材料腐蚀与防护第二章精品PPT课件

•组织的不均匀性 • 物理状态不均匀性，如应力的影响
2. 2 电极与电极电位
一：电极
一个完整的腐蚀电池，是由两个电极组成。一般把电池 的一个电极称作半电池
一般认为，电子导体(金属等)与离子导体(液、 固体电解 质)相互接触，并有电子在两相之间迁移而发生氧化还原反应 的体系，称为电极
单电极 多电极 在讨论腐蚀问题时，通常规定电位较低的电极称为负 极，电位较高的电极称为正极。
三：腐蚀电池的工作历程 1.阳极过程 2.电流通路 3.阴极过程
次生产物
四：电化学腐蚀 反应的必要条件
• 热力学不稳定金属，如铁； • 离子型电解质导体，水或其它导电溶液 • 氢离子或溶解氧等电子接受体。
五：分类 根据电池电极大小，分为宏观电池和微观电池 1.宏观电池：其电极用肉眼可观察到 1)不同的金属置于不同的电解质溶液中
3．1 腐蚀电池
一： 金属腐蚀电化学现象
金属在电解质中的腐蚀是电化学腐蚀过程，它具有一 般电化学反应的特征。
二：腐蚀原电池
条件
1.化学位有差异（电极电势不一样）的物质通过某种方式 接触
2.带电粒子传输的介质
腐蚀电池：原电池在讨论腐蚀问题时称作腐蚀原电池， 简称腐蚀电池
与原电池区别： 原电池：化学能转化为电能，作有用功 腐蚀电池：只导致金属破坏而不能对外作有用功的短路 电池
2)不同的金属与同一电解质溶液相接触。
3)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(或温度)不同，即可形成腐蚀电池。
2 ห้องสมุดไป่ตู้电池：
由于金属表面的电化学不均匀性，在金属表面上出现 许多微小的电极由此而构成的电池称为微电池。
肉眼难以辨别电极的极性
产生原因：
•化学成份不均匀性
将一块工业纯锌浸入稀硫酸溶液中，由于工业纯锌 中合有少量的杂质(如铁)，因为杂质Fe(以FeZn7的形式 存在)的电位较纯锌为高，此时锌为阳极，杂质为阴极， 于是构成腐蚀电池，锌被腐蚀。此时构成的腐蚀电池位 于局部微小的区域内，故称之谓微电池。
稳态电极电位也可称作开路电位。即外电流为零时的 电极电位，也可称作自腐蚀电位，用ER表示。
非平衡电极电位不能用能斯特公式计算，只能由实验测 定。非平衡电极电位与电解质的种类、溶液浓度、温度、 流速及金属表面状态有关。
2.3 电化学腐蚀的理论基础
阳极过程和阴极过程可以在不同区域内分别进行，即两个 过程可以分别在金属和溶液的界面上不同的部位进行。
H
2e
1 2
H2
金属电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与 的电化学反应．当动态平衡时，电极上不可能出现物质交 换与电荷交换均达到平衡的情况，这种情况下的电极电位 称为非平衡电极电位，或不可逆电极电位（可稳定可不稳 定）。
稳定电极电位是在一个电极表面上同时进行两个不同 的氧化、还原过程，当平衡时仅仅是电荷平衡而无物质平 衡的电极电位。如Zn在稀HCl溶液中，在平衡时．建立的 电极电位就是稳态电极电位。
当金属电极上只有惟一的一种电极反应，并且该反应处
于动态平衡时，金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度电 极获得了一个不变的电位值，通常称该电位值为平衡电极电 位----可逆。
平衡电极电位可用能斯特公式计算：
2.非平衡电极电位
Zn浸泡在硫酸锌和Zn浸泡在稀硫酸中是否具有相同的电 极反应？
Zn Zn 2 2e
但是，这一条件并不是电化学过程进行的必要条件，因为在 某些腐蚀情况下，阴极和阳极过程也可以在同一表面上随时间相 互交替进行。
但是阳极和阴极反应在空间上分开，从能量上看是比较有利 的，因此，在多数情况下，电化学腐蚀经常是以阳极和阴极过程 在不同区域局部进行为特征的。这是区分腐蚀过程的电化学历程 与纯化学腐蚀历程的一个重要标志。
二： 电极电位
金属电极电位的大小是由金属表面和溶液界面双电层 的电荷密度(单位面积上的电荷数)决定的。
金属表面的电荷密度与许多因素有关： 它首先取决 于金属的性质。此外，金属的晶体结构、表面状态、温 度以及溶液中金属离子的浓度等都对电极电位有影响。
1. 金属与溶液的界面特性——双电层
金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶液中的极 性水分子、电解质离子相互作用，使界面的金属和溶液侧 分别形成带有异性电荷的双电层。双电层的模式随金属、 电解质溶液的性质而异，一般有三种类型：
2.4 极化 一：极化现象
取两块面积相等的锌片和铜片，同时浸入盛有 3%NaCl溶液的同一容器中。已测得铜与锌开路电位 (净电流为零时)分别为；E0＝0. 04V，E0＝-0．76V，
第二章 金属的电化学腐蚀
重点： 1.腐蚀原电池原理，分类，电化学腐蚀 反应的必要条件 2.平衡电极电位和非平衡电极电位 3.极化定义，分类和产生原因 4.腐蚀极化曲线图，腐蚀电位，应用 5.活化极化控制下的腐蚀动力学方程式，混合电位理论，塔 菲公式，交换电流密度 6.活化极化控制下的非平衡电极电位腐蚀速度图 7.浓差极化过电位 8.钝化，钝化图 ，钝化理论
（2）金属离子和极性水分子之间的水化力小于金属离子 与电子的结合力，离子的水化能小于金属晶格能。
这种情况下，溶液中的部分正离子被吸附在金属的表 面，成为双电层的内层，溶液中过剩的阴离子将成为双电 层的外层，如图1—2(b)所示。
通常比较不活泼的金属浸在含有浓度较高的正电性较 强的金属离子的溶液中，将形成这类双电层．例如铂在铂 盐溶液中等
（1）．金属离子和极性水分子之间的水化力大于金属离子 与电子之间的结合力，即离子的水化能超过了晶格上的键 能。
此时金属晶格的正离子将在极性水分子吸引力的作用 下进入溶液成为水化离子，而将电子遗留在金属上。由于 静电引力作用，在界面上就会形成金属侧荷负电、溶液侧 荷正电的相对稳定的双电层。
许多负电性比较强的金属加锌、镁、铁等浸入水、酸、 碱、盐溶液中，将形成这类双电层
（3）金属离子不能进入溶液，溶液中的金属离子也不 能沉积到金属表面。
此时可能出现另一种双电层，例如依靠吸附溶解 在溶液中的气体而形成双电层。
铂在溶有氧的中性溶液中，氧分子被吸附在铂表 面，并离解为原子，再夺得铂表面的电子而成为荷负 电的负离子，即从而形成金属侧荷正电、溶液侧荷负 电的双电层。
三：平衡电极电位和非平衡电极电位 1.平衡电极电位