金属腐蚀学 -电化学腐蚀动力学
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。
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 而形成腐蚀产物。例如金属锌在高温的含氧气氛中的腐 蚀。
1 Zn 2 O2 ZnO
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
➢电化学腐蚀
✓ 电化学腐蚀：通过失去电子的氧化过程（金属被氧化）和得 到电子的还原过程（氧化剂被还原），相对独立而又同时完 成的腐蚀历程。
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
3、腐蚀电池工作历程
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
1.1.5 金属电化学腐蚀的热力学
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
自由焓准则 当△G<0，则腐蚀反应能自发进行。
化学成分不均一 电化学不均一性组物织理结状构态不不均均一一
表面膜不完整
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
如下图所示：含杂质铅的锌在硫酸中的微电池腐蚀
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
1.1 金属电化学腐蚀原理
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？
CO2 SO2
H+ Cu
H2O
Fe2+
(1)电化学极化(活化极化)
阴极：去极剂与电子结合的反应速度<消耗阳极送来
的电子
电子密度增高
电位向负方向移动
阳极：金属失去电子成为水化离子的反应速度<电 子流出阳极的速度 双电层内层电子密度减小
电位向正方向移动
第1章 金属电化学腐蚀基本原理
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
金属腐蚀的原理
金属腐蚀的原理金属腐蚀是指金属与周围环境发生化学反应而导致金属表面失去原有性能的现象。
金属腐蚀是一个普遍存在的问题，不仅影响着金属制品的使用寿命，还给人们的生产和生活带来了诸多不便。
了解金属腐蚀的原理对于预防和控制金属腐蚀具有重要意义。
金属腐蚀的原理主要包括以下几个方面：1. 电化学腐蚀。
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种电化学反应。
在电解质溶液中，金属表面会发生阳极溶解和阴极析出两种反应，导致金属表面的腐蚀。
阳极溶解是金属表面的原子失去电子成为离子溶解到溶液中，而阴极析出是溶液中的阳离子得到电子在金属表面析出成为金属原子。
这种电化学腐蚀是金属腐蚀中最主要的一种形式。
2. 化学腐蚀。
化学腐蚀是指金属与一些化学物质直接发生化学反应而导致金属表面腐蚀的现象。
化学腐蚀的原因主要是金属与氧气、水、酸、碱等化学物质发生氧化、水解、酸碱中和等反应，导致金属表面的腐蚀。
例如，铁的表面会与空气中的氧气发生氧化反应，生成铁氧化物，即锈。
3. 生物腐蚀。
生物腐蚀是指微生物、植物或动物对金属表面进行化学侵蚀的现象。
微生物和植物会在金属表面产生一些酸性物质，这些酸性物质会对金属表面产生腐蚀作用。
而一些动物，如海洋生物，会在金属表面产生一些有机物，这些有机物也会对金属表面产生腐蚀作用。
4. 应力腐蚀。
应力腐蚀是指金属在受到应力作用的情况下，在特定环境中发生的腐蚀现象。
金属在受到应力作用时，其原子结构会发生变化，使得金属更容易发生腐蚀。
应力腐蚀是一种危害性很大的腐蚀形式，往往会导致金属的快速破坏。
以上就是金属腐蚀的主要原理。
了解金属腐蚀的原理有助于我们采取有效的措施来预防和控制金属腐蚀，延长金属制品的使用寿命，减少资源浪费，保护环境。
希望大家能够重视金属腐蚀问题，共同努力为建设美丽的地球贡献自己的一份力量。
材料腐蚀与防护-金属的电化学腐蚀原理(2)
此时，两电极的稳定电位差0.05+0.83=0.88V，
铜-锌腐蚀原电池示意图
电池刚接通时，毫安表指示的起始瞬间电流 值
电流变化
瞬间电流很快下降，经过一段时间 后，达到一个比较稳定的电流值， I2=0.15mA ？？？
腐蚀极化图
+E EeC
β
假定任何电流下，阴极阳极的极 化率为常数，称为Evans图（U. R. Evans）。 S所对应的电位Emix，称为混合电 位。由于Emix电位下的金属处于 腐蚀状态，故混合电位就是金属 的自腐蚀电位Ecorr，对应的电流 称为腐蚀电流，用Icorr表示。 I 腐蚀电位是一种不可逆非平 衡电位，需由实验测得，腐蚀 电流表示金属腐蚀的速率，对 于均匀腐蚀和局部腐蚀都适用。
CA
PA E A E A 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
PR ER ER 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
S2O62 +2e 2SO42
3．溶液中中性分子的还原反应 吸氧反应 氯的还原反应
如：
O2 +H2O+4e 4OH Cl2 2e 2Cl
4．不溶性化合物的还原反应
如：
Fe(OH)3 +e Fe(OH)2 OH
电路接通
腐蚀电池接通前后电位变化
过电位
电极电位的偏离值称为极化值。 通常引入一新术语--过电位或超电位(取正值)来表征电 极极化的程度。
金属的腐蚀原理防腐技术措施和应用场景
金属的腐蚀原理防腐技术措施和应用场景金属的腐蚀问题一直是工程领域中需要解决的重要难题之一。
腐蚀会导致金属材料的损耗、性能下降甚至结构破坏，给工业生产和生活带来很大的影响。
为了延长金属材料的使用寿命，科学家和工程师们提出了各种各样的防腐技术和措施。
本文将介绍金属的腐蚀原理、常见的防腐技术措施以及应用场景。
一、金属的腐蚀原理金属的腐蚀是指金属在特定环境下与周围介质发生氧化还原反应，造成金属表面的金属离子溶解掉或形成新的化合物。
常见的腐蚀形式有电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀等。
1. 电化学腐蚀电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种腐蚀形式。
当金属表面存在不均匀的电位差时，形成电化学腐蚀电池，金属作为阳极处于电化学腐蚀的位置。
阳极反应导致金属的离子溶解，而阴极反应则是还原过程。
电化学腐蚀通常在潮湿环境中发生，如海水、土壤和大气中。
2. 化学腐蚀化学腐蚀是指金属与非电解质介质（如酸、碱等）发生的一种腐蚀形式。
在化学腐蚀中，金属表面与介质中的活性物质直接发生化学反应，形成稳定的化合物。
不同的金属对不同的化学物质有不同的腐蚀敏感性，一些金属可以在特定的酸或碱溶液中很容易发生化学腐蚀。
3. 微生物腐蚀微生物腐蚀是由微生物所引起的金属材料腐蚀。
微生物可以通过产生酸、产生腐蚀性代谢产物、吸附在金属表面等方式导致腐蚀。
微生物腐蚀广泛存在于土壤、水体、沉积物等环境中，对金属设备和管道的腐蚀破坏较为严重。
二、防腐技术措施为了减缓金属材料的腐蚀速度，延长其使用寿命，人们开发了多种防腐技术措施，常见的包括涂层保护、金属表面处理、合金改性以及阳极保护等。
1. 涂层保护涂层保护是通过在金属表面形成一层保护膜来防止金属与环境接触，减少腐蚀的发生。
常见的涂层材料包括涂漆、涂料、电镀等。
这些材料可以形成一层致密的膜，防止氧气、水分等腐蚀性物质渗入金属表面，起到防融化、隔绝和隔离的作用。
2. 金属表面处理金属表面处理是通过改变金属表面的物理或化学性质来提高其抗腐蚀性能。
金属腐蚀的几种方法
金属腐蚀的几种方法1. 引言金属腐蚀是指金属与其周围环境中的化学物质发生反应导致金属表面发生不可逆的损坏过程。
腐蚀不仅会降低金属的强度和耐久性，还会对工业设备、建筑物和基础设施等造成严重的经济损失。
因此，研究金属腐蚀及其防护方法具有重要的理论和实际意义。
本文将介绍金属腐蚀的几种常见方法，包括电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀，并探讨相应的防护措施。
2. 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的腐蚀过程。
在这种腐蚀中，金属被溶解成离子，并伴随着电子的流动。
电化学腐蚀的发生需要同时具备氧化和还原的反应。
常见的电化学腐蚀包括酸性腐蚀、碱性腐蚀和海水腐蚀等。
2.1 酸性腐蚀酸性腐蚀是金属在酸性介质中发生的腐蚀过程。
常见的酸性腐蚀有硫酸腐蚀、盐酸腐蚀和硝酸腐蚀等。
酸性腐蚀的机理主要是酸溶液中的H+离子与金属表面发生反应，形成金属离子，同时伴随着电子的流动。
防护方法： - 使用耐酸材料，如不锈钢等； - 在金属表面涂覆防腐层，如油漆、涂料等； - 控制酸性溶液的浓度和温度，减少腐蚀速率。
2.2 碱性腐蚀碱性腐蚀是金属在碱性介质中发生的腐蚀过程。
常见的碱性腐蚀有氢氧化钠腐蚀和氢氧化钾腐蚀等。
碱性腐蚀的机理与酸性腐蚀类似，都是离子与金属表面发生反应，形成金属离子、电子的流动。
防护方法： - 使用耐碱材料，如玻璃、塑料等； - 在金属表面涂覆防腐层，如橡胶、涂料等； - 控制碱性溶液的浓度和温度，减少腐蚀速率。
2.3 海水腐蚀海水腐蚀是金属在海水中发生的腐蚀过程。
海水中含有丰富的盐类和氧气，这些物质能够加速金属的腐蚀。
常见的海水腐蚀有海洋大气腐蚀和海水浸泡腐蚀等。
防护方法： - 使用耐海水腐蚀材料，如铝合金、不锈钢等； - 在金属表面涂覆防腐层，如镀锌、镀铬等； - 使用防腐涂料，形成保护膜，阻隔海水的接触。
3. 化学腐蚀化学腐蚀是指金属与化学物质直接发生反应而发生的腐蚀过程。
化学腐蚀的机理主要是金属与化学物质发生氧化还原反应，形成金属离子和伴随的电子流动。
金属的腐蚀原理
金属的腐蚀原理金属的腐蚀是指金属表面受到化学或电化学作用而发生的破坏性变化，导致金属失去原有的性能和外观。
腐蚀是一种广泛存在的现象，不仅在工业生产和日常生活中经常遇到，而且对金属制品的使用寿命和安全性都有着重大影响。
金属的腐蚀是由于金属与周围环境中的氧、水、气体、酸、碱等物质发生化学反应而引起的。
腐蚀作用的发生受到多种因素的影响，其中主要包括金属的种类、环境的条件和腐蚀物质的性质等。
金属腐蚀的原理主要包括电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀等几种类型。
首先是电化学腐蚀，它是金属腐蚀中最常见的一种类型。
根据电化学原理，金属表面存在着不同的电位差，当金属表面与外界介质（如水、空气等）接触时，就会发生电化学反应。
在这种情况下，金属表面将发生失去电子的氧化反应，而介质中的氧、水将接受这些电子进行还原反应，这样就形成了电化学腐蚀。
其中，金属的氧化反应可以看作是金属表面的溶解，而还原反应则是产生金属氧化物的沉淀。
这种电化学腐蚀的速度与金属的电化学活性有关，一般来说，活性越高的金属越容易发生腐蚀。
其次是化学腐蚀，它是指金属与一些酸、碱、盐等化学物质发生反应，导致金属表面溶解的过程。
这种腐蚀通常是在特定的化学环境中发生的，例如金属在酸性溶液中会发生酸蚀，而在碱性溶液中则会发生碱蚀。
化学腐蚀的速度与介质中的化学物质浓度、温度等因素相关。
一些金属在特定的化学环境中甚至可以迅速发生腐蚀，从而引起金属材料的严重破坏。
此外，还有微生物腐蚀，它是指一些微生物（如细菌、藻类、真菌等）在特定环境中通过化学或生物化学方式引起金属的腐蚀。
微生物腐蚀通常发生在潮湿、缺氧的环境中，由于一些微生物分泌的代谢产物具有腐蚀性，因此会对金属材料造成损害。
微生物腐蚀的特点是腐蚀速度较慢，但其对金属的损害却往往比较严重。
总的来说，金属腐蚀的发生是由于金属表面与周围环境中的氧、水、酸、碱、微生物等物质发生化学反应，从而导致金属的表面发生变化或溶解。
腐蚀的机理主要包括电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀等几种类型，它们在金属的腐蚀过程中起着重要的作用。
金属腐蚀的分类
金属腐蚀的分类金属腐蚀是一种普遍存在的现象，它不仅会使金属表面对环境造成破坏，而且还可能影响金属材料的性能和结构。
金属腐蚀可以按照不同的方式分类，包括化学性腐蚀、电化学腐蚀、力学腐蚀、侵蚀-腐蚀联合作用和热腐蚀。
首先是化学性腐蚀。
它指的是金属的化学反应而产生的氧化物，特别是金属在氧化剂环境中腐蚀的一种方式。
一般来说，化学性腐蚀是由高碳钢，钛，锌，铝等金属所受到的，这些金属受到酸，碱，盐等化学因素的影响，在受氧化剂作用的环境中产生氧化反应，而形成表面氧化膜，或外壳，以及侵蚀而形成洞孔。
其次是电化学腐蚀。
这种腐蚀是指在有电池反应的情况下，金属受到电位差的作用，产生电流，从而进行氧化还原反应，改变金属的结构，从而导致金属表面的腐蚀。
简单来说，电化学腐蚀就是金属受到电流的影响，金属的表面被氧化或电子的变化所引起的腐蚀。
紧接着是力学腐蚀。
它指的是金属在强力作用，如震动，冲击，划痕等情况下，表面微裂纹或损伤，造成金属表面破坏和消耗，从而导致金属表面腐蚀。
接下来是侵蚀-腐蚀联合作用。
它指的是金属表面受到空气，水，土壤等因素作用，在受外力作用，如水流，风，沙粒等情况下，金属表面受到侵蚀和腐蚀双重作用，从而导致金属表面的破坏和消耗。
最后是热腐蚀。
这种腐蚀指的是金属在高温下受到氧化剂的作用，金属表面出现气孔，熔融，渗漏等现象，从而使其表面腐蚀。
总之，从上述可以看出，金属腐蚀有五种不同的分类方式，分别是化学性腐蚀、电化学腐蚀、力学腐蚀、侵蚀-腐蚀联合作用和热腐蚀。
每种腐蚀的机制和影响都有所不同，因此在针对金属腐蚀的防护时，必须了解其腐蚀类型，从而采取相应的防护措施，以避免金属表面的破坏和消耗。
以上就是关于金属腐蚀的分类的介绍，希望对你有所帮助。
09化工腐蚀与防护 第二章 金属电化学腐蚀基本理论
电极电位
平衡电极电位 能斯特方程
气体的平衡电极电位
标准状态：温度298 K， 氢离子活度为1，氢压 101325 Pa
非平衡电极电位
不能用Nernst方程计算电极电位，实验测定
电化学腐蚀倾向的判断
自由焓准则 当△G<0，则腐蚀反应能自发进行。 |G|愈大，则腐蚀倾向愈大。 当△G= 0，腐蚀反应达到平衡。 当△G> 0，腐蚀反应不能自发进行。
EeK - Eea > 0 或EeK > Eea
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Eea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Eec，则电化 学腐蚀能够发生。二者的差值(Eec - Eea)愈大，腐蚀的 倾向愈大。
金属自发发生电化学腐蚀的条件： Ee,M <E< EeK
2Hg + 2Cl-= Hg2Cl2 + 2e 气体电极反应和氧化还原电极反应都可
能作为腐蚀电池的阴极反应，其中以氢 电极反应和氧电极反应最为普遍。
氢电极反应构成了最基本的参考电极： 标准氢电极。
金属和溶液的界面特性——双层电子
双电层：由于金属和溶液的内电位不同，在电极系统的金属相和溶液相之间存 在电位差，因此，两相之间有一个相界区，叫做双电层*电极系统中发生电极 反应，两相之间有电荷转移，是形成双电层的一个重要原因。 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+
电极反应 Ni=Ni2++2e Mo=Mo3++3e Sn=Sn2++2e Pb=Pb2++2e Fe=Fe3++3e H2=2H++2e Cu=Cu2++2e Cu=Cu++e 2HAgg==HAgg22++++e2e Hg=Hg2++2e Pt=Pt2++2e Au=Au3++3e
金属的腐蚀
➢析氢腐蚀和吸氧腐蚀的对比
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强 水膜酸性较弱或呈中性
正极反应 2H++2e-=H2↑ 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
负极反应
Fe - 2e- = Fe2+
➢ 金属腐蚀的种类
种类
化学腐蚀
电化腐蚀
条件
实例 电流 本质 相互 关系
金属与非电解 质等直接发生 化学反应
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
无
金属被氧化
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
化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生
化学腐蚀 金属的腐蚀
电化学腐蚀 金属腐蚀的实质 金属原子
被 氧 -ne化
金属阳离子
1、化学腐蚀
金属表面与介质如气体或非电解质溶液等因发 生化学作用而引起的腐蚀，称作化学腐蚀
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
2Fe+3Cl2=2FeCl3
Zn
化学腐蚀原理简单，属
于一般的氧化还原反应
HCl
2、电化学腐蚀
① 析氢腐蚀
水膜酸性较强
H2O＋CO2
H2CO3
负极 (Fe) Fe - 2e- = Fe2+
H＋＋HCOห้องสมุดไป่ตู้-
正极 (C) 2H++2e- = H2↑
总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑
②吸氧腐蚀
水膜酸 O2 性较弱
空气
或中性
Fe2+
负极： Fe -2e-＝Fe2+
金属腐蚀的原理
金属腐蚀的原理
金属腐蚀是指金属表面与周围环境中的化学物质发生反应，使金属失去其原有的性能和外观的过程。
金属腐蚀的原理主要涉及电化学和化学反应两方面。
1. 电化学腐蚀：在金属与电解质溶液接触时，金属表面上会形成一个电化学反应的界面，即金属溶液间的电极。
在这个界面上，存在氧化和还原反应。
金属表面的阳极区域发生氧化反应，即金属原子失去电子形成离子，并溶解到电解质溶液中；而金属表面的阴极区域发生还原反应，即电解质中的阴离子接受电子，并在金属表面上发生沉积或析出。
这些电化学反应导致了金属表面的腐蚀。
2. 化学腐蚀：金属腐蚀还可以通过直接与大气中的化学物质发生反应引起。
例如，金属与氧气反应形成金属氧化物，如铁与氧气反应形成铁锈。
金属还可以与酸、碱等化学物质发生反应导致腐蚀。
这种腐蚀过程主要是由于金属与化学物质发生氧化还原反应，导致金属表面破坏。
除了电化学和化学反应，金属腐蚀还受到其他因素的影响，如湿度、温度、金属表面的质量、表面处理等。
湿度和温度的提高促进了金属腐蚀的发生，而金属表面的质量和表面处理可以对腐蚀起到一定的保护作用。
金属腐蚀是一种常见的现象，会导致金属材料的性能下降、丧失机械强度和导电性能，甚至导致设备和结构的损坏和失效。
因此，在工业和日常生活中，采取防腐措施或使用耐腐蚀材料来延缓金属腐蚀的发生是非常重要的。
金属腐蚀的原理和特点是
金属腐蚀的原理和特点是金属腐蚀是指金属与周围环境中的物质发生化学反应，导致金属表面产生氧化、腐蚀等现象的过程。
金属腐蚀是一个复杂的过程，它受到多种因素的影响，包括温度、湿度、氧气、酸碱性等。
金属腐蚀对金属材料的性能和寿命有着重要影响，因此深入了解金属腐蚀的原理和特点十分重要，有助于我们采取适当的防护措施，延长金属材料的使用寿命。
一、金属腐蚀的原理：1. 电化学腐蚀原理：金属腐蚀通常是一种电化学过程，涉及到两个重要的反应：氧化反应和还原反应。
当金属与介质接触时，金属表面发生氧化反应形成阳极区，金属离子在介质中溶解。
同时，介质中的电子被金属表面吸收，然后在离开金属表面的地方发生还原反应，形成阴极区。
金属腐蚀的电化学过程就是阳极和阴极之间的电子传递和离子迁移的过程。
2. 因素影响：金属腐蚀的速度受到多种因素的影响。
首先是介质的性质，如湿度、温度、气压、含氧量等。
湿度高、温度高、氧气浓度大的介质是金属腐蚀的主要原因。
其次是金属自身的性质，如金属在介质中的溶解度、自蚀性和金属晶格的缺陷等。
此外，金属腐蚀还受到介质中杂质、金属表面的形貌、金属的应力状态等因素的影响。
二、金属腐蚀的特点：1. 化学变化：金属腐蚀是一种化学反应，金属离子在介质中与其他物质发生反应形成化合物。
这个过程中，金属原子的价电子会发生改变，金属表面会发生氧化、还原等化学变化。
由于金属腐蚀引起的化学变化是不可逆的，往往会导致金属的损坏。
2. 金属材料破坏：金属腐蚀使金属表面受到侵蚀和腐蚀，使金属材料的物理性能和机械性能降低。
金属腐蚀会使金属表面产生褐色、黑色等不均匀的凹陷，甚至形成孔洞、脱落，导致金属材料的破坏。
3. 减小金属的强度和硬度：金属腐蚀会影响金属材料的力学性能，使其强度和硬度降低。
金属腐蚀使金属表面形成微小的凹坑和裂纹，这些缺陷对金属材料的强度和硬度造成负面影响。
金属腐蚀还使金属材料的疲劳寿命降低，容易导致断裂。
4. 影响金属材料的外观和质感：金属腐蚀会使金属表面变得粗糙、不光滑，影响金属材料的外观和质感。
金属腐蚀的分类
金属腐蚀的分类金属腐蚀是一种金属物料破坏的技术，它对人类日常生活有重要影响。
它是一种微小的老化过程，它将使金属失去其本质而失去其机械性能。
它可以由环境中的化学物质，电流，腐蚀性气体或温度变化引起。
金属腐蚀有多种类型，它们也是按不同方式影响金属结构的不同方式而不同，所以可以将它们分类。
1、化学腐蚀：化学腐蚀是金属腐蚀的一种，它是由于金属与外界的潜在的化学反应而引起的一种腐蚀，通常在室外暴露的环境中发生，例如可能是由于酸雨和湿度的影响而引起的，也可能是由于金属的物质的潜在的化学反应而引起的。
2、电腐蚀：电腐蚀是由于电流对金属结构的影响，导致金属结构表面形成氧化层而发生的一种腐蚀，这种腐蚀一般在水中发生，可以通过电流的流量和电压的变化而引起。
3、磨损腐蚀：磨损腐蚀是由于外界物体的金属结构形成的摩擦和磨擦现象而引起的一种腐蚀，它是一种速率比较快的腐蚀，它会造成金属表面的细微碎片，使得金属表面形成氧化层，从而受到腐蚀。
4、热腐蚀：由于金属在热能激活状态下失去其机械性能，而引起的一种腐蚀，这类腐蚀主要在高温，高压，火焰和热气相互作用时发生，而且一旦发生这种腐蚀，金属表面会受到很大的损坏。
5、机械腐蚀：机械腐蚀是由于金属在外力的作用下，而加速其老化过程而发生的一种腐蚀，这种腐蚀是比较慢的，它包括外力磨损，磨蚀和破坏等，这种腐蚀往往发生在金属在机械装置的使用过程中。
6、生物腐蚀：这是指由于微生物,如细菌 ,酵母或放线菌所引起的一种腐蚀，它可以在水中，泥土或其他渗湿环境中发生，一般具有酸性环境或高湿度环境，可以很大程度上加速金属的腐蚀。
在使用金属材料时，应该重视金属腐蚀的分类，才能更好地利用金属材料，延长金属的使用寿命。
从上述可以看出，金属腐蚀有多种类型，这些类型都有不同的影响，因此我们应该了解它们的不同，重视金属腐蚀造成的影响，从而更好地保护金属，避免金属腐蚀造成的损失。
第二章 金属的电化学腐蚀第二部分
第二章金属的电化学腐蚀2.5 腐蚀极化图2.6 金属的钝化2.7 塔菲尔关系2.8 能斯特方程一、伊文思（Evans）极化图二、腐蚀电流三、腐蚀控制因素伊文思（Evans）极化图不考虑电位随电流变化细节，将两个电极反应所对应的阴极、阳极极化曲线简化成直线画在一张图上，这种简化了的图称为伊文思极化图伊文思（Evans）极化图↘在一个均相的腐蚀电极上，如果只进行两个电极反应，则金属阳极溶解的电流强度一定等于阴极还原反应的电流强度↘在实验室里，一般用外加电流测定阴、阳极极化曲线来绘制伊文思极化图伊文思（Evans）腐蚀图↘AB阳极极化曲线BC阴极极化曲线OG欧姆电位降CH欧姆、阴极极化总线↘阳极极化率Pa=tgβ阴极极化率Pc=tgα伊文思（Evans ）腐蚀图↘考虑欧姆压降，腐蚀电流为I ’，↘阳极极化的电位降：ΔE a = E ’a –E 0a =I ’tgβ= I ’Pa阴极极化的电位降：ΔE c = E ’c –E 0c =I ’tg α= I ’Pc欧姆压降：ΔE r = I ’R腐蚀电池总压降：E 0c -E 0a = I ’（Pa+Pc+ R ）腐蚀电流：腐蚀控制因素1）初始电位差与腐蚀电流的关系2）极化率与腐蚀电流的关系3）氢过电位与腐蚀速度的关系阴极析氢过电位：阴极电极材料表面状态不同金属表面上氢过电位不同。
腐蚀控制因素1）虽然锌的氢过电位比较铁的电位负，但由于氢过电位高，锌在还原性酸溶液中的腐蚀速度反而比铁小；2）如果在溶液中加入少量的Pt 盐，由于氢在析出的铂上的过电位比锌、铁都低，所以铁和锌的腐蚀速度都明显增加。
钝化现象1）实际情况中，一些较活泼的金属在某些特定的环境介质中，都具有较好的耐蚀性。
2）Fe在不同浓度的硝酸中的腐蚀w < 30％：硝酸浓度上升，腐蚀速率增加w＝30～40％：腐蚀速率最大w > 40％：硝酸浓度上升，腐蚀速率突然急剧降低—钝化w－80％：腐蚀速率又增加，—过钝化钝化现象1）金属或合金在某种条件下，由活化态转为钝态的过程称为钝化。
金属腐蚀的原理
金属腐蚀的原理金属腐蚀是指金属在特定环境条件下受到化学或电化学作用而逐渐失去其原有性能的过程。
金属腐蚀是一种不可逆的化学反应，会导致金属材料的损坏和破坏，给工业生产和日常生活带来诸多问题。
因此，了解金属腐蚀的原理对于预防和控制金属腐蚀具有重要意义。
金属腐蚀的原理主要包括电化学腐蚀和化学腐蚀两种类型。
电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的腐蚀现象，是由于金属表面和溶液中的氧、水等物质发生电化学反应而导致的。
而化学腐蚀则是指金属在非电解质溶液或气体中发生的腐蚀现象，是由于金属表面和介质中的酸、碱、盐等物质发生化学反应而导致的。
在电化学腐蚀中，金属表面会发生氧化还原反应。
当金属处于电解质溶液中时，金属表面会发生阳极和阴极两种反应。
在阳极反应中，金属会失去电子并被氧化成阳离子，而在阴极反应中，氧或水会接受电子并发生还原反应。
这一过程会导致金属表面逐渐溶解和腐蚀，最终形成金属离子和气体产物。
而在化学腐蚀中，金属表面会与介质中的酸、碱、盐等物质发生化学反应。
这些介质中的物质会与金属表面发生化学吸附或离子交换反应，导致金属表面逐渐溶解和腐蚀。
例如，金属与酸性介质中的酸发生反应会生成金属盐和氢气，而金属与碱性介质中的碱发生反应会生成金属氢氧化物等。
总的来说，金属腐蚀的原理是由于金属与周围环境中的化学物质发生化学或电化学反应而导致金属表面逐渐失去其原有性能。
因此，预防和控制金属腐蚀的关键在于改变或控制金属与周围环境的接触条件，如采取防护涂层、合理设计金属结构、选择合适的材料等措施来减缓或避免金属腐蚀的发生。
综上所述，金属腐蚀的原理是由金属与周围环境中的化学物质发生化学或电化学反应而导致金属表面逐渐失去其原有性能。
了解金属腐蚀的原理有助于我们更好地预防和控制金属腐蚀，保护金属材料的完整性和性能，从而延长其使用寿命，减少资源浪费和环境污染。
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀
6. 定期检查和维护 定期对金属设备进行检查和维护，及时发现和处理腐蚀问题
金属的电化学腐蚀
总结
金属的电化学腐蚀是一个复杂的问题，涉及到金属学、电化学、环境科学等多个领域。为 了预防和控制金属的电化学腐蚀，我们需要采取综合性的措施，包括合理选材、表面处理 、改善环境、缓蚀剂应用、电化学保护和定期检查和维护等。这些措施的有效实施可以大 大减少金属的电化学腐蚀，提高设备的使用寿命和安全性。同时，对于金属电化学腐蚀的 监测和检测也是非常重要的，可以及时发现和预测腐蚀问题，为采取相应的防护措施提供 依据
金属的电化学腐蚀
2020-xx-xx
-
目录
金属的电化学腐 蚀
1
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀概述
金属电化学腐蚀概述 金属的电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生氧化还原反应而引起的腐蚀。这种腐蚀通常 是由于金属表面形成原电池而加速的。原电池是由两个电极(阴极和阳极)和一个电解质组成 的。在腐蚀过程中，阳极金属失去电子而被氧化，阴极则接受电子而被还原 金属电化学腐蚀的原理 金属的电化学腐蚀是由于金属表面的微观不均匀性引起的。例如，金属表面可能存在划痕、 缺陷、裂缝等，这些地方成为阳极，而其他表面则为阴极。阳极处的金属原子失去电子成为 离子，而阴极处则接受电子还原为原子。这种过程加速了金属电化学腐蚀
金属电化学腐蚀的监测和检测
金属电化学腐蚀的监测和检测 1. 重量法 在腐蚀介质中浸泡试样一段时间后，取出试样进行称重。通过比较试样在腐蚀前后的重量 变化，可以计算出试样的腐蚀速率。这种方法适用于均匀腐蚀和局部腐蚀，但需要较长时 间的试验和测量
金属的电化学腐蚀
2. 失重法 在腐蚀介质中浸泡试样一段时间后，取出试样进行洗涤、干燥等处理，然后测量其重量变 化。通过比较试样在腐蚀前后的重量变化，可以计算出试样的腐蚀速率。这种方法简单易 行，但只适用于均匀腐蚀 3. 增重法 在试样表面涂覆一层腐蚀介质，然后加热使介质干燥。冷却后，称量试样的重量增加量， 可以计算出腐蚀介质的吸附量。这种方法适用于局部腐蚀和缝隙腐蚀，但需要严格控制实 验条件 4. 电阻法
材料腐蚀与防护-第三章-金属的电化学腐蚀
气体电极的平衡电位
• 氢电极：将铂浸入酸性溶液中，不断地向溶液内通入氢气 ，于是铂的表面上会吸附氢气。这些吸附的氢与溶液中的 氢离子之间就会发生H2---2H++2e及2H++2e---H2的反应。 反应中放出或吸收的电子均由金属铂收存或供给。当反应 达到动态平衡时，铂与溶液界面上形成稳定的双电层，并 有一个相应的稳定电位。
* Nernst方程的应用
①计算不同浓度下的电极电位数值; ②计算不同pH条件下的电极电位数值;
例1. [Cr2O72-] = [ Cr3+] =1.00 mol/dm3, 求[H] = 10.0 mol/dm3及[H+] =
1.00´10-3 mol/dm3时电对Cr2O72- / +Cr3+ 的电极电位。 解： Cr2O72- + 14 H+ + 6 e = 2 Cr3+ + 7 H2O (1) 当 (H+) = 10.0 mol/dm3 时, 代入Nernst方程： (2) 当 [H+] = 1.00´10-3 mol/dm3 时，代入Nernst方程： 由此可见H+浓度增大，电极电位减小。
（c）金属离子不能进入溶液，溶液中的金属离子也不能沉 积到金属表面。此时可能出现另一种双电层，依靠吸附溶 解在溶液中的气体而形成双电层。
如铂浸在溶有氧的中性溶液中，氧分子被吸附在铂表面，并离解 为原子，再得到铂表面的电子成为负电荷离子，O2—2O;2O+4e--2O2-
双电层的特点：
• （1）双电层分处不同的两相-金 属相（电子导体相）和电解质溶 液（离子导体相）中；
电极反应导致在金属和溶液的界面上形成双电层，双电层两 侧的电位差，即为电极电位，也称为绝对电极电位。
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坐标—— lg icorr
-
corr
S
由实测阴极、阳极极化曲线外推 求腐蚀速率
lgic
lgi
由实测阴极极化曲线外推求
腐蚀速率
17
优点： 不需要知道ba、bc的大小，实验操作简便 可以研究单个电极的动力学特征 缺点： 电极表面的溶液层成分可能不同于腐蚀电位下的情况 大电流强极化到塔菲尔区，改变金属电极的表面状态，
没有外加电流极化，金属在酸中自腐蚀
共轭反应： M ia Mn+ ne
E
Ec0
nH
ne
ic
n 2
H2
Ecorr
电量平衡时：
ia ic icorr，Ecorr
Ea0 icorr
i
外加电流极化时，电量平衡被破坏，阴、阳极之间的电
流差值由外电流来补偿
阴极极化： 阳极极化：
iC= ic- ia iA= ia- ic
氢过电位与腐蚀电 流的关系
含氧酸及络合剂对铜腐蚀 的影响
14
（5）腐蚀控制因素
I Ec0 Ea0
Pa Pc R
腐蚀控制因素：在腐蚀过程中如果某一步骤比较起来阻
力较大，腐蚀控制因素
根据腐蚀电流的表达式已知，Pa，Pc，R在很大程度上 影响I，这些因素都可能成为控制因素。用Ca，Cc，Cr 表示各个因素的控制程度
腐蚀速度不能真实代表原来的自腐蚀速率
I
（a）
a)阴极控制 例：碳钢在 天然水或氯 化物溶液中
的腐蚀
Icorr
I
（b）
b)阳极控制 例：金属或合 金在溶液中的
钝化
Icorr
I
Icorr
I
（c）
（d）
c)混合控制 例：不锈钢或 碳钢在不完全
钝化时
d)欧姆控制 例：地下管线 或土壤中金属 结构的腐蚀
16
3.6 测定腐蚀速率的电化学方法
1 塔菲尔直线法 a b lg i
R外＝0 ， R溶液， R总≠0 ： 实际测量 两极化曲线不会相交
理论上：交点S，对应体系的腐蚀电位Ecorr 和 腐蚀电流Icorr
9
3.5 极化图及其应用
如果只考虑腐蚀过程中阴、阳极极化性能的相对大小 ，忽略电位随电流的变化细节，将极化曲线画成直线 ——伊文思（Evans）极化图。
分析金属电化学腐蚀的控制步骤和机理
4
实测极化曲线与理想极化曲线的关系
E
M ia Mn+ ne
Ec0
Ecorr Ec P
GM
Ea0
nH
ne
ic
n 2
H2
E Ec0 Ea Ecorr
Ea0
FQ
M ia Mn+ ne
N
nH
ne
ic
n 2
H2
iC ia ic
i
ic iA ia
i
iC( EcP)= ic( EcM)- ia( EcG)
如阳极极化较小，阴极反应相 同，则金属平衡电位越负，腐 蚀电流越大
12
（2）极化性能与腐蚀电流的关系
+E Ec0
2 1
Pc1>Pc2
Ea0 I1
I2 I
铝在弱酸中的腐蚀（阳极控制）
I Ec0 Ea0 Pa Pc R
13
（3）过电位与腐蚀速度的 关系
（4）含氧量及络合离子与 腐蚀速度的关系
阳极极化曲线
阴极极化曲线
过电位越大，极化曲线越陡，表明极化程 度越高，电极反应阻力也越大
Ea0
i
实测（表观）极化曲线——外电流与极化电位之间的关系 曲线
理想（真实）极化曲线——在理想电极上得到的极化曲线。 表示的是腐蚀原电池中局部阳极电流密度或局部阴极电流 密度与极化电位之间的关系曲线
2
实测极化曲线与理想极化曲线的比较
金属在极化条件下的行为，如可以解释电偶腐蚀、阳极钝
化和阴极保护的原理。
10
Pa -阳极极化率
Pa
Ea I1
a
I1
Pc-阴极极化率
Pc
Ec I1
c
I1
量纲与电阻相同，表示极化的阻力
极化达到某一稳定电流I1时，两极间的平 衡电位差为
E = Ec0- Ea 0= Ea+ Ec+ Er
= PaI1+ PcI1+I1R
I Ec0 Ea0 Pa Pc R
当R=0
I max
Ec0 Pa
Ea0 Pc
11
（1）电极电位与腐蚀电流的关系
+E Ec0
I Ec0 Ea0 Pa Pc R
+E Ec0
EAg0
Ea0
ECu0
Ec
1
EFe0
Ea
1
I1 I2
I3 I
EZn0
Icorr
I
初始电位差越大，最大 腐蚀电流也越大
腐蚀金属电极：共轭反应 起点：腐蚀体系的混合电
位 容易直接测得，外加电流 试验研究中经常采用
理想电极：单电极反应
起点：电极反应的平衡电 位
难以直接测量
腐蚀过程理论分析——腐 蚀极化图
E
E
Ec0
Ec0
Ecorr
Ecorr
Ea0 icorr
Ea0
i
lgic
lgi
orr
3
实测极化曲线与理想极化曲线的关系
第三章 电化学腐蚀动力学
3.1 极化现象的本质 3.2 极化的原因及类型 3.3 电化学动力学方程 3.4 理想极化曲线与实测极化曲线 3.5 极化图及其应用 3.6 测定腐蚀速率的电化学方法 3.7 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
1
3.4 理想极化曲线与实测极化曲线
E
描述流过电极的电流（密度）与电极电位 Ec0 关系的曲线——极化曲线
iA( EaQ)= ia( EaN)- ic( EaF)
5
实测极化曲线与理想极化曲线的比较
当iC= ic(体系电位达到Ec0)或iA= ia (体系电位达到Ea0)时
，进一步增加阴极极化电流或阳极极化电流，体系将保
持iC= ic或iA= ia 的关系，实测极化曲线与理想极化曲线重
合
用半对数坐标作图，则可以用实测极化曲线外推出理想 极化曲线，并计算金属腐蚀速度：塔菲尔直线外推法
E Ec0
Ecorr
E Ec0
Ecorr
Ea0 icorr
Ea0
i
lgic
lgi
orr
6
极化曲线测量方法
7
8
利用腐蚀原电池自身电流变化进行极化曲线的测量
断路：Ea0、Ec0 接通：R外↓，I ↑
若不极化，R总＝0，I→∞ 极化： R →0 ， I → I max
I ↑，电位差减小
测定腐蚀极化图的装置
Ca
Pa
Pa Pc
R
100%
Ea
Ea Ec
Er
100%
Cc
Pa
Pc Pc
R
100%
Ea
Ec Ec
Er
100%
Cr
Pa
R Pc
R
100%
Ea
Er Ec
Er
100%
15
+E Ec0
+E Ec0
+E Ec0
+E Ec0
Ecorr
Ecorr
Ecorr
IcorrR
Ea0
Ea0
Ea0
Ea0
Icorr