(最新整理)電化學在金屬防腐蝕中的應用

1、(完整)電化學在金屬防腐蝕中的應用(完整)電化學在金屬防腐蝕中的應用 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)電化學在金屬防腐蝕中的應用）的內(nèi)容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為(完整)電化學在金屬防腐蝕中的應用的全部內(nèi)容。 9應用電化學結課論文電化學在金屬防腐蝕中的應用化工132班李旭2013012

2、059摘要: 金屬與環(huán)境組分發(fā)生化學反應而引起的表面破壞被稱為金屬腐蝕.據(jù)統(tǒng)計,全世界現(xiàn)存的鋼鐵及金屬設備大約每年腐蝕率為10%，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元。世界各發(fā)達國家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟損失約占其國民生產(chǎn)總值3.5%4。2，超過每年各項大災（火災、風災及地震等）損失的總和.有人甚至估計每年全世界腐蝕報廢和損耗的金屬約為1億噸！而國每年腐蝕掉不能回收利用的鋼鐵達100多噸，大致相當于寶山鋼鐵廠一年的產(chǎn)量，腐蝕損失為洪水、火災、颶風、和地震等自然災害綜合損失的六倍，但人們往往很難意識到這種分散的、日積月累的、不知不覺中發(fā)生的腐蝕破壞的嚴重性。所以研究金屬腐蝕和防護具有重要

3、意義. 關鍵詞: 金屬 腐蝕與防護 電化學保護法1、 基本原理：（一)金屬材料的腐蝕機理1、金屬腐蝕的分類 按照金屬的腐蝕機理的不同，可以將金屬腐蝕分為三類：一是化學腐蝕，二是電化學腐蝕，三是物理腐蝕。2、 金屬電化學腐蝕的機理（1)電化學腐蝕原因 金屬的電化學腐蝕往往由于表面不同部位存在電位差而引起的，不同部位構成電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)，從而發(fā)生開路條件下的電化學反應。金屬表面存在電位差的原因有：金屬表面化學成分不均勻，雜質(zhì)成分與金屬本身的電位不同;金屬組織不均勻,多相金屬材料中晶界的電位通常比晶粒負，多相合金中不同相的電位各不相同；金屬的物理狀態(tài)不均勻，金屬在加工過程中各部分所受的應力和形變

4、不同，通常應力和形變大的部位具有較負的電位；金屬表面鈍化膜或涂層不完整。由于這些原因,一旦金屬與電解質(zhì)溶液接觸或表面潮濕時，就會發(fā)生電化學反應。（2） 電化學腐蝕機理 是金屬與介質(zhì)之間發(fā)生電化學作用而引起的破壞。反應過程同時有陽極失去電子的陽極反應,陰極獲得電子的陰極反應以及電子的流動（電流),其歷程服從電化學動力學的基本規(guī)律。絕大多數(shù)情況下,由于金屬表面組織結構不均勻，上述的一對電化學反應分別在金屬表面的不同區(qū)域進行在。例如當把碳鋼放在稀鹽酸中時，在鋼表面鐵素體處進行的是陽極反應(即fefe2+2e-），而在鋼表面碳化鐵處進行的則是陰極去極化反應（即2h+2e-h2）.與這一對電化學反應進行

5、的同時,則有電子不斷地從鐵素體流向碳化鐵。我們把發(fā)生陽極反應的區(qū)域叫做陽極區(qū),鐵素體是陽極;把發(fā)生陰極反應的區(qū)域叫做陰極區(qū)，碳化鐵是陰極;而在陽極與陰極之間不斷地有電子流動.這種情況和電池的工作情況極為類似，只不過這里的陽極（鐵）和陰極（碳化鐵)的數(shù)目極多，面積極小，靠的極近而已,所以通常稱它為腐蝕微電池.金屬的電化學腐蝕之所以采取腐蝕微電池的形式，一方面是由于金屬表面存在著各種各樣的電化學不均勻性，為電化學反應的空間分離準備了客觀條件;另一方面則是由于這兩個反應分地區(qū)進行時遇到的阻力較小，因而在能量消耗上對反應的進行有利.但是從防止和減少腐蝕的觀點看,這當然是不利的，我們應當設法盡量減少或消

6、除金屬表面的電化學不均勻性。電化學腐蝕又根據(jù)其電解質(zhì)溶液酸堿度的不同分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。 a、析氫腐蝕:(腐蝕過程中有氫氣放出） 腐蝕過程中的陰極上有氫氣析出的腐蝕.它常發(fā)生在酸洗或用酸浸蝕某種較活潑金屬的加工過程中.fe作為腐蝕電池的陽極,鋼鐵中較fe不活潑的其他雜質(zhì)作陰極,h+在陰極上獲得電子發(fā)生還原反應.反應方程式如下: 陽極（fe)：fe2e-=fe2+ 陰極(雜質(zhì)）：2h+十2e=h2（g） 總反應:fe十2h+=fe2+h2(g) b、吸氧腐蝕（腐蝕過程中消耗氧) 在腐蝕過程中溶解于水膜中的氧氣在陰極上得到電子被還原生成oh-的腐蝕。它常常是在中性、堿性或弱酸性的介質(zhì)中發(fā)生的。

7、大氣中鋼鐵等金屬的腐蝕主要形式是吸氧腐蝕。反應方程式如下： 陽極(fe）：fe-2e=fe2+ 陰極（雜質(zhì)):o2十2h20十4e-=40h- 總反應：2fe十o2十2h20=2fe（oh）2 fe(0h)2將進一步被o2所氧化，生成fe(oh)3并部分脫水為疏松的鐵銹. 4fe(oh）2十o2十2h20=4fe（oh）3=fe203xh20(鐵銹） 析氫腐蝕的水膜常呈酸性,而吸氧腐蝕水膜呈中性或酸性很弱或堿性。通常兩種腐蝕同時存在,但后者更為普遍,吸氧腐蝕比析氫腐蝕嚴重得多。 （二）金屬電化學腐蝕的防護 金屬的防腐蝕過程目前分為三大類:金屬的陽極保護；金屬的陰極保護;以及金屬表面的非金屬涂裝

8、保護。金屬的陽極保護是指在某種金屬表面鍍覆一種電極電位較低的金屬材料,在腐蝕環(huán)境中電位較低的金屬材料首先被腐蝕而起到一種保護作用（如:鋼鐵表面鍍覆金屬鋅）;金屬的陰極保護是指在金屬表面鍍覆一種電位較高的耐腐蝕金屬材料，在腐蝕環(huán)境中將低電位金屬完全包覆，把低電位金屬與腐蝕性物質(zhì)隔絕開來（如:鋼鐵表面鍍銅）；1、陰極保護 陰極保護是在被保護的金屬表面通入足夠大的陰極電流，使其電位變負，從而抑制金屬表面上腐蝕電池陽極的溶解速度。未進行陰極保護時，金屬m以腐蝕電位ecr、腐蝕電流icr被腐蝕,加入陰極電流后，發(fā)生陰極極化的結果使得金屬的電位從ecr移至ec，此時總的陰極極化電流由兩部分組成，一部分是由

9、腐蝕電池形成的,另一部分是外加的。此時腐蝕仍然沒有完全停止下來,只不過腐蝕速度變小了。當外加電流足夠大，使金屬的電位移至ee，a，即金屬m的平衡電位時，腐蝕電流變?yōu)榱?，腐蝕完全被抑制。使金屬完全得到保護的最小電流密度稱為最小保護電流密度，相應的電位稱為最小保護電位。陰極保護的電位不是越負越好，過負的陰極電位對腐蝕控制無實際意義,同時也會浪費電源，還可能會引起氫脆腐蝕。1 在被保護的金屬表面注入陰極電流，根據(jù)電流的來源分為犧牲陽極法和外加電流法兩種方法。 a、 犧牲陽極保護法 這種方法是在需保護的金屬裝備和另一種當做溶解陽極的金屬之間安裝一電解裝置,利用金屬的溶解提供陰極電流，被選作犧牲陽極的金

10、屬一般是鋅合金、鋁合金、鎂合金等，其重要的性質(zhì)是能夠以相對于被保護金屬而言更負的電位，且以相對均勻的速度被腐蝕溶解，以提供平穩(wěn)的保護電流。由于作為犧牲陽極的金屬的腐蝕溶解，可以使被保護金屬的陽極電位移向更負的位置，當兩種金屬的平衡電位相同時,輔助金屬相當于陽極，而被保護的金屬變成了陰極。很明顯，此時整個金屬溶解速度會增大，但溶解的是被用作“犧牲的輔助金屬,被保護金屬的溶解速度大大降低。在20世紀60年代及70年代初期，船殼的保護大部分是犧牲陽極的陰極保護法.b、外加電流保護法 這種方法是用靠外部電源提供陰極電流，這時的陽極材料選用鋼鐵、石墨、高硅鑄鐵、鉛銀（2%)合金、鍍鉑的鈦等,稱為輔助陽極

11、。這是一種應用更廣泛的陰極保護法。采用外加電流的陰極保護系統(tǒng)，可以得到較大的保護電流，所以這種系統(tǒng)對于高電阻和低電阻的介質(zhì)都適用,它主要是用來保護有隔離涂層的很長的金屬結構.它的優(yōu)點在于保護電流容易調(diào)整,因而就有可能根據(jù)保護狀態(tài)的變化而隨時保持所需要的保護電位。采用這種保護方法時，應當注意到，由于外加電流的作用，任何靠近被保護結構的金屬構件，都可以看作為低電阻的導體,而遭到嚴重腐蝕。 2、陽極電保護 （適用有鈍化曲線的金屬） 陽極保護法是在被保護金屬表面通入足夠大的陽極電流，使電位變正進入鈍化區(qū)、腐蝕速度大大降低的方法.從熱力學和動力學上講，任何金屬都具有一個可使金屬處于鈍化狀態(tài)的電位，陽極保

12、護就是創(chuàng)造條件使金屬表面維持一穩(wěn)定的鈍化膜。金屬從活化腐蝕溶解狀態(tài)到鈍化的轉變過程稱為鈍化過程，一些重要的結構材料均具有鈍化轉變行為,右圖是利用控制電位法得到的金屬的陽極極化曲線，可以將曲線分成四個區(qū)。 a、活化區(qū) 這一區(qū)域金屬正常溶解，其腐蝕電位和腐蝕電流分別為（ecorr）1和（icorr)1 b、鈍化過渡區(qū) 在這一區(qū)域隨著電位正移，金屬溶解速度反而下降，稱為鈍化過渡區(qū).金屬開始發(fā)生鈍化的電位為臨界鈍化電位(epass）. c、鈍化區(qū) 當應用陽極保護時，所加陽極電流足夠大時，達到金屬的致鈍電流密度時,會使金屬表面發(fā)生鈍化，電流下降至（icorr）2，即ipass，這時金屬處于穩(wěn)定的狀態(tài)，此

13、時的金屬溶解與電位無關，這一時期也稱為穩(wěn)定鈍化區(qū)。 d、過鈍化區(qū) 在鈍化區(qū)以上，金屬溶解的電流又隨電位的升高而增加。可以看出陽極保護系一般包括以下幾個主要部分.a、 陽極被保護金屬；b、 輔助陰極，與外接直流電源相連,與保護金屬陽極、設備內(nèi)的介質(zhì)一起構成電流回路，使得電流可以在回路中流通。c、 電源，提供陽極保護電流。用于金屬致鈍,一般用可調(diào)式的直流電源。d、 參比電極，實際上可以將參比電極看成是獲得電位信號的傳感器，常用的參比電極主要為金屬/難溶鹽電極、金屬/氧化物電極或金屬電極，要根據(jù)具體的介質(zhì)性質(zhì)和防護體系選擇參比電極.陽極保護主要用于一些貯罐、塔設備、換熱器等的腐蝕防護，下圖是應用陽極

14、保護的兩個例子。對濃硫酸貯罐的陽極保護常用的輔助電極有鍍鉑電極、高硅鑄鐵、銀等，對稀硫酸可用鋁青銅、石墨等。致鈍是實施陽極保護的第一步，金屬致鈍后，會使被保護金屬表面在與腐蝕介質(zhì)接觸后的電流密度高于體系的致鈍電流密度，使金屬轉入鈍化狀態(tài)。為使金屬快速進入鈍化區(qū)，減少在活化區(qū)的溶解腐蝕損失，可增大局部表面電流密度使整個金屬表面逐步實現(xiàn)鈍化,或設法降低體系的致鈍電流密度,如低溫致鈍、化學致鈍、脈沖致鈍等.2、 現(xiàn)狀及發(fā)展前景 金屬的電化學腐蝕和腐蝕的電化學控制，目前基本上還建立在唯象理論基礎上，腐蝕理論和技術上的突破將主要依賴金屬等材料界面電化學分子水平的研究。當前的研究主要包括：在復雜的宏觀體系

15、中基元腐蝕過程及其相互作用的理論模型;決定體系使用壽命的參數(shù)及壽命預測；對重要技術設備腐蝕實施監(jiān)控的傳感器技術;應用于腐蝕保護的新電極材料；耐腐蝕新材料的開發(fā);金屬鈍化膜的成分、晶體結構及電子性質(zhì),鈍化膜局部破壞和金屬局部腐蝕的理論模型、統(tǒng)計處理及原位微區(qū)測試技術；金屬表面耐蝕處理的技術和理論；緩蝕劑電化學行為的分子水平研究。 隨著陰極保護技術的普及，對于犧牲陽極來說，人們對此有了更加深刻的認識。目前，犧牲陽極的實用配方已經(jīng)基本定型和標準化，但開發(fā)高效、耐用、經(jīng)濟的犧牲陽極則成為犧牲陽極材料的發(fā)展方向，其中又以鋁合金陽極的性能研究及開發(fā)最為突出現(xiàn)在研究的高效鋁陽極開路電位已達1。4v,電流效率

16、95以上，而且還開發(fā)研制了用于海泥的al-zn-in系及alzn-insi系合金犧牲陽極和alap3以上.在犧牲陽極機理研究方面，對于鋁合金陽極中hg、in等元素的活化作用機理，鋁基犧牲陽極的溶解過程和負差異效應，zn陽極晶間腐蝕的原因和對策以及 探索用錯誤！超鏈接引用無效。純原料代替高純原料制造犧牲陽極等方面都有不同進展。生產(chǎn)工藝成型方面,通過對鑄造過程中的熱處理和改變陽極的常規(guī)形狀，以提高電化學效率及改變原來單調(diào)的外形,滿足陰極保護多樣化的發(fā)展。比如，用錯誤！超鏈接引用無效。線的手鐲式陽極、用于保護錯誤！超鏈接引用無效.線的帶狀陽極及小尺寸的棒狀陽極。 除了犧牲陽極保護陰極以外,外加電流陰

17、極保護也有發(fā)展很好的前景。外加電流中使用的輔助陽極材料，由最普通的石墨和高硅鑄鐵發(fā)展到鍍鉑鈦、鍍鉛銀陽極，陽極形式也在硅發(fā)生變化。對混凝土鋼筋可實行陰極保護，可用導電混凝土、柔性陽極、網(wǎng)狀輔助陽極。參比電極的精度及使用壽命關系到參比電極的好壞，長效參比電極的發(fā)展及高純鎂電極和鉬-氧化鉬電極都得到了應用。 電化學陰極保護在海水及土壤環(huán)境中，如艦艇、鋼結構物、油氣輸送錯誤！超鏈接引用無效。道等方面,基本上還采用經(jīng)典或半經(jīng)驗性的設計方法，今后在計算機輔助設計、優(yōu)化設計和監(jiān)測技術等方面會有較大的發(fā)展。隨著腐蝕電化學研究方法的不斷更新，以及其他交叉學科的不斷進步，在材料保護和防腐方面會有更進一步的發(fā)展。3、 存在問題及解決思路近年來金屬防腐蝕科學技術的高速發(fā)展，大大減少了金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失，但金屬腐蝕問題需從根本上予以解決，我們通常采取的防腐蝕措施只能盡量減少金屬腐蝕卻不能不使其發(fā)生。防止金屬的腐蝕,要解決的主要問題是使金屬不被氧化。從金屬腐蝕的化學反應原理、腐蝕的類型等方面來看，確定金屬防護方法的思路：一是改變金屬的內(nèi)部結構，使金屬性質(zhì)改變，增強其本身的抗腐蝕能力，成為耐腐蝕金屬；二是使金屬與化學物質(zhì)相互隔離.因此解決金屬腐蝕問題最重要的措施之一是改進材料，生產(chǎn)制造既無腐蝕性又具有較低成本且有金屬的各種優(yōu)良特性的材料.雖然我們不能阻止金屬回歸至