金属电化学腐蚀基本原理
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 而形成腐蚀产物。例如金属锌在高温的含氧气氛中的腐 蚀。
1 Zn 2 O2 ZnO
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
➢电化学腐蚀
✓ 电化学腐蚀：通过失去电子的氧化过程（金属被氧化）和得 到电子的还原过程（氧化剂被还原），相对独立而又同时完 成的腐蚀历程。
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
3、腐蚀电池工作历程
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
1.1.5 金属电化学腐蚀的热力学
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
自由焓准则 当△G<0，则腐蚀反应能自发进行。
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1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
如下图所示：含杂质铅的锌在硫酸中的微电池腐蚀
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？
CO2 SO2
H+ Cu
H2O
Fe2+
(1)电化学极化(活化极化)
阴极：去极剂与电子结合的反应速度<消耗阳极送来
的电子
电子密度增高
电位向负方向移动
阳极：金属失去电子成为水化离子的反应速度<电 子流出阳极的速度 双电层内层电子密度减小
电位向正方向移动
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
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
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
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+
化
Fe
2+
-0。8
Fe3O4
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。
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
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
钢铁的电化学腐蚀原理
钢铁的电化学腐蚀原理钢铁是一种常见的金属材料，它在我们的生活中扮演着重要的角色。
然而，钢铁也面临着电化学腐蚀的问题，这是由于钢铁与外界环境发生电化学反应所导致的。
本文将围绕钢铁的电化学腐蚀原理展开讨论。
首先，我们需要了解电化学腐蚀的基本原理。
电化学腐蚀是一种在电解质溶液中金属表面发生的化学反应，它是由于金属表面与外部环境形成了电化学电池而引起的。
在这个过程中，金属表面会发生氧化和还原反应，导致金属表面的腐蚀。
钢铁的电化学腐蚀主要受到以下因素的影响，第一，金属的电位。
金属的电位是指金属与标准电极之间的电势差，它决定了金属在电化学反应中的活性。
第二，电解质溶液的性质。
电解质溶液中的离子浓度、pH值等都会影响金属表面的腐蚀情况。
第三，外部环境的氧气、湿度等因素也会对钢铁的电化学腐蚀产生影响。
钢铁的电化学腐蚀过程可以分为阳极和阴极两个部分。
在阳极部分，钢铁表面发生了氧化反应，金属原子失去电子转化为离子，并溶解到电解质溶液中。
而在阴极部分，电解质溶液中的氧气和水参与了还原反应，从而减少了金属的腐蚀。
这种阳极和阴极的反应过程会导致钢铁表面的局部腐蚀，最终形成腐蚀孔洞。
为了防止钢铁的电化学腐蚀，我们可以采取一些措施。
首先，可以通过表面涂层来隔离金属与外部环境的接触，减少金属表面的腐蚀。
其次，可以采用阴极保护的方法，通过在金属表面施加外加电流，使金属表面成为电化学电池中的阴极，从而减少金属的腐蚀。
此外，我们还可以通过选择合适的金属材料和合理设计金属结构来减少钢铁的电化学腐蚀。
总之，钢铁的电化学腐蚀是由金属与外部环境形成的电化学电池引起的。
了解钢铁的电化学腐蚀原理，可以帮助我们采取有效的措施来减少钢铁的腐蚀，延长其使用寿命。
希望本文可以帮助读者更好地理解钢铁的电化学腐蚀原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
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- 。
电化学腐蚀的原理
A K
Zn
Cu
Zn
Cu
Cu Cu Cu
HCl溶液
HCl溶液
(a)Zn块和Cu块通 过导线联接
（b)Zn块和Cu块直 接接触（短路）
阳极Zn: 阴极Cu:
Zn → Zn2++2e （氧化反应） 2H++2e → H2 ↑（还原反应）
2Mn+2NH4+2e=Mn2+2NH3+H2 随着反应的不断进行，锌不断地
被离子化，释放电子，在外电路中 形成电流。锌离于化的结果，是使 锌被腐蚀。
在进一步讨论原电池反应之前，先讨论一下几个概念。
我们把能够导电的物体称为导体。但从导体中形成电 流的荷电粒子来看，一般将导体分为两类。在电场作用下沿 一定方向运动的荷电粒子是电子或电子空穴，这类导体叫做 电子导体，它包括金属导体和半导体。另外还有一类导体， 在电场的作用下沿一定方向运动的荷电粒子是离子，这类导 体叫做离子导体，例如电解质溶液就属于这类导体。
§1.1.1 腐蚀历程
一、原电池
最简单的原电池就是我们日常生活中所用 的干电池。它是由中心碳棒(正电极)、外包锌皮 (负极)及两极间的电解质溶液(NH4Cl)所组成时 ，当外电路接通时，灯泡即通电发光。
电极过程如下：
阳极(负极锌皮)上发生氧化反应， 使锌原子离子化，即：
Zn→Zn2+十2e 阴极(正极 碳棒)上发生消耗电子 还原反应：
解： 2H+ +2e- = H2 C(H+) = 1.0X10-7 mol·dm-3 查表得：φθ( H+/H2)=0.00v,带入能斯特方程得
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
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)
腐蚀的原理
腐蚀的原理腐蚀是指金属或合金在特定环境中受到化学或电化学作用而逐渐失去其原有性能的过程。
腐蚀是一种不可逆的过程，会导致材料的损坏和性能下降，因此对腐蚀的原理进行深入了解对于材料保护和延长使用寿命具有重要意义。
腐蚀的原理主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
化学腐蚀是指金属在化学环境中与其他物质发生化学反应而导致腐蚀，例如金属与氧气发生氧化反应形成金属氧化物。
而电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的电化学反应，产生阳极和阴极两种区域，从而引发腐蚀。
化学腐蚀的原理是金属与其他物质发生化学反应，形成金属的氧化物、硫化物、氯化物等化合物，这些化合物会导致金属表面的腐蚀和破坏。
例如，铁与氧气发生氧化反应生成铁氧化物，即铁锈，导致铁制品的腐蚀。
另外，金属与酸、碱等化学物质也会发生化学反应导致腐蚀。
电化学腐蚀的原理是在电解质溶液中，金属表面会形成阳极和阴极两种区域，阳极区域发生氧化反应，而阴极区域则发生还原反应，从而引发金属表面的腐蚀。
电化学腐蚀的速度与电解质的浓度、温度、金属的组成和结构等因素密切相关。
腐蚀的原理不仅涉及化学和物理方面的知识，还与材料的结构、组织、表面状态等密切相关。
例如，金属的晶粒大小、晶界、缺陷等都会影响金属的腐蚀行为。
此外，环境因素如温度、湿度、氧气浓度等也会对腐蚀的发生和发展产生重要影响。
为了防止腐蚀的发生，可以采取一系列的防腐措施，包括表面涂层、阴极保护、合金设计、材料选择等。
通过了解腐蚀的原理，可以有针对性地选择合适的防腐措施，从而保护金属材料，延长其使用寿命。
总之，腐蚀的原理是一个复杂的过程，涉及多方面的知识。
深入了解腐蚀的原理对于材料保护和应用具有重要意义，也为我们提供了有效的防腐方法和措施。
希望通过对腐蚀原理的深入研究，能够为材料科学和工程技术的发展提供有益的参考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
15
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。
32
4、添加活性阴极元素提高可钝化金 属或合金的耐蚀性
21
(4)钝化区电位范围 钝化区电位范围愈宽，表明金属钝态愈稳定。 ▪ 阳极保护
用阳极钝化方法达到减小金属腐蚀的目的， 这种防护技术叫做阳极保护。 阳极保护的适用条件是: (1) 具有活态-钝态转变。 (2) 阳极极化时必须使金属的电位正移到稳定 钝化区内。
22
➢钝化体系的真实阳极极化曲线
由于阴极极化曲线是单调变化的，由ia＝i+ ＋i－,可知真实阳极极化曲线和实测阳极 极化曲线应形状相似。真实阳极极化曲线可 以从实测阳极极化曲线推测作出来。
金属在介质中依靠自身的作用实现的钝 化则叫做化学钝化 。
**阳极钝化和化学钝化的实质是一样的。
9
金属钝化的定义
在一定条件下，当金属的电位由于外加阳 极电流或局部阳极电流而移向正方向时， 原来活泼地溶解着的金属表面状态会发生 某种突变。这样，阳极溶解过程不再服从 塔菲尔方程式。发生了质变，而金属的溶 解速度则急速下降。这种表面状态的突变 过程叫做钝化。
• 钝化参数
(1)致钝电流密度，iCP iCP表示腐蚀体系钝化的难易程度，iCP愈小体 系愈容易钝化。
(2)致钝化电位，EcP 阳极极化时，必须使极化电位超过Ecp才能使 金属钝化， Ecp 愈负，表明体系愈容易钝化。
(3)维钝电流密度，iP iP对应于金属钝化后的腐蚀速度。所以iP愈小， 钝化膜的保护性能愈好。
例： 不锈钢/稀硫酸，
铁/稀硝酸
Ecorr
ia
真实阳极 极化曲线
|ic| lgi
实测阳极极 化曲线
lgi 24
（2）两条极化曲线有三个E交点
分别在钝化区，钝化过
渡区和活性溶解区。在
自然腐蚀状态，金属可 能发生活性溶解腐蚀， Ep
也可能钝化。实测阳极
极化曲线上将出现一段
阴极极化电流区。这种
体系也是阳极保护的适 宜对象。
17
-E EA0 A
ECP
EP
C
ETP
D
B 活态区 过渡区
钝 化 区
E 过钝化区
iP
iCP lgi
18
铁在10%硫酸中的阳极极化曲线
电流密度i(mA/cm2)
(由a~d,电位增加速度减小)
800 1
23
4
5
600
B
400
E
200
A
-250 0
C
D
+250 +500 +750 +1000 +1250 +1500 +1750 +2000 19 电位(mV)
33
氧浓度对活化-钝化金 属腐蚀速度的影响
34
流速对扩散控制的活化-钝化 金属腐蚀速度的影响
35
**腐蚀速度大幅度下降和电位强烈正移是金 属钝化的两个必要标志，二者缺一不可。
10
二、钝化理论与钝化 特性曲线分析
11
1、成相膜理论(薄膜理论)
（1）成相膜理论对金属钝化的解释
金属钝化的原因是：表面上生成成相的保护性 固体产物膜（多数为氧化物膜），将金属和溶 液机械隔离开。由于氧化物膜溶解速度很小， 因而使金属腐蚀速度大大降低。
(mA/cm2)
0.2 Fe/1NH2SO4 0.1
电0
流 1.0
密 度
0.5
0
0.1
Au/3NHCl Zn/ 4NNaOH
0
0.1 0.05
0
0.05
Ni/1NH2SO4 Cr/1NH2SO4
0
-0.1 0 1.0
几
种
金
属
的
（阳
根 据 Ｆ
极
ｒ ｓ
钝
ｎ ｃ
化
ｋ ）
曲
线
2.0 电位（V.SHE）20
c
d
iK 2
i iCP K 3
e
iP
lgi 29
2、化学钝化提高金属耐蚀性
▪ 在腐蚀性介质中加入某些钝化剂，例如对碳钢 来说，加少量铬酸盐、重铬酸盐、硝酸钠、亚 硝酸钠等，可使碳钢在一定条件下发生钝化， 使阳极过程受到强烈阻滞而降低腐蚀速度。
▪ 必须注意，这类氧化性钝化剂具有双重作用， 它既能促使阳极钝化，亦可作为阴极的去极剂， 所以如果用量不足，不仅不能使金属表面形成 保护性的钝化膜，反而会加速腐蚀的阴极过程， 因此这类钝化剂常被称为“危险性”的缓蚀剂。
✓（3）CD段， EP _过钝电位ETP，称为稳定钝化 区，简称钝化区。
金属表面处于稳定的钝化状态。电流密度变得 很小，并在CD段的电位内，其值只有微小的变 化，这个电流密度ip称为维钝电流密度。 ✓（4）DE段，电位>ETP，称为过钝化区。 已经钝化了的金属，在很高的电位下，或如铁 在很强的氧化剂(>90%HNO3)中，又重新由钝 态变成活态的现象，称为过钝化。这是因为金 属表面原来的不溶性膜转变为易溶性的产物(高 价金属离子)，并且在阴极发生新的耗氧腐蚀。
(3)温度
温度升高时钝化变得困难，降低温度有利 于钝化的发生。
5
(4) 金属表面在空气中形成的氧化物膜对 钝化有利。
(5) 有许多因素能够破坏金属的钝态，使 金属活化。这些因素包括：活性离子 （特别是氯离子）和还原性气体（如 氢），非氧化性酸（如盐酸），碱溶液 （能破坏两性金属如铝的钝态），阴极 极化，机械磨损。
用环境中钝化，是腐蚀控制的最有效途径
之一。
2
passivation
10000
active
5000
passive
0 10 20 30 40 50 60 HNO3， %
工业纯铁的腐蚀速度与硝酸浓度的关系(25℃)3
•金属钝化现象的共同特征
1、金属钝化的难易程度与钝化剂、金 属本性和温度等有关
(1) 金属材料
ia
真实阳极 极化曲线
|ic| lgi
实测阳极 极化曲线
lgi 26
（4）交点在过钝化区 E当Leabharlann 极化剂是特别强的氧化剂时，
在自然腐蚀状态
金属发生过钝化。
例：不锈钢在浓
E
硝酸中。
Ecorr
ia |ic| 真实阳极
极化曲线
lgi
实测阳极 极化曲线
lgi 27
三、金属钝性的应用
▪ 1、阳极保护(电化学钝化)
当金属的电位极化到钝化电位Ecp，或者 说阳极电流密度达到钝化电流密度icp以 后，金属即由活态转变为钝态，然后只 要使阳极电位维持在稳定钝化区内，则 金属就始终保持钝态。这时金属的腐蚀 速度很小(iP对应的值)，也就是说金属 得到了保护，这种方法称为阳极保护。
28
-E
K1
EA0
a
K2
b
K3
ECP
解速度降低。即吸附理论强调了钝化是金属反应 能力降低造成的，而不是膜的机械隔离。
（2）支持吸附理论的实验事实
不锈钢和镍钝化时界面电容改变不大，表示并无
成相膜生成；对某些体系只需通入极小的电量，
就可以使金属钝化，这些电量甚至不足以形成单
原子吸附氧层。
14
• 两种理论的比较
(1) 两种理论各有优点，都能解释许多实验事实， 但不能解释所有的实验事实。
(2) 两种理论的差异涉及到钝化的定义和成相膜， 吸附膜的定义，许多实验事实与所用体系、实
验方法、试验条件有关。
(3) 尽管成相膜理论和吸附理论对金属钝化原因的 看法不同，但有两点是很重要：
*已钝化的金属表面确实存在成相的固体产物膜，
多数是氧化物膜。
*氧原子在金属表面的吸附可能是钝化过程的第
一步骤。
各种金属钝化的难易程度和钝态稳定性 有很大不同。钛、铬、钼、镍、铁属于 易钝化金属，特别是钛、铬、铝能在空 气中和很多含氧介质中钝化，一般称为 自钝化金属，其钝态稳定性也很高。
4
(2)环境
能使金属钝化的介质称为钝化剂。多数钝 化剂都是氧化性物质，如氧化性酸(硝酸， 浓硫酸，铬酸)，氧化性酸的盐(硝酸盐， 亚硝酸盐，铬酸盐，重铬酸盐等)，氧也是 一种较强钝化剂。