第五章__析氢腐蚀与吸氧腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀的基本原理
金属发生析氢腐蚀时，阴极上将进行如下 反应：
由反应式可知，其最终产物是氢分子。当 电极电位比氢的平衡电位负时，上式的平 衡就向右移动，发生氢离子放电，溢出氢 气；若电极电位比氢的平衡电位略正时， 平衡将向左移动，氢气转变为氢离子。
发生析H2腐蚀的必要条件: EH>EM
对于
阴极过程由氧的去极化和氢去极化共同组 成。
当i=id时,ηO→∞，极化曲线将有着FSN
走向。但实际上，电位向负方向移动不可能 无限制的继续下去，因为当电位负到一定程 度时，在电极上除了氧的还原外，某种新的 电极过程也可以进行了。
在水溶液中，这一过程通常是析氢反应
的还原过程，该反应的平衡电位比氧还原反 应的平衡电位要负1.23V。在达到氢电极的平 衡电位Ee,H后，氢离子去极化过程就开始与氧 去极化过程加和起来（曲线FSQG）
Had+ H+•H2O+e→H2↑+H2O
④ H2分子聚集成H2泡逸出。 H2的不断逸出，吸收了阴极极化而积累的大量电子，完 成去极化作用。
H+去极化过程的阴极极化曲线
减小析氢腐蚀的途径
析氢腐蚀多数为阴极控制或阴、阳极混合 控制，腐蚀速度主要决定于析氢过电位的 大小。
ηO = ao + bo lg ic
ao：与电极材料、表面状态、溶液组成和温度有关； bo：与电极材料无关。
• 氧离子化过电位越小，氧与电子结合越容易，腐蚀速率越大； 一般金属上氧离子化过电位都较高，多在1V以上。
当电流密度较小时，氧过电位与电流密度呈直线关系
ηO＝ωi = RFi
在一定的阴极电流密度下氧还原反应的实际电位与该溶液中 氧电极的平衡电位间的差值，称为该电流密度下氧离子化过 电位，简称氧过电位，以η 表示。
铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比实验设计
铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比实验设计实验设计：首先，我们需要准备两组完全相同的铁制试样。
其次，将两组试样分别置于两个不同的试验室中。
其中一个试验室用于进行吸氧腐蚀实验，另一个试验室用于进行析氢腐蚀实验。
在吸氧腐蚀实验室中，将试样置于氧气充足的环境中，然后使用化学反应剂（如硝酸、氧化铁等）加速试样的吸氧反应。
应该控制试样暴露在反应剂中的时间，以使两组试样都暴露在反应剂中相同的时间。
接下来，测量试样的质量变化、腐蚀程度和析出物形成情况等数据。
在析氢腐蚀实验室中，使用酸类反应剂（如盐酸、硫酸等）制造试验气氛，使试样处于析氢腐蚀环境中。
同样应该控制试样处于腐蚀环境不同的时间。
接下来，同样测量试样的质量变化、腐蚀程度和析出物形成情况等数据。
最后，对两组试样的数据进行比较，汇总两组试样的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的数据。
通过比较两者的数据，我们可以得出吸氧腐蚀和析氢腐蚀的具体差别，并认识到两种腐蚀形式之间的关系。
结论：通过以上实验数据分析，我们可以得出吸氧腐蚀和析氢腐蚀在铁制试样中的不同表现。
吸氧腐蚀在铁试样中会形成铁氧化物产物，致使试样表面析出大量氧化铁物质而腐蚀失效，造成显著错切破裂。
相对应的，析氢腐蚀则是由于试样表面与酸发生反应而导致的氢化现象。
研究结果表明，析氢腐蚀的主要影响因素是试样表面的物理性质，而不是试样表面的化学性质。
总的来说，本实验的设计和结果构成了对铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀这两种腐蚀形式的较为全面的比较和分析，对可靠性和稳定性的提升是非常有意义的。
同时，这一实验结论提醒我们要加强对铁高效、稳定、安全的保护措施，以避免在各方面失败。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
由于缓慢步骤形成 的阻力，在氢的平 衡电位下将不能发 生析氢腐蚀。因此 氢的析出电位要比 氢电极的平衡电位 更负一些，两者间 差值的绝对值称为 氢过电位。
在一定电流密度下，氢的平 衡电位与析氢电位之差，就 是该电流密度下氢的过电位。
过电位是电流密度的函数。
析氢过程的阴极极化曲线
（氢离子作为唯一的去极 化剂情况下）
a值与材料有关。
根据缓慢放电理论求得的b H值为0.118V(25℃)， 这与大多数金属电极上实测的b H值大致相同， 见表5-l。
在酸性溶液中，25℃时，氢在铂、钯电极上析 出的实测数据 b H为0.03V，说明氢析出的控制 步骤不是式(5-6)所示。目前可以认为，极化不 大时，在光滑的铂、钯金属上，氢析出的控制 步骤如式(5-7)所示；极化较大或电极表面被极 化时，控制步骤可能如式(5-8)所示。
第一节 电化学腐蚀中的阴极过程
金属在电解质溶液中发生电化学腐蚀的根本 原因是:
电解质溶液中含有能使该种金属氧化的物质， 即腐蚀过程的去极化剂。
去极化剂的阴极过程与金属氧化的阳极过程 共轭组成腐蚀过程。显然，没有阴极过程，阳 极过程就不会发生，金属也就不会发生电化学 腐蚀。
由阴极极化的本质可知，凡能在阴极上吸收电子的 过程（即阴极还原反应）都可以构成金属电化学腐蚀的 阴极过程。
( 4 )氢分子聚集成氢气泡析出。
在这些步骤中，如果某一步骤进行得缓慢，就会控 制影响着其他步骤的顺利进行，由阳极流过来的电子就 会在阴极上积累，导致阴极电位向负向移动，从而产生 一定的阴极过电位。
在碱性介质中，如果发生析氢反应，电极上还原的 不是氢离子，而是水分子，是电子直接加在水分子上， 然后分解产生氢气和OH-
当前的电化学工业主要是水溶液的电化学，水的电 解过程可能叠加到任何阴极或阳极反应上，所以析氢过 电位的研究也有很大的实用价值。
铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀方程式
铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀方程式英文回答：Hydrogen embrittlement and oxygen corrosion are two types of corrosion that can occur in iron.Hydrogen embrittlement occurs when hydrogen atoms diffuse into the iron lattice, causing the iron to become brittle and prone to cracking. This type of corrosion is often seen in high-strength steels and can result in catastrophic failures if not properly addressed. One example of hydrogen embrittlement is the cracking of steel pipelines due to the presence of hydrogen sulfide gas. The hydrogen atoms diffuse into the steel and weaken its structure, leading to cracks and leaks.On the other hand, oxygen corrosion, also known as rusting, occurs when iron reacts with oxygen in the presence of water or moisture. This reaction forms iron oxide, commonly known as rust, which is a reddish-browncompound. Oxygen corrosion is a slow process that can gradually deteriorate the iron surface over time. An example of oxygen corrosion is the rusting of iron nails exposed to humid air. The iron reacts with oxygen and moisture in the air, forming rust and causing the nails to weaken and eventually break.Both hydrogen embrittlement and oxygen corrosion can have detrimental effects on the structural integrity of iron. It is important to understand and mitigate these corrosion processes to ensure the longevity and safety of iron-based materials.中文回答：铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀是铁材料中可能发生的两种腐蚀现象。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀例1-5. 银在酸化到pH = 3的0.1mol/L 硝酸银溶液中能否发生析氢腐 蚀？如果在上述溶液中加入1.0mol/L 氰化钾，银能否发生析氢腐蚀？解：(1) 银的氧化反应Ag = Ag + + e标准电位E 0 = 0.799V ，0.1mol/L 硝酸银溶液的活度系数等于0.73，由此计算银的氧化反应的平衡电位)V (732.01.073.0lg 0591.0799.0=⨯⨯+=ea E 在pH = 3的溶液中，析氢反应的平衡电位)V (177.00591.0-=⨯-=pH E ec因为E ea > E ec ，所以银不可能发生析氢腐蚀。
(2) 加入氰化钾，CN -离子与Ag +离子发生络合反应 Ag + + 2CN - = [Ag(CN 2)]- 其标准自由焓变化为∆G 0 = -122KJ/mol 。
由于∆G 0是很大的负值，故络合物[Ag(CN 2)]-很稳定，几乎所有Ag +离 子都被络合。
由此得：8.02.01,1.0CN ]Ag(CN)[2=-==--a a由平衡常数k 与∆G 0的关系 ∆G 0 = -RTln k2101046.2,39.21303.2lg ⨯==∆-=k RTG k设Ag +离子的活度为+Ag a ，则有)m o l /L (1035.68.01046.21.0232212])([2⨯=⨯⨯=⋅=+-+-Ag CN Ag CN Ag a a a a k可见，存在络合剂时，Ag +离子的活度保持在极低水平。
银的氧化反应平衡电位 E ea = 0.799+0.0591×lg6.35×10-23= -0.513(V)所以，阳极氧化反应的平衡电位大大负移。
前已指出，在pH = 3的溶液中，析氢反应平衡电位E ec = -0.177V满足E ec > E ea 的条件，银能够发生析氢腐蚀，其腐蚀倾向为 E ec – E ea = 0.336V例1-6. 纯锌在1mol/L 盐酸溶液中腐蚀电流密度为i cor ，含1%杂质铁的工业锌在同样溶液中的腐蚀电流密度为i 'cor 。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
氧的浓度对扩散控制的腐蚀过程影响示意图
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2、溶液流速的影响 在氧浓度一定的条件下，极限扩散电流密度与扩散层厚度成 反比。溶液流速越大，扩散层厚度越小，氧的极限扩散电流 密度就越大，腐蚀速度也就越大。
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在碱性溶液中，在电极上还原的不是氢离子，而是水分子， 析氢的阴极过程按下列步骤进行： 1.水分子到达电极与氢氧离子离开电极 2.水分子电离及氢离子还原生成吸附在电极表面的氢原子 H2O →H++OHH+ +M(e)→MH
3.吸附氢原子的复合脱附 MH + MH→H2+2M 或电化学脱附 MH + H+ +M(e)→H2↑+2M 4、氢分子形成气泡析出
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铝、不锈钢等有钝化膜的金属在稀酸中的腐蚀属阳极控制。 因金属离子进入溶液，要穿透钝化膜不容易，故有很高的阳 极极化，阳极过程阻力大，为阳极控制。 阳极控制下，使icorr↓的Ecorr变负。 溶液中有O2时，钝化膜易被修复，icorr↓。 溶液中有Cl-时，钝化膜被破坏，icorr↑。
其腐蚀电流增大到腐蚀金属的致钝电流而使金属由活
性溶解状态转为钝化状态时，则金属的腐蚀速度将要 显著降低。由此可见，溶解氧对金属腐蚀往往有着相 反的双重影响。
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图表明了氧浓度增加电流密度也要相应增大，腐蚀电位将移 向正方，腐蚀速度将增大。
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进随着工业化的不断发展和科技的不断进步，铁在工业和生活中的应用越来越广泛。
但是，铁在使用过程中也存在着许多问题，其中包括铁的腐蚀问题。
铁在水中遇到氧气时会发生铁的吸氧腐蚀，而在酸性溶液中则会发生铁的析氢腐蚀。
为了解决这些问题，本文对铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验进行了改进。
1.实验介绍铁的吸氧腐蚀在日常生活和工业生产中较为普遍。
铁的吸氧腐蚀实验是指将铁在水中加热，使其与氧气反应产生红棕色氧化铁的过程。
铁的吸氧腐蚀实验通常用来研究铁在水中的腐蚀过程。
2.实验改进为了减少实验中的误差和提高实验精度，本文对铁的吸氧腐蚀实验进行了改进。
改进措施如下：（1）实验器材的清洗：在进行实验前，应将实验器材充分清洗干净，以避免因杂物残留而影响实验结果。
（2）加热方式的改进：在进行实验前，应将铁样品事先加热至80摄氏度左右，使其表面产生铁锈，这样可以增加铁样品在水中的反应活性，并有效减少实验误差。
（3）实验数据的记录：在进行实验过程中，应将实验数据及时记录下来，并根据实验结果计算出反应活性和反应速率等参数，从而更加准确地分析铁在水中的腐蚀过程。
铁的析氢腐蚀在工业生产中也很常见。
在酸性溶液中，铁会发生析氢反应，生成气体和溶解的铁离子。
铁的析氢腐蚀实验通常用来研究铁在酸性环境下的腐蚀过程。
（1）溶液浓度的控制：在进行实验前，应根据实验需求精确控制溶液的浓度，以提高实验精度。
（2）溶液的新鲜度：在进行实验过程中，应保证实验溶液的新鲜度，避免由于溶液老化导致实验误差。
总之，对于铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验的改进，可以从多个方面对实验进行改进，以提高实验的精度和减少实验误差，从而为研究铁的腐蚀问题提供更为准确的实验数据和研究结果。
第五章 腐蚀电化学测试技术
化学成分不均一 组织结构不均一 电化学不均一性 物理状态不均一 表面膜不完整
综上所述，腐蚀电池实质上就是一个短路的原电 池。宏观腐蚀电池和微电池仅仅在形式上有区别，工 作原理完全相同。它们都是由阳极过程、阴极过程和 电流流动三个相互联系的环节构成的，三个环节缺一 不可。如果其中某个环节受到阻滞，则整个腐蚀过程 就会缓慢或完全停止。
四、金属电化学腐蚀的热力学条件
电位比较准则：
G nF nF( Ee，K Ee，A )
由腐蚀反应发生的条件G < 0，可得 E e, K – E e, A > 0 或 E e, K > E e, A 判断电化学腐蚀倾向的电位比较准则：
如果金属发生氧化反应的平衡电位Ee.A低于溶液中 某种氧化剂(即去极化剂)发生还原反应的平衡电位Ee.K ，则电化学腐蚀能够发生。二者的差值(Ee.K – Ee.A)愈 大，腐蚀的倾向愈大。
1 Zn O2 ZnO 2
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 却又相对独立的过程。例如金属 锌在含氧的中性水溶液中的腐蚀 。 金属放出自由电子成为阳离子 的反应称为阳极反应。金属发生 阳极反应的表面部位称为阳极区 。 接受电子的反应称为阴极反应 。发生阴极反应的表面部位称为 阴极区。 反应产物Zn(OH)2不是由氧分 子与锌原子直接碰撞结合形成的 ，而是通过了下列步骤：
0 K
0 A
第二节 腐蚀速度
一、极化与超电压 1、极化现象 (1)原电池中两电极的极化 曲线 原电池中，负极是阳 极，正极是阴极。随着电 流密度的增加，阳极析出 电势变大，阴极析出电势 变小。由于极化，使原电 池的作功能力下降。 但可以利用这种极化 降低金属的电化腐蚀速度
第二节 腐蚀速度
材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.
氧去极化的阴极极化曲线： 由于氧去极化的阴极过程与氧向金属表面输送过程及 氧的离子化反应有关．所以氧去极化的阴极极化曲线比较 复杂。 分为四个部分： (1)阴极过程由氧离子化反应控制，即反应速度＜ ＜传输速度。 (2) 阴极过程由氧的扩散过程控制，即传输速度＜ ＜反应速度。 随着电流密度的不断增大，氧扩散过程缓慢引起浓差 极化。 (3)阴极过程由氧的离子化反应与氧的扩散过程混 合控制，即传输速度=反应速度。 (4)阴极过程由氧去极化及氢去极化共同控制。
析氢腐蚀的特征： 1.阴极反应浓度极化较小，一般可以忽略，原因： • （1）去极化剂是带电的半径很小的氢离子，在 溶液中有较大的迁移和扩散能力； • （2）去极化浓度较大，在酸性溶液中是氢离子， 在中性和碱性溶液中是水分子；H2O+e—H+OH• （3）氢气泡的搅拌作用； 2.与PH值关系较大。 3.与金属材料的本质和表面状态有关。 4.与阴极面积有关。 5.与温度有关。
影响氧去极化腐蚀的因素： （1）氧的浓度： 极限扩散电流密度随溶解氧的浓度增加 而增加，氧去极化腐蚀速度随着氧的浓度增加而增加。 （2）流动速度： 在氧浓度一定的情况下，极限扩散电流 密度与扩散层厚度呈成反比。溶液流速增加使扩散层 厚度减小，腐蚀速度增加。腐蚀速度随溶液流速的增 加而增加。 （3）温度：通常溶液温度升高有利于提高界面反应速度。 因此，在一定的温度范围内腐蚀速度将随温度升高而 加速。 （4）盐浓度：随着盐浓度增加，溶液的电导率增大，腐 蚀速度明显加快。
5.2 吸氧腐蚀 当电解质溶液中有氧存在时，在阴极上发生氧去极化反应， 在中பைடு நூலகம்或碱性溶液中： 在酸性溶液中：
由此引起阳极金属不断溶解的现象称作氧去极化腐蚀。
许多金属及其合金在中性或碱性溶液中，在潮湿大气、 海水、土壤中都可能发生氧去极化腐蚀，甚至在流动的弱 酸性溶液中也会发生氧去极化反应。因此，与析氢腐蚀比 较，氧去极化腐蚀更为普遍和重要。
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁材料在不同环境中受到腐蚀的两种常见形式。
在实验中，
我们需要了解铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理，并采取一些改进措施来降低腐蚀的程度。
我们来讨论铁吸氧腐蚀的实验改进。
铁在含氧环境中容易发生氧化反应，形成氧化铁，进而导致铁的腐蚀。
为了减少铁吸氧腐蚀的发生，可以采取以下措施：
1. 使用氮气代替空气。
氮气是一种无色无味的气体，不会与铁发生氧化反应，因此
可以减少铁吸氧腐蚀的可能性。
2. 添加缓蚀剂。
缓蚀剂可以抑制铁与氧发生反应，从而减少铁的氧化速率。
常见的
缓蚀剂有有机磷酸盐和氮杂环化合物等。
3. 使用防腐蚀涂层。
在铁表面涂覆一层防腐蚀涂层，可以隔绝铁与氧的接触，从而
减少铁吸氧腐蚀。
1. 选择适当的pH值。
酸性环境下pH值的增加可以减少析氢腐蚀的速率。
可以通过添加碱性物质来提高溶液的pH值。
3. 采用钝化处理。
钝化是一种在金属表面形成钝化膜的方法，可以有效地减少金属
的腐蚀。
在铁表面形成一层稳定的钝化膜，可以减少析氢腐蚀的发生。
铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进可以通过改变环境条件、添加缓蚀剂和使用防腐蚀
涂层等方法来降低腐蚀的程度。
通过这些改进措施，我们可以更好地研究铁在不同环境中
的腐蚀机理，以及采取相应的措施来保护铁材料的性能。
【知识解析】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较-完整版课件
典例详析
例3－10（2020浙江浙东北联盟期中） 利用如图所示装置进行实验，开始时，a、b管中液面相平，密封好，放置一段时间 。下列说法不正确的是（C ） A．a管内发生吸氧腐蚀，b管内发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管内液面高于b管内液面 C．a管内溶液的pH增大，b管内溶液的pH减小 D．a、b管内具有的相同的电极反应式为Fe－2e－ === Fe2＋
Fe失去电子成为Fe2＋进入溶
Fe失去电子成为Fe2＋进入溶液，Fe失
液，Fe失去的电子流入C极，
去的电子流入C极，H＋移向C极，与C
极上的电子结合成H2从溶液中析出
O2在C极上获得电子成为OH －进入溶液
其他反应及产物 普遍性
Fe2＋＋2OH===Fe（OH）2↓ 4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3 2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O
再见
典例详析
解析：U形管左侧是中性溶液，生铁丝发生吸氧腐蚀，右侧是酸性溶液，生铁丝发 生析氢腐蚀，故A正确。U形管左侧发生吸氧腐蚀，导致a管内气体压强减小，U形管 右侧发生析氢腐蚀，生成氢气，导致b管内气体压强增大，一段时间后，a管内液面 高于b管内液面，故B正确。a管内铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子和水反应生成 氢氧根离子，a管内总反应为2Fe＋O2＋2H2O === 2Fe（OH）2，反应过程中消耗水 ，但因电解质溶液呈中性，所以a管内溶液的pH不变；b管内发生析氢腐蚀，消耗H＋ ，溶液的pH增大，故C错误。a、b管内构成的原电池中，铁都作负极，具有相同的 电极反应式：Fe－2e－ === Fe2＋，故D正确。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
类型 形成条件 电解质溶液 负极反应 正极反应
第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
由阴极极化的本质可知，凡能在阴极上吸收电子的 过程（即阴极还原反应）都可以构成金属电化学腐蚀的 阴极过程。
阴极上吸收电子的还原反应大致有以下几类：
1.溶液中阳离子的还原反应 如:
析氢反应:
2H 2e H 2
金属离子的沉积反应: Cu2 2e Cu
金属离子的变价反应: Fe3 e Fe2
表5-1 不同金属上析氢反应的Tafel常数aH和bH/值
金 属 酸性溶液
碱性溶液 金 属 酸性溶液
碱性溶液
aH/(V) bH/(V) aH/(V) bH/(V)
aH/(V) bH/(V) aH/(V) bH/(V)
Pt 0.10 0.03 0.31 0.10 Cu 0.87 0.12 0.96 0.12
Ti 0.82 0.14 0.83 0.14 Tl 1.55 0.14
Bi 0.84 0.12
Pb 1.56 0.11 1.36 0.25
由表5-1可以看到， a H的数值对不同金属来说变 化很大，由铂0.10V到铅1.56V，这主要是因为不同 金属上析氢反应的交换电流密度不同，见表5-2；有 的则是因析氢反应机理不同引起的。
Mo 0.66 0.08 0.67 0.14 Sn 1.20 0.13 1.28 0.23
Fe 0.70 0.12 0.76 0.11 Zn 1.24 0.12 1.20 0.12
Mn 0.80 0.10 0.90 0.12 Cd 1.40 0.12 1.05 0.16
Nb 0.80 0.10
Hg 1.41 0.114 1.54 0.11
H 与 lgic成线性关系
H aH bH lg iC
(5-11)
这一关系式是塔菲尔于1905年通过对析氢反应的大 量实验总结出来的。对析氢过电位的研究能够查明析氢 的机理，因此有很大的理论价值。对析氢过电位所确定 的一些规律能够部分地扩大应用于其他电化学反应的动 力学，这就大大地提高了研究析氢过电位的理论意义。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀
2.4.2 析氢电位
析氢电位等于情的平衡电位与析氢过电位之差。
析氢过电位 ɧH与氢离子的阴极 去极化的过程，电极的材 料和溶液 组成等因素有关
2.4.3 析氢腐蚀的控制过程
1. ★阴极控制：腐蚀速度主要取决于析氢过电位的大小。 例如：锌在酸中的溶解就是阴极控制下的析氢腐蚀。 2. ★阳极控制：阳极控制的析氢腐蚀主要是铝、不锈钢等钝化金属在稀 酸中的腐蚀。 3. ★混合控制 ：阴、阳极极化大致相同。 例如：铁和钢在酸性溶液中的 析氢腐蚀中为阴、阳极混合控 制。
2.4.2.1 吸氧腐蚀的必要条件
吸氧腐蚀：以氧还原反应为阴极过程的金属腐蚀。
必要条件：金属的电位金属的电位比氧还原反应的电位负
2.4.2.2 氧的阴极还原过程及其过电位
★在中性和碱性溶液中氧分子的还原反应为: O2＋2H2O＋4e 4OH－ ★在酸性溶液中氧分子的还原反应为: O2＋4H+＋4e 2H2O ★在温度25℃, 氧压强po2=1atm条件下,以上两反应 的平衡电位均为 EO2=1.229-0.059pH ★整个吸氧的阴极过程可分为以下几个分步骤： 1）氧向电极表面输送； 2）氧吸附在电极表面上； 3）氧离子化。
2.4.2.3 吸氧腐蚀的控制过程及特点
1）如果腐蚀金属在溶液中的电位较正，腐蚀过程 中氧的传递速度又很大，则金属腐蚀速 度主要由氧在电极上的放电速度（吸氧阴极反应速度)决定，属于活化极化控制。
2）如果腐蚀金属在溶液中的电位非常负，如Zn、 Mn等，阴极过程将由氧去极化（吸氧反 应）和 氢离子去极化（析氢反应）两个反应共同组成。 3）如果腐蚀金属在溶液中的电位较负，如碳钢,处于活性溶解状态而氧的传输速度又有限 ，则金 属腐蚀速度受浓度极化控制，由氧的极限扩散电流密度决定。腐蚀？ 2、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的必要条件分别是什么？ 3、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的影响因素有哪些？ 4、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的过程是否可控？控制方式有哪些？
钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
降低温度
通过降低环境温度，减缓 腐蚀速率。
03
钢铁的吸氧腐蚀
吸氧腐蚀的定义与原理
吸氧腐蚀的定义
钢铁在酸性环境中发生电化学腐蚀时，阴极反应是氢离子得到电子变为氢气，这种腐蚀称为析氢腐蚀 ；而在弱酸性、中性或碱性环境中，钢铁腐蚀的阴极反应是氧得电子被还原为氢氧根离子，这种腐蚀 称为吸氧腐蚀。
吸氧腐蚀的原理
防护涂料与涂层的性能评价与应用范围
耐化学品性：评价涂层对各种化学品的抵抗能力，要求耐化学品性好以防止腐蚀 。
应用范围包括但不限于以下领域
石油化工：由于工作环境恶劣，钢铁设备需要使用防护涂层以防止严重的化学腐 蚀。
防护涂料与涂层的性能评价与应用范围
交通运输
汽车、船舶、飞机等交通运输工具大量使 用钢铁材料，需要使用防护涂层以防止腐 蚀和磨损。
使用化学反应如聚合、缩聚等使涂料固化 成防护涂层。
浸涂法
将钢铁浸泡在涂料中，使涂料渗入钢铁表 面形成涂层。
防护涂料与涂层的表面的黏合强度，要求高附着力 以保证防护效果。
耐磨性
评价涂层的耐磨性能，要求耐磨性好以抵抗环境 中的摩擦和冲击。
耐候性
评价涂层在各种环境条件下的耐久性，要求耐候 性好以维持防护效果。
电化学保护
通过施加电流或改变金属电位来防止或减缓金属腐蚀。
02
钢铁的析氢腐蚀
析氢腐蚀的定义与原理
定义
钢铁在酸性环境中发生的腐蚀过程，称为析氢腐蚀。
原理
钢铁中的铁和碳形成微电池，当环境为酸性时，微电池的正极反应是2H⁺ + 2e⁻ → H₂，负极反应是Fe - 2e⁻ → Fe²⁺，形成氢气和亚铁离子。
控制环境湿度
降低环境湿度可以有效减少钢铁表面的水膜厚度，从而降 低其吸氧腐蚀速度。例如，可以在仓库或生产车间安装除 湿机或空调等设备来控制湿度。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀
Cu+ +2e Cu
Fe3+ +e Fe2+
2．溶质中阴离子的还原反应 如：
氧化性酸根离子的还原反应 或
NO3
2H
2e
NO
2
H2O
S2O62 +2e 2SO42
3．溶液中中性分子的还原反应 如：
吸氧反应 氯的还原反应
O2 +H2O+4e 4OH Cl2 2e 2Cl
属来说变化很大，由铂0.10V 到铅1.56V，这主要是因为不 同金属上析氢反应的交换电流
密度 iH0 不同；有的则是因析
氢反应机理不同引起的。而bH 的值则大致相同。
不同金属上析氢反应的交换电流密度
根据aH值的大小可将常用电极材料大致分为三类： 1）氢在其上析出具有高过电位的金属(aH≈1.0~1.6V)，如Pb,Hg,Cd,Zn,Sn等。 2）氢在其上析出具有中过电位的金属(aH≈0.5~1.0V)，如Fe,Co,Ni,Cu等。 3）氢在其上析出具有低过电位的金属(aH≈0.1~0.5V)，如Pt,Pd,W等。
（1）改变金属材料的成分，加人析氢过电位高的成分，如在钢中加锌等。 （2）减小或清除金属中的有害杂质，特别是析氢过电位小的杂质。 （3）对金属所处的环境添加缓蚀剂。 （4）降低活性阳离子成分如 Cl 、S2 等。 （5）设法减小阴极面积。
第三节 吸氧腐蚀 以氧分子的还原反应为阴极过程的腐蚀称 为 吸氧腐蚀。
一般来说，（3）、（4）两个步骤为阴极还原反应的控制步骤。下 面通过溶氧的阴极极化曲线来讨论吸氧的电极过程动力学。
由图可知，极化曲线可分为三个部分：
1.Ee-B区
过电位不大，电流密度不大时为电化学步骤控制。这时过电位与电 流密度的对数成直线关系，说明阴极极化过程的速度主要决定于氧 的离子化反应。
金属腐蚀与防护 第5章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
1。工业纯铁 2。10号钢 3。30号钢
腐 蚀 速 度 （ 年 毫 米 ）
1。216克/升
400 350
2。180克/升
3。 75克/升
4。 25克/升
/
/
300
250 200
150
100
100 50 0
0 10 20 30 40 Hcl，%
10
20
30
40
50
60
温度：摄氏度 铁在盐酸巾的腐蚀速度与温度的关系
（2） 阳极极化控制
当ia0 << ic0，才会出现阳极极化控制。因为除Pt、 Pd等低氢过电位金属外，在常见的工程金属材料 表面上析氢反应的交换电流密度都不很大，故这 种类型的析氢腐蚀不可能发生在活化极化控制的 腐蚀体系，只有当金属在酸溶液中能部分钝化， 造成阳极反应阻力大大增加，才能形成这种控制 类型。比如铝和不锈钢在稀硫酸中发生析氢腐蚀 就是这种情况。显然，这种类型的析氢腐蚀的阳 极反应不再受活化极化控制。
• 析氢腐蚀的典型例子—Fe在酸中的腐蚀
（1）在pH < 3的酸溶液中，阴极反应受活化极化 控制。 （2）在弱氧化性和非氧化性酸溶液中，在反应速 度不是很大时，阳极反应亦受活化极化控制。 （3）在大多数情况下，Fe在酸溶液中的腐蚀形态 是均匀腐蚀。 所以，Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电 极处理，作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。
1/2Cd2++e=1/2Cd
1/2Ni2++e=1/2Ni 1/2Fe2+e=1/2Fe
160g/lCdSO4
2.0NNiSO4 2.0NFeSO4
1.4x10-2
2x10-9 10-8
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