失效和
损毁;以及导致环境污染等等。

这些影响对工业生产和环境保护都非
常严重,必须引起重视。

第三步:防止腐蚀
为了防止金属的电化学腐蚀,我们可以采取一些措施,例如选择合适
的金属材料;在金属表面进行化学处理和镀层处理;使用防腐涂料和
防腐膜等等。

这些措施可以有效地降低金属的腐蚀速度,延长设备的
使用寿命以及保护环境。

第四步:应用
金属的电化学腐蚀理论不仅适用于一些特定的工业生产过程,也可以
用于石油开采、火箭发射等重要领域。

因此,对于金属的电化学腐蚀
問題的研究也成为研究热点之一。

总之,围绕“金属的电化学腐蚀”这个话题,在我们日常工作和
生活中都非常实用。

了解金属腐蚀的机理以及采取相应的措施能够有
效地延长设备使用寿命,减少生产事故和环境污染,提高生产效率。

电化学腐蚀原理

电化学腐蚀原理

一电化学腐蚀原理1.腐蚀电池(原电池或微电池)金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。

在这个过程中金属被氧化,所释放的电子完全为氧化剂消耗,构成一个自发的短路电池,这类电池被称之为腐蚀电池。

腐蚀电池分为三(或二)类:(1)不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。

例如:在铜板上有一铁铆钉,其形成的腐蚀电池。

铁作阳极(负极)发生金属的氧化反应:Fe → Fe2+ + 2e-;(Fe → Fe2+ + 2e)=-0.447V.阴极(正极)铜上可能有如下两种还原反应:(a) 在空气中氧分压 =21 kPa 时:O2+4H++4e- →2H2O;( O2+4H++4e- →2H2O )=1.229 V ,(b) 没有氧气时,发生2H+ + 2e- → H2;(2H+ + 2e- → H2)=0V,有氧气存在的电池电动势 E1=1.229-(-0.447)=1.676V; 没有氧气存在时,电池的电动势E2=0-(-0.447)=0.447V。

可见吸氧腐蚀更容易发生,当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。

铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起,相当于电池的外电路短接,于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。

Fe氧化成Fe2+进入溶液,多余的电子转向铜极上,在铜极上O2与H+发生还原反应,消耗电子,并且消耗了H+,使溶液的pH值增大。

在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2,接着又被空气中氧继续氧化,即:Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。

这样不断地进行下去,机械部件就受到腐蚀。

(2)电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。

例如工业用钢材其中含杂质(如碳等),当其表面覆盖一层电解质薄膜时,铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。

该微型电池中铁是阳极: Fe → Fe2+ + 2e-碳作为阴极:如果电解质溶液是酸性,则阴极上有氢气放出(2H+ + 2e- → H2 );如果电解质溶液是碱性,则阴极上发生反应 O2+2H2O+4e- →4OH- 。

金属电化学腐蚀原理 (1)

金属电化学腐蚀原理 (1)
金属发生电化学腐蚀的原因是由于形成了腐蚀原电池。而任一个 腐蚀原电池的反应包活两个电极过程及一个液相传质过程。电极 过程涉及电极/溶液之间电荷的传递,即在界面上必然发生电极反 应。电极反应速度决定于金属溶解的快慢和腐蚀电流的大小。因 而我们要弄清影响电极反应速度亦即金属电化学腐蚀速度的各种 因素和变化规律,从而提出控制反应速度的有效措施。金属电化 学腐蚀过程中所发生的极化作用和去极化作用是影响金属腐蚀速 度的主要因素。
锌电极(阳极): Zn→Zn2++2e (氧化反应) 铜电极(阴极): 2H++2e→H2↑ (还原反应)
Zn+2H+→Zn2++H2↑ (整个电极反应)
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.1 腐蚀原电池
铜锌电池作用的结果:锌溶解了,即锌在电解质溶液中受到了腐 蚀。所以,电化学腐蚀是原电池作用的结果,这种原电池称为腐 蚀原电池.或称腐蚀电池。
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.2 腐蚀电池的电极过程
发生金属的电化学腐蚀必须具备三个条件: (1)金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电 位差, (2)具有电极电位差的两电极处于短路状态, (3)金属两极都处于电解质溶液中。
阳极:金属离子从阳极转入溶液,在阳极-溶液界面上发生氧化反应而释
金属浸入电解质溶液中,其表面上的金属 正离子由于受到极性水分子的吸引,发生 水化作用,有进入溶液而形成离子的倾向, 将电子留在金属表面。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,则金属离子脱离金属表面 进入与金属表面相接触的溶液层中形成水 化离子,金属晶格上的电子受水分子电子 壳层同性电荷的排斥,不能进入溶液,仍 然留在金属内。

简述电化学腐蚀的原理

简述电化学腐蚀的原理

简述电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是指在电解质溶液中,当金属与电解质接触时,由于电化学反应而导致金属表面的损失。

其原理是金属在电解质中发生氧化还原反应,形成正离子和电子,其中正离子溶解在电解质中,而电子则在金属表面留下,最终导致金属的腐蚀。

电化学腐蚀的原理可以分为两个主要过程:阳极溶解和阴极反应。

首先是阳极溶解过程。

当金属与电解质接触时,金属表面的原子或离子会失去电子,形成正离子。

这些正离子会进入电解质溶液中,并与溶液中的阴离子结合形成溶解物。

这个过程被称为阳极溶解,也是金属腐蚀的主要过程。

阳极溶解的速率取决于金属的活性和电解质的性质,如溶液的酸度、温度和氧气浓度等。

其次是阴极反应过程。

当金属腐蚀时,电解质中的电子会在金属表面聚集,形成阴极区域。

在阴极区域,电子与电解质中的正离子结合形成原子或分子,并还原成金属。

这个过程被称为阴极反应,它减缓了金属的腐蚀速率。

阴极反应的速率取决于电解质中的正离子浓度和金属表面的电位。

除了阳极溶解和阴极反应,电化学腐蚀还受到其他因素的影响。

第一个因素是电解质的浓度。

当电解质浓度较高时,阳极溶解和阴极反应的速率都会增加,导致金属腐蚀加剧。

相反,当电解质浓度较低时,金属腐蚀减缓。

第二个因素是温度。

温度的升高会加速阳极溶解和阴极反应的速率,从而增加金属的腐蚀速度。

这是因为温度的升高会提高电化学反应的速率常数,使电子和离子的迁移更加迅速。

第三个因素是氧气浓度。

氧气是金属腐蚀的重要因素之一,特别是在水中。

氧气的存在会加速阴极反应,从而增加金属的腐蚀速率。

因此,在含氧溶液中,金属的腐蚀速度通常比不含氧溶液中要快。

除了上述因素,金属的活性也是影响电化学腐蚀的重要因素。

活性金属的电极电位较低,更容易发生阳极溶解。

而惰性金属的电极电位较高,不容易发生阳极溶解。

因此,活性金属更容易腐蚀。

总结来说,电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生氧化还原反应导致金属表面损失的过程。

它受到阳极溶解、阴极反应以及电解质浓度、温度、氧气浓度和金属活性等因素的影响。

第一章 金属电化学腐蚀基本原理

第一章 金属电化学腐蚀基本原理

化学腐蚀——氧化剂直接与金属表面的原子碰撞,
化合成腐蚀产物
Zn
1 2
O2
ZnO
2
电化学腐蚀——金属腐蚀的氧化还原反应有着两个同 时进行又相对独立的过程。
Zn
1 2
O2
H
2O
Zn(OH
)2
系列反应为
Zn Zn2 2e
1 2
O2
H 2O
2e
2OH
Zn2 2OH Zn(OH )2
3
Zn2 Zn2
3.超电压
-E
腐蚀电池工作时,由于极
化作用使阴极电位下降,阳极
电位升高。这个值与各极的初
η
始电位差值的绝对值称为超电
E
k
压或过电位。以η表示。
i
32
超电压量化的反映了极化的程度,对研究腐蚀速度 非常重要。
ηK | EK EK |
,ηA
|
E
A
EA
|
电化学超电压ηa
定义:由电化学极化引起的电位偏离值。主要受电极 材料、电流密度、溶液的组成及温度的影响。
类似的有,氧电极、氯电极。
16
4.电极电位的测量
在目前的技术水平下,无法得到单个电极电位的 绝对值。通常的做法是求其相对值,即用一个电位很 稳定的电极作为基准(参比电极)来测量任意电极的 电极电位的相对值。
方法:将待测电极与基准电极组成原电池,其电 动势即为两电极间的电位差。若采用电位为零的标准 氢电极为基准电极,则测得的电位差即为待测电极的 电极电位。
D
)
电池工作后,阳极附近: CM CM' 阴极附近: CD CD
35
电极电位为
EA(K)
E A(K)

金属的电化学腐蚀

金属的电化学腐蚀

金属的电化学腐蚀
6. 定期检查和维护 定期对金属设备进行检查和维护,及时发现和处理腐蚀问题
金属的电化学腐蚀
总结
金属的电化学腐蚀是一个复杂的问题,涉及到金属学、电化学、环境科学等多个领域。为 了预防和控制金属的电化学腐蚀,我们需要采取综合性的措施,包括合理选材、表面处理 、改善环境、缓蚀剂应用、电化学保护和定期检查和维护等。这些措施的有效实施可以大 大减少金属的电化学腐蚀,提高设备的使用寿命和安全性。同时,对于金属电化学腐蚀的 监测和检测也是非常重要的,可以及时发现和预测腐蚀问题,为采取相应的防护措施提供 依据
金属的电化学腐蚀
2020-xx-xx
-
目录
金属的电化学腐 蚀
1
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀概述
金属电化学腐蚀概述 金属的电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生氧化还原反应而引起的腐蚀。这种腐蚀通常 是由于金属表面形成原电池而加速的。原电池是由两个电极(阴极和阳极)和一个电解质组成 的。在腐蚀过程中,阳极金属失去电子而被氧化,阴极则接受电子而被还原 金属电化学腐蚀的原理 金属的电化学腐蚀是由于金属表面的微观不均匀性引起的。例如,金属表面可能存在划痕、 缺陷、裂缝等,这些地方成为阳极,而其他表面则为阴极。阳极处的金属原子失去电子成为 离子,而阴极处则接受电子还原为原子。这种过程加速了金属电化学腐蚀
金属电化学腐蚀的监测和检测
金属电化学腐蚀的监测和检测 1. 重量法 在腐蚀介质中浸泡试样一段时间后,取出试样进行称重。通过比较试样在腐蚀前后的重量 变化,可以计算出试样的腐蚀速率。这种方法适用于均匀腐蚀和局部腐蚀,但需要较长时 间的试验和测量
金属的电化学腐蚀
2. 失重法 在腐蚀介质中浸泡试样一段时间后,取出试样进行洗涤、干燥等处理,然后测量其重量变 化。通过比较试样在腐蚀前后的重量变化,可以计算出试样的腐蚀速率。这种方法简单易 行,但只适用于均匀腐蚀 3. 增重法 在试样表面涂覆一层腐蚀介质,然后加热使介质干燥。冷却后,称量试样的重量增加量, 可以计算出腐蚀介质的吸附量。这种方法适用于局部腐蚀和缝隙腐蚀,但需要严格控制实 验条件 4. 电阻法
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H++e→H H+H → H2
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.2 腐蚀电池的电极过程
发生金属的电化学腐蚀必须具备三个条件: (1)金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电 位差, (2)具有电极电位差的两电极处于短路状态, (3)金属两极都处于电解质溶液中。
锌电极(阳极): Zn→Zn2++2e (氧化反应) 铜电极(阴极): 2H++2e→H2↑ (还原反应)
Zn+2H+→Zn2++H2↑ (整个电极反应)
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.1 腐蚀原电池
铜锌电池作用的结果:锌溶解了,即锌在电解质溶液中受到了腐 蚀。所以,电化学腐蚀是原电池作用的结果,这种原电池称为腐 蚀原电池.或称腐蚀电池。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.4 电极的极化作用
2.4.2 产生极化的原因
(腐1)蚀活电化池极在化未接通前,两个电极上都达到电荷平衡,没有电流流过,电路 一旦接通,两个电极上的平衡即遭破坏,发生了电子从阳极向阴极转移的 (在2过)腐浓程蚀差,电极随池化着中电,子金的属转失移去,的电电极子电通位过发金生属相(应或的导变线化)可—非—常极迅化速。地从阳极流 到阴极,但金属离子溶解的速度却很慢,这样就引起阳极双电层上负荷
影响该过程的因素有两个: (1)活化极化 若由阳极来的电子过多,去极化剂吸收电子的反应慢,则在阴极积累剩余电 子,电子密度增加,使阴极电位越来越负,即产生了阴极极化。这种极化亦 称为电化学极化。 (2)浓差极化 溶液中的去极化剂向阴极表面扩散较慢.或阴极反应产物向外扩散较慢,都 会引起阴极电位向负的方向移动,引起阴极极化。
1阳过阳化逐位(某得方减极电. 3极程阳)极金渐往些金向少化化电过:极过属增正金属移,。学阻M 程极程离加的属 的 动过由极极是化中子,方n 在溶。多于化化 金的产向阻向一解由n 的这。属原e 生外碍移定速于正一失 因的扩了动条度保电原去m 水散金,件显护荷因电H 化得属产下著膜积引子金很的生有降的累 起2 O ,属慢继阳阳低形,阳金离,续极极,成 结极属子就溶极电电,果过离M 首会解化流极使使程子先使,,流过电阳阻n 从 进阳引由过程池极滞m 晶入极起此时受系电产H 体阳附阳引易到统位生转2 极近极起在阻的向的O 移表的过的表滞电正极 到面液程极面,阻的化溶n 附层阻化生阳也方称e 液近中滞称成极随向为中的 金 , 为致电着移活形浓溶属必密位增动化成差液离然的剧加,极水极中子使保烈,产化化化,的阳护地故生,离。若浓极膜向由阳又子水度电,正此极称的使的引
E M /M nE 0M /M nR nF TlnM n
EM/Mn+—金属离子活度为 时金属的平衡电极电位; E0M/Mn+—金属离子活度为1时金属的平衡电极电位(金属的标准电极电位), R—气体常数; T—绝对温度; F—法拉第常数, n—参与反应的电子数, αMn+—溶液中的金属离子活度
第二章 金属电化学腐蚀原理
原因:工业锌中含有铁杂质,杂质电位一般较锌的电位高,于是构成了 锌为阳极,杂质为阴极的许许多多微小的腐蚀电池。这种腐蚀电池称为 微观腐蚀电池。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.2 腐蚀电池的电极过程
金属电化学腐蚀由下列三个过程组成: (1)阳极过程,即金属溶解:
M+n·ne→Mn+ + ne (2)电子从阳极区流入阴极区, (3)阴极过程,从阳极区来的电子被去极化剂(如酸性溶液中的 氢离子或中性和碱性溶液中的溶解氧等)所吸收。 氢离子的还原反应:
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.4 电极的极化作用
2.4.3 极化曲线图
如图2-9所示,用控制电流的方法就可测出不同电流下的电极电位。当可 变电阻很大时,外电路流过很小的电流,然后减小可变电阻,外电路电 流逐渐增大,这时观察到伏特表上电压的读数减小。当外电路电阻降至 最小值,接近电池短路状态时,通过的电流量大,伏特表上的电压最小, 这说明通过两个电极的电流愈大,它们的极化愈严重,于是两极间的电 位差愈小。
阳极:金属离子从阳极转入溶液,在阳极-溶液界面上发生氧化反应而释
放电子; 阴极:在溶液-电极界面上发生接受电子的还原反应。 这两种反应除有分子、离子外,还有电子参加反应,故叫电化学反应
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.3 金属的电极电位
2.3.1 双电层理论
金属在腐蚀介质中产生电化学腐蚀的基本条件之一是金属表面不同区域 存在着电极电位差而形成腐蚀原电池,有腐蚀电流产生。原电池产生电 流的机理可用双电层理论说明:
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.5 电极的去极化作用
凡是能消除或减少极化作用的电极过程叫做去极化。阳极发生的去极化作用 称为阳极去极化;阴极发生的去极化作用称为阴极去极化。能阻止极化过程 进行的物质称为去极化剂。 很显然,去极化的电极过程将大大加快金属的腐蚀速度。所以从防止或减少 金属电化学腐蚀的角度出发,不希望有去极化的电极过程产生。为了控制这 一过程的进行,需要研究产生去极化作用的原因,以便采取相应的控制措施。
铜锌电池中锌电极,因为它是一种 较活泼的金属,电位较负,容易失 去电子而溶解成为正离子,就遭到 腐蚀;而铜的电位较正,不易失去 电子,不溶解而不腐蚀。阳极锌与 阴极金属电位差愈大,锌的腐蚀速 度愈快。如果我们将铜和锌直接接 触,并一起浸入稀硫酸水溶液中, 也将发生与上述原电池同样的反应
第二章 金属电化学腐蚀原理
阳极控制的腐蚀过程
金属腐蚀时,电极极化作用主要发生在阳极上,而阴极极化作用较小,如 图2-14所示。金属腐蚀速度主要由阳极反应决定。所以任何影响阴极反应 的因素都不会使金属的腐蚀速度发生明显变化,而任何能增大阳极极化率 的因素都能使腐蚀速度减小。例如能在溶液中形成钝态的金属或合金,能 急剧地降低腐蚀速度。
金属电化学腐蚀
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏过程称
为电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海 水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。它的特点
是在腐蚀过程中,金属上有腐蚀电流产生,而且腐蚀反应 的阳极过程和阴极过程是分区进行的。
金属的电化学腐蚀基本上是原电池作用的结果。
2.5.1 产生去极化作用的原因
1(12.).阳由阴极于极去阳去极极极化保化的护的原膜原因遭因到破坏,如不锈钢在硝酸中生成一层氧化物保护膜, 从(1而)去发极生化阳剂极容极易化到。达若阴在极溶表液面中,加或入阴氧极离表子面,的就反会应破产坏物这向层外保扩护散膜速,度使快不, 锈钢的腐蚀速度大为增加。 (2就)溶会解发的生金阴属极离去子极加化速作离用开,阳如极搅表拌面溶,液如可铜加在快氨阴水极或反铵应盐的溶进液行中。能生成铜 铵(2络)所离有子能[C在u阴(N极H3获)4]得2+电,子使的阳过极程表都面可附以近产的生液阴层极中去铜极离化子作浓用度。降其低中,以金氢属离的 腐蚀加快。 子的去极化作用和氧去极化作用最为重要。
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.1 腐蚀原电池
直接接触腐蚀与原电池的区别:锌溶解后所提供的剩余电子不是通 过外电路,而是流入与它直接接触的铜,并在铜表面为溶液中的氢 离子所吸收,氢气在铜表面形成并逸出。只要溶液中有氢离子存在, 阴极反应就会继续进行,锌就会继续溶解。
上述铜锌腐蚀电池铜电极和锌电 极尺寸较大,肉眼可见,属于宏 观腐蚀电池。但是,通常我们见 到的,即使是一块金属,浸入腐 蚀介质中,如一块工业用锌放入 硫酸溶液中,也会发生溶解。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.5 电极的去极化作用
2.5.2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
1. 析氢腐蚀 金属在酸性溶液中的腐蚀,因溶液中有氢离子存在,常常是氢的去极化作 用引起的。氢离子在阴极进行还原反应生成氢气逸出。这时阴极表面被氢 气所覆盖,可以将阴极看成是气体氢电极。金属电极与氢电极组成腐蚀电 池,当金属的电极电位比氢电极的电位更负时,两电极就存在电位差,阳
为了单独研究阴极与 阳极的极化,可以在 上述试验的同时,分 别测定它们的电位变 化,可得到阴极和阳 极的电位随电流增大 而变化的曲线,如图 2-10所示。此图称为 极化曲线图。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.4 电极的极化作用
2.4.4 腐蚀体系的控制因素
阴极控制的腐蚀过程
金属腐蚀时,电极极化作用主要发生在阴极上,而阳极极化作用较小,如 图2-13所示。金属腐蚀速度主要由阴极反应决定。所以,这种条件下可通 过改变阴极极化曲线斜率来控制腐蚀速度。例如金属Fe、Cu等在中性或 碱性电解液中的腐蚀都与溶解氧在阴极的还原反应有关。采取脱氧的方法, 降低溶液中氧的浓度以增加阴极极化阻力,可达到明显的缓蚀效果。
只起要的该极过化程称受为到电阻阻滞极,化就。会产生阳极极化,影响上述阳极过程的因素有三:
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.4 电极的极化作用
2.4.2 产ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ极化的原因
2.阴极极化的原因 阴极过程是溶液中吸收电子的物质D,亦即去极化剂〔如溶液中 的氢离子和溶解氧),在阴极吸收电子的过程:
D + e→[D·e]
金属浸入电解质溶液中,其表面上的金属 正离子由于受到极性水分子的吸引,发生 水化作用,有进入溶液而形成离子的倾向, 将电子留在金属表面。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,则金属离子脱离金属表面 进入与金属表面相接触的溶液层中形成水 化离子,金属晶格上的电子受水分子电子 壳层同性电荷的排斥,不能进入溶液,仍 然留在金属内。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.1 腐蚀原电池
将锌片和铜片浸入稀硫酸水溶液中,再用导 线把它们连接起来组成原电池(图2-1)。这时 由于锌的电位较低,铜的电位较高,它们各 自在电极/溶液界面上建立的电极过程平衡 遭到破坏,并在两个电极上分别进行电极反 应,这时就有电流产生。电子自负极通过外 导线流向正极,即从锌片流向铜片,电流则 从正极流向负极,即从铜片流向锌片。
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