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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極電位向正方向偏移，稱為陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極極化的原因（1）（1)在腐蝕電池中陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極電位就會(huì)向正的方向移動(dòng)。這一過程是由于陽(yáng)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(yáng)極表面溶解下來的金屬離子，聚集在陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極過程的電子溶解的速度，結(jié)果使陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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