金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀基本原理
第四节 金属的钝性
1
一、钝化现象
▪ 金属表面已从活性溶解状态变成了非常耐 蚀的状态。这种表面状态的突变过程称为 “钝化”，金属钝化后所处的状态称为 “钝态”，处于钝态下的金属性质称为 “钝性”。
▪ 金属的钝化现象具有极大的重要性。提高
金属材料的钝化性能，促使金属材料在使
15
3、钝化特性曲线分析
✓（1）AB段，初始电极电位EA0 _钝化电位(临界 电位) ECP，称为活性溶解区。 金属表面没有钝化膜形成，金属处于活性溶解 状态。当E＝ECP时，金属的阳极电流密度达到 最大值icp，称为钝化电流密度。
✓（2）BC段，ECP-EP，称为活化-钝化过渡区。 当电位达到ECP时，金属发生钝化，金属表面 有钝化膜形成，金属开始从活性状态转变为钝 态，阳极电流密度急剧下降。金属表面不断处 于钝化与活化相互转变的不稳定状态。在恒电 位下，阳极电流密度往往出现剧烈的振荡。 16
（2）支持成相膜理论的实验事实
能够直接观察到成相膜的存在，并测出其厚度。 如在浓硝酸中铁表面钝化膜是 -Fe2O3，钝化 膜厚度为25～30A0。
12
2、吸附理论
（1）对金属钝化的解释
金属钝化的原因是：金属表面(或部分表面)上形 成了氧或含氧粒子的吸附层，使金属表面的化学 结合力饱和，阳极反应活化能增大，因而金属溶
31
3、添加易钝化合金元素，提高合金的 耐蚀性
▪ 在某些金属或合金中，加入一定量的易钝 化合金元素，可以使合金在一些介质中形 成钝化膜而显著提高合金的耐蚀性。
▪ 例如，铁中加Cr、A1、Si等元素可显著提 高在含氧酸中的耐烛性；不锈钢中加Mo可 以提高在含Cl-溶液中的耐蚀性等等。
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第一章 金属腐蚀的基本原理腐蚀原理
一些金属在某些介质中的平衡电位
每天进步一点点……
腐蚀电位序的作用：预测在实际条件下发生腐蚀的行为。 腐蚀介质发生变化，金属的电极电位序也会跟着发生改变，
如在标准电位序中，Al为-1.66v， Zn为-0.76v，Al较Zn活泼， 易发生腐蚀；而将这两种金属都浸入3%的NaCl溶液中时，Al 为-0.63v，Zn为-0.83 v，Zn较Al活泼，易发生腐蚀。
Chemical Corrosion and Anticorrosion
每天进步一点点……
第一章 金属腐蚀的基本原理
通过前面的学习，我们清楚的知道，材料不仅 有金属还有非金属，但工程结构材料主要还是以 金属为主,所以我们这一章就学习金属腐蚀的基本 原理。 电化学腐蚀 ：金属在电解质溶液中发生的腐蚀
lg
PO 2 (COH )4
每天进步一点点……
氧浓差电池实例
每天进步一点点……
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
每天进步一点点……
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
电极:电化学中，把金属与电解质溶液构成的体系称为电极体系
电位：单位正电荷有无穷远处移至该点，因反抗电场力
所做的电功即为该点的电位。
电极电位：电极系统中金属与溶液之间的电位差称为
该电极的电极电位，即E=E金属-E溶液
金属电化学腐蚀的原理
目录
• 金属电化学腐蚀的基本概念 • 金属电化学腐蚀的原理 • 金属电化学腐蚀的影响因素 • 金属电化学腐蚀的防护措施 • 金属电化学腐蚀的应用
01
金属电化学腐蚀的基本概念
定义与分类
定义
金属电化学腐蚀是指金属与周围介质发生电化学反应，导致金属的损坏或变质。
分类
根据腐蚀机理，金属电化学腐蚀可分为阳极反应和阴极反应。阳极反应是指金 属原子失去电子成为阳离子，而阴极反应则是指介质中的氧化剂获得电子的过 程。
腐蚀速率和腐蚀速率方程
腐蚀速率
表示金属腐蚀的快慢程度，通常以单 位时间内金属损失的质量或厚度来表 示。
腐蚀速率方程
描述腐蚀速率与各种影响因素之间关 系的数学方程。这些影响因素包括金 属的性质、介质的性质、温度、压力 等。
腐蚀的危害
01
资源浪费
金属腐蚀导致大量金属资源浪费， 降低了资源的利用率。
环境污染
04
金属电化学腐蚀的防护措施
改变金属的成分和结构
合金化
通过在金属中加入其他元素，形成合金，以提高金属的耐腐 蚀性。例如，不锈钢就是通过在铁中加入铬、镍等元素制成 的，具有良好的耐腐蚀性。
非活性金属
选择那些不容易发生电化学反应的金属，如金、铂、不锈钢 等，这些金属不容易与其他物质发生化学反应，因此具有很 好的耐腐蚀性。
03
金属电化学腐蚀的影响因素
环境因素
湿度
湿度是金属腐蚀的重要环境因素。在潮湿环境中，金属表面容易 形成水膜，从而引发电化学腐蚀。
温度
温度的升高会加速金属的腐蚀速率。高温环境下，金属表面的水膜 容易蒸发，留下盐分等导电介质，促进电化学腐蚀。、盐等，能与金属发生化学反 应，导致腐蚀。
【知识解析】金属电化学腐蚀的原理
金属电化学腐蚀的原理1 金属腐蚀的概述2 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较名师提醒判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。
腐蚀过程中有微电流产生的为电化学腐蚀，否则为化学腐蚀。
3 金属的电化学腐蚀（1）以铜板上铁铆钉的电化学腐蚀为例进行分析如图1－4－2所示，在潮湿的空气中，铜板表面凝结有一层水膜，空气中的二氧化碳、二氧化硫或沿海地区空气中的氯化钠等物质都可能溶解到水膜中形成电解质溶液。
铜板和铁铆钉与电解质溶液互相接触形成原电池。
铁铆钉和铜板直接相连，铁原子又比铜原子容易失去电子，因此铁发生氧化反应成为负极反应物，电极反应为Fe－2e－===Fe2+。
铁原子失去的电子传递到铜板上，氧气在铜板上发生还原反应成为正极反应物。
图1－4－2知识链接Fe在发生电化学腐蚀时只能被氧化为Fe2+，可利用K3［Fe（CN）6］溶液（黄色）检验Fe 电极附近溶液中的Fe2+，Fe2+与K3［Fe（CN）6］溶液反应生成KFe［Fe（CN）6］沉淀（带有特征蓝色）。
上述反应的离子方程式为Fe2+＋K＋＋［Fe（CN）6］3- ==KFe［Fe（CN）6］↓。
（2）电化学腐蚀的分类根据电解质溶液的酸碱性不同，金属的电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
①吸氧腐蚀在通常情况下，水膜酸性不强，铜板上主要发生水膜中溶解的氧气被还原的反应，这种腐蚀过程中，环境消耗的物质主要是氧气，铁生成含氧化合物，因此这种腐蚀称为“吸氧腐蚀”。
其反应如下：负极：2Fe－4e－===2Fe2+正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2氢氧化亚铁具有强还原性，能与潮湿空气中的水和氧气反应生成氢氧化铁，氢氧化铁进一步转化为铁锈（主要成分为Fe2O3·n H2O）。
即：4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）32Fe（OH）3===Fe2O3·n H2O＋（3－n）H2O②析氢腐蚀在水膜酸度较高的特殊环境（如某些工厂附近的酸性气氛）中，正极反应可能主要是H＋被还原成氢气而析出，这时所发生的腐蚀称为“析氢腐蚀”。
第一章 金属腐蚀的基本原理
O2+4H++4e→2H2O
氧化性的金属离子，产生于局部区域，虽然较少见，但能 引起严重的局部腐蚀。 一种是金属离子直接还原成金属，称为沉积反应，如锌 在硫酸铜中的反应 Zn+Cu2+→Zn2++Cu↓ 阴极反应 Cu2++2e→Cu↓ 另一种是还原成较低价态的金属离子，如锌在三氯化铁 溶液中的反应 Zn+2Fe3+→Zn2+2Fe2+ 阴极反应 Fe3++e→Fe2+
1、什么是原电池？举例说明并阐述工作机理。
原电池（丹尼尔电池） 是利用两个电极的电极 电势的不同，产生电势差， 从而使电子流动，产生电流。 又称非蓄电池，是电化学电 池的一种。其电化学反应不 能逆转，即是只能将化学能 转换为电能。简单说就即是 不能重新储存电力，与蓄电 池相对。需要注意的是，非 氧化还原反应也可以设计成 原电池。
试验表明，70%的硝酸可使铁表面形成保护膜，使它在后来 不溶于35%的硝酸中，但当表面膜一旦被擦伤，立即失去保护作 用，金属失去钝性。此外，如果铁不经70%的硝酸处理，则会受 到35%硝酸的强烈腐蚀。 当金属发生钝化现象之后，它的腐蚀速度几乎可降低为原 来的1/106～1/103，然而钝化状态一般相当不稳定，像上述试验 中擦伤一下膜就受到损坏。因此，钝态虽然提供了一种极好的 减轻腐蚀的机会，但由于钝态较易转变为活态，所以必须慎重 使用。
船舶腐蚀防护措施
船舶的防护直接关系到船舶的使用寿命和航行安全。船舶 的防护包括合理选材、合理设计结构、表面保护（涂层保护、 金属喷涂层、金属包覆层、衬里）、阴极保护等。船体防护系 统是保护船体免受腐蚀侵害的系统，主要有两大系统组成：防 腐蚀涂漆系统和外加电流或牺牲阳极的阴极保护系统。 1．防腐蚀涂料技术
第二章 金属电化学腐蚀原理
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。
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） （2）有应力条件下的腐蚀形态：
b. 腐蚀疲劳（corrosion fatigue）:金属在交变循环应力和腐蚀介质共同作用下 发生的破坏。 特点：最易发生在能产生孔蚀的环境中，蚀孔引起应力集中；对环境没有选择性， 氧含量、温度、pH值、溶液成分均可影响腐蚀疲劳 实例：海水中高铬钢的疲劳强度只有正常性能的30%--40%。 c. 氢损伤（hydrogen damage）：由于氢的存在或氢与材料相互作用，导致材 料易于开裂或脆断，并在应力作用下发生破坏的现象。 氢损伤的三种形式：氢鼓泡、氢脆、氢蚀。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏过程称 为电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海
水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。它的特点
是在腐蚀过程中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应 的阳极过程和阴极过程是分区进行的。 金属的电化学腐蚀基本上是原电池作用的结果。
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。
金属电化学腐蚀原理
金属电化学腐蚀原理
金属电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种电化学反应，其原理是由于金属表面形成的氧化物、氢氧化物或其他化合物的形成，导致金属表面产生了电位差。
当金属表面与电解质溶液接触时，溶液中的电解质分子会发生电离，产生正负电离子，形成一个电化学双电层结构。
金属表面上的阳离子会向外析出电子，并与溶液中的阴离子结合形成金属离子，也就是金属的腐蚀过程。
同时，金属表面得到电子而产生负电荷，表面会形成氢氧化物或其他被氧化的产物。
这些氧化物或氢氧化物会形成保护膜，阻碍氧化反应的继续进行。
但如果膜被破坏或维持环境条件变化，就会导致电化学腐蚀加剧。
因此，控制环境条件和加入抑制剂以防止腐蚀是防止金属电化学腐蚀的一种方式。
金属电化学腐蚀基本原理
CHAPTER 05
金属电化学腐蚀检测与评估方法
外观检查法
目视检测
通过肉眼观察金属表面是否存在变色、锈蚀 、裂纹等现象，初步判断腐蚀情况。
放大镜检测
使用放大镜对金属表面进行仔细观察，查看 微小的腐蚀痕迹和裂纹。
厚度测量法
超声波测厚
利用超声波技术测量金属板材的厚度，通过 测量值与原始厚度的比较，判断腐蚀程度。
简要介绍金属电化学腐蚀研究的起源、发展历程和重要成果。
金属电化学腐蚀研究现状
概述当前金属电化学腐蚀研究的主要方向、研究方法和取得的代表 性成果。
金属电化学腐蚀研究应用
列举金属电化学腐蚀研究在工业、能源、环保等领域的应用案例， 说明其重要性和实际意义。
未来研究方向与挑战
未来研究方向
根据当前研究现状和实际需求， 提出未来金属电化学腐蚀研究的 主要方向，如新型材料、新能源 领域的应用等。
腐蚀均匀地发生在金属表 面，使金属整体变薄。
原因
一般是由于金属材料本身 存在缺陷或者环境因素如 温度、湿度、腐蚀介质等 共同作用。
局部腐蚀
定义
金属表面某些部位发生腐 蚀的现象。
特征
腐蚀集中在金属表面的某 些特定区域，其他区域几 乎不受影响。
原因
一般是由于金属材料表面 的不均匀性、应力集中、 缝隙或钝化膜破裂等因素 导致。
金属电化学腐蚀基本原 理
汇报人：
202X-12-21
CONTENTS 目录
• 金属电化学腐蚀概述 • 金属电化学腐蚀机理 • 金属电化学腐蚀类型与特征 • 金属电化学腐蚀防护方法与技术 • 金属电化学腐蚀检测与评估方法 • 金属电化学腐蚀研究现状与展望
CHAPTER 01
金属电化学腐蚀概述
金属电化学腐蚀原理-(1)
§2.2 电化学腐蚀原理
第二章 金属电化学腐蚀原理
2.2.2 腐蚀电池的电极过程
发生金属的电化学腐蚀必须具备三个条件： (1)金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电位差， (2)具有电极电位差的两电极处于短路状态， (3)金属两极都处于电解质溶液中。
阳极：金属离子从阳极转入溶液，在阳极－溶液界面上发生氧化反应而释放电子； 阴极：在溶液－电极界面上发生接受电子的还原反应。 这两种反应除有分子、离子外，还有电子参加反应，故叫电化学反应
§2.5 电极的去极化作用
第二章 金属电化学腐蚀原理
2.5.2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
1. 析氢腐蚀 金属在酸性溶液中的腐蚀，因溶液中有氢离子存在，常常是氢的去极化作用引起的。氢离子在阴极进行 还原反应生成氢气逸出。这时阴极表面被氢气所覆盖，可以将阴极看成是气体氢电极。金属电极与氢电 极组成腐蚀电池，当金属的电极电位比氢电极的电位更负时，两电极就存在电位差，阳极就不断溶解， 阴极就不断的析出氢气。这种腐蚀称为析氢腐蚀。
2浓差极化阳极过程中产生的水化金属离子首先进入阳极表面附近的溶液中若水化金属离子向外扩散得很慢就会使阳极附近的液层中金属离子的浓度逐渐增加阻碍了金属的继续溶解引起阳极过程阻滞必然使阳极电位往正的方向移动产生阳极极化由此引起的极化称为浓差极化
大家好金属电化学腐蚀来自§2.2 电化学腐蚀原理
第二章 金属电化学腐蚀原理
2.5.1 产生去极化作用的原因
1. 阳极去极化的原因 (12).由阴于极阳去极极保化护的膜原遭因到破坏，如不锈钢在硝酸中生成一层氧化物保护膜，从而发生阳极极化。若在溶液 中(1加)去入极氧化离剂子容，易就到会达破阴坏极这表层面保，护或膜阴，极使表不面锈的钢反的应腐产蚀物速向度外大扩为散增速加度。快，就会发生阴极去极化作用， (表2如)面溶搅附解拌近的溶的金液液属可层离加中子快铜加阴离速极子离反浓开应度阳的降极进低表行，面。金，属如的铜腐在蚀氨加水快或。铵盐溶液中能生成铜铵络离子[Cu(NH3)4]2+，使阳极 (2)所有能在阴极获得电子的过程都可以产生阴极去极化作用。其中以氢离子的去极化作用和氧去极化 作用最为重要。
简述电化学腐蚀的原理
简述电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是指在电解质溶液中，当金属与电解质接触时，由于电化学反应而导致金属表面的损失。
其原理是金属在电解质中发生氧化还原反应，形成正离子和电子，其中正离子溶解在电解质中，而电子则在金属表面留下，最终导致金属的腐蚀。
电化学腐蚀的原理可以分为两个主要过程：阳极溶解和阴极反应。
首先是阳极溶解过程。
当金属与电解质接触时，金属表面的原子或离子会失去电子，形成正离子。
这些正离子会进入电解质溶液中，并与溶液中的阴离子结合形成溶解物。
这个过程被称为阳极溶解，也是金属腐蚀的主要过程。
阳极溶解的速率取决于金属的活性和电解质的性质，如溶液的酸度、温度和氧气浓度等。
其次是阴极反应过程。
当金属腐蚀时，电解质中的电子会在金属表面聚集，形成阴极区域。
在阴极区域，电子与电解质中的正离子结合形成原子或分子，并还原成金属。
这个过程被称为阴极反应，它减缓了金属的腐蚀速率。
阴极反应的速率取决于电解质中的正离子浓度和金属表面的电位。
除了阳极溶解和阴极反应，电化学腐蚀还受到其他因素的影响。
第一个因素是电解质的浓度。
当电解质浓度较高时，阳极溶解和阴极反应的速率都会增加，导致金属腐蚀加剧。
相反，当电解质浓度较低时，金属腐蚀减缓。
第二个因素是温度。
温度的升高会加速阳极溶解和阴极反应的速率，从而增加金属的腐蚀速度。
这是因为温度的升高会提高电化学反应的速率常数，使电子和离子的迁移更加迅速。
第三个因素是氧气浓度。
氧气是金属腐蚀的重要因素之一，特别是在水中。
氧气的存在会加速阴极反应，从而增加金属的腐蚀速率。
因此，在含氧溶液中，金属的腐蚀速度通常比不含氧溶液中要快。
除了上述因素，金属的活性也是影响电化学腐蚀的重要因素。
活性金属的电极电位较低，更容易发生阳极溶解。
而惰性金属的电极电位较高，不容易发生阳极溶解。
因此，活性金属更容易腐蚀。
总结来说，电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生氧化还原反应导致金属表面损失的过程。
它受到阳极溶解、阴极反应以及电解质浓度、温度、氧气浓度和金属活性等因素的影响。
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
化学腐蚀——氧化剂直接与金属表面的原子碰撞，
化合成腐蚀产物
Zn
1 2
O2
ZnO
2
电化学腐蚀——金属腐蚀的氧化还原反应有着两个同 时进行又相对独立的过程。
Zn
1 2
O2
H
2O
Zn(OH
)2
系列反应为
Zn Zn2 2e
1 2
O2
H 2O
2e
2OH
Zn2 2OH Zn(OH )2
3
Zn2 Zn2
3.超电压
-E
腐蚀电池工作时，由于极
化作用使阴极电位下降，阳极
电位升高。这个值与各极的初
η
始电位差值的绝对值称为超电
E
k
压或过电位。以η表示。
i
32
超电压量化的反映了极化的程度，对研究腐蚀速度 非常重要。
ηK | EK EK |
,ηA
|
E
A
EA
|
电化学超电压ηa
定义：由电化学极化引起的电位偏离值。主要受电极 材料、电流密度、溶液的组成及温度的影响。
类似的有，氧电极、氯电极。
16
4.电极电位的测量
在目前的技术水平下，无法得到单个电极电位的 绝对值。通常的做法是求其相对值，即用一个电位很 稳定的电极作为基准（参比电极）来测量任意电极的 电极电位的相对值。
方法：将待测电极与基准电极组成原电池，其电 动势即为两电极间的电位差。若采用电位为零的标准 氢电极为基准电极，则测得的电位差即为待测电极的 电极电位。
D
)
电池工作后，阳极附近： CM CM' 阴极附近： CD CD
35
电极电位为
EA(K)
E A(K)
2024年度金属电化学腐蚀基本原理
100%
非金属涂层
采用油漆、塑料、橡胶等非金属 材料在金属表面形成一层隔离层 ，以防止腐蚀介质与金属基体接 触。
80%
复合涂层
结合金属和非金属涂层的优点， 形成具有综合性能的复合涂层， 如金属-陶瓷复合涂层等。
2024/3/24
20
缓蚀剂应用技术
无机缓蚀剂
利用无机化合物与金属表面发 生化学反应，生成一层难溶的 保护膜，从而阻止腐蚀反应的 进行。
数据拟合与参数提取
3
利用数学模型对实验数据进行拟合，提取出反映 金属腐蚀特性的关键参数，如腐蚀电流密度、腐 蚀电位等。
2024/3/24
25
结果分析与讨论
腐蚀速率计算
根据实验测得的电位、电流等数据，计算金属的 腐蚀速率，评估金属的耐蚀性能。
影响因素分析
探讨温度、湿度、pH值等环境因素以及金属成 分、组织结构等内在因素对金属腐蚀行为的影响 。
2024/3/24
腐蚀机理探讨
结合动电位极化曲线和EIS测试结果，分析金属 的腐蚀机理，如点蚀、晶间腐蚀等。
防护措施建议
根据实验结果和分析，提出针对性的金属防护措 施建议，如选用耐蚀材料、改变金属表面状态、 控制环境因素等。
26
THANK YOU
感谢聆听
2024/3/24
27
17
铝在碱性溶液中腐蚀
电化学腐蚀过程
在碱性溶液中，铝作为阳极失去 电子被氧化成铝离子，而阴极则 是溶液中的氢氧根离子得到电子 被还原成水。这个过程中，铝不 断溶解到溶液中，导致铝的腐蚀 。
影响因素
碱性溶液的浓度、温度、铝的合 金成分等都会影响铝在碱中的腐 蚀速率。一般来说，碱浓度越高 、温度越高，铝的腐蚀速率越快 。同时，不同合金成分的铝耐腐 蚀性也有差异。
铁腐蚀原理
铁腐蚀原理
铁腐蚀是一种常见的化学反应，其原理是铁与氧气或水接触时发生的电化学反应。
以下是铁腐蚀的原理：
1. 电化学反应：铁的腐蚀是一种电化学反应，涉及到了氧化还原反应。
当铁与氧气或水接触时，铁表面的金属离子（Fe2+）会氧化成为铁离子（Fe3+），同时还原剂（如水）中的电子
会损失，形成氧气的电荷。
2. 阳极与阴极：在铁腐蚀过程中，铁可被看作是一个阳极和阴极的组合。
铁表面的某些区域成为阳极，发生氧化反应，并释放出电子。
而其他区域则成为阴极，主要是由于铁表面的不均匀性或微小的杂质引起。
这样，铁就形成了一个微小的电池，在阳极处发生氧化反应，在阴极处发生还原反应。
3. 电解质：对于铁腐蚀，溶解在水中的电解质（如盐或酸）起到了重要的作用。
电解质中的阴阳离子会与铁表面的电子发生反应，促使电流在铁表面上流动，并引发腐蚀过程。
4. 腐蚀速率影响因素：铁腐蚀的速率受多种因素影响。
其中一些因素包括环境湿度、温度、氧气浓度、电解质浓度、铁表面的形态以及其他化学物质的存在与否等。
高湿度、高温、高氧气浓度、高电解质浓度等将加速铁腐蚀速率。
总而言之，铁腐蚀是一种电化学反应，涉及了铁与氧气或水的氧化还原反应、阳极与阴极的形成以及溶解在水中的电解质的作用。
腐蚀速率受到多种因素的影响。
第一章金属腐蚀的原理
标准氢电极
电极电势的测定
用标准氢电极与其它各种标准状态下 的电极组成原电池，测得这些电池的电动 势，从而计算各种电极的标准电极电势。
标准氢电极 待测电极
E
( ) ()
Hale Waihona Puke 参比电极*使用标准氢电极不方便，一般常用易于 制备、使用方便且电极电势稳定的甘汞 电极或氯化银电极等作为电极电势的对 比参考，称为参比电极。 如：右图的甘汞电极： Pt∣Hg∣Hg2Cl2∣Cl当c (KCl)为饱和溶液（1M, 0.1M） 时， =0.2412V (0.2801V, 0.3337V)
1.2金属电化学腐蚀倾向的判断
一、电极电位与物质能量之间的关系
金属单质+环境→金属化合物+热量 能量差为
G G M n G M
G ＜0，金属单质处于高能态，不稳定，金属能
被腐蚀； G ＞0，金属不能被腐蚀。
常见的去极剂
氢离子
2H++2e→H2↑ 溶解在溶液中的氧 O2+H2O+4e→4（OH）O2+ 4H++ 4e→2H2O 金属离子 Zn+Cu2+= Cu↓ + Zn2+ 阴极反应 Cu2++2e= Cu↓ Zn+2Fe3+= 2Fe2+ + Zn2+ 阴极反应 Fe3++e= Fe2+
双电层
1.溶解趋势＞沉积趋势时 金属→离子，进入溶液，金属表面呈负电性，吸附溶液 中的正离子→第一类双电层； 2.溶解趋势＜沉积趋势时 离子沉积在金属表面，金属表面呈正电性，吸附溶液中 的负离子→第二类双电层； 3.吸附双电层
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2
10000
passivation
5000
active
passive
0 10 20 30 40 50 60 HNO3， %
工业纯铁的腐蚀速度与硝酸浓度的关系(25℃) 3
•金属钝化现象的共同特征
1、金属钝化的难易程度与钝化剂、金 属本性和温度等有关
(1)
金属材料
各种金属钝化的难易程度和钝态稳定性 有很大不同。钛、铬、钼、镍、铁属于 易钝化金属，特别是钛、铬、铝能在空 气中和很多含氧介质中钝化，一般称为 自钝化金属，其钝态稳定性也很高。
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二、钝化1、成相膜理论(薄膜理论)
（1）成相膜理论对金属钝化的解释
金属钝化的原因是：表面上生成成相的保护性 固体产物膜（多数为氧化物膜），将金属和溶 液机械隔离开。由于氧化物膜溶解速度很小， 因而使金属腐蚀速度大大降低。 （2）支持成相膜理论的实验事实
能够直接观察到成相膜的存在，并测出其厚度。 如在浓硝酸中铁表面钝化膜是 -Fe2O3，钝化 膜厚度为25～30A0。 12
（3）CD段， EP _过钝电位ETP，称为稳定钝化 区，简称钝化区。 金属表面处于稳定的钝化状态。电流密度变得 很小，并在CD段的电位内，其值只有微小的变 化，这个电流密度ip称为维钝电流密度。 （4）DE段，电位>ETP，称为过钝化区。 已经钝化了的金属，在很高的电位下，或如铁 在很强的氧化剂(>90%HNO3)中，又重新由钝 态变成活态的现象，称为过钝化。这是因为金 属表面原来的不溶性膜转变为易溶性的产物(高 价金属离子)，并且在阴极发生新的耗氧腐蚀。 17
活态转变为钝态。
7
阳极钝化
某些腐蚀体系在自然腐蚀状态不能钝化， 但通入外加阳极极化电流时能够使金属 钝化(电位强烈正移，腐蚀速度大降低)。 这称为阳极钝化，或电化学钝化。 金属在介质中依靠自身的作用实现的钝 化则叫做化学钝化 。
**阳极钝化和化学钝化的实质是一样的。
9
金属钝化的定义
在一定条件下，当金属的电位由于外加阳 极电流或局部阳极电流而移向正方向时， 原来活泼地溶解着的金属表面状态会发生 某种突变。这样，阳极溶解过程不再服从 塔菲尔方程式。发生了质变，而金属的溶 解速度则急速下降。这种表面状态的突变 过程叫做钝化。 **腐蚀速度大幅度下降和电位强烈正移是金 属钝化的两个必要标志，二者缺一不可。
4
(2)环境
能使金属钝化的介质称为钝化剂。多数钝 化剂都是氧化性物质，如氧化性酸(硝酸， 浓硫酸，铬酸 ) ，氧化性酸的盐 ( 硝酸盐， 亚硝酸盐，铬酸盐，重铬酸盐等)，氧也是 一种较强钝化剂。
(3)温度
温度升高时钝化变得困难，降低温度有利 于钝化的发生。 5
(4)
金属表面在空气中形成的氧化物膜对 有许多因素能够破坏金属的钝态，使
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第四节 金属的钝性
1
一、钝化现象
金属表面已从活性溶解状态变成了非常耐 蚀的状态。这种表面状态的突变过程称为 “钝化”，金属钝化后所处的状态称为 “钝态”，处于钝态下的金属性质称为 “钝性”。
金属的钝化现象具有极大的重要性。提高 金属材料的钝化性能，促使金属材料在使 用环境中钝化，是腐蚀控制的最有效途径 之一。
3、钝化特性曲线分析
（1）AB段，初始电极电位EA0 _钝化电位(临界 电位) ECP，称为活性溶解区。 金属表面没有钝化膜形成，金属处于活性溶解 状态。当E＝ECP时，金属的阳极电流密度达到 最大值icp，称为钝化电流密度。 （2）BC段，ECP-EP，称为活化-钝化过渡区。 当电位达到ECP时，金属发生钝化，金属表面 有钝化膜形成，金属开始从活性状态转变为钝 态，阳极电流密度急剧下降。金属表面不断处 于钝化与活化相互转变的不稳定状态。在恒电 位下，阳极电流密度往往出现剧烈的振荡。 16
•
两种理论的比较
(1) 两种理论各有优点，都能解释许多实验事实， 但不能解释所有的实验事实。 (2) 两种理论的差异涉及到钝化的定义和成相膜， 吸附膜的定义，许多实验事实与所用体系、实 验方法、试验条件有关。 (3) 尽管成相膜理论和吸附理论对金属钝化原因的 看法不同，但有两点是很重要： *已钝化的金属表面确实存在成相的固体产物膜， 多数是氧化物膜。 *氧原子在金属表面的吸附可能是钝化过程的第 15 一步骤。
钝化有利。
(5)
金属活化。这些因素包括：活性离子
（特别是氯离子）和还原性气体（如
氢），非氧化性酸（如盐酸），碱溶液
（能破坏两性金属如铝的钝态），阴极
极化，机械磨损。
6
2、金属钝化后电位往正方向急剧上
升 3、金属钝态与活态之间的转换往往
具有一定程度的不可逆性
4、在一定条件下，利用外加阳极电 流或局部阳极电流也可以使金属从
2、吸附理论
（1）对金属钝化的解释 金属钝化的原因是：金属表面 (或部分表面 )上形 成了氧或含氧粒子的吸附层，使金属表面的化学 结合力饱和，阳极反应活化能增大，因而金属溶 解速度降低。即吸附理论强调了钝化是金属反应 能力降低造成的，而不是膜的机械隔离。 （2）支持吸附理论的实验事实 不锈钢和镍钝化时界面电容改变不大，表示并无 成相膜生成；对某些体系只需通入极小的电量， 就可以使金属钝化，这些电量甚至不足以形成单 14 原子吸附氧层。
0.2
0.1 0
Fe/1NH2SO4
电 流 1.0 密 0.5 度
0 0 0.1 0.05 0 0.05 0 0.1
Au/3NHCl
Zn/ 4NNaOH
Ni/1NH2SO4
（ 根 据 Ｆ ｒ ｓ ｎ ｃ ｋ ）
Cr/1NH2SO4
几 种 金 属 的 阳 极 钝 化 曲 线
(mA/cm2)
-E EA0
ECP EP
A
B C 活态区 过渡区
ETP
D
钝 化 区
E 过钝化区 iP iCP lgi
18
铁在10%硫酸中的阳极极化曲线
电流密度i(mA/cm2) 800 600 400 200 (由a~d,电位增加速度减小)
1
2
3
4
5
B
E
-250
A
C
0
D
+250 +500 +750 +1000 +1250 +1500 +1750 +200019 电位(mV)