第一章-2-陰極保護(hù)原理-金屬腐蝕與極化的關(guān)系

1、1地下管道的腐蝕與防護(hù) (一)第一章 陰極保護(hù)原理腐蝕速度與極化的關(guān)系腐蝕速度與極化的關(guān)系補(bǔ)充內(nèi)容2關(guān)于電化學(xué)腐蝕速度與極化的關(guān)系的補(bǔ)充內(nèi)容3一、金屬的電化學(xué)腐蝕速度 （1） 在生產(chǎn)實(shí)踐中不僅要了解是否會(huì)發(fā)生腐蝕，更重要的是要知道金屬的腐蝕速度。以便采取相應(yīng)的防腐蝕措施。4 從電化學(xué)腐蝕的過程可以看出作為陽極的金屬離子溶解得越多，它失去的電子越多，腐蝕就越厲害。 5 金屬的腐蝕量W（克）可以根據(jù)法拉第定律計(jì)算：6腐蝕速度v 是指單位時(shí)間內(nèi)，單位面積上損失的金屬質(zhì)量，單位為g/m2 . h。式中：S陽極的金屬面積，m2 ；7上式表明對(duì)于某一金屬，公式中的A、F和n都是定值。故可以用電流密度i=I

2、/S的大小來衡量金屬腐蝕速度的大小。凡是能降低腐蝕電流I的因素，都能減緩腐蝕。8金屬管道的腐蝕速度也可常以腐蝕深度指標(biāo)來表示，以便判斷孔蝕的嚴(yán)重程度。9 根據(jù)金屬年腐蝕深度的不同，可將金屬的耐腐蝕性分為十級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表5-2-1）和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表5-2-2）。1011二、極化 1. 極化作用 （1） 對(duì)于腐蝕原電池，由兩電極的初始電極電位及電極的總電阻；再按歐姆定律計(jì)算出電流；再按上式換算成腐蝕速度后，往往要比實(shí)際情況大數(shù)十倍。12 顯然，這是因?yàn)閮呻姌O接通后,由于電極電位的偏移，使兩極之間的電位差明顯減小了的緣故。人們將腐蝕電池有電流通過之后，所引起電極電位偏移（降低、減小）的現(xiàn)象稱為極化作用.1

3、3例如將銅片和鋅片浸人3%的NaCI溶液中構(gòu)成原電池。并用導(dǎo)線將一個(gè)電流表串接在此電路中。可以發(fā)硯：在接通電路的瞬間，電流表所指示的電流很大，約為33 mA。14 然后，電流表指示的電流值逐漸減小，最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，約0.84mA。鋅電極（陽極）的電位逐漸變正（由其初始電位-1.053V變?yōu)?1.047V）,銅電極（負(fù)極）電位逐衡變負(fù)（由其初始電位-0.184V變?yōu)?1.025V）。15 結(jié)果使陰極、陽之間的電位差由一開始的-0.787V減小為+0.022，從而使原電池的電流強(qiáng)度明顯減小。16 上述現(xiàn)象就是極化現(xiàn)象。極化作用（現(xiàn)象）大大阻滯了腐蝕原電池的工作，使腐蝕電流降低。從而減緩了電化學(xué)

4、腐蝕速度。如果沒有極化作用，電化學(xué)腐蝕速度將會(huì)增加幾十倍或幾百倍。依此，陰極保護(hù)的目的就是要使作為陰極的管道盡可能地達(dá)到它的極化條件。17腐蝕原電池在電路接通后，電流流過電極時(shí)，電位偏離初始電位的現(xiàn)象稱為極化。陽極電位向正方向偏移，稱為陽極極化；陰極電位向負(fù)方向偏移，稱為陰極極化。18極化電勢(shì)值表示在相應(yīng)的電流密度下的電位(勢(shì))Ei 對(duì)其平衡電位(勢(shì))Ee之差；或穩(wěn)定電位Ei=0 (平衡體系）之差。 或 eiEEE0iiEEE19 研究表明，極化現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是腐蝕電池的電極反應(yīng)過程出現(xiàn)了某些障礙。根據(jù)受障礙的反應(yīng)步驟不同，可將電極極化的原因分為三種情況：電化學(xué)極化（活化極化）、濃度極化、電阻極化

5、。無論陽極還是陰極的極化都是這三種情況中的一種或共同引起的。201）產(chǎn)生陽極極化的原因（1）（1)在腐蝕電池中陽極過程是金屬失去電子而溶解成為水化離子的過程如果金屬離子進(jìn)入溶液的速度比電子跑到陰極的速度慢。就會(huì)破壞雙電層的平衡，陽極表面就會(huì)積累正電電荷。21所以，原來電極電位較負(fù)的陽極電位就會(huì)向正的方向移動(dòng)。這一過程是由于陽極的電化學(xué)反應(yīng)變得緩慢而引起的，稱為電化學(xué)極化或活化極化。22 (2) 陽極表面溶解下來的金屬離子，聚集在陽極的附近，不易擴(kuò)散到陰極附近。由于正離子的濃度的增加，陽極的電位必然往正的方向移動(dòng)。這一過程是由于物質(zhì)傳遞太慢引起的極化，稱為濃度極化。23 (3)金屬表面生成的保護(hù)

6、膜會(huì)阻滯陽極過程的電子溶解的速度，結(jié)果使陽極的電位向正的方向移動(dòng)。這一過理是由于電池系統(tǒng)的電阻增加面引起的稱為電阻極化。24 綜上所述可知導(dǎo)致陽極極化的原因有三種。但對(duì)于具體腐蝕體系，這三種原因不一定同時(shí)出現(xiàn)或者雖然同時(shí)出現(xiàn)，但每個(gè)原因的影響程度有所不同。25 （1)腐蝕電池的陰極過程是得到電子的過程，如果從陽極傳遞過來的電子不能及時(shí)與陰極附近能接受電子的物質(zhì)相結(jié)合，就會(huì)使得陰極上有較多的負(fù)電荷積累，結(jié)果使陰電位向負(fù)的方向移動(dòng)（電化學(xué)極化）。26 (2）由于陰附近反應(yīng)物；或反應(yīng)生成物擴(kuò)散較慢而引起。如氫離子（反應(yīng)物）到達(dá)陰極不夠迅速，或陰極的反應(yīng)產(chǎn)物OH- 離子、H2等擴(kuò)散速度延緩阻止了陰極過

7、程的進(jìn)行，而使陰極電位向負(fù)的方向移動(dòng)，這就是濃度極化。27 消除或減弱引起電極極化的因素，促使電極反應(yīng)過程加速進(jìn)行，習(xí)慣上稱為去極化作用。例如上述濃度極化的情況下攪拌溶液以加速反應(yīng)物或生成物的運(yùn)移；加入某種溶劑從陽極表面除去生成的保護(hù)膜，以加速金屬溶解等。顯然，去極化作用將會(huì)導(dǎo)致金屬腐蝕速度的增加。28能消除或減弱極化作用的物質(zhì)稱為去極化劑。最常見的去極化加是H+和O2。金屬腐蝕過程中H+ 和O2 參與陰極反應(yīng)，得到電子而后生成H+ 和OH-。29陰極反應(yīng)分別為:30 一般，H+ 和O2濃度的增加會(huì)使腐蝕速度上升，引起去極化作用。由H+ 和O2 參加的腐蝕過程常被稱為氫去極化腐蝕；或氧去極化成腐蝕。31 電極電位與極化