第1章 金属腐蚀的基本概念
金属腐蚀理论总复习题
金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题第一章 绪论 思考题1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。
答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。
耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。
腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。
2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？答:⑴金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。
⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （p V ）V P =t h ∆=8.76d -V △h 是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V -代表失重腐蚀速度； t 是腐蚀时间，单位y ；d 是金属材料的密度；V P 所以的单位是mm/y 。
失重：失重腐蚀速度(-V )-V = StW -∆=St W W 10- W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g ；S 代表试样暴露的表面积，单位m 2； t 代表腐蚀的时间，单位h 。
计算题计算题1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp ，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1解：由题意得：（1）对碳钢在30%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001=0.4694 g/㎡∙h又d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y(25℃)中有：对铝在30%HNO3Vˉ=△Wˉ铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6=0.3391g/㎡∙h/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/cm3d=m铝说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀( 25℃)有：（2）对不锈钢在20%HNO3表面积S=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2∙h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y对铝有：表面积S=2π×0.022＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2∙h试样体积为：V=π×22×0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85℃)时有：对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。
中国腐蚀与防护学会 金属防腐蚀手册
我国腐蚀与防护学会金属防腐蚀手册第一章：金属腐蚀的基本概念1. 金属腐蚀的定义金属腐蚀是指在金属与其周围环境接触的情况下，金属表面受到化学或电化学的侵蚀，导致金属的质量和结构发生变化的过程。
金属腐蚀是一个不可逆转的过程，对金属的损坏是永久性的。
2. 金属腐蚀的分类根据腐蚀介质的不同，金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
化学腐蚀是指金属直接受到化学物质的腐蚀，而电化学腐蚀是指金属与电解质溶液接触时发生的一种电化学过程。
3. 金属腐蚀的危害金属腐蚀不仅会导致金属的质量和结构损坏，还会影响到金属制品的外观和使用寿命。
金属腐蚀也会对环境造成污染，对人体健康和安全构成威胁。
第二章：金属防腐蚀的原理和方法1. 金属防腐蚀的原理金属防腐蚀的原理是通过改变金属与其周围环境的接触状态，阻止金属腐蚀的发生。
常用的金属防腐蚀方法包括物理防腐蚀、化学防腐蚀和电化学防腐蚀等。
2. 金属防腐蚀的方法（1）涂层防腐蚀：将金属涂覆一层具有耐腐蚀性的涂层，以隔离金属与环境的接触，防止腐蚀的发生。
（2）阳极保护：在金属的表面放置一块较活泼的金属，使其成为阳极，从而保护被保护金属。
（3）合金化：将一种或多种金属或非金属添加到金属中，改变金属的组织结构和物理性能，提高金属的抗腐蚀能力。
（4）阴极保护：通过外加电流或外加电源，使金属表面成为阴极，从而抑制金属腐蚀的发生。
第三章：金属防腐蚀的应用实践1. 工业领域中的金属防腐蚀在石化、船舶、汽车、航空航天等工业领域中，金属制品往往需要具备较高的耐腐蚀性能，以确保设备和产品的安全、稳定和持久运行。
2. 城市基础设施中的金属防腐蚀城市基础设施中的钢结构、管道、桥梁、隧道等金属构件，常常需要经过防腐蚀处理，以保证其在潮湿、高盐度环境下的使用寿命和安全性。
3. 日常生活中的金属防腐蚀在日常生活中，我们经常接触到各种金属制品，如家具、电器、汽车等，这些金属制品也需要经过防腐蚀处理，以延长其使用寿命和美观度。
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
防腐课件第一章(共37张PPT)
▪ 1、利用标准电极电位判断金属腐蚀的倾向：
▪ 对照表1-2可初步判断金属腐蚀的倾向。
▪ 2、利用能斯特方程式判断金属腐蚀的倾向：
▪ 能斯特方程式反应了温度、浓度、压力对电极电位的影响，所
以比较准确。
▪ 小结：
▪
对于平衡电极体系，可利用标准电极电位或能斯特
方程式来判断金属腐蚀的倾向，且能斯特方程式反应了温
n
a还原态
四、金属腐蚀倾向的判断：
（一）、非平衡电极与非平衡电极电位：
▪ 电极上同时存在两个或两个以上不同物质参加的电化学反应，
电极上不可能出现物质和电荷都达到平衡的情况，此时为非平 衡电极，电极电位不服从能斯特方程式，只能用实测方法获得。 教材P16表1-3列出了一些金属的非平衡电极电位。
▪ （二）、金属腐蚀倾向的判断：
Zn+2H++2Cl-→Zn2++2Cl-+ H2↑
氧化反应（阳极反应）： Zn→Zn +2e （2）、阳极反应和阴极反应不在同一地点进行。
2、电位：将单位正电荷由无穷远处移至该点,因反抗电场力所做的电功即为该点的电位。
2+
2、电极电位测量装置：将被测电极与标准氢电极组成原电池，用高阻抗的电位差计测出该电池的电动势，即得出该金属电极的电极电位。
▪ 以铁的生锈为例： 由于反应前后Cl-无变化，因此上式可简化为：
金属单质+环境→金属化合物+热量 （3）、氧化性的金属离子，较少见，但引起严重的局部腐蚀，有以下两种情况：
当⊿G<0时，则金属能被腐蚀
1、参比电极法：电极电位绝对值无法直接测出，只能用相比较法测出相对的电极电位。
4Fe+6H O+3O →4Fe(OH) ↓ A——金属的克原子量，g（在数值上等于原子量
金属腐蚀理论复习题
金属腐蚀理论复习题金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题第一章绪论思考题1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。
答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。
耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。
腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。
2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？答:⑴金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。
⑵均匀腐蚀速度的表示方法：①深度：年腐蚀深度?hV-VP==△h 是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V-代表失重腐蚀速度；t td是腐蚀时间，单位y；d是金属材料的密度；VP所以的单位是mm/y。
②增重：W0?W1?W?V= =W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g；W1代表腐蚀以StSt+后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g；S代表试样暴露的表面积，单位m2；t代表腐蚀的时间，单位h。
③失重：失重腐蚀速度(V?) ?W?W0?W1V= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g；W1代表腐StSt?蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g；S代表试样暴露的表面积，单位m2；t 代表腐蚀的时间，单位h。
计算题计算题 1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1 解：题意得：对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有：Vˉ=△Wˉ/st =()/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×= g/㎡?h 又d=m/v=/20×40×=/cm2?h Vp=ˉ/d=×/=/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有：Vˉ=△Wˉ铝/st =()/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6 =/㎡?h d=m铝/v=/(30×40×5×)=/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀对不锈钢在20%HNO3( 25℃)有：表面积S=2π×＋2π××= m2 Vˉ=△Wˉ/st=()/×400= g/ m2?h 试样体积为：V=π××= cm3 d=W/V=/= g/cm3 Vp=ˉ/d=×/=/y 对铝有：表面积S=2π×＋2π××= m2 Vˉ=△Wˉ/st=()/×20= g/ m2?h 试样体积为：V=π×22×= cm3 d=W/V=/= g/cm3 Vp=ˉ/d=×/=/y 试样在98% HNO3(85℃)时有：对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =()/×2= g/ m2?h Vp=ˉ/d=×/=/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=()/×40=/ m2?h Vp=ˉ/d=×/=/y 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。
油气储运设施腐蚀与防护复习资料
（1） 金属化学成分不均匀（含有杂质）
阳极：发生氧化和腐蚀的电极，本体金属；
阴极： 杂质
（2） 金属组织结构不均匀
阳极：晶界 ；
阴极： 晶粒
（3） 金属物理状态不均匀
阳极：变形和应力的部位 阴极：未（小）变形区
（4） 金属表面膜的不完整
（5） 周围介质的不均匀
5、 宏电池
定义：用肉眼能明显看到的由不同电极所组成的腐蚀原电池称为宏电池
金属腐蚀与防护
第一章 金属腐蚀的定义和分类
一、 金属腐蚀的意义
1、 金属腐蚀 定义：是指金属与周围环境（介质）发生化学反应、电化学反应或物理溶解作用而 导致金属损坏。 注：金属及其合金的腐蚀主要是化学和电化学作用引起的破坏，有时伴随有机械、 物理或生物作用。
2、 金属腐蚀发生的原因 从热力学的观点看，是因为金属处于不稳定状态，它有与周围介质发生作用转变成 金属离子的倾向。
化学腐蚀与电化学腐蚀的区别和联系：
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与氧化剂接触
金属跟电解质溶液接触
区别
现象
无电流产生
有电流产生
本质
金属被氧化的过程
较活泼金属被氧化的过程
联系
两种腐蚀可同时发生，但电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多
（3） 物理腐蚀
定义：物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏。
四、 金属腐蚀速度表示方法
阴极反应： 总反应： 随着电位的上升，氧的平衡分压增加，Fe(OH)2 将进一步氧成 Fe(OH)3 ： 阳极反应： 阴极反应： 总反应： Fe(OH)3 的酸性强于 Fe(OH)2，故发生中和反应，生成盐和水：
4、 微电池 定义：由金属表面上许多微小的电极组成的腐蚀原电池称为微电池。 微电池形成原因：
腐蚀复习提纲 (1)
题型：填空，名词解释，简答题，分析题第1章金属电化学腐蚀基本理论1.掌握腐蚀的定义与分类。
腐蚀—指材料由于环境作用引起的破坏或变质。
金属腐蚀—指金属表面与周围介质发生化学或电化学作用而遭受破坏的现象。
按腐蚀机理金属腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解三大类。
按破坏的特征金属腐蚀可分为全面腐蚀、局部腐蚀。
2.化学腐蚀：金属与电介质直接发生化学作用而引起的破坏。
腐蚀介质直接与金属表面的原子相互作用而产生腐蚀，没有电流产生，为单纯的氧化还原反应。
电化学腐蚀：金属表面与电解质水溶液或熔盐所形成局部电池所产生的腐蚀。
表现为阳极失去电子，阴极得到电子以及产生电流。
3.熟练掌握常见的局部腐蚀类型。
应力腐蚀破坏：拉应力与腐蚀介质联合作用发生开裂破坏。
腐蚀疲劳：腐蚀介质与交变应力或脉冲应力作用下产生的腐蚀。
磨损腐蚀：摩擦副在腐蚀介质中产生的腐蚀。
孔腐蚀：腐蚀集中在某些活性点上，蚀孔直径等于或小于蚀孔深度。
晶间腐蚀：腐蚀沿晶间进行，使晶粒间失去结合力，金属强度急剧降低。
缝隙腐蚀：发生在铆接、螺纹连接、焊接接头、密封垫片等缝隙处的腐蚀。
电偶腐蚀：在电解液中，异种金属接触时，电位较正金属促使电位较负的金属加速其腐蚀。
4.掌握金属腐蚀的历程。
金属腐蚀的本质就是金属与周围介质作用变成化合物的过程，即氧化还原反应。
根据氧化还原反应发生的条件不同，将金属的腐蚀历程分为两种类型：化学腐蚀(Chemical corrosion)，其特点是氧化剂直接与金属表面的原子碰撞，化合而形成腐蚀产物，即氧化还原在反应粒子相碰撞的瞬间直接于碰撞的反应点上完成。
例如高温气体中活泼金属的初期氧气过程。
电化学腐蚀(Electrochemical corrosion)，其特点是金属的腐蚀存在两个同时进行却相互独立的氧化还原过程，即阳极反应(anode reaction)和阴极反应(cathode reaction)。
例如锌在含氧中性水溶液中的腐蚀。
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
第一章 金属材料的高温化学腐蚀
绪论金属腐蚀的定义: 金属材料和环境介质发生化学或电化学作用，引起材料的退化与破坏称为金属的腐蚀.本课程研究的内容• 1. 研究金属和周围介质作用时所发生的化学或电化学的现象、机理及其一般规律。
• 2. 研究各种条件下金属材料的防止腐蚀的方法和措施。
三、金属腐蚀与防护的重要性经济损失：•直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。
•间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；引起的物资跑、冒、滴、漏损失；对环境污染以至爆炸、火灾等事故的间接损失更是无法估量。
第一章金属材料的高温化学腐蚀第一节概述一、高温化学腐蚀定义：高温化学腐蚀是研究金属材料和与它接触的环境介质在高温条件下所发生的界面反应过程的科学。
金属高温腐蚀与常温腐蚀的区别：高温腐蚀：主要是以界面的化学反应为特征。
常温腐蚀：主要是电化学过程。
金属材料的高温腐蚀反应式：Me（金属）+X（介质）--MeX（腐蚀产物）二、高温腐蚀分类按环境介质状态分1）高温气态介质腐蚀（2）高温液态介质腐蚀（3）高温固态介质腐蚀（1）高温气态介质腐蚀：气态介质中包括有单质气体分子。
非金属化合物气体分子。
金属氧化物气态分子，和金属盐气态分子。
由于这种高温腐蚀是在高温，干燥的气体分子环境中进行的，所以常被称为“高温气体腐蚀”“干腐蚀”“化学腐蚀”。
（2）高温液态介质腐蚀：液态介质（包括液态金属，液态融盐及低熔点氧化物）对固态金属材料的高温腐蚀。
这种腐蚀包括界面化学反应，也包括液态物质对固态物质的溶解。
（3）高温固态介质腐蚀：金属材料在带有腐蚀性的固态颗粒状物质的冲刷下发生的高温腐蚀。
这类腐蚀包括固态燃灰与盐颗粒对金属材料的腐蚀。
又包括这些固态颗粒状物质对金属材料表面的机械磨损，所以人们又称为“磨蚀”或“冲蚀”。
高温腐蚀现象（1）在金属热处理过程中，碳氮共渗和盐浴处理易于产生增碳、氮化损失和熔融盐的腐蚀。
（2）含有燃烧的各个过程，比如柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的复杂气氛的高温氧化等腐蚀。
第一章 金属腐蚀的基本原理
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。
3．其他防腐蚀措施 （1）防止不当操作的异常腐蚀措施 （2）减少异种金属部件的直接连接 （3）应用防腐蚀监测技术
第四节
金属电化学腐蚀的电极动力学
钝化,金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致 密的结构，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖 在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属的电极电 位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。
第二节 金属电化学腐蚀倾向的判断
一、腐蚀反应自发性的判断
在 一 个 标 准 大 气 压 下 ， 空 气 中 的 O2 占 21% ， 其 分 压 为 2.1278×104Pa 。只有金属氧化物的分解压力 >2.1278×104Pa ， 金属才不会发生氧化；若金属氧化物的分解压力<2.1278×104Pa ，就会发生自然氧化，其值越小，越易发生氧化，生成的金属 氧化物越稳定。
从金属发生氧化的热力学判据得到的启示：
金属氧化的防护：降低氧化气氛中氧气的分压：抽真空、
惰性气体隔绝（氩弧焊）、密封体系化学耗氧等（如为防止灯 泡里的钨丝在高温下的氧化，内置红磷）；隔绝氧气：刷防锈 油漆、塑钢。
二、 吉布斯自由能变与温度的关系
许多金属都可形成不同氧化态的氧化物形式，例如 Fe 就有 FeO、Fe3O4、Fe2O3。 一般，越富氧的氧化物，其分解压力越大，稳定性越高。 有人分析过钢高温氧化形成的这几种氧化物的成分，发现氧化 膜中厚度Fe2O3：Fe3O4：FeO=1：10：100，即FeO占绝大部分，由 于其结构疏松、氧气易于穿透达到基体金属表面，这样基体金 属不断氧化。同时还会发生钢的脱碳反应，渗碳体Fe3C→Fe，导 致钢的表面硬度减小，疲劳极限降低。 发黑的氧化层主要成分是 Fe3O4, 它在加热到 600℃多时会转 变成FeO，较疏松易脱落。
学高二化学鲁科版选修讲义：第一章 金属的腐蚀与防护 含解析
第３课时金属的腐蚀与防护[学习目标定位] １．认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。
２．熟知金属腐蚀的防护方法。
一金属的腐蚀１．金属腐蚀（１）概念：金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏的现象。
（２）根据与金属接触的物质不同，金属腐蚀可分为两类：１化学腐蚀：金属跟接触到的干燥气体（如O２、Cl２、SO２等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
腐蚀的速率随温度升高而加快。
２电化学腐蚀：不纯的金属或合金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。
２．钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
铜板上铁铆钉处的电化学腐蚀如下图所示：铁钉的析氢腐蚀示意图铁钉的吸氧腐蚀示意图（１）铁钉的析氢腐蚀：当铁钉表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H２放出。
Fe 是负极，C是正极。
发生的电极反应式及总反应式为负极：Fe—２e—===Fe２＋；正极：２H＋＋２e—===H２↑；总反应：Fe＋２H＋===Fe２＋＋H２↑。
（２）铁钉的吸氧腐蚀：当铁钉表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有O２时，将会发生吸氧腐蚀。
电极反应式及总反应式为负极：２Fe—４e—===２Fe２＋；正极：２H２O＋O２＋４e—===４OH—；总反应：２Fe＋２H２O＋O２===２Fe（OH）２。
最终生成Fe２O３·x H２O，是铁锈的主要成分。
归纳总结１．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
２．金属腐蚀的类型（１）化学腐蚀与电化学腐蚀（２）金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似。
１．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是（）A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生答案D解析金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属发生化学反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误；只有选项D正确。
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)
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
第1章腐蚀概述 第2节腐蚀的特点
12.11%
7,200
31.30%
5 印度
8,100
4.26%
5,200
64.20%
6 美国
6,900
3.63%
2,100
30.43%
7 乌克兰
6,500
3.42%
2,300
35.38%
8 加拿大
6,300
3.32%
2,300
36.51%
其他国家
30,200
15.89%
14,900
49.34%
世界
190,000
材料防护与资源效益
材料腐蚀是否自发发生的理论判据:
（1）对于等温等压条件下发生的反应，如果其吉 布斯自由变G0，则该反应是自发发生的，由于腐蚀 反应往往在等温等压条件下发生，而且通过计算其 G0，所以腐蚀反应是自发发生的。
（2）腐蚀反应大多是电化学反应，在等温等压条 件下，如果其电动势E0，则该反应自发发生。对于 等温等压条件下发生的腐蚀电化学反应，也通过计算 其E0，这也说明腐蚀反应是自发发生的。
空间上：各行各业都存在腐蚀，包括冶金、化 工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、信息、 农业、食品、医药、海洋开发和基础设施等。
如经常听说的石油、化工、电力等行业中，其 设备、管道、开关等的跑、冒、漏、滴现象，许多 就是金属被腐蚀了而产生的后果。
再如在电力系统经常听说的“四管爆漏”、凝 汽器泄漏，许多就是金属被腐蚀产生的后果， 四管 指省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管。
100.00%
87,000
45.79%
材料防护与资源效益
中国是世界第一大铁矿石进口国。 钢铁防腐蚀对我国非常重要。
材料防护与资源效益
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缝隙腐蚀 Crevice Corrosion 金属材料和结构缝隙中发生的一种局部腐蚀。 金属与金属或金属与非金属相接触时会形成 缝隙。
电偶腐蚀
Galvanic Corrosion
Galvanic Corrosion Galvanic corrosion refers to corrosion damage induced when two dissimilar materials are coupled in a corrosive electrolyte. It occurs when two (or more) dissimilar metals are brought into electrical contact under water. When a galvanic couple forms, one of the metals in the couple becomes the anode and corrodes faster than it would all by itself, while the other becomes the cathode and corrodes slower than it would alone.
以析氢腐蚀为例
(1) 析氢腐蚀 H2O＋CO2 水膜酸性较强 H2CO3 Fe－2e-＝Fe2＋ 2H＋＋2e-＝H2↑ H＋＋HCO3-
负极 (Fe)
正极 (C)
O2
负极(Fe)： 正极 (C)：
-= -= 2+ 2+ 2Fe - 4e 2Fe Fe - 2e Fe
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
V(Fe)=1.113mm/a，V(Al)=3.244mm/a，
1.3.3 电流密度表示的腐蚀速度
电流指标：金属腐蚀基本上是电化学腐蚀，可以
通过电化学仪器测试金属的腐蚀速度。用符号 icorr表示腐蚀速度。
美国产：2273电化学综合测试仪
德国产：电化学工作站
荷兰产：电化学综合测试仪
上海产：CHI660B电化学工作站
1
2 3 4
<0.05
0.05～0.5 0.5～1.5 >1.5
优良
良好 可用，腐蚀较重 不适用，腐蚀严重
表2 美国金属耐蚀性的六级标准 相对腐蚀性 极好 较好 好 中等 差 不适用 腐蚀速度(mm/a) <0.02 0.02～0.1 0.1～0.5 0.5～1.0 1.0～5.0 >5.0
腐蚀电化学在化学中的分支
微生物腐蚀 Microbiologically Induced Corrosion (MIC)
金属腐蚀的实质
-ne 金属原子M
金属阳离子Mn+
1.4金属腐蚀速度的表示法
1.3 金属腐蚀速度的表示法
在一定环境中的金属试样，在单位时间、单
位表面积的重量变化来表示金属的腐蚀速度
V失： 腐蚀速度（g／m2• h）； Δm：试样腐蚀前后的质量变化（g）； S ： 试样表面积（m2）；
（1）化学腐蚀 金属表面 + 高温气体或非电解质溶液发生化学
作用引起的腐蚀，称为化学腐蚀。
特点：化学腐蚀进行时没有电流产生。
返回大气层后的回收舱
（2）电化学腐蚀 金属表面在介质如潮湿空气、 电解质溶液等中，因形成微电池而发生电化学 作用而引起的腐蚀称作电化学腐蚀。
electrons
Zn
Pt
HCl
局部腐蚀有很多类型：
1.应力腐蚀破裂（Stress corrosion cracking） 2.孔腐蚀（Pitting Corrosion） 3.缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) 4.电偶腐蚀(Galvanic Corrosion ) 5.选择性腐蚀（Selective corrosion） 6.氢脆（Hydrogen embrittlement） 7.晶间腐蚀（intergranular corrosion ）
天津产：电化学工作站
大连理工大学：CP6电化学综合测试仪
江苏仪器厂：MCP-1恒电位仪
电流密度指标icorr和重量指标V失的关系
法拉第定律：Faraday’s law of electrolysis
MIt m nF
Δ m: 溶解金属质量（kg）；I: 金属通过的电流（A）； M：金属的摩尔质量(kg/mol) ；n：为电极反应计量方程式中电子 的计量系数 ； F：法拉常数，( F＝96500C／mol电子)。
= ρ△V /St
= ρS△h /St
= ρ△h /t △h/t = V深 t= 24×365＝8760h
V深：以腐蚀深度表示的腐蚀速度，(mm/a ) V失：失重腐蚀速度，(g/m2 •h) ρ为金属的密度，(为g/cm3) 8.76：单位换算系数
例1：
铁的密度为7.87 g/cm3，铝的密度为2.7 g/cm3， 当他们的腐蚀质量指标均为1g/m2•h时，求Fe 和Al以腐蚀深度表示的腐蚀速度？
பைடு நூலகம்
数据记录
室 温： 气 压：
浸入时间： 试 样 编 号 取出时间：
试样 尺寸 (cm)
长
宽 高
表面积
试样 质量 (g) 腐蚀前m0
腐蚀后m2
去除腐蚀后m1
重量损失(g):m0－m1
腐蚀 速度
V失 (g／m2· h)
V增 (g／m2· h) V深 (mm/a)
1.4 金属耐蚀性评定
表1 我国金属耐蚀性的四级标准 级别 腐蚀速度/（mm／a） 耐蚀性评价
第1章 金属腐蚀的基本概念
（Corrosion of Metals）
1.1金属腐蚀的定义
金属在周围介质作用下，由于化学变化、电
化学变化或物理溶解而产生的破坏。
发 生 化 学 腐 蚀 发生电化学腐蚀
1.2 金属腐蚀的分类 1.2.1 按腐蚀机理分类：
化学腐蚀（Chemical corrosion） 电化学腐蚀（Electrochemical corrosion）
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
电化学腐蚀
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
例如 电流 本质
无 金属被氧化
1.2 金属腐蚀的分类
1.2.2 按腐蚀特征分类：
全面腐蚀（Uniform Corrosion）
局部腐蚀（Localized Corrosion)
敞篷客机，乘客：89人，机组人员：6人，遇难1人。在茂宜岛成功迫降，唯一的 遇难者是在失压瞬间被吸出机舱的空姐辛兰。
应力腐蚀破裂（SCC)
Stress corrosion cracking
金属和合金材料在环境介质与张应力协同作用 下发生的腐蚀裂开。
Mechanical stress combined with corrosive attack can lead to a mechanism known as stress corrosion cracking. At the crack tip, hydrogen formed by the cathodic reaction can diffuse into the material and render it brittle, facilitating crack propagation.
缝隙腐蚀 Crevice Corrosion
Crevice corrosion is a localized form of corrosion usually associated with a stagnant solution on the micro-environmental level.
重量指标与电流密度指标的关系
电流密度
若 icorr 的单位取 μA/cm2 ，金属密度 ρ 的单位取
g/cm3，则以不同单位表示的腐蚀速度为：
实验1 失重法测量碳钢的腐蚀速度
一、目的要求 1．掌握失重法测定金属腐蚀速度的原理和方法。
2．用失重法测定碳钢在稀硫酸中的腐蚀速度。
二、基本原理(略) 三、仪器和药品 碳钢试件（如 φ20 × 5） 金相试样磨光机 游标卡尺 EDTA的盐酸水溶液(15%) 耐水砂纸 1个 1台 1个 200mL
Stress corrosion cracking
头等舱外壳不翼而飞
April 28 or 22?, 1988, Kahului to Hawaii, USA , a 19 year old Boeing 737-297 lost a major portion of the upper fuselage while cruising at 24,000 feet.
增重法测量金属的腐蚀速度
V增：腐蚀速度(g/m2· h)； m2：带有腐蚀产物的试样的质量（g）
增重法测量金属的腐蚀速度
增重法适用于均匀腐蚀，及腐蚀产物不容易从 试样表面清除掉的情况。
重量指标的优、缺点：
优点：直观，准确；
缺点：试验时间较长，没有把腐蚀深度表示出来 ， 无法衡量不同密度的金属的腐蚀程度
化学： 无机化学，有机化学，分析化学 物理化学 电化学 电 极 过 程 动 力 学
腐 蚀 电 化 学
材 料 电 化 学
光 电 化 学
界 电 纳 化 面 催 米 学 电 化 电 电 化 化 源 学 学
作业：P18
1, 2，3，4
t ： 腐蚀时间（h）。
测量金属腐蚀速度的金属试样
金属试样在单位时间、单位表面积的重
量变化
测量金属腐蚀速度试样
金相试样磨光机
金相试样磨光机的水源部分
金相试样磨光机的电源开关部分
金相试样磨光机
失重法计算腐蚀速度公式：