腐蚀与防护10PPT课件
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＋0.854 ＋0.987 ＋1.00 ＋1.19
5．完全稳定的金属，在含氧的酸性 Au－3e
＋1.50
介质中是稳定的，含氧化剂时能够溶 Au－e
＋1.68
解在络合剂中。
5
金属的热力学稳定性与元素周期表所处位置的关系
1. 对于常见的金属，在同一族中，金属的热 力学稳定性随元素的原子序数增大而增加。
7
对于活化溶解的腐蚀体系，提高耐蚀性能的原理
(a）提高合金的平衡电位；（b）增大阴极极化率；（c）增大阳极极化率； （d）增大腐蚀体系电阻
8
提高金属材料耐蚀性的合金化途径
1定、性提）高：提高金属阳极反应的平衡电位Ee,a（即提高金属材料的热力学稳
途径：
低平衡电极电位的金属中加入高平衡电极电位的金属元素后，形成的 金属间化合物或固溶体，其平衡电极电位升高，从而降低腐蚀电池的电 动势，增大金属的热力学稳定性，提高耐蚀性能
2. 最活性的金属位于第1主族，其次为第2主 族，其活性随原子序数的增大而增加。
6
合金化提高金属材料的耐蚀性能：
▪ 对于电化学活化溶解的腐蚀体系：
i Ee,c Ee,a Pc Pa Reion
腐蚀电池的电动势(Ee,c－Ee,a )为金属腐蚀的驱动力
通过合金化提高E0a、Pa、Pc和Re+ion，对于 活化溶解的阳极过程，腐蚀电流密度降低
微量杂质Cu和Fe对99.992％Zn在浓度为88.2g/L的H2SO4中溶解速度的影响
15
微量杂质Fe对99.998％Al在浓度为73g/L的HCl中溶解速度的影响 16
对于析氢腐蚀，可通过提高析氢过电位， 来提高阴极极化率，从而提高耐蚀性能
具体方法为在金属中加入析氢过电位高的元素，如 Al、Pb和Hg，提高所得到合金的耐蚀性能。
Sn－4e Bi－3e Sb－3e Re－3e As－3e Cu－2e Te－2e Co－3e Cu－e Rh－2e Tl－3e Pb－4e Hg－e Ag－e Rh－3e
4．高稳定性金属（贵金属），在含 氧的中性介质中不腐蚀，在含氧或氧 化剂的酸性介质中可能腐蚀。
Hg－2e Pb－2e Ir－3e Pt－2e
合金元素对Zn在浓度为24.5g/l的H2SO4中腐蚀速率的影响
17
3、提高阳极极化率（即阻滞阳极过程） 适合于腐蚀过程为阳极控制的腐蚀体系； 通过增大阳极极化率Pa，即降低阳极活性，阻滞 阳极过程。
4
热力学稳定性 的一般特性
1．热力学上很不稳定的金属（贱金 属），甚至在不含氧及氧化剂的中性 介质中也能被腐蚀。
金属及其 电极反应
Li－e Re－e Rb－e Cs－e Ra－2e Ba－2e Sr－2e Ca－2e Na－2e La－3e Ce－3e Y－3e Mg－2e Am－3e Sc－3e Pu－3e Th－4e Np－3e Be－2e U－3e Hf－4e Al－3e Ti－2e Zr－4e U－4e Ti－3e V－2e Mn－2e Nb－3e Cr－2e V－3e Ta－Ta2O3 Zn－2e Cr－3e Ga－3e Fe－2e
E0H／V
－3.045 －2.925 －2.925 －2.923 －2.92 －2.90 －2.89 －2.87 －2.714 －2.52 －2.48 －2.372 －2.37 －2.32 －2.08 －2.07 －1.90 －1.86 －1.85 －1.80 －1.70 －1.66 －1.63 －1.53 －1.50 －1.21 －1.18 －1.18 －1.10 －0.913 －0.876 －0.81 －0.762 －0.74 －0.53 －0.440
10
Cu－Au合金在HNO3（90℃、相对密度1.3）中的腐蚀速度与Au含量的关系 11
合金化提高热力学稳定性的途径在实际中的应 用应考虑： 1.由于使用大量的贵金属，导致合金价格昂贵； 2.两种金属的固溶度有限； 3.综合力学性能、加工性能
12
2、提高阴极极化率 （即阻滞阴极过程）： 该途径适用于腐蚀过程受到阴极控制的腐
热力学稳定性 的一般特性
金属及其 电极反应
2．热力学上不稳定的金属（半贱金 Cd－2e
属），无氧时在中性介质中是稳定的， In－3e
但在酸性介质中能被腐蚀。
Tl－e
Mn－3e
Co－2e
Ni－2e
Mo－3e
Ge－4e
Sn－2e
Pb－2e
W－3e
Fe－3e
3．热力学上中等稳定的金属（半贵 金属），当无氧及氧化剂时，在中性 和酸性介质中是稳定的。
E0H／V
－0.402 －0.342 －0.336 －0.283 －0.277 －0.250 －0.20 －0.15 －0.136 －0.126 －0.11 －0.037
＋0.007 ＋0.216 ＋0.24 ＋0.30 ＋0.30 ＋0.337 ＋0.40 ＋0.418 ＋0.521 ＋0.60 ＋0.723 ＋0.784 ＋0.789 ＋0.799 ＋0.80
2010硕士研究生课程教学
金属腐蚀的防护技术
柳伟
2010.12
1
金属腐蚀的防护方法
1. 耐蚀材料 2. 电化学保护 3. 缓蚀剂保护 4. 金属表面涂覆层 5. 金属的转化膜保护
2
wk.baidu.com
耐蚀材料
3
纯金属的耐蚀性
金属腐蚀的驱动力：腐蚀电池的电动势：
G nF
▪ 纯金属的热力学稳定性 不同的阳极溶解反应（形成价数不同的离子） 有不同的电位 纯金属的阳极溶解反应的标准电极电位越负， 则热力学上越不稳定； 纯金属的阳极溶解反应的标准电极电位越正， 则热力学上越稳定。
塔曼定律或n／8定律： 低平衡电位的金属中加入高平衡电极电位的金属，其耐蚀性能并不
随所加入的高平衡电位金属的量的增加，耐蚀性能增加，而是当加入量 到一定的数值之后，其耐蚀性能才可能出现大幅度增加。
通过实验规律的总结发现，高平衡电位的金属在合金中含量在n/8时，
耐蚀性能可能会出现突变。
9
Ni含量对Cu—Ni合金在氨溶液中浸泡120h后腐蚀速度的影响
蚀体系 采用合金化的办法阻滞阴极去极化剂还原
过程，提高阴极的极化率Pc
13
提高阴极极化率的途径： 可通过减少阴极区的面积来实现：减少阴极 性组分的数量和面积，增加阴极反应电流密 度，导致阴极极化率增大。 具体方法：
提高冶金过程中合金纯净度，减少形成阴 极性组分元素的含量；
热处理－固溶、时效或回火
14
5．完全稳定的金属，在含氧的酸性 Au－3e
＋1.50
介质中是稳定的，含氧化剂时能够溶 Au－e
＋1.68
解在络合剂中。
5
金属的热力学稳定性与元素周期表所处位置的关系
1. 对于常见的金属，在同一族中，金属的热 力学稳定性随元素的原子序数增大而增加。
7
对于活化溶解的腐蚀体系，提高耐蚀性能的原理
(a）提高合金的平衡电位；（b）增大阴极极化率；（c）增大阳极极化率； （d）增大腐蚀体系电阻
8
提高金属材料耐蚀性的合金化途径
1定、性提）高：提高金属阳极反应的平衡电位Ee,a（即提高金属材料的热力学稳
途径：
低平衡电极电位的金属中加入高平衡电极电位的金属元素后，形成的 金属间化合物或固溶体，其平衡电极电位升高，从而降低腐蚀电池的电 动势，增大金属的热力学稳定性，提高耐蚀性能
2. 最活性的金属位于第1主族，其次为第2主 族，其活性随原子序数的增大而增加。
6
合金化提高金属材料的耐蚀性能：
▪ 对于电化学活化溶解的腐蚀体系：
i Ee,c Ee,a Pc Pa Reion
腐蚀电池的电动势(Ee,c－Ee,a )为金属腐蚀的驱动力
通过合金化提高E0a、Pa、Pc和Re+ion，对于 活化溶解的阳极过程，腐蚀电流密度降低
微量杂质Cu和Fe对99.992％Zn在浓度为88.2g/L的H2SO4中溶解速度的影响
15
微量杂质Fe对99.998％Al在浓度为73g/L的HCl中溶解速度的影响 16
对于析氢腐蚀，可通过提高析氢过电位， 来提高阴极极化率，从而提高耐蚀性能
具体方法为在金属中加入析氢过电位高的元素，如 Al、Pb和Hg，提高所得到合金的耐蚀性能。
Sn－4e Bi－3e Sb－3e Re－3e As－3e Cu－2e Te－2e Co－3e Cu－e Rh－2e Tl－3e Pb－4e Hg－e Ag－e Rh－3e
4．高稳定性金属（贵金属），在含 氧的中性介质中不腐蚀，在含氧或氧 化剂的酸性介质中可能腐蚀。
Hg－2e Pb－2e Ir－3e Pt－2e
合金元素对Zn在浓度为24.5g/l的H2SO4中腐蚀速率的影响
17
3、提高阳极极化率（即阻滞阳极过程） 适合于腐蚀过程为阳极控制的腐蚀体系； 通过增大阳极极化率Pa，即降低阳极活性，阻滞 阳极过程。
4
热力学稳定性 的一般特性
1．热力学上很不稳定的金属（贱金 属），甚至在不含氧及氧化剂的中性 介质中也能被腐蚀。
金属及其 电极反应
Li－e Re－e Rb－e Cs－e Ra－2e Ba－2e Sr－2e Ca－2e Na－2e La－3e Ce－3e Y－3e Mg－2e Am－3e Sc－3e Pu－3e Th－4e Np－3e Be－2e U－3e Hf－4e Al－3e Ti－2e Zr－4e U－4e Ti－3e V－2e Mn－2e Nb－3e Cr－2e V－3e Ta－Ta2O3 Zn－2e Cr－3e Ga－3e Fe－2e
E0H／V
－3.045 －2.925 －2.925 －2.923 －2.92 －2.90 －2.89 －2.87 －2.714 －2.52 －2.48 －2.372 －2.37 －2.32 －2.08 －2.07 －1.90 －1.86 －1.85 －1.80 －1.70 －1.66 －1.63 －1.53 －1.50 －1.21 －1.18 －1.18 －1.10 －0.913 －0.876 －0.81 －0.762 －0.74 －0.53 －0.440
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Cu－Au合金在HNO3（90℃、相对密度1.3）中的腐蚀速度与Au含量的关系 11
合金化提高热力学稳定性的途径在实际中的应 用应考虑： 1.由于使用大量的贵金属，导致合金价格昂贵； 2.两种金属的固溶度有限； 3.综合力学性能、加工性能
12
2、提高阴极极化率 （即阻滞阴极过程）： 该途径适用于腐蚀过程受到阴极控制的腐
热力学稳定性 的一般特性
金属及其 电极反应
2．热力学上不稳定的金属（半贱金 Cd－2e
属），无氧时在中性介质中是稳定的， In－3e
但在酸性介质中能被腐蚀。
Tl－e
Mn－3e
Co－2e
Ni－2e
Mo－3e
Ge－4e
Sn－2e
Pb－2e
W－3e
Fe－3e
3．热力学上中等稳定的金属（半贵 金属），当无氧及氧化剂时，在中性 和酸性介质中是稳定的。
E0H／V
－0.402 －0.342 －0.336 －0.283 －0.277 －0.250 －0.20 －0.15 －0.136 －0.126 －0.11 －0.037
＋0.007 ＋0.216 ＋0.24 ＋0.30 ＋0.30 ＋0.337 ＋0.40 ＋0.418 ＋0.521 ＋0.60 ＋0.723 ＋0.784 ＋0.789 ＋0.799 ＋0.80
2010硕士研究生课程教学
金属腐蚀的防护技术
柳伟
2010.12
1
金属腐蚀的防护方法
1. 耐蚀材料 2. 电化学保护 3. 缓蚀剂保护 4. 金属表面涂覆层 5. 金属的转化膜保护
2
wk.baidu.com
耐蚀材料
3
纯金属的耐蚀性
金属腐蚀的驱动力：腐蚀电池的电动势：
G nF
▪ 纯金属的热力学稳定性 不同的阳极溶解反应（形成价数不同的离子） 有不同的电位 纯金属的阳极溶解反应的标准电极电位越负， 则热力学上越不稳定； 纯金属的阳极溶解反应的标准电极电位越正， 则热力学上越稳定。
塔曼定律或n／8定律： 低平衡电位的金属中加入高平衡电极电位的金属，其耐蚀性能并不
随所加入的高平衡电位金属的量的增加，耐蚀性能增加，而是当加入量 到一定的数值之后，其耐蚀性能才可能出现大幅度增加。
通过实验规律的总结发现，高平衡电位的金属在合金中含量在n/8时，
耐蚀性能可能会出现突变。
9
Ni含量对Cu—Ni合金在氨溶液中浸泡120h后腐蚀速度的影响
蚀体系 采用合金化的办法阻滞阴极去极化剂还原
过程，提高阴极的极化率Pc
13
提高阴极极化率的途径： 可通过减少阴极区的面积来实现：减少阴极 性组分的数量和面积，增加阴极反应电流密 度，导致阴极极化率增大。 具体方法：
提高冶金过程中合金纯净度，减少形成阴 极性组分元素的含量；
热处理－固溶、时效或回火
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