电化学腐蚀论文

金属的电化学腐蚀与防护简谈

摘要：本文从电化学腐蚀的基本概念和原理出发，概括介绍了电化学腐蚀的分类和防腐蚀措施，即电化学保护、研制开发新的耐腐蚀材料、缓蚀剂法、金属表面处理以及金属表面覆盖层等，同时也列举了在实际成产中的相关应用。

关键词：电化学腐蚀原理去极化剂腐蚀分类电化学防腐蚀

据估计，全世界每年因腐蚀而报废的金属材料和设备的量约为金属年产量的四分之一到三分之一。1[1] 印永嘉，奚正楷，李大珍.物理化学简明教程（3版）[M].北京：高等教育出版社，1992：374由此可见，研究金属的腐蚀与防护是一项富有意义而又艰巨的工作。

一、电化学腐蚀原理

腐蚀是指金属与周围介质发生化学或电化学反应而引起的一种破坏性侵蚀。2电化学金属的腐蚀一般可分为化学腐蚀、物理腐蚀和电化学腐蚀三种。化学腐蚀是金属表面与介质如气体或非电解质液体等直接发生化学作用而引起的破坏，其特点是金属直接将电子传递给氧化剂，没有电流产生；物理腐蚀是机械的相互作用造成，如摩擦、交变应力等方面。电化学腐蚀则是金属表面在介质如潮湿空气或电解质溶液等中因形成微电池而发生电化学作用引起的腐蚀。电化学腐蚀的特点在于它的腐蚀历程可以分为两个相对独立并且同时进行的过程，形成一个混合电位体系。3应用电化学基础P363.62电化学腐蚀现象最为普遍，造成的危害也最为严重。本文的讨论主要就是针对这种腐蚀而言。

在金属腐蚀学中，习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的物质叫做去极化剂。在水溶液中的腐蚀，最常见的去极化剂是溶于水中的氧(O2)。例如在常温下的中性溶液中，钢铁的腐蚀一般是以氧为去极化剂进行的：

如果氧供应充分的话，Fe(OH)2还会逐步被氧化成含水的四氧化三铁Fe3O4·mH2O和含水的三氧化二铁Fe2O3·nH2O。钢铁在大气中生锈，就是一个以O2为去极化剂的电化学腐蚀过程，直接与金属表面接触的离子导体介质是凝聚在金属表面上的水膜，而最后形成的铁锈是成分很复杂的铁的含水氧化物，有时还有一些含水的铁盐。一般氧最易到达铁锈的最外层，其中铁是三价；铁锈最里层，铁是二价；中间层有可能是含水的四氧化三铁。

在水溶液中电化学腐蚀过程的另一个重要的去极化剂是H+。在常温下，对铁而言，在酸性溶液中可以以H十离子为去极化剂而腐蚀，其过程是：

阳极：Fe→-Fe2+ +2e 阴极：2H++2e→H2↑总的反应：Fe+2H+→Fe2++H2↑二、电化学腐蚀的分类

全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属表面，可以是均匀的，也可以是不均匀的。如碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀属于均匀腐蚀。均匀腐蚀的危险性相对较小，因为我们若知道腐蚀速度和材料的使用寿命后，可以估算出材料的腐蚀容差，并在设计中将此因素考虑在内。

局部腐蚀又有很多种，常见的如下：

点腐蚀：在材料表面，形成直径小于1mm并向板厚方向发展的孔。介质发生泄漏，大多是点腐蚀造成的，通常其腐蚀深度大于其孔径。

晶间腐蚀：沿着金属材料的晶界产生的选择性腐蚀，金属外观没有明显变化，但其机械性能已经大大降低了。例如，不锈钢贫铬区产生的晶间腐蚀，是由Cr23 C6等碳化物在晶界析出，使晶界近旁的铬含量降到百分之几以下，故这部分耐蚀性降低。铝合金、锌、锡、铝等，也存在由于在晶界处不纯物偏析，导致晶界溶解速度增加的情况。

电偶腐蚀：具有不同电极电位的金属相互接触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀。

磨损腐蚀：腐蚀性流体和金属表面间的相对运动，引起金属的加速磨损和破坏。一般这种运动的速度很高，同时还包括机械磨耗和磨损作用。

还有其他的局部腐蚀，如选择性腐蚀，缝隙腐蚀，磨损腐蚀等。

三、金属的电化学防腐蚀

在工程实际中，防腐蚀主要措施：63

1) 电化学保护: 分为阴极保护法和阳极保护法。阴极保护法是最常用的保护方法，又分为外加电流和牺牲阳极。其原理是向被保护金属补充大量的电子，使其产生阴极极化，以消除局部的阳极溶解。适用于能导电的、易发生阴极极化且结构不太复杂的体系，广泛用于地下管道、港湾码头设施和海上平台等金属构件的防护。阳极保护法的原理是利用外加阳极极化电流使金属处于稳定的钝态。阳极保护法只适用于具有活化-钝化转变的金属在氧化性介质( 如硫酸、有机酸) 中的腐蚀防护。在含有吸附性卤素离子的介质环境中，阳极保护法是一种危险的保护方法，容易引起点蚀。在建筑工程中，地沟内的金属管道在进出建筑物处应与防雷电感应的接地装置相连，不仅可实现防雷保护，而且通过外加正极电源，实现阳极保护而防腐。[6] 邓海金，陈秀云.重新架构一切-新材料.北京：科学出版社、金盾出版社，1998：25

2) 研制开发新的耐腐蚀材料: 解决金属腐蚀问题最根本的出路需大胆创新的第五大对策，即研制开发新的耐腐蚀材料如特种合金、新型陶瓷、复合材料等来取代易腐蚀的金属。7]傅献彩，沈文霞，姚天扬.物理化学（4版、下册）.北京：高等教育出版社，1990：687制备方法差别较大，但其宗旨是改变金属内部结构，提高材料本身的耐蚀性．例如，在某些活性金属中掺入微量析氢过电位较低的钯、铂等，利用电偶腐蚀可以加速基体金属表面钝化，使合金耐蚀性增强．化工厂的反应罐、输液管道，用钛钢复合材料来替代不锈钢，使用寿命可大大延长。[8] 姚大均.化学世界.南京:江苏少年儿童出版社，2000：96-97

3) 缓蚀剂法：向介质中添加少量能够降低腐蚀速率的物质以保护金属。其原理是改变易被腐蚀的金属表面状态或者起负催化剂的作用，使阳极(或阴极)反应的活化能垒增高。由于使用方便、投资少、收效快，缓蚀剂防腐蚀已广泛用于石油、化工、钢铁、机械等行业，成为十分重要的腐蚀防护手段。

4) 金属表面处理: 于金属接触环境使用之前先经表面预处理，用以提高材料的耐腐蚀能力．例如，钢铁部件先用钝化剂或成膜剂( 铬酸盐、磷酸盐等) 处理后，其表面生成了稳定、致密的钝化膜，抗蚀性能因而显著增加。

5) 金属表面覆盖层: 包含无机涂层和金属镀层，其目的是将金属基体与腐蚀介质隔离开，阻止去极化剂氧化金属的作用，达到防腐蚀效果．常见的非金属涂层有油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等等．搪瓷涂层因有极好的耐腐蚀性能而广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。

四、参考文献

[1] 张秋霞主编《材料腐蚀与防护》冶金工业出版社2000

[2] 张云兰刘建华《非金属工程材料》机械工业出版社1998

[3] 黄永昌《金属腐蚀与防护》上海交通大学出版社1999

[4] 朱相荣王相润等《金属材料的海洋腐蚀与防护》石油工业出版社2001

[5] 章葆澄等《防腐蚀设计与工程》北京航空航天大学2003

[6] [英]霍尔C.著，王佩云，曾佳华译.聚合物材料. 轻工业出版社1985

[7]李刚、刘敬服.材料腐蚀与控制工程.北京大学出版社，2010

[8]王日义.海水冷却系统的腐蚀及其控制, 化工工业出版社，2006

陈伟邹淑君主编《应用电化学》哈尔滨工程大学出版社2008

吴辉煌《应用电化学基础》厦门大学出版社2006

Hamann,C.H. Hamnett,A. Vielstich,W. 《Electrochemistry》化学工业出版社2010

张宝宏等《金属电化学腐蚀与防护》化学工业出版社2005

吴荫顺等《电化学保护和缓蚀剂应用技术》化学工业出版社2006

赵麦群雷阿丽《金属的腐蚀与防护》国防工业出版社2002