不锈钢腐蚀的分析..
不锈钢腐蚀机理发生原因和维护处理方法
不锈钢腐蚀机理发生原因和维护处理方法不锈钢是一种抗腐蚀性能极好的金属材料，但在特定条件下仍然可能发生腐蚀。
不锈钢腐蚀的机理主要有三种：点蚀腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。
以下将分别介绍每种腐蚀机理的发生原因和相应的维护处理方法。
1.点蚀腐蚀：点蚀腐蚀是不锈钢上出现的小孔洞或凹陷的形式，通常是由于材料表面的保护层被部分破坏或被去除所导致的。
（1）发生原因：点蚀腐蚀的发生原因主要有：a.氧化铁皮：不锈钢焊接时，焊缝周围容易形成氧化铁皮，这些铁皮上的离子会对不锈钢产生腐蚀。
b.离子污染：不锈钢表面被有机物、污垢或液滴等污染，这些污染物中的离子会引发腐蚀。
c.金属离子：铁、铜、镍等金属元素的离子会导致点蚀腐蚀。
（2）维护处理方法：a.避免过度热处理：过度热处理会破坏不锈钢的表面保护层，因此应避免过度热处理。
b.清洁不锈钢表面：定期清洗不锈钢表面的有机物、污垢和液滴等污染物，尽量保持表面清洁。
c.选用合适的不锈钢材料：根据具体环境条件选择合适的不锈钢材料，能够更好地抵抗点蚀腐蚀。
2.晶间腐蚀：晶间腐蚀是在不锈钢材料的晶界处发生的腐蚀，会导致不锈钢的结构性能下降。
（1）发生原因：晶间腐蚀的发生原因主要有：a.焊接热影响区域：焊接过程中，不锈钢的热影响区域容易出现晶间腐蚀。
b.高温环境：在高温环境中，不锈钢的晶界会因为积累了一定的铬碳化物而变得不稳定，容易发生晶间腐蚀。
（2）维护处理方法：a.控制焊接参数：合理控制焊接参数，避免焊接热影响区域出现晶间腐蚀。
b.降低温度：在高温环境下，尽量降低不锈钢的工作温度，以减少晶间腐蚀的可能性。
c.选择合适的不锈钢材料：对于在高温环境下工作的设备，应选择具有良好抗晶间腐蚀性的不锈钢材料。
3.应力腐蚀：应力腐蚀是由于不锈钢在受到应力力学作用时在特定环境中发生的腐蚀，会导致不锈钢的断裂。
（1）发生原因：应力腐蚀的发生原因主要有：a.应力作用：不锈钢在受到应力作用下会发生应力腐蚀。
b.腐蚀介质：特定的腐蚀介质会加剧不锈钢的应力腐蚀。
不锈钢材料的腐蚀方法
不锈钢材料的腐蚀方法不锈钢是一种合金材料，由铁、铬、镍和其他元素组成，具有良好的耐蚀性能。
然而，在特定条件下，不锈钢仍然可能发生腐蚀。
本文将介绍常见的不锈钢腐蚀方法及其防治措施。
1.点蚀腐蚀：点蚀是不锈钢材料中腐蚀最常见的一种形式。
它通常出现在不锈钢表面的小凹陷处，如焊接点、划痕或磨损处。
点蚀腐蚀的主要原因是不锈钢表面的镀层破损或化学成分不均匀，导致局部区域的钝化能力较差。
防止点蚀腐蚀的措施包括：选择合适的不锈钢材料、合理设计和施工、禁止使用含氯酸洗涤剂等。
2.缝隙腐蚀：缝隙腐蚀是在不锈钢材料缝隙之间形成的腐蚀。
这种腐蚀一般发生在不锈钢焊缝、接头、螺纹等处。
缝隙腐蚀的主要原因是缝隙内的氧气不足，导致不锈钢表面的钝化能力下降。
防止缝隙腐蚀的方法包括：优化焊接工艺、采用合适的填充材料、使用不锈钢螺纹和接头等。
3.应力腐蚀开裂：应力腐蚀开裂是由于不锈钢材料内部受到了应力的作用而引起的腐蚀。
高温、高应力和腐蚀性环境是引起应力腐蚀开裂的主要因素。
防止应力腐蚀开裂的措施包括：选择具有较高耐腐蚀性能的不锈钢材料、避免过高的应力集中、合理设计和施工等。
4.去质量腐蚀：去质量腐蚀是由于不锈钢材料内部发生化学反应而引起的腐蚀。
这种腐蚀一般发生在高温、高湿度和含有气体或液体污染物的环境中。
防止去质量腐蚀的方法包括：控制环境中的湿度和温度、禁止使用含有污染物的介质、定期清洁和保养等。
总的来说，要防止不锈钢材料的腐蚀，需要选择合适的不锈钢材料、合理设计和施工，控制使用环境的湿度、温度和化学成分，定期进行清洁和保养，以及采取有效的防腐措施。
这些措施能够保护不锈钢材料的表面和内部，延长其使用寿命，并确保其性能和外观不受腐蚀的影响。
不锈钢的腐蚀汇总
不锈钢的腐蚀汇总不锈钢是一种具有抗腐蚀性能的金属材料，但并不意味着它永远不会受到腐蚀。
不锈钢的腐蚀主要分为表面腐蚀和晶间腐蚀两种类型。
下面将对不锈钢的腐蚀进行汇总。
1.表面腐蚀：表面腐蚀是指不锈钢表面出现的腐蚀现象，主要包括以下几种形式：(1)点蚀腐蚀：在不锈钢表面出现点状或局部蚀坑，造成表面粗糙或凹凸不平。
(2)划痕腐蚀：在不锈钢表面被金属或硬物划伤后，形成划痕，并容易导致腐蚀。
(3)斑点腐蚀：不锈钢表面产生颜色斑点，造成局部腐蚀。
(4)锈斑：不锈钢表面出现红褐色污渍，这是由于钢材表面被污染或长期接触含酸性物质而引起的。
(5)晕渍：不锈钢表面出现黄褐色晕渍，主要由于长时间暴露在含铁、含锰或含硅物质中引起。
2.晶间腐蚀：晶间腐蚀是指不锈钢在特定条件下，沿晶界产生的腐蚀现象，主要包括以下几种形式：(1)焊缝腐蚀：在焊接不锈钢时，由于热影响区结构的变化，易发生晶间腐蚀。
(2)沉淀物腐蚀：不锈钢在低温高温交替作用下，沉淀物会析出并导致晶间腐蚀。
(3)碳化物腐蚀：不锈钢在高温下，碳元素容易与铬结合形成铬碳化物，导致晶间腐蚀加剧。
(4)硝化物腐蚀：不锈钢在含有硝酸盐的环境中易引起晶间腐蚀。
为了预防不锈钢的腐蚀，可以采取以下措施：(1)定期清洗：定期清洗不锈钢表面，防止污染物长时间附着在表面。
(2)防止划伤：避免使用金属或硬物直接刮伤不锈钢表面，以免导致腐蚀。
(3)控制环境：避免长时间暴露在含酸性、含碱性或含盐性物质的环境中。
(4)注意焊接：焊接不锈钢时，应选择合适的焊接方法和材料，防止产生焊缝腐蚀。
(5)注意使用温度：避免不锈钢长时间处于高温或低温环境中，以免加剧晶间腐蚀。
总之，虽然不锈钢具有抗腐蚀性能，但在特定条件下仍然可能发生腐蚀，因此在使用和维护过程中需要注意预防腐蚀的措施。
不锈钢生锈原因介绍
不锈钢生锈原因介绍不锈钢是一种具有良好抗腐蚀性能的金属材料，但在一些特定的情况下仍然会出现生锈的问题。
下文将详细介绍不锈钢生锈的原因。
1.氧化反应：不锈钢主要是通过含有铬元素形成的薄层致密的氧化物膜来抵抗腐蚀。
然而，当不锈钢表面的氧化膜破坏或者被物质侵蚀时，表面的铁原子就会与氧气发生反应，产生铁氧化物，即生锈。
这种情况主要发生在不锈钢表面存在划痕、擦伤、切割等情况下。
2.化学反应：不锈钢在一些强酸、强碱等强腐蚀性化学物质的作用下，也会出现生锈的现象。
这些化学物质能够破坏不锈钢表面的氧化膜，使得钢材处于失去保护的状态，从而容易受到氧化反应侵蚀。
3.离子腐蚀：当不锈钢表面受到一些金属离子的污染时，就会引起离子腐蚀，导致不锈钢生锈。
常见的金属离子有铁离子、铜离子、钴离子等，它们可以在不锈钢表面形成微电池，使得金属离子和氧气发生氧化反应，从而引起不锈钢表面的生锈。
4.氯化物腐蚀：当不锈钢表面受到氯离子污染时，容易引发氯化物腐蚀。
氯化物是一种强氧化剂，能够与不锈钢表面的铬形成氯化铬，破坏不锈钢的保护性氧化膜，导致钢材生锈。
5.碳析出：不锈钢中的碳元素与铬结合形成碳化铬时，会降低钢材的抗腐蚀性能。
碳析出通常在高温下发生，如焊接和热处理过程中。
当钢材表面的铬含量不足时，就容易发生碳析出，导致不锈钢生锈。
6.水腐蚀：当不锈钢长期接触含有大量氧气和水的环境时，容易发生水腐蚀。
水中的氧气和一些杂质会使不锈钢表面的氧化膜破坏，从而导致钢材生锈。
水腐蚀的程度与水的性质、温度、流速、氧气浓度等因素有关。
以上是不锈钢生锈的一些常见原因的介绍。
为了保护不锈钢不生锈，我们可以做到以下几点：定期清洁不锈钢表面，避免使用带有腐蚀性的清洁剂；避免不锈钢表面长时间接触湿气；定期检查不锈钢表面是否存在划痕、擦伤等损伤情况，及时修复；选择合适的不锈钢材质和型号，以适应不同的环境条件。
通过这些措施，可以延长不锈钢的使用寿命，提高其抗腐蚀性能。
316L不锈钢的抗腐蚀性分析
316L不锈钢的抗腐蚀性分析
首先，316L不锈钢的成分对其抗腐蚀性能起到了关键作用。
316L不
锈钢主要由铁（Fe）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）及少量的其他元素
组成。
其中，铬是最主要的合金元素，其含量一般在16%~18%之间。
低碳
含量的316L不锈钢在碳含量不超过0.03%时，具有更优异的抗腐蚀性能。
此外，镍的添加可以提高316L不锈钢的耐腐蚀性能，增加其对非氧化性
酸的抵抗能力。
钼的加入则有助于提高材料的抗晶间腐蚀和耐点蚀性能。
其次，316L不锈钢在不同腐蚀介质中的抗腐蚀性能值得关注。
该材
料能够抵抗多种腐蚀介质的侵蚀，包括碱性溶液、酸性溶液以及盐水等。
在酸性介质中，316L不锈钢通过碱化反应，在其表面形成一层致密的铬
酸钾膜，从而阻止进一步的腐蚀。
而在氯化物环境中，钼可使得316L不
锈钢的耐点蚀性明显提升，增加了材料的使用寿命。
此外，由于316L不
锈钢具有较好的耐高温性能，可在高温腐蚀介质中长时间运行而不受损失。
316L不锈钢的抗腐蚀机制主要有以下几个方面。
首先，铬元素使得
材料表面形成一层致密的铬氧化物膜，称为钝化膜。
该膜可以有效防止进
一步腐蚀介质的侵蚀，起到了保护作用。
其次，钼元素的加入提高了钢材
的点蚀性能，钼的高点蚀电位能够减轻材料的腐蚀程度。
此外，低碳含量
也有利于316L不锈钢的抗腐蚀性能，因为低碳含量能降低晶间腐蚀的风险。
不锈钢腐蚀试验方法
不锈钢腐蚀试验方法不锈钢腐蚀试验方法是一种评估不锈钢材料抗腐蚀性能的常用方法，可以帮助工程师和科研人员选择合适的不锈钢材料，并确定其在特定环境条件下的使用寿命。
下面将介绍几种常见的不锈钢腐蚀试验方法。
1. 盐雾试验（ASTM B117）盐雾试验是一种广泛应用于评估不锈钢材料的耐腐蚀性能的试验方法。
该试验方法使用盐雾喷雾装置在试样上喷洒盐水溶液，通过暴露试样于高湿度和高盐浓度环境下，模拟海洋气候等恶劣条件，观察试样表面的腐蚀形态和腐蚀程度。
该试验方法可以定性评估不锈钢材料的耐腐蚀性能。
2. 电化学腐蚀试验电化学腐蚀试验是一种定量评估不锈钢材料腐蚀性能的试验方法。
常见的电化学腐蚀试验方法包括极化曲线法、电化学阻抗谱法等。
在极化曲线法中，试样被置于电解质溶液中，通过施加电压并测量试样的电流和电势变化，得到极化曲线，从而计算得到相关参数如极化电阻、腐蚀电流密度等，来评估不锈钢的腐蚀行为。
3. 加速腐蚀试验为了在较短时间内评估不锈钢材料的抗腐蚀性能，常使用加速腐蚀试验方法。
常见的加速腐蚀试验方法包括酸洗试验、循环加速腐蚀试验等。
在酸洗试验中，试样被浸泡在酸性溶液中，以模拟强酸环境中的腐蚀情况。
在循环加速腐蚀试验中，通过周期性地改变试样所处的腐蚀环境，如改变温度、pH值等，加速试样的腐蚀过程。
这些加速腐蚀试验方法可以用来预测不锈钢材料在实际使用环境中的腐蚀性能。
4. 自然腐蚀试验自然腐蚀试验是将试样暴露在实际自然环境中，在实际使用条件下评估不锈钢材料的腐蚀性能。
试样通常通过埋地试验、露天暴露试验等方式进行暴露。
通过一定时间的暴露后，观察试样的腐蚀情况，包括表面的氧化、锈蚀等形态特征，来评估不锈钢材料在实际使用环境中的抗腐蚀性能。
以上介绍了几种常见的不锈钢腐蚀试验方法，通过这些试验方法，可以对不锈钢材料的耐腐蚀性能进行评估。
在实际应用中，还需要结合具体情况选择适合的试验方法，并根据试验结果进行进一步的分析和判断。
不锈钢腐蚀反应
不锈钢的腐蚀反应通常包括以下几种：
1. 应力腐蚀开裂（SCC）：这是一种由金属材料内部拉应力和腐蚀介质共同作
用导致的腐蚀形式。
在某些情况下，如使用含有氯化物的介质，不锈钢的耐蚀性可能会受到影响，导致SCC的发生。
2. 孔蚀：孔蚀是一种局部腐蚀形式，通常发生在金属表面的缺陷处。
在氯化物或其他腐蚀介质的存在下，不锈钢的表面可能会形成蚀孔。
3. 缝隙腐蚀：这种腐蚀形式通常发生在金属材料存在缝隙或夹杂物的地方。
在某些腐蚀介质中，不锈钢的缝隙腐蚀可能会加速。
4. 均匀腐蚀：这种腐蚀形式发生在整个金属表面，通常是由于不锈钢表面存在
划痕、凹坑或其他缺陷造成的。
在某些情况下，均匀腐蚀可能会加速金属材料的破坏。
不锈钢的腐蚀反应可能会受到多种因素的影响，包括材料成分、表面状态、环境条件（如温度、湿度、压力、介质类型和浓度等），以及应力作用等。
为了减缓不锈钢的腐蚀反应，可以采取一些防护措施，如选择合适的材料和表面处理方法、改善环境条件、降低应力作用等。
不锈钢的主要腐蚀形式
不锈钢的主要腐蚀形式
不锈钢的主要腐蚀形式包括以下几种：
1. 强酸腐蚀：强酸（如浓硫酸、浓盐酸等）对不锈钢具有强烈的腐蚀作用，会导致不锈钢表面出现腐蚀坑、大量氢气释放等现象。
2. 高温氧化腐蚀：在高温下，不锈钢会与氧气发生反应，形成氧化层。
但当温度过高或气氛中存在有害物质（如硫化物、氯化物等）时，氧化层可能被破坏，导致不锈钢表面产生腐蚀。
3. 氧化性酸性氯化腐蚀：氧化性酸性氯化物（如氯离子、次氯酸等）是不锈钢的一种显著腐蚀介质，会在不锈钢表面形成点蚀、晶间腐蚀等。
4. 碱性腐蚀：强碱（如氢氧化钠、氢氧化钾等）能引起不锈钢表面出现腐蚀斑点，使其失去抗腐蚀性能。
5. 氯化物介质腐蚀：氯化物是不锈钢的腐蚀介质之一，当不锈钢表面存在氯化物离子（如氯离子、氯化钠等）并在一定环境条件下，容易发生腐蚀。
6. 微生物腐蚀：当不锈钢暴露在特定微生物介质中时，一些微生物会产生氧化物、酸性物质等，从而引发不锈钢的微生物腐蚀。
不锈钢腐蚀的种类和定义
不锈钢腐蚀的种类和定义不锈钢是一种具有良好抗腐蚀性能的合金材料，但长期使用或在特定环境中，仍然会发生腐蚀。
不锈钢腐蚀主要分为以下几种类型：1.广义腐蚀广义腐蚀是不锈钢表面发生的一般性腐蚀，最常见的是均匀腐蚀。
均匀腐蚀即表面各处承受相同的腐蚀破坏，使金属表面出现均匀的腐蚀痕迹。
2.点蚀腐蚀点蚀腐蚀是不锈钢表面发生的一种局部腐蚀，通常在扉门结构、焊接缝等处形成几个点状或斑点状的腐蚀坑。
点蚀腐蚀往往是由于金属表面的局部缺陷引发的。
3.缝隙腐蚀缝隙腐蚀是在不锈钢的缝隙、接触面等有氧的部位发生的局部腐蚀。
这种腐蚀主要由于缝隙处的氧气耗尽或蓄积了腐蚀介质而引起的。
4.应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是不锈钢在特定介质中受到应力作用而引起的开裂现象。
该腐蚀类型通常发生在高应力或高应变的工况下，会造成材料的开裂甚至断裂。
5.粒界腐蚀粒界腐蚀也称为晶间腐蚀，是指不锈钢晶粒边界处发生的腐蚀。
这种腐蚀通常发生在铸造或焊接等工艺中，晶界处的合金元素溶解得更多，使得晶界处失去了原本的耐腐蚀性。
6.穿孔腐蚀穿孔腐蚀是一种局部腐蚀现象，通常发生在不锈钢的嵌件、焊接部位等处，引起金属表面出现直径很小的小孔。
7.受控腐蚀受控腐蚀是指在特定条件下，通过特定管理措施来控制腐蚀过程。
通过防腐涂层、防腐处理等方法，可以有效减缓或阻止不锈钢的腐蚀过程。
以上是几种常见的不锈钢腐蚀类型，每种腐蚀类型都有各自的定义和产生原因。
了解和分析腐蚀类型对于制定腐蚀控制和防护措施至关重要，以延长不锈钢材料的使用寿命。
氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效分析
氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效分析引言：不锈钢以其优良的防腐性能被广泛应用于工业和日常生活领域。
然而，长期受到氯离子的侵蚀会导致不锈钢的腐蚀和腐蚀失效，从而影响其使用寿命和性能。
因此，深入研究氯离子对不锈钢的腐蚀机理和腐蚀失效分析对于提高不锈钢的抗腐蚀性能具有重要意义。
腐蚀机理：腐蚀失效分析：氯离子对不锈钢的腐蚀失效表现主要包括晶间腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂和均匀腐蚀。
晶间腐蚀是指在晶界处发生的腐蚀现象，由于晶界处氧化膜的缺陷，氯离子容易通过晶界进入金属基体，造成腐蚀。
点蚀是指在不锈钢表面形成局部的腐蚀坑，氯离子在这些局部缺陷处聚集形成小氯离子电池，导致具有负电荷的金属离子从中析出，从而形成小坑。
应力腐蚀开裂是指在受到应力作用的环境中，金属在存在氯离子的条件下发生腐蚀引起的开裂现象。
均匀腐蚀是不锈钢表面整体被氯离子侵蚀，形成均匀的腐蚀。
腐蚀防护措施：为了减少不锈钢的腐蚀和腐蚀失效，可以采取一系列的腐蚀防护措施：1.选择合适的钢种：合适的不锈钢钢种具有较高的耐腐蚀性能，可以更好地抵御氯离子的侵蚀。
2.表面处理：通过表面处理提高不锈钢的表面质量，增强其耐腐蚀性能。
如机械抛光、喷砂、酸洗等。
3.添加合适的合金元素：添加合适的合金元素，如钼、铬等，可以提高不锈钢的抗氯离子腐蚀性能。
4.制备氧化膜：在不锈钢表面形成致密的氧化膜，可以防止氯离子的进一步渗透。
5.控制环境中氯离子的浓度：控制环境中氯离子的浓度，降低氯离子对不锈钢的侵蚀程度。
结论：氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效是由于氯离子穿透氧化膜与金属基体发生化学反应，导致不锈钢的电子流失和腐蚀加速。
腐蚀失效包括晶界腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂和均匀腐蚀。
为了提高不锈钢的抗腐蚀性能，可以采取选择合适钢种、表面处理、添加合金元素、制备氧化膜和控制环境中氯离子浓度等腐蚀防护措施。
深入研究氯离子对不锈钢腐蚀的机理和腐蚀失效分析，对于提高不锈钢的抗腐蚀性能具有重要意义。
不锈钢生锈腐蚀断裂的原因
不锈钢生锈腐蚀断裂的原因
不锈钢生锈、腐蚀和断裂的原因可能有以下几个方面：
1. 化学腐蚀：不锈钢主要是由铁、铬、镍等合金元素组成，其中铬的含量较高。
铬会与氧气结合形成一层致密的氧化铬膜，起到防止钢材进一步腐蚀的作用。
然而，当遭受一些强酸、强碱等化学物质的侵蚀时，氧化铬膜可能会被破坏，导致不锈钢发生腐蚀。
2. 空气中存在的污染物：不锈钢在潮湿的环境中，易受到空气中的氧气、水分和含有硫、氯等污染物的侵蚀。
尤其是在工业污染较为严重的地区，不锈钢的腐蚀速度可能更快。
3. 电化学腐蚀：如果不锈钢表面存在微小的缺陷，例如划痕、裂纹等，这些缺陷可能导致不锈钢在电化学条件下发生腐蚀。
例如，在存在电解质溶液中，不锈钢可能会发生电化学腐蚀。
4. 力学因素：不锈钢的断裂可能与力学因素有关，如应力过大、外力冲击等。
当不锈钢受到超过其承载能力的应力时，可能会发生断裂。
为了避免不锈钢的生锈、腐蚀和断裂问题，我们可以采取以下措施：
1. 注意环境：尽量避免将不锈钢暴露在潮湿、有酸碱性或含有污染物的环境中。
2. 定期清洁：定期清洁不锈钢表面，确保其表面干净，并使用适当的清洁剂。
3. 防护涂层：在一些特殊环境下，可以考虑给不锈钢表面添加一层防护涂层，增加其抗腐蚀性能。
4. 注意使用条件：在使用不锈钢制品时，要注意避免过大的应力和外力冲击，以防止不锈钢发生断裂。
总之，不锈钢的生锈、腐蚀和断裂问题是一个综合因素的结果，需要注意环境因素、化学因素、力学因素等，以保证不锈钢的使用寿命和安全性。
不锈钢的腐蚀
PRE值
点腐蚀
应力腐蚀破裂SCC
定义：指金属材料在固定拉应力和特定 介质的共同作用下所引起的破裂.
特征：1.纯金属SCC敏感性小于合金. 2.硬度高容易产生SCC. 3.拉应力才能产生SCC. 4.有主裂纹,有分支裂纹,主裂纹
垂直于拉应力方向. 5.断裂形式：沿晶、穿晶、混合
形 6.温度高,SCC发生几率高. 60℃以下几乎不发生SCC 7.腐蚀环境有选择性：304 Cl离
电位
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ 时间
18-8钢在沸腾的42%
MgCl2溶液中的电位-时间 曲线
应力腐蚀破裂SCC
SCC机理目前,没有定论 1.几种观点 A.电化学腐蚀为主的观点 B.吸附理论 C.氢脆理论 D.断裂力学理论 2.机理电化学腐蚀为主的观点 1材料表面总会存在电化学的不均匀性钝化膜不连续、缺陷等 2表面缺陷是形成裂纹源的活性点,表面的划伤、小孔、缝隙就是现成的
子溶液, 氯脆,NaOH、H2S在高温高浓 度下也 能导致SCC,碳钢 碱脆,黄铜氨 脆.
应力腐蚀破裂SCC
SCC历程：
第Ⅰ阶段：表面产生钝化膜. 孕育期
第Ⅱ阶段：试样在应力作用下 产生滑移,使表面保护膜破裂. 裂纹成核期、形成裂纹源
第Ⅲ阶段：钝化,膜破裂交互 进行.裂纹形成期
第Ⅳ阶段：裂纹超出断裂的临 界尺寸断裂.失稳、扩展
缝隙腐蚀
机理1Cr13 1.开始时,只有微小的阴极电流从缝内流出,但整个金
属表面包括缝隙内、外仍处于等电位状态,即仍处 于钝态. 2.经一段时间,缝内、外氧浓差增加,缝内金属的电位 变负,使缝内阳极溶解速度增加,结果引起Fe离子、 Cr离子的浓度增加,Cl离子往缝内迁移. 3.氯化物水解,缝内pH值下降,电池的腐蚀电流亦不 断增加. 4.缝内金属致钝电位由于pH值下降而上升时,腐蚀进 入发展阶段.大阴极-小阳极形成,产生严重腐蚀.
不锈钢防腐
不锈钢防腐一、不锈钢的腐蚀失效分析1、应力腐蚀不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。
常用的防护措施：合理选材，选用耐应力腐蚀材料主要有髙纯奥氏体珞银钢，高硅奥氏体珞礫钢，高洛铁素体钢和铁素体一奥氏体双相钢。
苴中，以铁素体一奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。
控制应力：装配时，尽量减少应力集中，并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤，严格遵守焊接工艺规范。
严格遵守操作规程：严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH值等工艺指标。
在工艺条件允许的范用内添加缓蚀剂。
骼银不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时，应把氧的质量分数降低到1.0x10-6以下。
实践证明，在含有氯离子质量分数为500.0x10-6的水中，只需加入质量分数为150.0x10-6的硝酸盐和质量分数为0.5x10-6亚硫酸钠混合物，就可以得到良好的效果。
2、孔蚀失效及预防措施小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。
蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展，孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。
不锈钢表而的氧化膜在含有氯禽子的水溶液中便产生了溶解, 结果在基底金属上生成孔径为20pm〜30pm小蚀坑，这些小蚀坑便是孔蚀核。
只要介质中含有一左疑的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。
常见预防措施：在不锈钢中加入铝、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提髙珞含量。
降低氯离子在介质中的含量。
加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳立性或有利于受损钝化膜得以再钝化。
采用外加阴极电流保护，抑制孔蚀。
3、点腐蚀由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在CI离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭塞电池的作用，坑外的CI离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。
在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在。
不锈钢的耐腐蚀原理
不锈钢的耐腐蚀原理
不锈钢的耐腐蚀原理主要归结为以下几点：
1. 超薄氧化膜层：不锈钢表面会形成一层非常薄的氧化膜层，该氧化膜层能有效阻隔外界物质对金属的侵蚀和腐蚀。
这是由于不锈钢中的铬元素与空气中的氧反应生成的致密氧化铬膜具有良好的抗腐蚀性能。
2. 良好的合金化作用：不锈钢中添加了一定比例的合金元素，如铬、镍、钼等。
这些合金元素能够与钢中的铁元素形成相同结晶格排列，并在晶界处形成一层稳定的金属化合物。
这种合金化作用可以增强不锈钢的耐腐蚀性能。
3. 自修复性：不锈钢表面的氧化铬膜层具有自修复功能。
一旦被划伤或受到轻微腐蚀，铁、铬离子等会迅速移动到膜层缺陷处，形成新的氧化铬膜，并阻止腐蚀继续发展。
4. 稀土元素的作用：稀土元素（如钕、铈等）在不锈钢中起到优良的抗腐蚀作用。
稀土元素能够改善晶界的稳定性，抑制晶界腐蚀和应力腐蚀开裂。
总的来说，不锈钢的耐腐蚀原理是由于表面形成的氧化膜层，合金化作用，自修复性以及稀土元素的协同作用。
这些因素共同作用，使得不锈钢具有出色的耐腐蚀性能。
不锈钢管道点腐蚀的理论分析
不锈钢管道点腐蚀的理论分析1.局部腐蚀电池效应：不锈钢管道表面存在微小的缺陷或不均匀性，当管道与化学物质接触时，会形成局部腐蚀电池效应。
电池中的阳极区域将发生氧化反应，而阴极区域则受到保护。
这种不均匀的电化学反应导致局部腐蚀。
2.腐蚀介质的浓度差异：不锈钢管道表面的腐蚀坑通常是由于介质中一些成分浓度差异引起的。
当不锈钢管道表面存在微小缺陷时，介质中浓度差异较大的区域将更容易形成腐蚀。
3.不锈钢管道材料的不适应性：不锈钢管道的材料与介质之间可能存在不相容性，例如一些化学物质对特定型号的不锈钢具有较强的腐蚀作用。
此外，不锈钢管道的微组织和化学成分也会影响其耐腐蚀性能。
基于上述理论分析，可以采取以下措施来预防和控制不锈钢管道的点腐蚀：1.合理设计和选材：在不锈钢管道的设计和选材阶段，需考虑管道所要运输的介质的性质、浓度、温度等因素。
选择合适的不锈钢材料，确保其耐腐蚀性能能够满足介质的要求。
2.保护膜的形成：在不锈钢管道表面形成一层致密的保护膜，可以减缓腐蚀的发生。
保护膜可以通过表面处理、化学物质涂覆等方法得以形成。
3.降低局部腐蚀电池效应：采用阳极保护、电位控制等方法，可以减少不锈钢管道表面局部电化学反应的不均匀性，从而降低点腐蚀的风险。
4.定期检查和维护：及时对不锈钢管道进行检查和维护，修复管道表面的缺陷和损伤，防止其进一步发展成为点腐蚀。
综上所述，理论分析不锈钢管道点腐蚀的机理，对于预防和控制该现象具有重要意义。
通过合理设计和选材、保护膜的形成、降低局部腐蚀电池效应以及定期检查和维护等措施，可以有效地预防和控制不锈钢管道的点腐蚀问题。
不锈钢的腐蚀研究
不锈钢的腐蚀研究不锈钢是一种具有良好抗腐蚀性能的金属材料，广泛应用于工业、建筑等领域。
然而，即使是不锈钢，也存在一定程度的腐蚀风险。
因此，对不锈钢腐蚀的研究具有重要意义，可以帮助提高不锈钢的抗腐蚀性能，延长其使用寿命。
不锈钢腐蚀主要包括晶间腐蚀、点蚀和焊接腐蚀等。
晶间腐蚀是一种发生在不锈钢晶粒边界处的腐蚀形式，主要由于碳化物的析出导致晶界区域缺乏了铬元素，使得晶界变得容易氧化、腐蚀。
点蚀是一种局部腐蚀，常发生在不锈钢表面的孔洞、凹坑等处，一旦发生点蚀，会继续蔓延，导致更严重的腐蚀。
焊接腐蚀是由于焊缝区域的化学成分和结构发生变化，使得焊缝区域比基体区域更容易发生腐蚀。
为了研究不锈钢的腐蚀机理和提高抗腐蚀性能，科学家和工程师们进行了大量的实验研究。
其中一种常用的研究方法是电化学测试，包括极化曲线、交流阻抗和电化学噪声等。
极化曲线实验可以通过测量不锈钢在不同电位下的电流变化，来研究其腐蚀速率和腐蚀行为。
交流阻抗实验则通过测量不锈钢电极的复阻抗谱来研究电化学过程的动力学特性。
而电化学噪声实验则是通过分析不锈钢电极电压的随机涨落，来研究腐蚀过程中的局部腐蚀行为。
除了电化学测试，还有一些其他的研究方法也被应用于不锈钢腐蚀研究中。
例如，扫描电子显微镜(SEM)可以观察不锈钢表面的微观形貌和腐蚀产物的形成情况。
能谱分析(EDS)则可以确定腐蚀产物的化学成分。
X 射线衍射(XRD)可以用来分析不锈钢晶体结构的变化。
此外，一些模型和计算方法也被应用于不锈钢腐蚀研究中，例如，通过建立模型来预测不同条件下的腐蚀速率和腐蚀形貌。
不锈钢的抗腐蚀性能还可以通过合金添加、表面处理等方法进行改善。
例如，添加一定量的铬和镍元素可以提高不锈钢的耐腐蚀能力。
在不锈钢表面形成一层致密的氧化膜，可以阻止腐蚀介质的进一步侵蚀。
此外，也可以通过热处理、化学处理等手段来增加不锈钢的抗腐蚀性能。
总的来说，不锈钢腐蚀的研究包括对腐蚀机理和影响因素的探索，以及通过不同的方法来提高抗腐蚀性能。
不锈钢的耐腐蚀性及其种类
铁 素 体 钢
409L 11.3Cr-0.17Ti- 低 C 、 N
特性： 因添加了 Ti 元素，故其高温耐蚀性及高温强度较好。
不锈钢的耐腐蚀性及其种类
1.腐蚀的种类和定义
在众多的工业用途中，不锈钢都能提供今人满意的耐蚀性能。根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失效事例的一半以上。事实上，很多失效事故是可以通过合理的选材而予以避免的。
用途：316 钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。
321 18Cr-9Ni-Ti
特性：在 304 钢中添加 Ti 元素来防止晶界腐蚀；适合于在 430 ℃ -900 ℃ 温度下使用。
用途： 航空器、排气管、锅炉汽包
(2) 表面品质：
不锈钢薄板是一种价格非常高的材料，客户对它的表面质量要求也非常高。但不锈薄板在生产过程中不可避免会出现各种缺陷，如划伤、麻点、折痕、污染等，从而其表面质量，象划伤、折痕等这些缺陷不管是高级材还是低级都不允许出现，而麻点这种缺陷在勺、匙、叉、制作时也是决不允许的，因为抛光时很难抛掉它。我们根据表面各种缺陷出现的程度和频率，来确定其表质量等级，从而用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。
301 不锈钢在形变时呈现出明显的加工硬化现象，被用于要求较高强度的各种场合。
302 不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。
304L 18Cr-8Ni- 低碳
特性：作为低 C 的 304 钢，在一般状态下，其耐蚀性与 304 刚相似，但在焊接后或者消除应力后，其抗晶界腐蚀能力优秀；在未进行热处理的情况下，亦能保持良好的耐蚀性，使用温度 -196 ℃ ~ 800 ℃ 。
不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理
不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性能且外观美观的合金材料，它通过添加耐蚀元素来提高钢材的抗腐蚀能力。
下面将详细介绍不锈钢的腐蚀特性以及其耐腐蚀的基本原理。
1.不锈钢的腐蚀特性不锈钢可以避免由于氧化而引起的生锈现象，这主要是因为其中含有不易被氧化的铬元素，通过与氧气形成的铬氧化物膜来保护钢材。
这种膜可以防止进一步的氧化反应，从而起到抗腐蚀的作用。
此外，不锈钢还具有一定的耐化学腐蚀性能，可以在酸、碱、盐环境中保持较好的稳定性。
2.不锈钢的耐腐蚀机理2.1.铬氧化物膜不锈钢中含有至少10.5%的铬元素，当与氧气接触时，钢表面的铬会与氧气反应生成一层致密的、不透水的铬氧化物膜。
这种氧化膜具有良好的附着性和致密性，能够阻止氧、水和其他腐蚀介质的渗透，有效保护钢材不被腐蚀。
2.2.自修复能力不锈钢材料在受到轻微划伤或局部氧化的情况下，铬元素会与氧气反应生成氧化铬，这种氧化铬可以自愈合刮伤表面的膜，形成新的保护层，从而有效抵御腐蚀性介质的进一步侵蚀。
2.3.钝化作用不锈钢在一定条件下可以形成一层均匀、孔隙度较低的钝化膜，这种膜可以降低钢材的电化学反应速率，从而有效抵御酸、碱等腐蚀性物质的侵蚀。
3.不锈钢的抗腐蚀影响因素3.1.合金成分不锈钢的抗腐蚀性能与其合金成分有密切关系，其中含有较高比例的铬元素和一定含量的镍、钼等元素可以明显提高不锈钢的抗腐蚀能力。
3.2.环境因素不锈钢的耐腐蚀性能会受到环境因素的影响，例如温度、氧气浓度、湿度等。
一般来说，低温和低氧环境有利于不锈钢的耐腐蚀性能，而高温、高氧环境会减弱不锈钢的抗腐蚀能力。
3.3.表面处理不锈钢的表面处理可以进一步提高其耐腐蚀性能。
常见的表面处理包括机械抛光、电化学抛光、电镀、喷涂等，这些方法可以去除不锈钢表面的杂质，增加表面光洁度，减少局部腐蚀的可能性。
综上所述，不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理是通过合金中的铬元素与氧气形成的氧化铬膜来保护钢材不受腐蚀。
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电化学腐蚀特征是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。
一、基本介绍：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。
我们知道，钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。
原来，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。
在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。
铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。
电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。
在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。
在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。
在均匀腐蚀时，金属表面上各处进行阳极反应和阴极反应的概率没有显著差别，进行两种反应的表面位置不断地随机变动。
如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应，其余表面区域主要进行阴极反应，则称前者为阳极区，后者为阴极区，阳极区和阴极区组成了腐蚀电池。
直接造成金属材料破坏的是阳极反应，故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接，以使腐蚀发生在电位较低的金属上。
二、相关原理：金属的腐蚀原理有多种，其中电化学腐蚀是最为广泛的一种。
当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气中，金属表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池(其电极习惯上称阴、阳极，不叫正、负极)。
阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，一般只起传递电子的作用。
腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，因而使空气中，，等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体()以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。
这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。
三、方程式：(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)负极(Fe)：正极(杂质)：电池反应：由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。
(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)负极(Fe)：正极：总反应：由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的被氧所氧化，生成脱水生成铁锈。
钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。
四、现象危害：由于金属表面与铁垢之间的电位差异，从而引起金属的局部腐蚀，而且这种腐蚀一般是坑蚀，主要发生在水冷壁管有沉积物的下面，热负荷较高的位置。
如喷燃器附近，炉管的向火侧等处，所以非常容易造成金属穿孔或超温爆管。
尽管铜铁的高价氧化物对钢铁会产生腐蚀，但腐蚀作用是有限的，但有氧补充时，该腐蚀将会继续进行并加重。
危害性是非常大的，一方面，它会在短期内使停用设备金属表面遭到大面积腐蚀。
另一方面，由于停用腐蚀使金属表面产生沉积物及造成金属表面粗糙状态，使机组启动和运行时，给水铁含量增大。
不但加剧了炉管内铁垢的形成，也加剧了热力设备运行时的腐蚀。
电解质溶液一、定义化合物导电的前提：其内部存在着自由移动的阴阳离子。
离子化合物在水溶液中或熔化状态下能导电；共价化合物，某些也能在水溶液中导电。
导电的性质与溶解度无关，强电解质一般有：强酸强碱，大多数盐；弱电解质一般有：（水中只能部分电离的化合物）弱酸,弱碱。
另外，水是极弱电解质。
电解质不一定能导电，而只有在溶于水或熔融状态是电离出自由移动的离子后才能导电。
能导电的不一定是电解质判断某化合物是否是电解质，不能只凭它在水溶液中导电与否，还需要进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。
例如，判断硫酸钡、碳酸钙和氢氧化铁是否为电解质。
硫酸钡难溶于水(20 ℃时在水中的溶解度为2.4×10-4g)，溶液中离子浓度很小，其水溶液不导电，似乎为非电解质。
但溶于水的那小部分硫酸钡却几乎完全电离(20 ℃时硫酸钡饱和溶液的电离度为97.5%)。
因此，硫酸钡是电解质。
碳酸钙和硫酸钡具有相类似的情况，也是电解质。
从结构看，对其他难溶盐，只要是离子型化合物或强极性共价型化合物，尽管难溶，也是电解质。
氢氧化铁的情况则比较复杂，Fe3+与OH-之间的化学键带有共价性质，它的溶解度比硫酸钡还要小(20 ℃时在水中的溶解度为9.8×10-5 g)；而落于水的部分，其中少部分又有可能形成胶体，其余亦能电离成离子。
但氢氧化铁也是电解质。
判断氧化物是否为电解质，也要作具体分析。
非金属氧化物，如SO2、SO3、P2O5、CO2等，它们是共价型化合物，液态时不导电，所以不是电解质。
有些氧化物在水溶液中即便能导电，但也不是电解质。
因为这些氧化物与水反应生成了新的能导电的物质，溶液中导电的不是原氧化物，如SO2本身不能电离，而它和水反应，生成亚硫酸，亚硫酸为电解质。
金属氧化物，如Na2O，MgO，CaO，Al2O3等是离子化合物，它们在熔化状态下能够导电，因此是电解质。
可见，电解质包括离子型或强极性共价型化合物；非电解质包括弱极性或非极性共价型化合物。
电解质水溶液能够导电，是因电解质可以离解成离子。
至于物质在水中能否电离，是由其结构决定的。
因此，由物质结构识别电解质与非电解质是问题的本质。
另外，有些能导电的物质，如铜、铝等不是电解质。
因它们并不是能导电的化合物，而是单质，不符合电解质的定义。
电解质溶液的导电机理与金属的导电机理不同。
金属是依靠自由电子的定向运动而导电，因而称为电子导体，除金属外，石墨和某些金属氧化物也属于电子导体。
这类导体的特点是当电流通过时，导体本身不发生任何化学变化。
电解质溶液的导电则依靠离子的定向运动，故称为离子导体。
但这类导体在导电的同时必然伴随着电极与溶液界面上发生的得失电子反应：一般而言，阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应，失去的电子经外线路流向电源正极；阳离子在阴极上得到外电源负极提供的电子发生还原反应。
只有这样整个电路才有电流通过。
并且回路中的任一截面，无论是金属导线、电解质溶液，还是电极与溶液之间的界面，在相同时间内，必然有相同的电量通过。
二、基本特性电解质溶液是指溶质溶解于溶剂后完全或部分解离为离子的溶液.相应溶质即为电解质.某物质是否为电解质并不是绝对的.同一物质在不同的溶剂中,可以表现出完全不同的性质.例如HCl在水中是电解质,但在苯中则为非电解质;葡萄糖在水中是非电解质,而在液态HF中却是电解质.因此在谈到电解质时决不能离开溶剂.一般把完全解离的电解质称为强电解质,部分解离的电解质称为弱电解质.这种分类方法只是为了讨论问题的方便,并没有反映出电解质的本质.原因是电解质的强弱随环境而变.例如乙酸在水中为弱电解质,而在液氨中则为强电解质.LiCl和KI都是离子晶体,在水中为强电解质,而在醋酸或丙酮中都变成了弱电解质.在电化学中应用最广泛的电解质溶液是电解质水溶液,本节主要讨论电解质水溶液的基本特性.三、正负离子电解质溶液中的离子之间,除了具有像中性分子之间的那种相互作用之外,根据库仑定律,还存在着静电相互作用,即同性离子相互排斥,异性离子相互吸引.由分子运动论,两个中性分子之间的相互吸引力近似地与两粒子间距离的7次方成反比,而两个异性离子之间的静电吸引力却与两离子间距离的2次方成反比.这说明中性分子间的力为短程力,而带电离子间的静电引力为长程力.当电解质溶液较稀时,离子之间的距离较远,各种近程力的作用可以略去不计,而长程力却不可忽略.正是由于异性离子之间长程静电引力的存在,使得电解质溶液即使在很稀时仍表现出对理想溶液的热力学性质有较大的偏差.离子的静电相互作用的强弱除与离子间的距离(溶液的浓度)有关外,还与溶剂的介电常数,离子的结构,大小,电荷,溶剂化程度等因素有关.正负离子之间的库仑引力,有可能使它们产生缔合作用.当电荷相反的离子接近到一定距离时,若它们之间的静电吸引势能会远远大于热运动动能,则在溶液中形成离子缔合体,这种离子缔合体可以是由两个电荷相同的异性离子组成的离子对,也可以是由三个离子或更多个离子缔合而成的离子簇团.由于离子在溶液中不停地运动,一些离子缔合体存在的时间可能是短暂的.在溶液中每一个瞬间都有许多离子缔合,同时又有许多缔合体分解.从统计的观点来看,溶液中总是有一定数量的离子缔合体存在.缔合体是靠库仑力形成,它和靠化学键形成的分子是不同的.显然电荷数大的离子在相对介电常数小的溶剂中,离子间库仑引力较大,因而离子缔合的可能性也就大些.由于缔合体作为一个整体在溶液中存在和运动,所以,在一定浓度的电解质溶液中,并非每个离子都能独立运动.对于强电解质而言,在溶液中虽然完全离子化,但并非完全解离.离子的这种缔合作用显然会影响与离子数量有关的电解质溶液的性质.四、离子水化在电解质水溶液中,除了离子之间的相互作用外,离子和水分子之间也会发生相互作用,这种作用称为离子的水化作用,如果是泛指一般的溶剂,则称为溶剂化作用.如图7-1所示,离子发生水化作用时,一些极性水分子在离子周围取向,与离子紧密结合,形成水化离子.水分子被束缚在离子周围的溶剂化层内,不能独立移动,只能与离子一起移动,使游离的水分子数量减少,相当于离子实际浓度增大.当溶液很稀时,由于水分子数量远远大于离子数,几乎所有水分子都是自由的,故水化作用对浓度的影响较小.但随着浓度的增大,自由水分子所占比率越来越少,其影响也越来越大.离子与水分子间的作用力在两者之间的距离超过几纳米时,已可忽略不计,因此离子周围存在着一个对水分子有明显电场作用的空间.在这个空间内含有的水分子数称为离子水化数.紧靠着离子的第一层水分子与离子结合得比较牢固.它们基本上能与离子一起移动,不受温度的影响,这部分水化作用称为原水化或化学水化.它所包含的水分子数目称为原水化数.第一层以外的部分水分子也受到离子的吸引作用,使这部分水分子之间原有的结构状态发生改变.与离子的联系比较松散的这部分水化作用,叫做二级水化或物理水化.温度对它的影响很大,这部分水分子不与离子一起移动.测定原水化数的方法有多种,但所得结果很不一致.例如,Na+的水化数可由2到7.这是因为各种方法测出的水化数,实际上都是原水化数加上部分二级水化数,而每种方法中所包括进去的多少又各有不同.不过,在充分考虑了离子与水分子的各种相互作用能之后,可以通过统计力学方法,比较可靠地计算出离子水化数.实际上,离子水化数只代表与离子相结合的水分子的有效数目.离子水化的一般规律是:离子半径越小,或所带的电荷越大,则离子表面的静电势能就越高,离子的水化作用也就越强,水化数也就越大.五、离子电迁移电解质溶液中的离子,在没有外力作用时,时刻都在进行着杂乱无章的热运动.在一定时间间隔内,粒子在各方向上的总位移为零.但是在外力作用下,离子沿着某一方向移动的距离将比其它方向大些,遂产生了一定的净位移.如果离子是在外电场力作用下发生的定向移动,我们称为电迁移.离子的电迁移不但是物质的迁移,而且也是电荷的迁移,所以离子的电迁移可以在溶液中形成电流.由于正负离子沿着相反的方向迁移,所以它们的导电效果是相同的,也就是说正负离子沿着同一方向导电.离子的电迁移速率除了与离子的本性(离子半径,所带电荷),溶液的浓度,粘度及温度等有关外,还与电场的电势梯度有关.在其它条件一定时,离子电迁移的速率v与电势梯度成正比,即v=U (7.1-1)式中U为比例系数,称为离子的电迁移率,其物理意义是离子在单位电势梯度下的电迁移速率,单位是m2.V-1.s-1.离子的电迁移率是表征离子在电场中迁移的基本参数,是离子的特性.表7-1是一些离子在298.2K时无限稀释水溶液中的电迁移率U∞,它表示的是在离子之间无相互作用时的电迁移率.从表中可见离子电迁移率很小,数量级为10-8m2.s-1.V-1,所以电解时离子的移动通常很缓慢.当电解质溶液中的电势梯度为1000V.m-1时,离子迁移速率的数量级仅为10-5m.s-1,这比室温下离子热运动的速率100m.s-1要小得多.表7-1 298.2K时无限稀释水溶液中一些离子的电迁移率六、导电过程电解质溶液的导电过程能导电的物体称为导体.导体分为两类:一类是电子导体,如金属,石墨,某些金属氧化物(如PbO2,Fe3O4),金属碳化物(如WC)等,它们是靠自由电子在电场作用下的定向移动而导电的.当电流通过这类导体时,除了可能产生热量外,不发生任何化学变化.电子导体(例如金属导线)能够独立地完成导电任务;另一类是离子导体,如熔融的电解质,固体电解质和以水或其它有机物为溶剂而形成的电解质溶液,它们是靠离子在电场作用下的定向移动而导电的.离子导体(例如CuSO4 溶液)不能独立完成导电任务,欲使离子导体导电,必须有电子导体与之相连接.例如,为了使电流在电解质溶液中通过,需要在溶液的两端分别插入金属导体,才能构成通路,于是就形成了金属-溶液-金属串联的系统(构成这种系统的装置就是电化学装置),其中的金属就是两个电极.当电流通过离子导体时,除了可能产生热量外,在两个电极与溶液的接触面上必然伴随有化学反应发生和化学能与电能间的相互转化.下面分别讨论在电池和电解池中电解质溶液的导电过程.图7-3(a)为一电解池,当插在HCl水溶液中的Pt片A和B,分别用导线与外电源的负极和正极接通后,在电源电场力的作用下,电源负极的电子通过导线迁移到铂电极A上,同时铂电极B上的电子通过导线迁移到电源正极.要想维持金属导体电子的流动,铂电极A必须不断地失去电子,铂电极B必须不断地得到电子.由于电子不能从电极A直接进入溶液到达电极B,因此在电极A和溶液的界面处就发生了消耗电子的还原反应过程2H++2e-=H2在电极B和溶液的界面处就发生了产生电子的氧化反应过程2Cl-=Cl2+2e-同时,由于铂电极A,B上分别带有负电荷和正电荷,使两电极间的溶液中存在有电场,所以两电极间电解质溶液中的H+,Cl-就会在电场力作用下定向移动,从而形成了溶液中的电流.图7-1(b)为一原电池.当H2 和Cl2分别冲击插在HCl水溶液中的Pt电极A,B时,在电极A 与溶液界面处,H2发生氧化反应H2→2H++2e-电子留在电极A上,使该电极带上负电,H+进入溶液,使电极A附近的溶液带上正电.同样在电极B与溶液的界面处,Cl2发生还原反应Cl2+2e-→2Cl-电极B失去电子,带上正电,Cl-进入溶液,使电极B附近的溶液带上负电.这样,当两电极上的反应分别达到平衡时,两电极间就有一定的电势差.当外电路断开时,两电极上所带电荷产生的电场(电场强度的方向由A指向B)与两电极附近溶液所带电荷产生的电场(电场强度的方向由B指向A)大小相等,方向相反.所以,在溶液内部,电场强度处处为零,电势处处相等,因此离子不产生电迁移,没有电流通过.当外电路接通时,电极B上的电子在电场的作用下,通过导线流向电极A,也就是形成了自电极A流向电极B的电流,从而使两电极上的电荷减少,破坏了原来的平衡,导致了下面两种现象的同时发生:一是电极与溶液之间的电场变弱,于是,H2和Cl2又在化学力作用下进行反应,来补充两电极减少的电荷;二是两电极上的电荷在两极间溶液中产生的电场变弱,小于了两电极附近溶液中的电荷在两电极间溶液中产生的电场,因此在溶液中的电场强度不再处处为零,电势不再处处相等,而是电极A附近的溶液中的电势高于电极B附近溶液中的电势,于是溶液中的H+,Cl- 在电场的作用下,分别向电极B和A迁移,形成了溶液中的电流.可见电解质溶液的导电过程,必须既有电解质溶液中离子的定向迁移过程,又有电极上物质发生化学反应的过程,两者缺一不可,否则就不可能形成持续的电流.为了讨论问题的方便,习惯上把电化学装置中的两个电极按下列两种方法命名:(1)发生氧化反应的电极叫阳极,发生还原反应的电极叫阴极;(2)电势较高的电极称为正极,电势较低的电极称为负极 .在讨论电解池时常使用第(1)种命名法,在讨论原电池时常使用第(2)种命名法.但有时不论对电解池还是原电池,两种命名法都用,此时要注意两者的对应关系.七、法拉第定律1833年,法拉第在研究电解作用时,从实验结果中归纳出一条规律:电流通过电解质溶液时,电极上发生化学反应的物质的量与通过溶液的电量成正比.后来人们称之为法拉第定律.根据电化学原理,很容易得到在电极上发生反应的物质的量与通过溶液的电量之间电解质溶液保持静止不动，称静止电极技术的关系式.设电极反应计量方程式可表示为:0=∑νBB+νee- (7.2-1)式中B表示电极反应中的反应物或产物的化学式(分子式或离子式等),e-表示电极反应中的电子,νB和νe分别是两者的计量系数.当B为反应物时νB 取负值,当B为产物时νB取正值;对于氧化反应νe取正值,对于还原反应,νe 取负值. 例如,对于氧化反应H2O→O2+H++4e-,νe=4;对于还原反应Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O,νe=-6.当电极反应的反应进度为ξ时,通过电极的元电荷的物质的量为ne=|νe|ξ (7.2-2)1 mol 电子所带电量的绝对值是个常数,称为法拉第常数,用符号F表示,定义为阿佛加德罗常数L与元电荷e-的乘积,即F=Le=6.0221367×1023mol-1×1.60217733×10-19C=96485.309Cmol-1在一般计算中可以近似取F=96500Cmol-1.显然通过溶液的电量Q与ne 的关系为:Q=neF=|νe|ξF (7.2-3a)在应用时常用z代替|νB|,并称之为反应的电荷数(即转移电子数),这时Q=zξF (7.2-3b)所以,在电极上发生反应的物质的量和质量分别为:(7.2-4)(7.2-5)式(7.2-3)和式(7.2-5)均可称为法拉第定律的数学表达式.法拉第定律是一个从电解过程中总结出来的准确定律,但它对原电池也同样适用.该定律不受温度,压力,电解质溶液的组成和浓度,电极的材料和形状等任何因素的影响,在水溶液中,非水溶液中或熔融盐中均可使用.必须注意,在实际电解时,得到的所需产物的量往往比根据电量消耗按法拉第定律计算出来的量要少.为了便于说明这个问题,提出了电流效率的概念,定义如下:电流效率=(根据法拉第定律计算所需要的电量/实际消耗的电量)×100% 或电流效率=(实际获得所需产物质量/根据法拉第定律计算应得所需产物质量)×100%实际电解过程的电流效率一般都小于100%.如工业上电解精炼铜时,电流效率通常在95～97%之间,电解制铝的电流效率约90%.引起电流效率小于100%的原因一般有以下两种:(1)电极上有副反应发生,消耗了部分电量.例如镀锌时,阴极上除了有Zn2+发生还原的主反应外,还有H+发生还原的副反应.(2)所需要的产物因一部分发生次级反应(如分解,氧化,与电极物质或溶液中的物质反应等)而被消耗.例如,电解食盐水溶液时,阳极上产生的Cl2又部分溶解在电解液中,形成次氯酸盐和氯酸盐.根据法拉第定律,用电极上发生反应的物质的量可以精确计算出通过电路的电量.利用这个原理设计的测量电量的装置称为电量计或库仑计.这种仪器是由电解质溶液和置于其中的两个电极所构成.使用时,将其串联到电路中,通电一段时间后,称量电极上产生的物质的量,用法拉第定律求出所通过的电量.显然在电量计中所选用的电极反应的电流效率应为100%或者是十分接近100%.最常用的是银电量计,其次是铜电量计,气体电量计等.八、电导和电导率1. 电导和电导率金属的导电能力常用电阻来衡量.电阻越小,导电能力越强.电解质溶液的导电能力虽然也可以用电阻来衡量,但更习惯采用的是电导.电导即电阻的倒数.用符号G表示,(7.4-1)电导的SI单位是"西门子"(Siemens),简称"西",用S表示.显然,导体的电导越大,导电能力越强.因为所以令κ= (7.4-2)则G=κ (7.4-3)。