1 金属电化学腐蚀的基本原理(2)
电化学腐蚀二)
电位－pH平衡图中的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。
电位－pH平衡图只涉及纯金属，而工程上多使用合 金。
1、若环境电位处于A点，环境电位与电极反应的平衡电极电位 相等，系统处于平衡状态，电极反应平衡，即电极反应向右的 反应速率与向左的反应速率相等，腐蚀不继续发生。
电位－pH图线为动态平衡线。
电位－pH图对金属腐蚀倾向的判断 φ
一、对于电极反应：Fe→Fe2++2e
二、φ与pH值的函数关系为：
Fe2
相连，使Fe的电极电位降低。
a
2、不改变pH值，提高金属电位。 D →E
阳极保护：将 Fe与外电源正极相连，电 极电位向正方向移动。
3、不改变电位值，提高pH值。 B →C
提高溶液的pH值， Fe也会进入钝化区，
从而得到保护。 14
六、电位－pH平衡图的局限
电位－pH平衡图是用热力学数据绘制的电化学平衡 图,只能说明体系的腐蚀倾向，不能指示腐蚀速度。
pH
这类电极反应的电极电位只与氧化态和还原态物质的浓度有 关，而与溶液的pH值无关。反映在电位－pH图上为一条与横坐 标平行的直线。
电位－pH图对金属腐蚀倾向的判断 φ
一、对于电极反应：Fe→Fe2++2e
二、φ与pH值的函数关系为：
Fe2
Fe
0
RT 2F
ln
[Fe2 ] [1]
●A
三、分析
pH
电位－pH图线下区域为保护区。
（二）只与pH值有关，与电极电位无关的曲线
1、该曲线的特点是：有H＋或OH-离子参与电极反应，而无电 子得失。
第一章 金属腐蚀的基本原理腐蚀原理
一些金属在某些介质中的平衡电位
每天进步一点点……
腐蚀电位序的作用：预测在实际条件下发生腐蚀的行为。 腐蚀介质发生变化，金属的电极电位序也会跟着发生改变，
如在标准电位序中，Al为-1.66v， Zn为-0.76v，Al较Zn活泼， 易发生腐蚀；而将这两种金属都浸入3%的NaCl溶液中时，Al 为-0.63v，Zn为-0.83 v，Zn较Al活泼，易发生腐蚀。
Chemical Corrosion and Anticorrosion
每天进步一点点……
第一章 金属腐蚀的基本原理
通过前面的学习，我们清楚的知道，材料不仅 有金属还有非金属，但工程结构材料主要还是以 金属为主,所以我们这一章就学习金属腐蚀的基本 原理。 电化学腐蚀 ：金属在电解质溶液中发生的腐蚀
lg
PO 2 (COH )4
每天进步一点点……
氧浓差电池实例
每天进步一点点……
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
每天进步一点点……
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
电极:电化学中，把金属与电解质溶液构成的体系称为电极体系
电位：单位正电荷有无穷远处移至该点，因反抗电场力
所做的电功即为该点的电位。
电极电位：电极系统中金属与溶液之间的电位差称为
该电极的电极电位，即E=E金属-E溶液
材料腐蚀与防护-金属的电化学腐蚀原理(2)
此时，两电极的稳定电位差0.05+0.83=0.88V，
铜-锌腐蚀原电池示意图
电池刚接通时，毫安表指示的起始瞬间电流 值
电流变化
瞬间电流很快下降，经过一段时间 后，达到一个比较稳定的电流值， I2=0.15mA ？？？
腐蚀极化图
+E EeC
β
假定任何电流下，阴极阳极的极 化率为常数，称为Evans图（U. R. Evans）。 S所对应的电位Emix，称为混合电 位。由于Emix电位下的金属处于 腐蚀状态，故混合电位就是金属 的自腐蚀电位Ecorr，对应的电流 称为腐蚀电流，用Icorr表示。 I 腐蚀电位是一种不可逆非平 衡电位，需由实验测得，腐蚀 电流表示金属腐蚀的速率，对 于均匀腐蚀和局部腐蚀都适用。
CA
PA E A E A 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
PR ER ER 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
S2O62 +2e 2SO42
3．溶液中中性分子的还原反应 吸氧反应 氯的还原反应
如：
O2 +H2O+4e 4OH Cl2 2e 2Cl
4．不溶性化合物的还原反应
如：
Fe(OH)3 +e Fe(OH)2 OH
电路接通
腐蚀电池接通前后电位变化
过电位
电极电位的偏离值称为极化值。 通常引入一新术语--过电位或超电位(取正值)来表征电 极极化的程度。
第一章 金属腐蚀的基本原理
O2+4H++4e→2H2O
氧化性的金属离子，产生于局部区域，虽然较少见，但能 引起严重的局部腐蚀。 一种是金属离子直接还原成金属，称为沉积反应，如锌 在硫酸铜中的反应 Zn+Cu2+→Zn2++Cu↓ 阴极反应 Cu2++2e→Cu↓ 另一种是还原成较低价态的金属离子，如锌在三氯化铁 溶液中的反应 Zn+2Fe3+→Zn2+2Fe2+ 阴极反应 Fe3++e→Fe2+
1、什么是原电池？举例说明并阐述工作机理。
原电池（丹尼尔电池） 是利用两个电极的电极 电势的不同，产生电势差， 从而使电子流动，产生电流。 又称非蓄电池，是电化学电 池的一种。其电化学反应不 能逆转，即是只能将化学能 转换为电能。简单说就即是 不能重新储存电力，与蓄电 池相对。需要注意的是，非 氧化还原反应也可以设计成 原电池。
试验表明，70%的硝酸可使铁表面形成保护膜，使它在后来 不溶于35%的硝酸中，但当表面膜一旦被擦伤，立即失去保护作 用，金属失去钝性。此外，如果铁不经70%的硝酸处理，则会受 到35%硝酸的强烈腐蚀。 当金属发生钝化现象之后，它的腐蚀速度几乎可降低为原 来的1/106～1/103，然而钝化状态一般相当不稳定，像上述试验 中擦伤一下膜就受到损坏。因此，钝态虽然提供了一种极好的 减轻腐蚀的机会，但由于钝态较易转变为活态，所以必须慎重 使用。
船舶腐蚀防护措施
船舶的防护直接关系到船舶的使用寿命和航行安全。船舶 的防护包括合理选材、合理设计结构、表面保护（涂层保护、 金属喷涂层、金属包覆层、衬里）、阴极保护等。船体防护系 统是保护船体免受腐蚀侵害的系统，主要有两大系统组成：防 腐蚀涂漆系统和外加电流或牺牲阳极的阴极保护系统。 1．防腐蚀涂料技术
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。
第2章—电化学腐蚀原理(二)
2.8.1 析氢腐蚀的阴极过程步骤 在酸性溶液中，析氢过程步骤： （1）水合氢离子向阴极表面扩散并脱水： H3O+ → H+ + H2O （2）H+与电极表面的电子结合放电，形成吸附氢原子： H+ + e→Hads （3）吸附态氢原子通过复合脱附，形成H2分子： Hads + Hads → H2 或发生电化学脱附，形成H2分子： Hads + H+ + e → H2 （4）H2分子形成氢气泡，从电极表面析出。 各过程连续进行，最慢的过程控制整个反应过程。 通常（2）过程为控制过程。
电流通过腐蚀电池时，阳极的电极电位向正方向移动（升 高）的现象，称为阳极极化。 电流流过腐蚀电池时，阴极的电极电位向负方向移动（降 低）的现象，称为阴极极化。 （1）电化学极化或活化极化 在金属阳极溶解过程中，由于电子从阳极流向阴极的速度 大于金属离子放电离开晶格进入溶液的速度，因此阳极的正 电荷将随着时间发生积累，使电极电位向正方向移动，发生 电化学阳极极化。 由于电子进入阴极的速度大于阴极电化学反应放电的速度， 因此电子在阴极发生积累，结果使阴极的电极电位降低，发 生电化学阴极极化。
（1）构成腐蚀电池，即阴、阳极区之间存在电位差；
（2）存在着维持阴极过程进行的物质，即阴极去极化剂。
2.6 腐蚀电池的电极过程
2.6.1 阳极过程
（1）金属原子离开晶格转变为表面吸附原子：
M晶格 → M吸附 （2）表面吸附原子越过双电层进行放电转变为水化阳离子： M吸附+mH2O → Mn+•mH2O + ne （3）水化金属离子Mn+•mH2O从双电层溶液侧向溶液深处迁移。
2.8.2 析氢腐蚀发生的条件与特征
金属电化学腐蚀基本原理 第二章-1
1
当载荷逐渐增大，σ达到某一临界值σc，构件中裂缝将发生急速的 失稳扩展而脆断。此时与σc相对应的K1c称为材料的“断裂韧性”，
它与试件的形状和尺寸无关，是表示材料固有韧性的特性值，反映
有裂纹材抖对破裂的实际抗力，可以通过实验测定。 在腐蚀环境中具有裂缝的试件的应力场强度因子K1同样存在一个临 界值K1SCC，称为应力腐蚀破裂临界强度因子，K1SCC低于K1c。
2
影响腐蚀的结构因素
— 过程装备腐蚀与防护
2
影响腐蚀的结构因素
(3) 采用合理的热处理方法消除残余应力，或 改善合金的组织结构以降低对SCC的敏感性
采用退火处理消除内应力：钢铁在500 ~ 600 oC处理0.5
~ 1 h，然后缓慢冷却；奥氏体不锈钢可以加热到900 oC
左右再缓冷。但高温处理有可能引起金属表面氧化，形
无应力存在下的局部腐蚀速度（如孔蚀等），
— 过程装备腐蚀与防护
2
影响腐蚀的结构因素
• 应力腐蚀破裂裂纹形貌：应力腐蚀裂纹形态有 晶间型、穿晶型和混合型三种。混合型是以一 种形态为主，支缝中出现另一种形态。
— 过程装备腐蚀与防护
2
影响腐蚀的结构因素
不同的金属一环境体系，将出现不同的裂纹形态， SCC裂纹起源于表面，裂纹的长宽不成比例，可相 差几个数量级，裂纹扩展方向多垂直于主拉伸应力 方向，裂纹一般呈树状。 不同的材料有不同的破裂方式：碳钢、高强钢、 铝合金、铜合合多半是沿晶间断裂，奥氏体不锈钢、 镁合金大多是穿晶型，钛合金为为混合型。 裂纹断口的形貌，宏观上属于脆性断裂，即使塑 性很高的材料也是如此。 但从微观上观察，在断裂面有塑性流变痕迹。断 面有裂纹分叉现象，断面形貌呈海滩条纹、羽毛状、 撕裂岭、扇子形和冰糖块等征状。
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。
电腐蚀原理
电腐蚀原理
电腐蚀是一种通过电化学作用来去除金属表面材料的过程。
它是一种非常有效的方法，可以应用于多种工业领域，如航空、汽车、电子等。
在电腐蚀过程中，金属表面会受到电流的影响，从而导致金属离子在电解液中溶解。
本文将详细介绍电腐蚀的原理及其应用。
电腐蚀的原理主要基于电化学腐蚀的基本规律。
当金属表面暴露在电解液中，并且通过外加电流，金属表面会发生氧化还原反应。
在这个过程中，阳极和阴极的反应会导致金属表面的材料溶解。
电腐蚀可以通过调节电流密度、电解液成分和温度来控制，从而实现对金属表面的精确去除。
电腐蚀在工业上有着广泛的应用。
首先，在航空领域，电腐蚀可以用于修复飞机零部件的表面缺陷，如裂纹和疲劳损伤。
其次，在汽车制造中，电腐蚀可以用于制造汽车零部件的精细加工，提高零部件的质量和耐久性。
此外，在电子行业，电腐蚀也可以用于制造微型电子元件，如集成电路和电容器。
除了以上的应用，电腐蚀还可以用于金属材料的清洗和去除氧化层。
在一些特殊的情况下，电腐蚀还可以用于制造微细结构的金属零部件，如微型机械零件和微型光学元件。
总之，电腐蚀是一种非常有效的金属加工方法，它通过电化学作用来去除金属表面材料，可以实现对金属表面的精确加工和修复。
在工业领域有着广泛的应用，可以提高零部件的质量和耐久性，同时也可以用于制造微细结构的金属零部件。
随着科学技术的不断发展，相信电腐蚀技术在未来会有更广阔的应用前景。
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)
电化学腐蚀的原理
电化学腐蚀的原理
左右
电化学腐蚀是一种持续、渐进的衰减，通常指金属结构中阴极反应所造成的结构中金
属衰减，也称为阴极保护。
这种过程往往是在电解液中，由电压驱动得到的化学反应，电
流的强度和测定的时间会影响腐蚀的结果，但这种影响是有延迟的，对外界有较大的受累。
电化学腐蚀的原理是电流的作用，当通过金属时，电流会把金属上面的电荷迁移到电
解质中，金属表面上缺乏电荷，使金属产生一定的腐蚀。
结构中有两个端点，一个是阳极，另一个是阴极，由阳极电子通过外部路径流向阴极，金属阴极发生电化学反应。
阴极反应是通过氧化还原反应造成，也就是电子通过外界路径流向阴极，它在金属表
面上的氧化物层会分解，金属的原子半价会溶入溶液中。
此时，溶液中氧化剂会把氧原子
从其氧化物中取出，引起结构中金属的腐蚀，而释放出的氧流回和消耗掉溶液中的还原剂。
电化学腐蚀受到环境温度、pH 值、浓度大小、外观面积大小等影响，在受限温度范
围内，腐蚀速率越高，腐蚀从最高到最低的温度范围也不同；盐溶液中的 pH 值变化会影
响游离电子的数量，氧化剂的浓度有越高腐蚀速率就越大的趋势；而外观面积大小也会影
响电流的密度，表面多凹凸越多，电流密度越大，腐蚀越剧烈。
这样，当原子以及液体中的氧在电极上，并被可用电力所驱动后，氧原子就会被激活，它们会把金属上化学和物理性质的变化，以致于金属结构衰竭。
因此，如果金属表面把电
压和电流集中在一起，则会加速其腐蚀，导致衰竭。
金属的腐蚀与电化学防护原理
金属的腐蚀与电化学防护原理引言：金属的腐蚀问题在我们的日常生活中经常出现，不仅造成了经济上的损失，还对环境和人体健康产生了负面影响。
因此，研究金属腐蚀的原因和防护方法显得十分重要。
本文将介绍金属腐蚀的基本原理以及电化学防护的方法。
1. 金属腐蚀的原理金属腐蚀是指金属与周围环境中的物质发生反应，导致金属表面受到侵蚀的过程。
它主要包括两个基本过程：金属的溶解和金属表面的电化学反应。
1.1 金属的溶解金属腐蚀的第一个步骤是金属溶解，也被称为阳极反应。
在金属表面，金属原子经历氧化反应，正电离子离开金属表面，溶解到溶液中，形成金属离子。
1.2 电化学反应金属表面的溶解导致电荷分离，即金属离子带正电荷，金属表面带负电荷。
这种电荷分离引起了电化学反应，包括阳极和阴极反应。
阳极上的金属离子通过与外部电解质中的阴离子结合，形成新的化合物并释放电子。
同时，在阴极上，来自外部电解质的阳离子与电子结合，还原为金属。
2. 电化学防护的原理电化学防护就是利用电化学原理来减缓和阻止金属腐蚀的过程。
它主要包括两种方法：阳极保护和阴极保护。
2.1 阳极保护阳极保护是通过提供外部阳极电流，使金属表面成为一个阴极，从而抑制或减缓金属腐蚀。
具体操作中，可以采用牺牲阳极法或外部电流法。
2.1.1 牺牲阳极法牺牲阳极法是将一个更容易腐蚀的金属与待保护金属连接在一起，形成一个电池，使腐蚀作用主要发生在牺牲阳极上，从而延缓待保护金属的腐蚀速率。
2.1.2 外部电流法外部电流法是通过施加一个由外部电源提供的阳极电流来保护金属。
这个电流可以补偿金属表面的电容耗失，使金属保持在一个较低的电位，从而减缓腐蚀反应的发生。
2.2 阴极保护阴极保护是通过使金属表面成为一个阴极来防止金属腐蚀。
具体操作中，可以利用外加电流或特殊涂层实现。
2.2.1 外加电流法外加电流法是通过施加一个由外部电源提供的直流电流，使金属表面形成一个相对负电位，从而使金属表面成为一个阴极，并减缓金属腐蚀的过程。
腐蚀电化学原理
腐蚀电化学原理
腐蚀是金属在与环境接触时发生的一种破坏性化学反应，它会导致金属表面的腐蚀层剥落和金属材料的破坏。
腐蚀电化学原理主要涉及以下几个方面：
1. 金属的腐蚀反应：金属在电解质溶液中会发生氧化和还原反应，形成电化学腐蚀。
金属表面上的阳极区域会发生氧化反应，产生金属阳离子和电子；而阴极区域则发生还原反应，使金属阳离子还原为金属。
这种电子传递和离子传递的过程会引起金属在局部区域的溶解和损耗。
2. 极化现象：在金属表面上形成特定的电位差，称为电化学极化。
当金属处于阳极极化状态时，金属表面会发生电化学氧化反应，形成氧化物或氧化膜，促进腐蚀的进行。
而当金属处于阴极极化状态时，金属表面会发生还原反应，形成保护性的物质，减缓腐蚀的发生。
3. 腐蚀速率：腐蚀电化学原理中一个重要的参数是腐蚀速率。
腐蚀速率取决于阳极和阴极反应的速率差异，以及环境因素如温度、湿度、氧气浓度等的影响。
腐蚀速率的加快将导致金属材料的更快破坏。
4. 腐蚀的抑制措施：为了减缓腐蚀的发生，可以采取一些抑制措施。
常见的抑制措施包括使用阻氧膜、封闭金属表面、改变环境条件如温度、湿度、氧气浓度等等。
这些措施可以减少金属与环境的接触，降低电流密度，从而减缓腐蚀反应的进行。
综上所述，腐蚀电化学原理是研究金属腐蚀过程和控制腐蚀的基础，对于保护金属材料的安全和延长使用寿命具有重要意义。
电化学腐蚀的基本原理
电化学腐蚀的基本原理电化学腐蚀作为一种常见的物理现象，应用非常广泛，能够解释许多生活中的现象。
例如，我们经常会发现金属制品上出现了锈层，橡胶和塑料制品变得脆弱，化妆品和药品过期失效等。
这些现象中的大部分，都与电化学腐蚀有关。
本文将阐述电化学腐蚀的基本原理及其影响因素。
电化学腐蚀是指在电解质中，由于金属表面电位差，而导致金属发生化学反应，在溶液中溶解或形成新的化合物的过程。
正如化学反应一样，电化学腐蚀也受到各种因素的影响。
首先，电化学腐蚀的发生需要电极的存在。
一个一个的电极通常都分为两种类型：阳极和阴极。
阳极是电流流出的电极，阴极是电流进入的电极。
因此，在电化学腐蚀中，阳极就是被腐蚀的金属，而阴极就是其它的金属或合金。
阳极和阴极之间的电位差会引起电流流动，加快阳极的溶解速度。
其次，电化学腐蚀还需要一个电解液。
在电解液中，通常是一些含有氧化剂或还原剂的溶液，如氯化盐溶液、酸溶液、氢氧化钠溶液等等。
这些氧化还原体能够使电极发生化学反应，影响金属的氧化还原状态，以及阳极上的电荷分布。
当电流通过金属时，电流传输的速度也与电解液的性质有关。
此外，电化学腐蚀还受到温度、压力、流速、浓度等因素的影响。
最后，电化学腐蚀的速度与金属的种类、表面处理方式、金属组织、电位差等因素有关。
同种金属在不同环境中腐蚀速度会有较大差异，同时不同金属间的电位差也会产生不同的腐蚀效应。
对于电化学腐蚀的预防，主要是通过降低电位差、选择适当的金属材料、增加电极的厚度、进行表面涂层等多种方法来实现。
在实际工程上，防腐涂层、防腐合金和防腐保护层都是比较常见的方法。
总之，电化学腐蚀是金属在特定环境下的一种自然现象。
通过理解其发生的基本原理及受到的各种影响因素，并采取相应的预防和保护措施，可以有效地避免和控制电化学腐蚀。
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1.2.2 电极电位
二、参比电极
定义：为了满足测量电极电位的相对变化值， 定义：为了满足测量电极电位的相对变化值，而选择的 第二个电极系统，称为参比电极。 第二个电极系统，称为参比电极。 标准氢电极： 标准氢电极：将镀了铂黑的铂浸在氢的分压为一个大气 压的氢气气氛下，氢离子活度为1的溶液中构成的电极 压的氢气气氛下，氢离子活度为1 系统，称为标准氢电极。 系统，称为标准氢电极。
H 2 ⇔ 2 H + + 2e
O2 + 4e + 2 H 2 O ⇔ 4OH −
1.2.2 电极电位
六、电极电位的测量
测量实例 氢标电位：以标准氢电极为参考电极测出的电位值称为氢标 以标准氢电极为参考电极测出的电位值称为氢标
电位，记为 电位，记为E(vs SHE) 。
1.2.3 金属电化学腐蚀的热力学条件
1. 采用系统自由能变化值△G作判据 采用系统自由能变化值△ 作判据
△G < 0，腐蚀反应可能发生，且越负反应倾向越大； ，腐蚀反应可能发生，且越负反应倾向越大； △G＝0，反应处于平衡状态； ＝ ，反应处于平衡状态； △G > 0，腐蚀不可能发生。 ，腐蚀不可能发生。
1.2.3 金属电化学腐蚀的热力学条件
过程装备腐蚀与防护
第一章 电化学腐蚀的基本原理
内容提要
电池过程
原电池 腐蚀原电池 腐蚀电池类型 化学腐蚀和电化学腐蚀
腐蚀速度
极化与超电压 极化曲线和极化图 腐蚀极化图的应用 金属腐蚀程度表示法
电极电位
双电层理论 电极电位
析氢腐蚀和耗氧腐蚀 金属钝性
钝化现象 钝化理论
金属电化学腐蚀的热力学 条件 钝化特性曲线分析 金属钝性的应用
η r = Rei
1.3.1 极化与超电压
4. 去极化作用
定义： 定义：凡是能减弱或消除极化过程的作用称为去极 化作用。 化作用。 分类
阴极去极化作用 阳极去极化作用
1.3.2 极化曲线和极化图
1. 极化曲线
定义： 定义：表示极化电位与极化电流或极化电流密度之间关 系的曲线叫作极化曲线。 系的曲线叫作极化曲线。 极化率
阳极反应 阴极反应 电流回路 金属部分： 金属部分：电子由阳极流向阴极 溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移 溶液部分：
1.1.3 腐蚀电池类型
1. 宏观腐蚀电池
定义 腐蚀形态 分类
异种金属电池（电偶腐蚀） 异种金属电池（电偶腐蚀） 盐浓差电池 氧浓差电池 温差电池
1.1.3 腐蚀电池类型
1. 宏观腐蚀电池 2. 微观腐蚀电池
Zn→Zn ＋2e
+
2H ＋2e→H2
1.1.1 原电池
3. 相关概念
导体的分类: 导体的分类: 电子导体和离子导体 电极系统：电子导体相＋离子导体相＋ 电极系统：电子导体相＋离子导体相＋电荷转移 电极反应：在电极系统中，伴随着两个非同类导体相之间 电极反应：在电极系统中， 的电荷转移，两相界面上所发生的电化学反应。 的电荷转移，两相界面上所发生的电化学反应。 电化学反应 电极的含义
−E
极化现象： 极化现象：电池工作过程由 于电流流动而引起电极电位
0 EA
△ EA △ E0 △E
EA
变化偏离初始值的现象。 变化偏离初始值的现象。 阳极极化：通阳极电流后， 阳极极化：通阳极电流后，
E
0 K
EK
△ Ek
阳极电位向正方向偏离。 正方向偏离 阳极电位向正方向偏离。
接通前 接通后
t
阴极极化：通阴级电流后， 阴极极化：通阴级电流后， 阴极电位向负方向偏离。 阴极电位向负方向偏离。 负方向偏离
1.1.4 化学腐蚀和电化学腐蚀
2. 电化学腐蚀
腐蚀历程 特点
介质是能导电的、能电离的物质，如电解质溶液。 介质是能导电的、能电离的物质，如电解质溶液。 不直接进行电子的交换，电子得失是在不同部位，相 不直接进行电子的交换，电子得失是在不同部位， 对独立的进行，有电流产生。 对独立的进行，有电流产生。 必须要有两个或两个以上电极存在， 必须要有两个或两个以上电极存在，只发生电化学反 应。
x 0 e
1.2.2 电极电位
四、非平衡电极电位
定义： 定义：
2+
Zn → Zn ＋2e
+
2H ＋2e → H2
特征 正逆过程的物质始终不可能达到平衡 电荷迁移速度可能相等
注：非平衡电极电位只能用实验测量来获得
1.2.2 电极电位
五、气体电极的平衡电极电位
定义： 定义：被惰性电极吸附的气体在惰性电极表面形成的 平衡电极电位，称为气体电极的平衡电位。 平衡电极电位，称为气体电极的平衡电位。 分类 氢电极平衡电位 氧电极平衡电位
电子传递
反应区
产物 在碰撞点上直接生成
温度
主要在高温条件下
1.2 电极电位
重点：电极电位的概念、 重点：电极电位的概念、平衡电极和非平衡电极的 含义、 含义、电化学腐蚀的热力学条件
1.2.1 双电层理论 1.2.2 电极电位 1.2.3 金属电化学腐蚀的热力学条件
1.2.1 双电层理论
一、电极电位的形成过程
1.1.2 腐蚀原电池
2. 腐蚀电池的三个环节
阳极反应 通式： 通式：Me→Mnn++ne 产物有二种： 产物有二种：
Ð
不溶性固体， 不溶性固体，如 2Fe+3H2O＝Fe2O3+6H++6e ＝ 可溶性离子，如 Fe-2e＝Fe2+ 可溶性离子， ＝
Ð
1.1.2 腐蚀原电池
2. 腐蚀电池的三个环节
1.1.4 化学腐蚀和电化学腐蚀
3. 二者比较
项目 化学腐蚀 电化学腐蚀
介质
不导电、不电离的物质， 不导电、不电离的物质，如干 能导电、能电离的物质，如电 能导电、能电离的物质， 燥气体或非电解质溶液 解质溶液 电子得失在同一部位于同一时 电子得失在不同部位（阴阳极） 电子得失在不同部位（阴阳极） 刻发生， 刻发生，没有电流产生 相对独立的进行， 相对独立的进行，有电流产生 在碰撞点上瞬时完成 在相对独立的阴阳区同时完成 一次产物在电极上形成， 一次产物在电极上形成，二次 产物在一次产物相遇处形成 室温与高温条件下
总的电位跃=紧密层电位跃 分散层电位跃 总的电位跃 紧密层电位跃+分散层电位跃 紧密层电位跃 当金属侧带负电时，电位跃 金属侧带正电时，电位跃>0 当金属侧带负电时，电位跃<0; 金属侧带正电时，电位跃
1.2.2 电极电位
一、电极电位
定义：由电极反应使电极和溶液界面上建立起的双电 定义：由电极反应使电极和溶液界面上建立起的双电 层电位跃，称为金属在该溶液中的电极电位。 层电位跃，称为金属在该溶液中的电极电位。
−E
0 EA
ηA
△EA △E0
EA
△E
EK
△Ek
0 EK
t 接通前 接通后
1.3.1 极化与超电压
3. 超电压
定义 分类
电化学超电压 扩散超电压 膜阻超电压
η a = RF i
η d ( A, k )
η a = a + b lg i
′ RT C M ( D ) = ln nF C M ( D )
1.3.1 极化与超电压 1.3.2 极化曲线与极化图 1.3.3 腐蚀极化图的应用 1.3.4 金属腐蚀程度表示法
1.3.1 极化与超电压
1. 极化现象
A
K
−E
Zn
Cu
0 EA
△ EA △ E0 △E
EA
EK
E
3%NaCl溶液 溶液
0 K
△ Ek
接通前
接通后
t
1.3.1 极化与超电压
1. 极化现象
1.1.1 原电池
3. 相关概念
电位高 物理学 正极 阴极 腐蚀学 阴极反应（还原反应） 阴极反应（还原反应） 阳极反应（氧化反应） 阳极反应（氧化反应） 电位低 负极 阳极
去极剂：在溶液中能够吸收电子的物质。 去极剂：在溶液中能够吸收电子的物质。 吸收电子的物质
1.1.2 腐蚀原电池
1. 工作原理
阳极反应 阴极反应 通式：D+me→D·me 通式： 常见的去极剂
Ð
H ： 2H +2e＝H2 ＝ O2：O2+4H +4e＝2H2O （酸性溶液中） ＝ 酸性溶液中） O2+2H2O+4e＝4OH （中性或碱性溶液中） ＝ 中性或碱性溶液中）
+
+
+
Ð
1.1.2 腐蚀原电池
2. 腐蚀电池的三个环节
Zn Cu Zn Cu
A
K
H2↑
H2↑
Zn2+ Zn2+ H2SO4
H2SO4
1.1.2 腐蚀原电池
阳极Zn 阳极 Zn → Zn2++2e （氧化反应） 氧化反应） 阴极Cu 阴极 2H++2e → H2 ↑（还原反应） （还原反应） 电子 阳极→阴极 阳极 阴极 离子 正离子：阳极 阴极 正离子：阳极→阴极 负离子：阴极 阳极 负离子：阴极→阳极 腐蚀原电池： 腐蚀原电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做功的 短路原电池。 短路原电池。
2. 采用金属在电解质溶液中的标准电极电位 作判据
Ee0 < 0
腐蚀反应可能发生， 腐蚀反应可能发生，且越负反应倾向越大 反应处于平衡状态 腐蚀不可能发生
Ee0 = 0
Ee0 > 0
1.2.3 金属电化学腐蚀的热力学条件
3. 金属电化学腐蚀的热力学条件
条件： 阳极溶解反应自发进行 条件：EA>Ee.m； 条件： 阴极去极化反应自发进行 条件：EK<E0K ；