材料腐蚀与防护概论基本第2章

阳极过程
1)金属原子离开晶格转变为表面吸附原子： 2)表面吸附原子越过双电层进行放电转变为水化阳离子：
3)水化金属阳离子Mn+· mH2O从双电层溶液侧向溶液深处迁移。
图2-12 晶格原子转入 溶液过程的示意图
2.3.1.2
1)溶液中阳离子的还原反应 2)溶液中阴离子的还原反应 3)溶液中中性分子的还原反应 4)不溶性膜或沉积物的还原反应 5)溶液中某些有机化合物的还原
图2-13 测试腐蚀原 电池的极化图的装置
2.3.2.2
混合电位理论
在宏观腐蚀电池中，可使每个电极表面只进行一个电极反应。在腐蚀微电池中， 在电化学腐蚀的金属表面上也至少发生两个不同的电极反应：一个金属的氧化 反应和一个氧化剂的还原反应。
金属的阳极溶解和氧化剂的还原在金属表面同时发生。即使在最简单的情况下，
电化学腐蚀的动力学方程
2.3.3.1 电化学极化控制的金属电化学腐蚀的动力学
2.3.3.2 浓差极化控制的金属电化学腐蚀的动力学
2.3.3.1
电化学极化控制的金属电化学腐蚀的动力学
1.单电极在电化学极化控制下的极化方程
2.电化学极化控制的金程
2.电化学极化控制的金属腐蚀速率
2.2
2.2.1 电位-pH图
电化学腐蚀热力学
图2-7 不同反应体系的电位-pH图
2.2.2 电位-pH图在腐蚀研究中的应用与其局限性
(1)非腐蚀区 在该区域内，电位和pH值的变化不会引起金属的腐蚀，即在热 力学上，金属处于稳定状态。
(2)腐蚀区 在此区域内，金属是不稳定的，可随时被腐蚀；Fe2+、Fe3+和HFe2
理论电位-pH图中的钝化区是指金属氧化物，或氢氧化物，或其他微溶的 金属化合物的稳定区，并不表明它们一定具有保护性。
图2-23 金属在酸性溶液 中的腐蚀极化图
2.3.3.2
浓差极化控制的金属电化学腐蚀的动力学
1.浓差极化控制的阴极极化方程
2.浓差极化控制下的金属腐蚀速率和腐蚀电位
1)当i=id时，出现不随电极电位变化的极限扩散电流密度。 2)若以E-lg作图，可得到斜率b=2．303RT/nF的直线。
等离子是稳定的。 (3)钝化区 在此电位与pH区域内，生成稳定的固态氧化物或氢氧化物。
2.3
电化学腐蚀动力学
2.3.1 腐蚀电池的电极过程
2.3.2 腐蚀极化图与混合电位理论
2.3.3 电化学腐蚀的动力学方程
2.3.1
2.3.1.1 阳极过程
腐蚀电池的电极过程
2.3.1.2 阴极过程
2.3.1.1
2-16
2-17
2.3.2.3
腐蚀极化图的应用
1.在分析金属电化学腐蚀的控制步骤和机理中的应用 2.腐蚀金属的理论极化曲线与表观极化曲线
图2-21 腐蚀图解的基本形式 a)阴极控制 b)阳极控制 c)混合控制 d)欧姆控制
1.在分析金属电化学腐蚀的控制步骤和机理中的应用
(1)金属的电极电位与腐蚀电流密度的关系 在其他条件完全相同的情况下，初
第 2章
2.1 腐蚀电池
金属腐蚀电化学理论基础
2.2 电化学腐蚀热力学
2.3 电化学腐蚀动力学 2.4 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
2.5 金属的钝化
2.1
2.1.1 金属腐蚀的电化学现象
腐蚀电池
图2-1 锌与铜在稀硫酸 溶液中构成的原电池
2-2
2.1.2
(1)宏观腐蚀电池
金属腐蚀原电池
(2)微观腐蚀电池 由于金属材料表面性质的不均匀性，使金属材料表面存在许 多微小的、电位高低不等的区域，可构成各种各样的微观腐蚀电池，如图2-6 所示。
(5)腐蚀的控制因素 在腐蚀过程中，可根据式(2-42)来分析控制腐蚀速度的主
要因素。
2.腐蚀金属的理论极化曲线与表观极化曲线
因为电位-pH图反映的是热力学平衡状态，所以它只能预示金属在该体 系中被腐蚀的倾向性大小，而不可能预示腐蚀速度的大小。
图2-22 腐蚀金属的理论极化曲线 与表观极化曲线
2.3.3
条件是金属的电位低于氢离子还原反应的电位
图2-24 扩散步骤控制时的极化曲线 a) E-i b) E-lg
始电位差愈大，腐蚀电流密度也愈大(图2-16)，如i＞i＞i。
(2)极化性能与腐蚀电流密度的关系 (3)氢过电位与腐蚀速度的关系 在氢去极化的腐蚀过程中，阴极反应是H+放
电析出氢气，但该反应的极化曲线在不同金属的表面上是不同的，即在不同金
属表面上的析氢过电位有很大的差异。 (4)含氧量及络合离子与腐蚀速度的关系 铜不可能溶于还原性酸介质中，但可 溶于含氧酸或氧化性酸。
图2-4 金属电化学腐蚀过程的示意图
(1)宏观腐蚀电池
1)异种金属浸于不同的电解质溶液中，例如图2-5a所示的丹聂尔电池，其中锌 为阳极发生溶解，铜为阴极，溶液中的Cu2+离子接受电子还原为铜而析出。
2)异种金属在同一腐蚀介质中相接触，构成腐蚀电偶电池。
3)浓差电池。 4)温差电池。
图2-5 异种金属构成的腐蚀电池 a)丹聂尔电池示意图 b)舰船推进器 c)有铜柳钉的铝容器 1—舰壳(钢板) 2—青铜推进器
图2-20 含氧酸及络合剂 对铜腐蚀的影响
2.4
2.4.1 析氢腐蚀 2.4.2 吸氧腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
2.4.1
2.4.1.1 析氢腐蚀的必要条件
析氢腐蚀
2.4.1.2 析氢电位
2.4.1.3 析氢腐蚀的控制过程 2.4.1.4 减小和防止析氢腐蚀的途径
2.4.1.1
析氢腐蚀的必要条件
以氢离子还原反应为阴极过程的金属腐蚀称为析氢腐蚀。产生析氢腐蚀的必要
阴极过程
2.3.2
腐蚀极化图与混合电位理论
2.3.2.1 腐蚀极化图
2.3.2.2 混合电位理论
2.3.2.3 腐蚀极化图的应用
2.3.2.1
腐蚀极化图
绘制电位-pH图时，是以金属与溶液中的离子之间，溶液中的离子与含有 这些离子的腐蚀产物之间的平衡作为先决条件的，而忽略了溶液中其他 离子对平衡的影响。
(2)微观腐蚀电池
1)金属表面化学成分不均匀性而引起的微观电池。 2)金属组织不均匀性构成的微观电池。 3)金属表面物理状态的不均匀性构成的微观电池。 4)金属表面膜不完整构成的微观电池。
图2-6 金属组织、表面状态等不均匀所 导致的微观腐蚀原电池 a)Zn与杂质形成的原电池 b)晶粒与晶界形成 的原电池 c)金属变形不均匀形成的原电池 d)金属表面膜有空隙时形成的原电池