电化学腐蚀原理
电化学腐蚀的原理及应用
电化学腐蚀的原理及应用1. 什么是电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生氧化反应和还原反应，导致金属表面发生物理和化学变化的过程。
在电化学腐蚀过程中，金属表面被腐蚀掉，在金属内部生成电化学腐蚀产物，从而导致金属的退化和破坏。
2. 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是由以下三个基本要素组成的：- 金属：作为电极参与电化学反应。
- 电解质溶液：提供导电性和溶解氧的介质。
- 环境：包括温度、压力、湿度等因素，会对腐蚀过程产生影响。
电化学腐蚀的过程可以分为两种基本反应： 1. 氧化反应（阳极反应）：金属表面发生氧化反应，将金属原子转化为正离子并释放电子。
2. 还原反应（阴极反应）：导电的电解质溶液中的阳离子被还原为金属或者其他物质。
通过以上两种反应，金属表面发生物理和化学变化，导致腐蚀和金属破坏。
3. 电化学腐蚀的应用电化学腐蚀的原理和机制在工业和科学研究中有广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域。
3.1 金属腐蚀研究电化学腐蚀的研究对于理解金属的腐蚀行为和机制至关重要。
通过研究不同金属在不同环境下的电化学腐蚀行为，可以评估金属的腐蚀性能，选择合适的材料用于特定的应用，以延长金属的使用寿命。
3.2 防腐蚀技术电化学腐蚀的原理为防腐蚀技术的研发和应用提供了理论基础。
通过使用合适的涂层、阻隔层或者中和剂等物质，可以降低金属的腐蚀速率，延长金属的使用寿命。
例如，在航空航天工业中，通过电镀技术给金属表面添加一层保护性的金属镀层，可以防止金属在高温和高湿环境下的腐蚀。
3.3 腐蚀监测和控制电化学腐蚀的研究还为腐蚀监测和控制提供了方法和工具。
通过使用电化学腐蚀监测技术，可以实时监测金属的腐蚀速率和腐蚀产物的生成情况。
这对于设备的维护、预测设备的寿命和做出合理的维修计划非常重要。
3.4 腐蚀改良和治理电化学腐蚀的原理还可应用于腐蚀改良和治理。
通过了解腐蚀的原因和机制，可以研发出适用的腐蚀治理方法，以减少或避免金属材料的腐蚀。
第三章 电化学腐蚀的基本原理
宏观腐蚀电池
铜铆钉
1. 异种金属相接触 如 电偶腐蚀 2. 浓差电池 (1)金属离子浓度不同，
铝板
浓度低电位低，容易腐蚀 (2)氧浓度不同 氧浓度低电位低，更容易腐蚀 3. 温差电池 如金属所处环境温度不同，高温 电位低，更容易腐蚀
粘 土 沙 土
微观腐蚀电池
（1）材料本身的不均匀性
化学成分不均匀
平衡电极电位
当金属电极上只有一个确定的电极反应，并且该反应处于动态平衡，即金属 的溶解速度等于金属离子的沉积速度，在此平衡电极过程中，电极获得一个 不变的电位值，该值被称为平衡电极电位（可逆电极电位）。
Fe Fe2 2e Fe2 2e Fe
Fe Fe 2+
Fe 2+ Fe
电荷平衡： ia = ic
金属在25℃时的标准电极电位 e （V，SHE）
电极反应
K=K++e Na=Na++e
e，伏
-2.925 -2.714 -2.37 -1.66 -1.63
电极反应
Ni=Ni2++2e Mo=Mo3++3e
e，伏
-0.250
-0.2 -0.136 -0.126 -0.036 0.000 +0.337 +0.521 +0.189
组织结构不均匀
微观腐蚀电池
金属表面的物理状态不均匀
金属表面膜的不完整
（2）液相不均匀性
离子浓度（质子或氧离子浓度）
（3）系统外界条件不均匀性
温差、光照等分布不均匀
3.3 电极与电极电位
电极
电极的概念——电子导体（金属等）与离子导体（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。 电极一般分为单电极和多重电极 单电极是指电极的相界面上发生唯一的电极反应 多重电极则可能发生多个电极反应
电化学腐蚀原理
§1 电化学腐蚀概述 §2 电化学腐蚀热力学 §3 电化学腐蚀动力学
§5 金属腐蚀防护 §6 腐蚀与防护研究方法
§1 电化学腐蚀概述
电化学腐蚀概述
1、电化学腐蚀含义: 金属表面与电解质溶液接触发生电化学反应，使
0 0 -35184 0 G = iI = －35184 Cal
例3：Au在酸性溶液中： Au + 3H+ Au3+ + 3/2H2
0 0 103600 0 G = 103600 Cal
例2： Ni在酸性溶液中 Ni + 2H+ Ni2+ + H2
0 0 －11530 0 G = －11530 Cal
G = iI 可判断： Zn在酸中可能腐蚀 Ni在酸中可能腐蚀 Zn 腐蚀倾向性 > Ni腐蚀倾向性 Au在酸中不会腐蚀。
（2）由标准电极电位可判断腐蚀倾向性 标准电极电位与反应自由能变化关系：
G = -nFΔEo = -nF(Eo+ - Eo- )
(2.7)
— 电池所作最大功（电功）等于该体系自由能的减少。 (+) ：阴极发生还原反应， (-) ：阳极发生氧化反应。
IE
阴离
子
紧密层－
相间电荷转 分散层－
移
粒子热运
动
++++++ ++-
• 紧密双电层的定量描述 －平板电容模型：
a = q / C 或 C＝q / a = / 4 d
(2.1)
• 考虑到分散层：
a = 紧密层 + 分散层 = a －1 + 1 式中a－相间电位；q－界面电荷；C－双层电容；－介电常数；d－双层距离。
什么是电化学腐蚀
什么是电化学腐蚀电化学腐蚀（electrochemical corrosion）是材料在电化学条件下由于化学反应而引起的腐蚀现象。
它是一种普遍存在于自然和工业环境中的腐蚀方式，对于金属、合金、涂层和其他材料的腐蚀速率都产生重要影响。
本文将介绍电化学腐蚀的基本原理、机理和控制方法，以及它在实际应用中的重要性。
一、电化学腐蚀的基本原理电化学腐蚀是在电解质溶液中金属或合金表面发生的氧化还原反应，其基本原理可以由著名的离子传导电子理论解释。
金属表面存在着不规则的微观结构，并且在自然环境中常常出现多种金属离子溶解在水中形成电解质溶液。
当这种电解质溶液与金属或合金接触时，电子从金属表面迁移到电解质中的离子，称为氧化反应；同时，电解质中的离子也可还原成金属，称为还原反应。
这个过程涉及了电子和离子在金属和电解质之间的传输，从而形成了电流。
二、电化学腐蚀的机理电化学腐蚀的机理包括两个基本过程：阳极溶解（anodic dissolution）和阴极还原（cathodic reduction）。
阳极溶解是指金属或合金表面的金属原子氧化成阳离子溶解到电解质溶液中的过程，而阴极还原则是指电解质溶液中的还原剂接受电子，从而还原成金属。
在电化学腐蚀过程中，阳极和阴极通常不在同一位置，形成了电化学腐蚀电池。
阳极是电极的溶解或腐蚀的区域，而阴极则是电极的保护或减缓腐蚀的区域。
阳极和阴极之间通过电解质中的离子迁移形成电流。
这种电流导致阳极发生氧化反应，从而导致金属或合金的溶解。
同时，阴极上的还原反应消耗了电流，起到减缓或保护金属的作用。
三、电化学腐蚀的控制方法为了控制电化学腐蚀并降低材料的腐蚀速率，需要采取一系列措施。
以下是几种常见的控制方法：1. 阴极保护：通过给金属施加外加电流或安装保护层，使其成为阴极，从而减缓金属的腐蚀速率。
常见的阴极保护方法包括阳极保护、阴极保护和牺牲阳极法。
2. 隔离：将金属或合金与容易引起腐蚀的电解质隔离开来，避免其接触，减少腐蚀的发生。
腐蚀电化学原理
腐蚀电化学原理在现代电化学中，腐蚀电化学是重要的一个分支，它可以现实有效的进行物质的腐蚀和研究各种物质的腐蚀机理。
腐蚀电化学贯穿整个电化学的应用，尤其是在介质和电极间的电化学反应中，腐蚀电化学影响着整个系统的性能和功能。
腐蚀电化学的原理依赖于材料的性质和电解质的含量。
当电解质在电介质中形成溶液时，溶液中的正、负离子会渗透到接触它们的物体表面，这最终会使表面上的化学物质变化或溶解，从而进行腐蚀反应。
例如，增加硫酸离子能够溶解金属材料上的铁和铁氧化物，该反应可以简单地描述为：当负离子硫酸离子（H2SO4-）渗透到金属表面，它把含有铁的物质变成铁硫酸盐，即FeSO4，而FeSO4是可被另一种离子困扰的，比如HSO4-离子，这使得被腐蚀的金属表面被不断腐蚀。
此外，介质的性质还能影响电化学腐蚀反应，比如电介质的pH值，可以影响电子的迁移速率和离子的活性。
当pH值改变时，不同的离子会表现出被电解的向电解的反应速率，从而改变腐蚀反应的发生概率。
在电化学反应过程中，电和电解溶液中的离子也有可能发生相应的化学反应，影响腐蚀反应的发生和速度，如氧化反应或氧化还原反应等。
当外部电压的作用下，电子的迁移和离子的活性发生了变化，从而使腐蚀更易发生和变得更快。
此外，外部电位也将影响腐蚀反应的衰减速度，这意味着电子迁移和离子活性两者之间可以被外部电压电场调节，使腐蚀反应有更大的控制空间。
总之，电化学腐蚀是复杂的，受到多种影响，有很多条件已经影响了腐蚀原理。
其基本原理依赖于介质中电解溶液的电解反应和外部电位等，pH值的改变也会影响反应的发生，氧化还原反应也有可能引发腐蚀反应。
只有了解所有的影响因素，才能有效控制腐蚀电化学反应，防止物质的腐蚀和破坏。
电化学腐蚀原理
电化学腐蚀原理
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，是由于金属表面与溶
液中的电化学物质发生作用而引起的腐蚀现象。
电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，对许多工业设备和设施造成了严重的损害。
了解电化学腐蚀的原理对于防止和控制腐蚀至关重要。
电化学腐蚀的原理可以通过腐蚀电池的形式来理解。
在电化学腐蚀中，金属表
面的微观区域存在着阳极和阴极两种反应。
阳极区域发生氧化反应，金属原子失去电子形成阳离子；而阴极区域则发生还原反应，金属离子接受电子还原成金属原子。
这种电化学反应导致了金属表面的腐蚀。
电化学腐蚀的速率取决于许多因素，包括金属的种类、溶液中的离子浓度、温度、氧气浓度等。
一般来说，金属在酸性溶液中的腐蚀速率比在碱性溶液中的要快，因为酸性溶液中氢离子的浓度高，可以加速金属的氧化反应。
此外，温度的升高也会加快电化学腐蚀的速率，因为高温可以促进电化学反应的进行。
为了防止电化学腐蚀，可以采取一些措施。
首先，可以选择耐腐蚀性能好的金
属材料，如不锈钢、镍基合金等。
其次，可以通过涂层、镀层等方式在金属表面形成保护膜，阻止金属与电解质溶液接触。
此外，控制溶液的pH值、氧气浓度等也
可以有效减缓电化学腐蚀的发生。
总之，电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，对工业生产和设备设施造成了
严重的损害。
了解电化学腐蚀的原理和影响因素，对于预防和控制腐蚀至关重要。
通过选择合适的材料、采取有效的防护措施，可以有效减缓电化学腐蚀的发生，延长金属设备的使用寿命。
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。
电化学腐蚀
电化学腐蚀第二节电化学腐蚀金属表面与离子导电的电解介质溶液发生电化学作用产生的破坏称为电化学腐蚀。
电化学腐蚀过程中产生电流。
电化学腐蚀是自然界和生产中最普遍和最常见的腐蚀，破坏作用也显著。
金属在大气、湿空气、海水、土壤及酸、碱、盐溶液中都能发生电化学腐蚀。
在船上，船体和船机发生电化学腐蚀的部位和零部件较多。
一、电化学腐蚀原理电池作用原理可以充分说明金属在电解质溶液中的腐蚀过程。
图3-l的Fe-Cu电池示意图中，铁板和铜板分别为阳极和阴极，同装于盛有电解质溶液(如稀硫酸)的容器中，并用导线连接两极。
电池反应发生后导线中有电流通过。
电池反应:阳极氧化反应后铁被溶解Fe → Fe﹢﹢十2Θ阴极还原反应后放出氢气 2H十2Θ→H2↑所以，电池作用使阳极铁板不断地被腐蚀，溶液中氢离子不断地从阴极获得电子变成氢气逸出。
电化学腐蚀中，腐蚀电池起着重要作用。
依电池中电极大小分为宏观电池与微观电池。
1.宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池是肉眼可见电极构成的宏观大电池，引起局部宏观腐蚀。
主要有:1)异金属接触电池两种具有不同电位的金属或合金相互接触(直接接触或用导线连接)，并处于同一电解质溶液中时，会使电位低的金属不断地被腐蚀，这种电池称为异金属接触电池。
两种金属的电位差越大，腐蚀也越严重。
例如，Fe-Cu电池、海水中船的碳钢尾轴与铜质螺旋桨等也构成这种电池。
2)浓差电池同一金属的不同部位与浓度(含氧量或含盐量)或温度不同的介质接触构成的电池称浓差电池。
最常见的有氧浓差电池、盐浓差电池和温差电池等。
金属与含氧量不同的介质接触，在氧浓废低处金展的电位较低;氧浓度较离处金属的电位较高。
例如铁棒埋于土壤中，因土壤深度不同含氧量不同，氧的浓度不同，则氧的分压不同。
浓度越高分压越大，铁棒的电位越高，否则电位越低，于是构成氧浓差电池，使深埋于土壤中的铁棒端腐蚀最严重。
同样，分别插入浓、稀硫酸铜溶液中的铜棒两端电位不同，稀硫酸铜溶液中的棒端电位低，另一端电位高，构成盐浓差电池。
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e、电化学
在轮船船壳水线以下部分镶上Zn块 在轮船船壳水线以下部分镶上 块，来防止 船壳的腐蚀
ne-
e-
Fe e e-
e-
Al
正极： 正极：被保护金属 负极：外加一种更活泼的金属 负极：
例1、下列叙述正确的为 、 A、原电池中阳离子向负极移动 、 B、原电池中的负极发生氧化反应 、 C、马口铁（镀锡）的表面一旦破损，铁 、马口铁（镀锡）的表面一旦破损， 腐蚀加快 D、白铁（镀锌）的表面一旦破损，铁腐 、白铁（镀锌）的表面一旦破损， 蚀加快
*铁锈的生成
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O＋(3-x)H2O ＋ 生成的Fe2O3·xH2O就是铁锈 。 生成的 就是铁锈
4、金属的防护 、 （1）腐蚀因素： 金属本性、介质 ）腐蚀因素： 金属本性、 （2）方法 ） 表面涂矿物性油脂、油漆、 表面涂矿物性油脂、油漆、覆盖搪瓷 a、涂层： 、涂层： b、电镀、喷镀： 、电镀、喷镀： 白铁皮（Zn）、马口铁（Sn） ）、马口铁 白铁皮（ ）、马口铁（ ） c、表面钝化：枪炮表面致密的Fe3O4保护膜 、表面钝化：枪炮表面致密的 d、合金： 、合金： 不锈钢——铁铬合金 不锈钢 铁铬合金 e、电化学 、
无 金属被氧化
化学腐蚀、 化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生
3、电化学腐蚀 、 (1) 析氢腐蚀 H2O＋CO2 ＋ 负极 (Fe) 正极 (C) 水膜酸性较强 H2CO3
＋ Fe－2e-＝Fe2＋ －
H＋＋HCO3-
2H＋＋2e-＝H2↑
（2）吸氧腐ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ） 水膜酸性较弱或中性
O2
负极(Fe)： 2Fe--2e- -= Fe2+ 2+ ： Fe 4e = 2Fe 负极 正极 (C)： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH：
电化学腐蚀
一、金属的腐蚀 金属腐蚀的实质 金属原子 被 氧 化 -ne-
金属阳离子
2、金属腐蚀的种类 、
种类 条件 例如 电流 本质 相互 关系 化学腐蚀 金属与非电解 质等直接发生 化学反应
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3 ＋
电化腐蚀 不纯金属或合金跟 电解质溶液接触发 生原电池反应 钢铁腐蚀 有微弱的电流 较活泼金属被氧化