金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
高中化学选择性必修一第4章第3节 金属的腐蚀与防护 基础知识讲义
第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀（一）定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。
M-ne-=M n+（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀（1）定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀（2）本质：金属失电子被氧化。
（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。
例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
2、电化学腐蚀（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀（4）特点：有微弱的电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
水膜酸性较强：负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性：负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生二、金属的防护（一）改变金属材料的组成1、方法：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
高中物理实验说课金属的腐蚀与防护说课稿
《金属的腐蚀与防护》说课稿教学分析内容选择：本次实验课选自人教版高中化学《选择性必修一》第四章第三节《金属的腐蚀与防护》，是继电化学原理知识系统学习后，原电池和电解池知识的发展与应用。
另一方面，学生发现教室清洁使用的钢丝球，半天旧生锈明显，而家用的钢丝球很少生锈，对该现象的原因很好奇。
查阅《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对该部分的“内容要求”、“学习活动建议”和“学业要求”做出了相关要求。
同时新高考试题越来越体现情境化、探究性、实践性的特点，于是本课以钢丝球为载体，展开金属的腐蚀与防护的探究性学习。
学情分析：该阶段学生已经学习了氧化还原知识及电化学原理知识，具备独立分析出析氢腐蚀原理的能力，但对吸氧腐蚀较陌生，需完善学习。
教学目标设计的初衷是提高宏微结合、证据推理、探究与创新、态度与责任四大核心素养，落到知识角度，得到具体教学目标：1.掌握金属发生吸氧腐蚀的原理，构建金属电化学腐蚀的分析模型；2.探究金属在酸性、中性、碱性条件下的腐蚀类型，感受金属腐蚀的普遍性及危害，学习科学探究的方法。
3.掌握金属腐蚀的防护方法，体会化学知识对社会生活的重要作用。
4.重难点：金属吸氧腐蚀的原理及过程；金属在弱酸性条件下的电化学腐蚀类型；金属防腐措施的自主设计。
二、内容创新教材中安排四个实验来突破两个难点，即：吸氧腐蚀的判断和牺牲阳极法；本课对教材进行整合改进后，设计三个实验突破三个重点，即：1.创新演示实验，探究钢丝球在NaCl溶液中的腐蚀情况，理解吸氧腐蚀的全过程；2.创新合作探究实验，探究不同pH下钢铁的腐蚀类型;3.创新课外自主实验，探究金属防腐措施的效果，从三个角度设计金属防腐措施。
三、教学过程情境素材一：学生发现教室清洁使用的一款钢丝球，才半天就生锈了，而家里使用的钢丝球却很少生锈。
由此引导学生从钢丝球本身以及接触的环境两个方面来寻找易生锈和不易生锈的的原因。
易锈钢丝球的产品参数材料显示为“钢丝”，主要含Fe和C，不锈钢丝球的材料为“不锈钢”，主要含Fe、C、Cr、Ni等。
金属的腐蚀与防护_课件
实验1.铁的吸氧腐蚀（实验分析）
将金属置于不同条件下（例如电解池、原电池，或直接与氧化 剂接触......），你能否判断其腐蚀的快慢？
判断依据： 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐 蚀>有防护措施的腐蚀 同一金属在不同物质中腐蚀的快慢： 强电解质>弱电解质>非电解质
练习 1.下列情况下，海水中铁腐蚀最快的是( B )
实验1.铁的吸氧腐蚀（步骤与现象） 把铁钉置于具支试管中，胶塞塞好，导管伸入水面下。
实验1.铁的吸氧腐蚀（步骤与现象） 随着反应的进行，导管处倒吸的水柱越来越高。
实验1.铁的吸氧腐蚀（实验分析）
为什么导管处会有倒吸的水柱？ 铁钉发生电化学腐蚀，消耗了具支试管中的氧气，气压 减小，大气压将试管中的水压入导管中。
金属腐蚀的类型
化学腐蚀
条件
金属跟氧化性 物质直接接触
现象
无电流产生
电化学腐蚀 不纯金属或合金跟电解 质溶液及氧化剂接触
有微弱的电流产生
本质
金属被氧化的过程
较活泼的金属 被氧化的过程
相互关系
化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生
实验1.铁的吸氧腐蚀（步骤与现象）
钢铁为什么在潮湿空气中容易生锈？除了潮湿空气还需要什 么条件？让我们一起来看一下这个实验~
蚀下去，最终整个铁制品都被腐蚀。
金属的电化学腐蚀一般既有析氢腐蚀又有吸氧腐蚀，以后者为主。
实验1.铁的吸氧腐蚀（实验分析）
了解了电化学腐蚀后，请你想想下面的问题： ①为什么说金属的电化学腐蚀比化学腐蚀危害程度更大？ 金属制品往往有杂质，表面形成许多原电池，因此电化学腐 蚀现象就比较普遍；且电化学腐蚀（原电池反应）速度更快 。
金属的腐蚀在生活中非常普遍：
金属的腐蚀与防护+参考教案
第4节金属的腐蚀与防护◆教学目标【知识与技能】(1)认识金属腐蚀带来的危害，了解金属腐蚀的两种类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）；(2)理解钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式；(3)认识常见的防止金属腐蚀的方法，能解释两种电化学防护方法的原理。
【过程与方法】(1)通过对钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀对比实验的探究，学会设计控制单一变量进行对比实验以及对实验设计进行评价；(2)通过实验探究的过程，进一步提高对实验现象的观察能力和分析能力。
【情感态度与价值观】通过金属腐蚀对生产、生活的影响，切实感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用，形成爱护资源，科学利用资源的正确思想，感受化学对人类进步的意义。
◆教学重难点【教学重点】金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护原理。
【教学难点】金属发生析氢和吸氧腐蚀的原理。
◆教学方法从生活中常见的金属腐蚀说起，引起学生的共鸣，让学生感受金属腐蚀对生产、生活的影响，切实感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用。
通过实验引导学生探究金属腐蚀的原因以及金属腐蚀的分类，并由此联想到金属的防护。
学会书写电极反应式和总反应式认识常见的防止金属腐蚀的方法，并且可以解释两种电化学防护方法的原理。
◆教学过程一、导入新课(知识复习)【提问】上节课我们学习了原电池的有关知识，请大家思考一下两个问题1.原电池的构成条件?2.原电池哪一极金属易被腐蚀？【学生思考回答】活泼性不同的两极；电解质溶液；闭合回路；（自发的氧化还原反应）。
在原电池反应中负极易被氧化而腐蚀。
【设计意图】回顾旧知，铺垫新内容。
二、讲授新课教学环节一：情景导入【多媒体展示】(1)生活中常见金属腐蚀的图片；(2)金属腐蚀对人类生活和经济的影响。
【讲述】在生产和生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重。
金属生产设备的腐蚀经常导致工厂停产，金属腐蚀还会使桥梁、建筑物等损坏甚至坍塌，许多场所的金属腐蚀还会导致火灾、爆炸等安全事故的发生。
金属腐蚀的防护与控制方法
缓蚀剂 的选用原则
• • • • 缓蚀剂的浓度及协同作用 金属材料 介质条件 环境保护
电化学保护
• 阴极保护
金属在外加阴极电流的作用下，发生阴极极化使金属的阳 极溶解速度降低，甚至极化到非腐蚀区使金属完全不腐蚀 ，这种方法称为阴极保护。
• 阴极保护参数
保护电位：指通过阴极极化使金属结构达到完全保护（最小 保护电位）或有效保护所需达到的电位值（合理保护电位 ） 保护电流密度：使被保护结构达到最小保护电位所需的阴极 电流密度称为最小保护电流密度。
• 除了耐蚀性要满足工程所需，材料的物理 性能、机械性能和加工性能也要满足服役 条件的要求， • 考虑经济上的合理性 • 在保证其它性能相近的情况下，尽量选择 对环境污染小且便于回收的材料
正确选材与合理结构设计
合理设计金属结构 • 设计时要考虑腐蚀裕量 • 合理设计构件之间的连接方式 • 避免电偶腐蚀 • 避免构件局部应力集中
缓蚀剂的保护效果与使用的金属材料、适用的环境介质种 类及工况条件（温度、流速等）密切有关，在应用中有严 格的选择性。
同一配方有时可以同时防止多种金属在不同环境中的腐蚀
缓蚀剂的分类与作用机理
• 分类
（1）按缓蚀剂的化学组成分类：无机缓蚀剂、有机缓蚀 （2）按缓蚀剂对电极过程的影响： • 阳极型缓蚀剂：抑制阳极 过程，增大阳极极化，使腐蚀 电位正移，从而使腐蚀电流下降。 • 阴极型缓蚀剂：抑制阴极 过程，增大阴极极化，使腐蚀 电位负移，从而使腐蚀电流下降。 • 混合型缓蚀剂：对阳极过程和阴极过程同时具有抑制作用 ，腐蚀电位的变化不大，但可以使腐蚀电流显著下降。
• 阳极保护参数
致钝电流密度、钝化区电位范围、维钝电流密度
金属涂镀层保护
• 金属镀层保护
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀与防护在我们的日常生活中，金属是一种我们经常接触到的材料。
从我们的家居设备到车辆和基础设施，金属都得到了广泛的应用。
然而，金属在长时间使用的过程中，会面临一个普遍的问题，那就是腐蚀。
本文将探讨金属的腐蚀原因以及常见的防护方法。
一、腐蚀的原因腐蚀是金属与周围环境发生反应，导致金属表面质量的损失。
金属腐蚀的主要原因可以归结为以下几点：1. 化学反应：金属与空气中的氧气、水分以及其他化学物质发生反应，形成腐蚀产物。
例如，铁的腐蚀是由于氧气和水的存在形成的氧化铁。
2. 电化学反应：金属在电解质溶液中与氧化还原反应发生，形成电极体系。
其中，金属作为阳极发生氧化反应，被溶解为阳极离子。
3. 环境因素：金属腐蚀还与环境的酸碱度、湿度、温度等因素有关。
酸性环境、高湿度和高温都会加速金属的腐蚀过程。
二、常见的金属腐蚀防护方法为了保护金属免受腐蚀的损害，一系列的腐蚀防护方法被开发出来。
下面是一些常见的金属腐蚀防护方法：1. 表面涂层：在金属表面覆盖一层防腐涂料或涂层是常见的防护方法之一。
这可以阻止环境中对金属的直接接触，并减少氧气和水分的接触，从而降低腐蚀的速度。
2. 阴极保护：通过将一种更容易被腐蚀的金属（如锌）与需要保护的金属（如铁）连接在一起，形成一个阴阳极体系。
这样，腐蚀过程会移动到更容易被腐蚀的金属上，保护主要金属不受腐蚀。
3. 合金化处理：通过添加其他元素或合金成分来改变金属的结构，提高金属的抗腐蚀性能。
例如，不锈钢是通过在铁中添加铬和镍来制成的，以增加其抗腐蚀性能。
4. 电镀：将要保护的金属浸入带有活性金属离子的电解质溶液中，在金属表面形成保护性的金属沉积层。
这种方法可以提供一个屏障，阻止环境中的腐蚀物质接触到金属表面。
5. 降低环境因素：通过控制周围环境的酸碱度、湿度和温度等因素，可以减缓腐蚀速度。
例如，在暴露在潮湿环境中的金属表面添加干燥剂可以降低湿度，减少腐蚀的风险。
三、结语金属的腐蚀问题在我们的生活中是一个常见且重要的挑战。
第四章腐蚀控制方法.ppt
（3）混合型缓蚀剂 它们对用、用极过程 都起抑制作用，腐蚀电位可能变化不大，但 腐蚀电流显著降低(图4－l(c))。
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图4-1 不同类型缓蚀剂的极化图 (a)阳极型缓蚀剂；(b)阴极型缓蚀剂；(c)混合型缓蚀剂
少量的缓蚀物质所以能有效地抑制金属腐蚀首选它必须在金属表面或表面膜的薄弱处吸附研究表明即便是等曲型的氧化型缓蚀剂也是首先吸附于金属表面氧化膜上或其破损处然后再把低价的铁氧化为更加稳定的高价铁氧化物yfe2011224西南石油学院储运研究所53有机理蚀剂除了一开始吸附于金属表面外往往还需通过进一步的二次化学作用才能形成有效的保护膜
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3.按经蚀剂形成的保护膜特征分类
（l）氧化（皮）型经蚀剂 这类经蚀剂能 使金属表面生成致密而附着力好的氧化物膜， 从而抑制牟属的腐蚀。这类经蚀剂有钝化作 用，故又称为钝化型经蚀剂，或者直接称为 钝化剂(Passivator)。钢在中性介质中污用 的经蚀剂如Na2CrO4、NaNO2、NamOO4等都局于 此类。
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（3）吸附型缓蚀剂 这类缓蚀剂能吸附 在金属价质界面上形成致密的吸附层，阻 挡水分和侵蚀性物质接近金属，或者抑制 金属腐蚀过程，起到缓蚀作用。这类经蚀 剂大多含有O、N、S、P的极性基团或不饱 和馊的有机化合物。如钢在酸中常用缀蚀 剂硫原、白时、炔醇等类的衍生物，铜在 中性介质中常用的缓蚀剂来并三氮陛及其
缓蚀效率能达到90％以上的为良好的缓 蚀剂；若达到100％，则意味着达到了完全 保护。
材料腐蚀与防护-第四章-电化学腐蚀动力学
• 分类：表观极化曲线和理想极化曲线。 • *理想极化曲线----以单电极反应的平衡电位作为起始 电位的极化曲线。 • *表观极化曲线或实测极化曲线---- 由实验测得的腐蚀 电位与外加电流之间关系曲线。 • • 注意：表观极化曲线的起始电位只能是腐蚀电位而不 是平衡电极电位。
在金属腐蚀与防护研究中，测定金属电极表观极化曲线是 常用的一种研究方法。
第一节 第二节 第三节 第四节
本章主要内容 极化现象 极化 去极化 腐蚀极化图
第一节 极化
• 问题：因为具有很大腐蚀倾向的金属不一定必然对应着高 的腐蚀速度。 如：Al的平衡电极电位很负，从热力学上看它的腐蚀倾向很 大，但在某些介质中铝却比一些腐蚀倾向小的金属更耐蚀 。 • 因此，认识电化学腐蚀动力学规律及其影响，在工程上具 有更现实的意义。
2.2 去极化的方法： • 在溶液中增加去极剂（H+、O2-等）的浓度、升温、搅拌 以及其他降低活化过电压的措施，都将增强阴极去极化作 用； • 在溶液中加入络合物或者沉淀剂，它们会与金属离子形成 难溶的络合物或沉淀物，不仅可以使金属表面附近溶液中 的金属离子浓度降低，并能一定程度地减弱阳极极化作用 。 • 在溶液中升温、搅拌等均会加快金属离子进入溶液的速度 ，从而减弱阳极极化作用。 • 如果在溶液中加入某些活性阴离子，就有可能使已经钝化 的金属重新处于活化状态。
2）确定金属的腐蚀速度 • 利用极化曲线外延法求自腐蚀电流Icorr ，一种电化学技术 确定金属腐蚀速度的方法之一。
3.3 腐蚀速度计算及耐蚀评价
• 1）腐蚀速度计算 • 用腐蚀电池的腐蚀电流表征 • 电化学腐蚀过程严格遵守电当量关系。即一个一价的金属 离子在阳极区进入溶液，必定有一个一价的阴离子在阴极 获得一个电子；一个二价的金属的金属离子在阳极区进入 溶液，也必然有一个二价或两个一价的阴离子或中性分子 在阴极取走两个电子，如此类推。 • 金属溶解的数量与电量的关系遵循法拉第定律，即电极上 溶解（或析出）1mol的物质所需的电量为96500c,因此， 已知腐蚀电流或电流密度就能计算出所溶解（或析出）物 质的数量。
金属的腐蚀与防护
联 系
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。
练习
分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。
课堂练习
1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1） 若液面上升，则溶液呈 中性或碱性 性，发生
Fe–2e-＝Fe2+ , 吸氧 腐蚀,电极反应式为：负极： O2+2H2O+4e-＝4OH－ 正极： （2） 若液面下降，则溶液呈 酸性 性，发生 析氢 腐蚀，电极反应式为： 负极： Fe–2e-＝Fe2+ 2H++2e-＝H2↑ 正极： 。
转动部位 涂油脂
健身器 材刷油 漆
④电镀(铬等耐腐 蚀性较强的金属镀 层)
健身器材刷油漆 转动部位涂油脂 电线外面包塑料
2、加入其他金属改变其组成
不锈钢等
餐具做成不锈钢
镀铬 烤蓝
烤漆
涂机油
镀锌
Hale Waihona Puke 3、电化学防护（1）牺牲阳极（负极）的阴极（正极）保护法
船舶、输水管道装上（连上）Zn块或Mg合金
（2）外加电流的阴极保护法
金属的化学腐蚀与电化腐蚀的比较 类型 发生的 条件 电流 本质 化学腐蚀
金属与接触 物直接反应
无电流产生
电化学腐蚀
不纯金属或合金与电 解质溶液形成原电池 有电流产生
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
相互 关系 电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多，腐蚀速度也快很多
四、金属的防护
1、隔离法：
①喷涂漆； ②涂油脂； ③表面钝化；
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 条 件 水膜呈较强酸性 吸氧腐蚀 水膜呈中性或弱酸性
Fe-2e-=Fe2+ 负极Fe(- ) Fe-2e-=Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH正极C(+) 2H++2e-=H2↑ 电 极 总反应: Fe+2H+ =Fe2+ + H2 ↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 反 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 应 Fe2O3 · 2O xH （铁锈）
金属腐蚀的控制方法
金属腐蚀的控制方法摘要：研究腐蚀的目的，是为了防止腐蚀和控制腐蚀的危害，延长材料的使用寿命。
各种工程材料，从原料加工成产品，直到使用和长期储存过程中都会遇到不同的腐蚀环境，产生不同程度的腐蚀。
金属腐蚀的过程是一个自发的过程，完全避免材料的腐蚀是不可能的，因此腐蚀控制的问题也就应运而生。
本文从多角度来讨论金属的腐蚀控制方法，从而为今后的金属防腐工作带来一定借鉴和指导作用。
关键词：腐蚀控制腐蚀金属腐蚀防腐工作一、基于腐蚀控制的设计考虑1.正确选用材料和加工工艺材料有各类金属材料和非金属材料，合理选材应主要从材料的力学性能、耐蚀性能、加工性能和经济性四个方面进行考虑。
选材时应遵循以下原则：1.1选材需要考虑经济上的合理性，在保证其他性能和设计的使用前提下，尽量选用价格便宜的材料。
1.2综合考虑整个设备的材料，根据整个设备的设计寿命和各部件的工作环境选择不同的材料。
易腐蚀部分应选择耐蚀性强的材料。
1.3对选择材料要查明对哪些腐蚀具有敏感性，在选用部位所承受的应力、所处环境的介质条件以及可能发生的腐蚀类型，与其它接触的材料是否相容，是否发生接触腐蚀。
1.4结构材料的选材不可单纯追求强度指标，应考虑在具体腐蚀环境条件下的性能。
1.5选择杂质含量低的材料可以提高耐蚀性。
1.6尽可能选择腐蚀倾向性小的热处理方法。
1.7采用特殊的焊接工艺防止焊缝腐蚀，采用喷丸处理改变表面应力状态防止应力腐蚀。
1.8基体材料加涂层可以作为复合材料来考虑。
选择耐蚀性能差的材料施加涂层，还是选择高耐蚀材料，需要综合考虑设备的设计寿命和经济成本。
2.防腐蚀结构设计设备的腐蚀在很多情况下都与其结构有关。
不良的结构常常会引起应力集中、局部过热、液体流动停滞、固体颗粒的沉积和积聚、电偶电流形成等，这些都会引起或加速腐蚀过程。
因此，在设计中应充分注重设备的结构设计。
防腐蚀结构设计，就是在保证满足设备的功能和工艺要求的条件下，适当地改变设备及部件的形状、布局，调整其相对位置或空间位置，达到控制腐蚀的目的。
4.3金属的腐蚀与防护-教学设计2023-2024学年高二上学期化学人教版(2019)选择性必修1
- 提供具体的改进建议，如纠正错误的概念、引导学生深入思考问题的本质、鼓励学生进行实验操作和观察等。
八、板书设计
1. 金属腐蚀的定义和类型
- 金属腐蚀：金属与环境介质接触时，发生化学或电化学反应而逐渐破坏的过程。
- 化学腐蚀：金属直接与环境介质发生化学反应而腐蚀。
- 电化学腐蚀：金属在电解质溶液中形成原电池，发生氧化还原反应而腐蚀。
2. 金属腐蚀的影响因素
- 金属材料：成分、组织结构、加工状态等。
- 环境介质：湿度、温度、氧气、氯离子等。
- 腐蚀产物：可能加速腐蚀的进一步发展。
3. 金属的防护方法
- 涂层保护：油漆、塑料、陶瓷等。
- 阴极保护：外加电流或牺牲阳极。
4.3金属的腐蚀与防护-教学设计 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1
课题：
科目：
班级：
课时：计划1课时
教师：
单位：
一、教学内容
本节课的教学内容来自于2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1的第四章第三节“金属的腐蚀与防护”。本节内容主要包括以下几个部分：
1. 金属腐蚀的概念：介绍金属腐蚀的定义、类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）以及腐蚀过程中发生的化学反应。
2. 金属腐蚀的影响因素：探讨金属材料、环境介质（如湿度、温度、氧气等）以及腐蚀产物对腐蚀过程的影响。
3. 金属的防护方法：介绍金属的防腐蚀策略，如涂层保护、阴极保护、合金强化等，并分析各种防护方法的优缺点。
实Hale Waihona Puke 过程：将试样分别置于不同环境条件下，定时测量并记录腐蚀速率。
金属腐蚀与防护
二、电化学腐蚀 Electrochemical Corrosion 由于电化学作用而引起的腐蚀称为电 化学腐蚀。 化学腐蚀。 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 氧浓差腐蚀
1、析氢腐蚀 、 条件： 条件：强酸性介质 阳极： ＝ 阳极：Fe＝Fe2++eFe2++ 2OH- ＝ Fe(OH)2 阴极： 阴极： 2H++ 2e -= H2 (g) 总反应： 总反应： Fe + 2H2O ＝Fe(OH)2 + H2 (g)
O2(g)+2H2O(l)+4e = 4OH-(aq)
Ε (O2 / OH − ) = Ε (O2 / OH − ) Θ +
0.0592V lg 4 [C OH − / C Θ ]
[ PO2 / P Θ ]4
在溶液中， 浓度小的地方， （ 在溶液中，O2浓度小的地方，E（O2/OH-）小，成为阳 金属发生氧化而溶解腐蚀； 浓度大的地方， 极，金属发生氧化而溶解腐蚀；O2浓度大的地方， E（O2/OH-）大，成为阴极，却不会被腐蚀。 （ 成为阴极，却不会被腐蚀。
3.牺牲性保护 牺牲性保护
破损部位 锌表层
氧与锌反应， 铁不会腐蚀
铁 基 体 锌块
饮水舱
外加电流法则是给被保护结构加一阴极电流， 外加电流法则是给被保护结构加一阴极电流，而给 则是给被保护结构加一阴极电流 辅助阳极（一般为高硅铸铁或废钢）加一阳极电流， 辅助阳极（一般为高硅铸铁或废钢）加一阳极电流， 构成一个腐蚀电池。以同样的原理使金属结构得到保 构成一个腐蚀电池。 护。
四、金属腐蚀的防护
选择恰当的金属材料： 选择恰当的金属材料： 覆盖保护层法： 在金属表面覆盖一层保护层，以 覆盖保护层法： 在金属表面覆盖一层保护层，
材料腐蚀与防护第四章金属在各种环境中的腐蚀
2.大气腐蚀机理 大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合
电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。
阴极过程：
阳极过程：
在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。
引起材料的破损称为大气腐蚀。 大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。据统计由于大气腐蚀而
损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上，因在大气中使用的钢材 量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械设 备、车辆等都是在大气环境下使用。因此了解和研究大气腐蚀是 非常必要的。 1.大气腐蚀的分类
大气的主要成分不变，只有水分含量随地域、季节、时间 等条件而变化。根据金属表面潮湿度的不同，把大气腐蚀分为三 类：
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图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐 蚀与相对湿度的关系
A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2
C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2
E-烟粒+0.01﹪SO2
3)被硫酸铵和煤烟粒子污 染的空气加速金属腐蚀。
可见：在污染大气中，低于 临界湿度时，金属表面无水膜， 化学作用引起腐蚀，腐蚀速度很 小；高于临界湿度时，由于水膜 的形成，发生了电化学腐蚀，腐 蚀速度急剧增加。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐蚀与相对湿 度的关系
A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2
C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2
E-烟粒+0.01﹪SO2
2)在污染的空气中，空气的 相对湿度低于70％时，即使是长 期暴露，腐蚀速度也是很慢的。 但有SO2存在时，当相对湿度略 高于70％时，腐蚀速度急剧增加。
腐蚀与防护管理办法(最终版)
腐蚀与防护管理办法第一部分总则1.1 为加强腐蚀监测、停工期间的腐蚀检查工作、涂料防腐工作、湿硫化氢环境腐蚀与防护工作、定点测厚工作，依据国家有关法规、标准以及《腐蚀与防护管理规定》，制定本管理办法。
1.2各专业厂应根据本厂实际情况，对应本管理办法制定本单位的腐蚀与防护实施细则，对目前还不具备条件无法实施的要求应制定出计划，逐步完善。
1.3 本管理办法适用于各装置。
第二部分腐蚀监测第一章一般规定2.1本部分所涉及的防腐蚀监测手段，主要是行业现行的、成熟的、多数企业通用的几种腐蚀监测手段，主要包括：原油、原料油、中间馏分油腐蚀介质的监测；原油电脱盐系统中脱后盐含量的监测；工艺冷凝水（装置顶循冷凝、冷却系统）或含水介质中腐蚀介质或腐蚀产物的监测；采用在线腐蚀探针手段所开展的腐蚀速率监测；采用旁路监测等手段进行系统腐蚀速率的监测；其它可靠的监测手段。
第二章腐蚀监测项目2.2原油、馏分油、原料油腐蚀监测2.2.1监测目的：掌握进厂或进装置原油、原料油中腐蚀性介质的变化趋势，可预先判断腐蚀介质对装置的腐蚀程度，制定适合的腐蚀控制方案。
2.2.2监测范围：原油、原料油腐蚀监测是指对进厂或进装置所有种类原油或原料油的腐蚀性介质；馏分油腐蚀性监测是指蒸馏侧线、其它炼油装置转化油中腐蚀性介质；盐含量是监测原料油及蒸馏电脱盐前后蒸馏原料中的盐含量。
2.2.3监测项目：对原油主要监测原油中的酸值、硫含量和盐含量；对侧线馏分油及进装置原料油主要监测酸值、硫含量、氯含量、氮含量、铁含量、镍含量、钒含量等；对进蒸馏装置原料油需要监测脱后盐含量。
2.2.4监测频次及执行标准见表1。
表1原油、馏分油、原料油腐蚀监测频次及执行标准注：如果原油或原料油种类变化较大，建议增加频次。
2.3工艺冷凝水及含水介质中腐蚀性介质或腐蚀产物的监测2.3.1监测目的：掌握系统的腐蚀程度与腐蚀控制程度。
2.3.2监测范围：炼化装置生产过程产生的、含水介质中存在的腐蚀部位，主要监测介质中腐蚀性介质及腐蚀产物。
金属防护与腐蚀 第四章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀
金属腐蚀与防护（2009-2010学年)
腐蚀速度快
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Zn在酸中的腐蚀是阴极控制下的析氢腐蚀，腐蚀速度主 要取决于ηH 。纯Zn和工业Zn在酸中的腐蚀极化图。 由于氢在Zn上的析H2过电位很高，故为阴极控制。阴极 控制下使icorr↑的腐蚀电位Ecorr变正。
根据现有的实验事实，大致可将氧还原反应过程 的机理分为两类。第一类的中间产物为过氧化氢或二 氧化一氢离子。在酸性溶液中的基本步骤为：
1.形成半价氧离子：O 2 e O2
2.形成二氧化一氢：O 2 H HO2 3.形成二氧化一氢离子：HO2 e HO2 4.形成过氧化氢：HO2 H H 2O2 5.形成水：H 2O2 2 H 2e 2 H 2O 1 或H 2O2 O 2 H 2O 2
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在碱性溶液中的基本步骤为：
1.形成半价氧离子：O2 e O2
2.形成二氧化一氢离子：O2 H 2O e HO2 OH 3.形成氢氧离子：HO2 H 2O 2e 3OH 1 或HO2 O2 OH 2
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金属腐蚀与防护（2009-2010学年)
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吸氧腐蚀
• • • • 吸氧腐蚀的必要条件 发生吸氧腐蚀的体系 (1) 所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能发生。 (2) 某些正电性金属(如Cu)在含溶解氧的酸性和中性 溶液中能发生吸氧腐蚀。
金属腐蚀与防护（2009-2010学年)
腐蚀与防护实验指导书
金属腐蚀与防护的实验一、重量法测定金属腐蚀速度一、目的要求1.掌握重量法测定金属腐蚀速度的原理和方法。
2.用重量法测定碳钢在稀硫酸中的腐蚀速度。
二、基本原理重量法是根据腐蚀前后金属试件的重量的变化来测定金属腐蚀速度的。
把待测的金属做成一定形状和大小的试件，放在测试环境中，经过一定时间后，取出并测量其重量和尺寸变化，计算其腐蚀速度。
对于失重法，可由下面公式计算腐蚀速度。
V-=（w0-w1）/（st）式中：V—金属的腐蚀速度，g/m2·h；w0—试件腐蚀前的重量，g；w1—试件腐蚀后并经过除去腐蚀产物后的重量，g；s—试件暴露在腐蚀环境中的面积，m2；t—试件腐蚀的时间，h。
腐蚀深度指标表示公式如下：V l=8.76×V-/ρ—用腐蚀深度表示的金属腐蚀速度，mm/a式中： Vlρ—金属的密度，g/cm3。
三、仪器与药品碳钢试件、稀硫酸8%、金相砂纸、细尼龙丝、电子天平等四、操作步骤1.试样用金相砂纸打磨，以除去表面氧化膜。
2.在电子天平上称重，精确到0.1mg。
用游标卡尺测量暴露的全部表面积，精确到0.02mm。
在烧杯中注入8%硫酸水溶液，将试件系于尼龙丝的一端，另一端系在玻璃棒上。
然后用无水酒精和丙酮棉球清洗试件的表面以除污垢。
把玻璃棒横担于烧杯上，使试件处于溶液的中部。
观察并记录现象。
3.记录时间，从试件进入溶液时起，到试件取出时止，实验时间为1小时。
4.试验结束后取出试件，用自来水冲洗。
5.试样干燥后(可用冷风吹)，称重，除去腐蚀产物，再清洗干燥并称重，如此反复几次，直至前后相邻两次去膜后的重量差不大于0.5mg，即视为腐蚀产物完全清除，记录之。
五、数据记录室温介质试样浸入时间试样取出时间列出一组数据的计算过程。
七、思考与讨论1.重量法测定金属腐蚀速度的优点、缺点及适用范围?2.分析实验数据的误差来源。
3.写出有关电极反应式。
实验二恒电位法测定阴极极化曲线一、目的要求1.掌握恒电流法测定阴极极化曲线的基本原理和方法。
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• 少用吸水性强的材料 • 避免应力腐蚀 • 避免不同金属相互接触；
处理结合面 • 防止零部件应力集中局
部受热，控制材料最大 允许使用应力
CONTENT
• 4.1 正确选用金属材料和合理设计金属结构 • 4.2 缓蚀剂 • 4.3 电化学保护 • 4.4 表面保护覆盖层
4.2 缓蚀剂
4.2.1 概述 4.2.2 缓蚀剂的分类 4.2.3 缓蚀剂的作用机理 4.2.4 缓释剂的选择和应用
(2) 沉淀型缓蚀剂
能和金属表面阳极部分溶解的金属离子生成难溶性化合物， 沉淀在极的表面或者修补氧化膜的破损处，抑制阳极反应
本身是非氧化性物质。要有O2等去极剂存在时才起作用
缓蚀效率计算
介质中加缓蚀剂后的腐蚀速度
0 010% 0Ic0In cooIr10% 0
介质中未加缓蚀剂时金属腐蚀电流 未加缓蚀剂时金属腐蚀速度
加入量：0.1%～1%。 缓蚀剂保护有强烈地选择性。
覆盖、负催化
4.2.1 缓蚀剂概述
优点：用量少、见效快、成本较低、使用方便。 缺点：只适用于腐蚀介质的体积量有限的情况下，例如
电镀和喷漆前金属的酸洗除锈、锅炉内壁的化学清洗、 油气井的酸化、内燃机及工业冷却水的防腐蚀处理和金 属产品的工序间防锈和产品包装等；但对于钻井平台、 码头、桥梁等敞开体系，则不适用。 目前已广泛应用于机械、化工、电子、能源等许多部门。 例如酸洗过程中．硫酸和盐酸除去钢铁表面氧化皮的同 时，也会使金属本身溶解；若加入适当的缓蚀剂，则可 抑制金属本身过分的腐蚀
4.2.1 缓蚀剂的分类
水 溶 性 缓 蚀 剂 按 物 理 性 质 分油 类溶 性 缓 蚀 剂
气 相 缓 蚀 剂
冷 却 水 缓 蚀 剂
锅
炉
缓
蚀
剂
按用途分类
酸 洗 缓 蚀 剂
油 气 井 缓 蚀 剂
石 油 化 工 缓 蚀 剂
工 序 间 防 锈 缓 蚀 剂
4.2 缓蚀剂
4.2.1 概述 4.2.2 缓蚀剂的分类 4.2.3 缓蚀剂的作用机理 4.2.4 缓蚀剂的选择和应用
4.1.1 正确选用金属材料和加工工艺
• 选材时不单纯追求强度指标，而根据情况综合考虑，包括耐蚀 性和经济性
• 对初选材料应查明其腐蚀类型敏感性；在选用部位发生腐蚀的 类型和可能性；与接触的材料是否相同，是否可能发生接触腐 蚀；承受应力的类型、大小和方向等
• 在容易产生腐蚀和不易维护的部位应选择高耐蚀性的材料 • 选择腐蚀倾向小的材料和热处理方法 • 选用杂志含量低的材料
4.1 正确选用金属材料和 合理设计金属结构
4.1.1 正确选用金属材料和加工工艺 4.1.2 合理设计金属结构
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
4.1.2合理设计金属结构
• 设计合理性 • 腐蚀敏感性
• （应力、接触、均匀、缝隙和微生物）
4.1.2合理设计金属结构
• 外形力求简单 • 采用密闭结构 • 能积水地方设置排水孔 • 布置合适的通风孔 • 避免尖角、凹槽、缝隙 • 连接结合面有隔离层
4.2 缓蚀剂
4.2.1 概述 4.2.2 缓蚀剂的分类 4.2.3 缓蚀剂的作用机理 4.2.4 缓释剂的选择和应用
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
4.2.1 缓蚀剂的分类
按
化
学
成无 分机 分缓 类 与 钝 蚀金 化剂 属 膜
表 的
面促 发使 生金 反属 应盐 ，或 形极 成溶 ，解 阻过 止程 阳。
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
4.2.1 缓蚀剂概述
是一些用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂。
缓蚀剂是一些少量加入腐蚀介质中就能显著减缓或阻止 金属腐蚀的物质，也叫腐蚀抑制剂（Corrosion Inhibitor）。
原理：缓蚀物质在金属与溶液介面上产生了某种作用， 阻滞了腐蚀过程，而并非使腐蚀体系的本质发生改变。
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
1 阳极型缓蚀剂作用机理
(1) 氧化型缓蚀剂
促使金属阳极钝化，可使腐蚀金属的电位正移进入钝化曲线 的钝化区。
本身是氧化剂。添加量必须超过某临界值；若不足，易加速 腐蚀or造成局部腐蚀
(2) 沉淀型缓蚀剂
能和金属表面阳极部分溶解的金属离子生成难溶性化合物， 沉淀在阳极的表面或者修补氧化膜的破损处，抑制阳极反应
缓蚀效率能达到90％以上的为良好的缓蚀剂；
若达到100％(v = 0)，则意味着达到了完全保护。
4.2 缓蚀剂
4.2.1 概述 4.2.2 缓蚀剂的分类 4.2.3 缓蚀剂的作用机理 4.2.4 缓蚀剂的选择和应用
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
4.2.4 缓蚀剂选用原则及评价方法 1、选用原则
4 腐蚀控 制方法
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
CONTENT
• 4.1 正确选用金属材料和合理设计金属结构 • 4.2 缓蚀剂 • 4.3 电化学保护 • 4.4 表面保护覆盖层
4.1 正确选用金属材料和 合理设计金属结构
4.1.1 正确选用金属材料和加工工艺 4.1.2 合理设计金属结构
金属腐蚀与防护第四章腐蚀控制方法
有
机
缓在 蚀金剂 属 腐 蚀 性
表 物
面化 发学 生吸 物附 理， 或阻 止 质面 接， 近或 金者 属阻 表 过 滞程 阴
4.2.1 缓蚀剂的分类
4.2.1 缓蚀剂的分类
氧
化
型
缓钝 使 蚀化 金剂型 属缓 表蚀 面
形 成 附致 着密 力而 好 的 氧 剂 ， （P钝 as化 s iv剂 a） tor
化
膜
按 保
缓 护
蚀 膜
剂 特
征 形 沉分 成淀类 的型
缓本 蚀身剂无 氧 反 应 的 产
Байду номын сангаас化 物
性 形
， 金但 属能 的与 腐 成 修沉 补淀 金， 属
蚀 氧
产 化
物 阴或 极 膜 。的
吸
附
型
缓阻 吸 蚀挡 附剂 腐 在蚀 金性 属物 / 介 上 质 属质 ， 接 或界 形 近 抑面 成 金 制致 金密 属的 ， 腐 。吸 蚀附
本身是非氧化性物质。要有O2等去极剂存在时才起作用
2 阴极型缓蚀剂作用机理
在金属表面形成沉淀膜，覆盖阴极表面，阻碍氧的扩散或提 高氧化H+还原反应的过电位，使腐蚀速度降低。
(1)氧化型缓蚀剂
缓蚀剂的阳离子向腐蚀微电池的阴极迁移，与阴极产生的 OH-反应，形成OH化物或碳酸盐沉淀膜，阻碍氧向阴极扩散， 提高阴极过电位，降低腐蚀（ZnSO4，Ca(HCO3)等）