2.1 电化学腐蚀机理及腐蚀剂解析
电化学腐蚀机理分析
电化学腐蚀机理分析电化学腐蚀是一种通过电化学反应造成金属或其他材料腐蚀的过程。
在工业生产和日常生活中，电化学腐蚀是一个普遍存在的问题，会对设备、建筑物等造成损害，影响使用寿命和安全性。
因此，了解电化学腐蚀的机理对于预防和控制腐蚀至关重要。
在电化学腐蚀的过程中，通常涉及到三个基本元素：金属、电解质和电流。
金属作为阳极或阴极，在电解质中通过电导体与电流发生作用。
阳极和阴极之间的电子传递导致阳极溶解，而阴极则发生还原反应。
这种过程导致金属表面发生氧化、腐蚀，最终形成腐蚀产物。
电化学腐蚀的机理受到多种因素的影响，其中包括温度、湿度、PH值、电流密度等。
在高温、潮湿环境下，腐蚀速率会加快，而酸性或碱性环境也会影响腐蚀过程。
此外，电流密度的大小也会对腐蚀速率产生重要影响，过大或过小的电流密度都可能加剧腐蚀现象。
除了外部因素，金属的化学成分、晶粒结构等内部因素也会对电化学腐蚀产生影响。
不同金属的化学活性不同，因此在相同环境条件下，其耐蚀性也各不相同。
晶粒的尺寸、取向等结构特征也会影响金属的耐蚀性能，进而影响腐蚀过程的进行。
钝化是一种常见的防止电化学腐蚀的方法，通过在金属表面形成一层致密、不易溶解的氧化物膜，阻隔金属与电解质之间的直接接触。
这样可以有效减缓金属表面的腐蚀速率，延长金属的使用寿命。
除了钝化外，选择合适的防护涂层、控制环境条件、改变电场分布等方法也可以有效降低电化学腐蚀的发生。
在实际工程中，要根据具体情况综合运用各种防腐措施，以最大程度地延缓电化学腐蚀的发生。
同时，定期检查设备、加强维护保养也是防止腐蚀的重要手段。
只有通过深入了解电化学腐蚀的机理并采取有效措施，才能更好地保护设备、延长使用寿命，减少资源浪费和环境污染。
综上所述，电化学腐蚀是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
只有通过深入研究电化学腐蚀的机理，了解各种因素间的相互作用，才能有效预防和控制腐蚀的发生。
在实际工程中，需要根据具体条件综合应用各种防腐措施，从而保护设备、延长使用寿命，实现可持续发展的目标。
电化学腐蚀的原理PPT课件
当金属与电解质溶液接触后，溶液中的一部分已水化了的金属离子将解脱水 化作用向金属表面沉积，使金属表面带正电。同时由于水化等作用，已沉积 到金属表面上的金属离子亦可重新返回到溶液中去。当上述两种过程达到动 态平衡时，结果就形成了金属表面带正电，紧靠金属表面的液层带负电的双 电层，见1-2（b）。
割的部分。
(1)阳极过程：金属溶解，以离子形式进入溶 液，并把等量电子留在金属上；
(2)电子转移过程：电子通过电路从阳极转移 到阴极；
(3)阴极过程：溶液中的氧化剂接受从阳极流 过来的电子后本身被还原。
由此可见，一个遭受腐蚀的金属的表面上至 少要同时进行两个电极反应，其中一个是金属阳 极溶解的氧化反应，另一个是氧化剂的还原反应 。
E(R/O)E0R nF TLn[[O R]]ba
特殊 E (R 条 /O ) E 件 0 0 .0： 5 L g [O 9 ]a n
注意事项
1、a 、b的值半反应式中相应的系数，一般来说，对 于稀溶液，可以直接用浓度代替活度进行计算
2、若组成氧化还原电极的某物质是固体或纯液体， 则不列入方程式，若为气体，则用分压表示，溶液 中的物质用相对浓度表示
0.7618v,带入能斯特方程得
(Zn2/Zn)(Zn2/Zn)0.05n917Vlg{{cc((氧 还化 原态 态))}}ba
0.7615V
0.05917V 2
lg
c(Zn) c
0.7615V 0.05917V lg 0.001 2
0.81V
例1.3讨论中性溶液中H+/H2的电极电势（298.15K, p(H2)=100.0kPa) pH=-lg[H+]
正电性的金属铂上能吸附氧分子或氢分子
电化学腐蚀定义与原理
-0.6
-0.5~ 0.65
-0.95 -1.2
-0.55
-0.45~ 0.6
-0.90 -1.15
-0.5
-0.4~ 0.55
-0.85 -1.1
+0.5
+0.6~ +0.45
+0.15 -0.1
注：（1）比表数据取自1973年8月英国标准研究所制定的阴极保护规范； （2）海水指洁净，并未稀释的海水； （3）铝的阴极保护,电位不能太负,否则会加速腐蚀,产生负保护效应。
法二：N Ii iSi
If
If
N－－所需牺牲阳极的数目，支
Ii－－阴极保护所需的保护电流，A If －－单支牺牲阳极的发生电流， A/支； β －－遮蔽系数。由被保护设备的结构、阳极间
距离和阳极材料的性质等决定，一般β＝1.5-3.0
⑤ 牺牲阳极的发生电流量计算(理论公式）
经验公式
If
E 1000 R
公路面
镁阳极11Kg 发生电流93mA
路
[阳极埋没] 测试桩
1.4m
镁阳极 输油管 镁阳极
牺地 牲下 阳输 极油 阴钢 极管 保 护
2.4m 2.4m
BACK
■电流分散能力 P282
极化电流均匀地分散到被保护设备表面上的 能力。分散能力越好，被保护设备表面上的极化 电位越均匀，保护效果越好。
实际生产设备结构复杂，各部件之间还存在 着对极化电流的屏蔽作用，因此，应改善极化电 流分布的均匀性，提高电流分散能力。
电化学腐蚀定义和 原理
电化学腐蚀定义和原理
定义： ➢极化 ➢阴极极化，阳极极化 ➢理论极化曲线，实测极化曲线
• 通过电流而引起原电池两极间电位差减 小且电流强度降低的现象称为原电池的 极化作用
关于电化学腐蚀原理和电化学保护的讨论
关于电化学腐蚀原理和电化学保护的讨论摘要：电化学腐蚀现象是由于金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。
在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程[1]。
关键字：电化学腐蚀原理电化学保护阴极保护阳极保护电池金属的电化学腐蚀是发生电化学反应而引起的。
这种腐蚀现象最为普遍，造成的危害也最为严重，因此，我们对此进行了广泛深入的研究。
本文就电化学腐蚀的原理、电化学腐蚀的种类以及金属的电化学保护几点进行讨论。
1.电化学腐蚀的原理金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质和损坏的现象或过程称为腐蚀。
介质中被还原物质的粒子在于金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原，与失去价电子的被氧化的金属形成产物覆盖在金属表面上，这样一种过程称为化学腐蚀。
由于金属是电子的良导体，如果介质是离子导体的话，金属被氧化与介质中被还原的物质获得电子的这两个过程可以同时发生在金属表面的不同部位。
金属被氧化成正价离子（包括配合离子）进入介质或成为难溶化合物留在金属表面，这个过程是一个电极反应过程，称为阳极反应过程；被氧化的金属所失去的电子通过作为电子良导体的金属材料本身流向金属表面的另一部位，在那里由介质中被还原的物质所接受，使它的价态降低，这是阴极反应过程[2]。
在金属腐蚀学中，习惯上把介质中接受金属材料的电子而被还原的物质称为去极化剂。
经这种途径进行的腐蚀过程称为电化学腐蚀。
电化学腐蚀只有在不纯金属和合金跟电解质溶液接触时才发生。
电化学腐蚀在我们生活中随处可见，例如钢铁腐蚀，它是在常温下的中性溶液中，以氧为去极化剂进行的：阳极：Fe → Fe2+十2e 阴极：1/2O2+H2O+2e→2OH--总反应：Fe+1/2O2+H2O→Fe（OH）2如果氧供应充足Fe（OH）2会进一步氧化成含水的Fe3O4.mH2O或Fe2O3.nH2O。
电化学腐蚀
电化学腐蚀电化学腐蚀是指在电化学条件下金属与溶液或电解质的相互作用过程中，金属表面发生电化学反应而造成金属腐蚀的现象。
这种腐蚀方式与其他类型的腐蚀不同，它是在外电势的作用下发生的，可以通过改变外电势或电化学环境来控制和减缓腐蚀过程。
下面将介绍电化学腐蚀的机理和预防措施。
电化学腐蚀的机理主要涉及两个方面：阳极溶解和阴极反应。
阳极溶解是指金属离子在阳极处释放，形成金属离子和电子的电子传递过程。
阴极反应则是指电子在阴极处与溶液中的还原剂发生反应，还原成原子或形成气体。
导致腐蚀的外电流是由阳极溶解和阴极反应共同产生的。
在实际应用中，许多因素会影响电化学腐蚀的发生和发展。
首先是金属的材质和结构。
不同的金属在特定电化学条件下具有不同的腐蚀倾向，称为腐蚀电位。
一般而言，腐蚀电位较低的金属更容易发生电化学腐蚀。
此外，金属的晶体结构、表面形貌和化学成分也会对腐蚀产生影响。
其次，电化学环境对电化学腐蚀的影响也非常重要。
温度、pH值、溶液中的物质浓度和氧气浓度等因素都会对腐蚀速率和腐蚀类型产生显著影响。
例如，高温、酸性环境、高浓度的盐溶液和富含氧气的环境往往加速金属的腐蚀过程。
了解电化学腐蚀的机理和影响因素有助于我们制定预防和控制措施。
以下是一些常见的预防措施：1. 选择抗腐蚀性能好的金属材料，特别是在恶劣环境下使用的设备和结构中。
2. 使用防腐蚀涂层，如涂料、陶瓷和聚合物涂层等，以隔离金属表面与环境接触，减缓腐蚀速率。
3. 控制电化学环境，例如通过控制pH值、温度和溶液浓度等因素，降低金属腐蚀的风险。
4. 采用阴极保护技术，如电流阴极保护和牺牲阳极保护，以降低金属腐蚀的电流密度。
5. 定期检测和维护金属表面的状态，及时修复和更换受腐蚀的部件，以延长设备和结构的使用寿命。
综上所述，电化学腐蚀是金属与溶液或电解质相互作用下发生的一种腐蚀现象。
了解其机理和影响因素，以及采取适当的预防措施，可以有效地控制和减缓金属腐蚀，提高设备和结构的使用寿命和安全性。
第二章 金属电化学腐蚀原理ppt课件
.
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： H++e→H H+H → H2
b. 小孔腐蚀（pitting corrosion，又称点蚀、 坑蚀）：一种腐蚀集中于金属表面很小的范 围内并深入到金属内部的腐蚀形态. 。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.1 腐蚀的基本概念
2.1.2 金属腐蚀的分类
2. 按腐蚀的形式分类：
2）局部腐蚀（localized corrosion）
（1）无应力条件下的腐蚀形态：
.
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.3 腐蚀电池的类型
1. 宏观腐蚀电池 (2)浓差电池 同一种金属浸入同一种电解质溶液中，若局部的浓度不同，即可形成腐蚀电 池。如船舷及海洋工程结构的水线区域，在水线上面钢铁表面的水膜中含氧 量较高；在水线下面氧的溶解量较少，加上扩散慢，钢铁表面处含氧量较水 线上要低得多。含氧量高的区域，由于氧的还原作用而成为阴极，溶氧量低 的区域成为阳极而遭到腐蚀。由于溶液电阻的影响，通常严重腐蚀的部位离 开水线不远，故称水线腐蚀。
《电化学腐蚀原理》课件
电化学腐蚀的机理
1
离子迁移
电化学腐蚀过程中，离子在电解质中的迁移导致了金属表面的反应和损坏。
2
金属氧化还原
金属表面与电解质发生氧化还原反应，导致腐蚀产物的生成和金属原子的丧失。
影响电化学腐蚀的因素
电解质浓度
高浓度电解质导致更 快的离子迁移和更严 重的腐蚀。
电位
金属表面的电位与电 解质之间的电位差可 以决定腐蚀速率。
电化学腐蚀的实际应用
1 生产工艺中的电化学腐蚀控制
通过控制工艺参数和材料选择来减少腐蚀对生产设备的损坏。
2 环境保护中的电化学腐蚀控制
采用电化学方法来处理工业废水和废气，减少对环境的污染。
3 其他应用场景
电化学腐蚀也被应用于电池、防腐涂料和金属加工等领域。
总结与展望
电化学腐蚀的重要性
电化学腐蚀对工业生产和环境保护都具有重要影响，需要引起足够的重视。
温度
高温环境下，电化学 腐蚀速率通常更高。
气体影响
氧气、二氧化碳等气 体可以加速电化学腐 蚀的发生。
如何避免电化学腐蚀
1
进行防护处理
2
通过涂层、电镀等方式对金属表面进行
保护。
3
材料选择
选择抗腐蚀性能好的材料，如不锈钢或 高耐蚀合金。
确定合适的工作条件
调整电解质浓度、电位和温度等参数来 研究新材料、新工艺和新方法来进一步提高电化学腐蚀的控制效果。
《电化学腐蚀原理》PPT 课件
在这个PPT课件中，我们将介绍电化学腐蚀的原理，探讨电化学腐蚀的机理 以及影响因素，并讨论如何避免和应用电化学腐蚀。
什么是电化学腐蚀
定义
电化学腐蚀是一种通过离子迁移和金属氧化还原 反应导致金属表面遭受损坏的过程。
cu的电化学腐蚀
cu的电化学腐蚀1. 介绍1.1 电化学腐蚀的概念电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中由于电流的作用而发生的氧化或还原反应，导致金属表面产生腐蚀现象的过程。
在电化学腐蚀中，金属被氧化成阳离子，并释放出电子，电子通过金属与电解质之间的导电路径流动，而金属阳离子与电解质中的还原剂发生反应，还原成金属。
1.2 cu的电化学腐蚀特点cu（铜）是一种常见的金属，具有良好的导电性和导热性，在众多领域中得到广泛应用。
然而，cu也容易发生电化学腐蚀，尤其在湿润的环境中。
cu的电化学腐蚀特点包括以下几个方面：1.铜的氧化还原反应：cu在电解质溶液中氧化为cu2+阳离子，释放出2个电子。
这个反应是cu电化学腐蚀的基本过程。
2.溶解速度与溶解电位：cu的溶解速度与溶解电位有关，溶解电位越高，溶解速度越快。
因此，当cu的溶解电位超过一定值时，容易发生电化学腐蚀。
3.腐蚀产物的形成：cu的电化学腐蚀产物主要是氧化物和氢氧化物，它们会附着在金属表面，形成腐蚀产物层。
4.腐蚀环境的影响：湿润的环境中，如含有氧气、盐和酸等的电解质溶液，会加速cu的电化学腐蚀。
2. cu的电化学腐蚀机理2.1 电化学腐蚀的基本过程电化学腐蚀的基本过程包括阳极反应和阴极反应。
在cu的电化学腐蚀中，阳极反应是cu氧化成cu2+阳离子，释放出2个电子；阴极反应是电解质溶液中的还原剂与电子发生反应，还原成金属。
2.2 影响cu电化学腐蚀的因素cu的电化学腐蚀受到多种因素的影响，包括溶液中的氧气浓度、溶液的酸碱性、金属表面的缺陷等。
这些因素会影响阳极和阴极反应的速率，从而影响cu的电化学腐蚀速度。
2.3 cu的电化学腐蚀机理cu的电化学腐蚀机理可以通过电化学反应的动力学描述。
在阳极，cu被氧化成cu2+阳离子，释放出电子；在阴极，还原剂与电子发生反应，还原成金属。
这些反应的速率受到溶液中物质浓度、电极表面积、电极材料等因素的影响。
3. 防止cu电化学腐蚀的方法3.1 表面涂层表面涂层是一种常用的防止cu电化学腐蚀的方法。
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缺陷检测的意义： 硅单晶中的各种缺陷对器件的性能有很大的影响， 它会造成扩散结面不平整，使晶体管中出现管道， 引起p-n 结的反向漏电流增大等。 而各种缺陷的产生种类和数量的多少与晶体制备工 艺和器件工艺有关。
检测方法 晶体缺陷的实验观察方法有许多种，如透射电子显 微镜、X光貌相技术、红外显微镜及金相腐蚀显示 （化学腐蚀法）等方法。
三、腐蚀在半导体中的应用
1、半导体材料、器具等的清洗
常用的清洗剂：各种无机酸、氧化剂和络合剂等。
（1）盐酸、硝酸：利用其强酸性去除金属杂质； （2）浓硫酸：利用碳化作用去除有机杂质；重铬酸钾和浓硫酸 可以去除玻璃、金属等各种器皿表面的杂质； （3）络合物：与金属杂质反应生成可溶性化合物；
电化学腐蚀法的特点： （1）设备简单，操作易掌握，又较直观，是观察 研究晶体缺陷的最常用的方法之一。 （2）可以揭示缺陷的类型、数量和分布情况，找 出缺陷形成、增殖和晶体制备工艺及器件工艺的关 系，为改进工艺，减少缺陷、提高器件合格率和改 善器件性能提供线索。
2.1 半导体晶体的电化学腐蚀机理及常用腐蚀剂
正极：
Si 6OH SiO3 3H2O 4e
2H 2e H 2
2i 6OH 4H SiO3 3H2O 2H2
添加中性或碱性氧化剂可以提高其腐蚀速度，如
H 2O2 NaClO
二、影响半导体单晶电化学腐蚀速度的各种因素
2、晶体缺陷的显示 （1）通过择优腐蚀，得到各种形状的缺陷腐蚀坑。 如图所示位错缺陷的显示：
图2-2-5 （111）晶面的位错腐蚀坑
（2）单晶前沿的显示：掺杂半导体的杂质分凝作 用引起的电阻率条纹。如图所示：
图2-2-6 单晶硅的生长前沿
（3）抛光腐蚀（非择优腐蚀） 缺陷腐蚀前的前工序，有利于缺陷的更好的显示。 作用：除去切割等工序产生的机械损伤，将表面抛 光成镜面 一般情况下抛光腐蚀速度大于缺陷腐蚀的速度 抛光腐蚀和缺陷腐蚀的判断：通过速度的大小关系 判断，如图所示：
3、半导体晶体的电化学腐蚀机理: 利用半导体晶体在各种酸或碱性电解质溶液中，表 面构成了微电池，由于微电池的电化学作用使晶体 表面受到腐蚀，其实质是一种氧化还原反应。
（1）在HNO3和HF溶液电解质溶液中的腐蚀 负极：
Si 2 H 2O 2 p SiO2 4 H 2e SiO2 6 HF H 2 SiF6 2 H 2O
1、腐蚀液成分：
根本原因:能否促进电极反应的顺利进行 （1）强酸>强碱
（2）强氧化剂可以加快腐蚀速度
（3）成分相同的腐蚀液配比不同，腐蚀速度也有别 在纯HNO3和纯HF中的腐蚀速度小。当HNO3：HF=1:4.5时， 腐蚀速度有最大值。如图所示：
图2-1-2
硅在70%（重量）HNO3+49%(重量）HF混合液中的腐蚀速度与成分的关系
一、电化学腐蚀机理 1、电化学腐蚀：指金属或半导体材料在电解质溶液中受到 的腐蚀，也是指由于形成了原电池而发生电化学作用引起 的腐蚀。如图2-1-1：
图2-1-1
金属的电化学腐蚀的装置
2、硅单晶形成的电化学腐蚀的特点： （1）半导体被腐蚀的各部分或区域之间存在电位差，有正 负极。 （2）不同电极电位相互接触。 （3）不同部分处于连通的电解质溶液中，构成许多微电池。
3、缓冲剂的作用： 弱酸或弱碱，H+或OH - 不能完全电离， 降低了其浓度，因此正、负极反应速度变慢。 4、温度和搅拌的速度 1）温度高腐蚀速度快。 2）搅拌可以提高腐蚀速度、改变腐蚀的择优性。 择优性：指晶体的某些晶面优先受到腐蚀，而某些晶面不 容易受到腐蚀而成为裸露面。 5、光照的影响：光照的作用产生电子-空穴对，加大了为电 池的作用。
图2-2-7 腐蚀坑形成的三个速度
当 Vc»Vs>Vd 时，为抛光腐蚀 当 Vc«Vd<Vs时，为缺陷腐蚀
4、化学减薄 （1）往样品中央喷射抛光液以形成空洞，用
于透射电子显微镜来观察空洞周围的薄化区。 （2）也可以去除机械损伤,减少和消除热氧 化缺陷。
四、半导体硅的常用腐蚀剂
（4）双氧水和氨水：可以去除有机颗粒和部分的金属离子
如：美国RCA超声波清洗剂（硅片清洗）
（1）SC-1：主要由NH4OH、H2O2、H2O组成，简称 APM，浓度比例1:1:5～1:2:7，清洗温度一般为70-80℃， PH值较高。 作用：去除硅片表面微粒、有机物颗粒和部分金属杂质 （Fe、Zn、Cu、Cr、Ag等） （2）SC-2：主要由HCl、H2O2、H2O组成，简称HPM， 浓度比例1:1:5～1:2:8，清洗温度一般为70-80℃，PH较低。 作用：去除碱金属离子、Cu、Au等残余金属、Al(OH)3、 Fe(OH)3、Zn(OH)2等氧化物。
1、腐蚀剂中各液体成分的浓度大致： HF HNO3 H2O2 HCl HAc 49% 70% 30% 36% 99%以上
2、硅单晶的几种典型的腐蚀液 （1）通常用的抛光（非择优）腐蚀剂的配方为： HF:HNO3=1:2.5 它们的化学反应过程为： Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2+4H2O
正极：
HNO3 3H NO 2H2O 3 p
总反应：
3Si 4HNO3 18HF 3H2 SiF6 4NO 8H2O
无氧化剂时，发生析氢反应，反应速度较慢 正极：
2H 2e H 2
注：用CrO3或铬酸加在HF中也可以提高腐蚀速度
（2）在NaOH和KOH溶液电解质溶液中的腐蚀 负极：
2、电极电位:电位低的电极容易被腐蚀，电位高的 电极不容易被腐蚀。电位差越大，腐蚀越快。而 对于半导体晶体，决定电极电位高低的因素： 1）腐蚀液成分和导电类型（如图2-2-3） 2）载流子浓度（如图2-2-4）
图2-2-3 n型半导体和p型半导体在中腐蚀液中的电极电位 返回
图2-2-4 硅在90%浓HNO3+10%浓HF中的电极电位 返回