第三講金屬電化學(xué)腐蝕基本理論

1、第三講第三講 金屬電化學(xué)腐蝕金屬電化學(xué)腐蝕原理原理承承 勇勇2016-09-03 鋼鐵生銹銅器生銹銅器表面生成銅綠金屬的腐蝕金屬的腐蝕 金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程。其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程。MneMn+一、金屬的電化學(xué)腐蝕歷程一、金屬的電化學(xué)腐蝕歷程 金屬的腐蝕過程是金屬和周圍介質(zhì)作用轉(zhuǎn)變成金金屬的腐蝕過程是金屬和周圍介質(zhì)作用轉(zhuǎn)變成金屬化合物的過程，實(shí)際上就是金屬和介質(zhì)之間發(fā)生氧屬化合物的過程，實(shí)際上就是金屬和介質(zhì)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)。考察實(shí)際發(fā)生的腐蝕

2、過程發(fā)現(xiàn)，化還原反應(yīng)?？疾鞂?shí)際發(fā)生的腐蝕過程發(fā)現(xiàn)，氧化還氧化還原反應(yīng)原反應(yīng)根據(jù)條件不同，將分別按以下兩種不同的歷程根據(jù)條件不同，將分別按以下兩種不同的歷程進(jìn)行：進(jìn)行：第一節(jié)第一節(jié) 電化學(xué)腐蝕的原理電化學(xué)腐蝕的原理 1、化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 氧化劑氧化劑直接直接與金屬表面的原子碰撞、化合而形成腐與金屬表面的原子碰撞、化合而形成腐蝕產(chǎn)物。即氧化還原在反應(yīng)粒子相碰撞的瞬間直接于相蝕產(chǎn)物。即氧化還原在反應(yīng)粒子相碰撞的瞬間直接于相碰撞的反應(yīng)點(diǎn)上完成。例如金屬鋅在高溫的含氧氣氛中碰撞的反應(yīng)點(diǎn)上完成。例如金屬鋅在高溫的含氧氣氛中的腐蝕。的腐蝕。ZnOOZn221 2、電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 金屬腐蝕的氧化還原反應(yīng)

3、有著金屬腐蝕的氧化還原反應(yīng)有著兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行卻又兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行卻又相對(duì)獨(dú)立的過程相對(duì)獨(dú)立的過程。 金屬放出自由電金屬放出自由電子成為陽離子的子成為陽離子的反應(yīng)稱為反應(yīng)稱為陽極反陽極反應(yīng)應(yīng)。金屬發(fā)生陽。金屬發(fā)生陽極反應(yīng)的表面部極反應(yīng)的表面部位稱為位稱為陽極區(qū)陽極區(qū)。接受電子的反接受電子的反應(yīng)稱為應(yīng)稱為陰極反陰極反應(yīng)。應(yīng)。發(fā)生陰極發(fā)生陰極反應(yīng)的表面部反應(yīng)的表面部位稱為位稱為陰極區(qū)。陰極區(qū)。 金屬金屬鋅在含氧的中性水溶液中的腐蝕鋅在含氧的中性水溶液中的腐蝕 反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)物Zn(OH)2不是由氧分子與鋅原子直接碰不是由氧分子與鋅原子直接碰撞結(jié)合形成的，而是通過了下列步驟：撞結(jié)合形成的，而是通過了下列步驟

4、：陽極反應(yīng)通式：陽極反應(yīng)通式：陰極反應(yīng)通式：陰極反應(yīng)通式：neMMnneDneD化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的干燥氣體（如金屬跟接觸到的干燥氣體（如O2、Cl2、SO2等）或等）或非電解質(zhì)液體（如石油）等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引非電解質(zhì)液體（如石油）等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕：不純的金屬不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，發(fā)生跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，發(fā)生原電池反應(yīng)原電池反應(yīng)而而引起的腐蝕。引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件條件現(xiàn)象現(xiàn)象本質(zhì)本質(zhì)影響影響因素因素聯(lián)系聯(lián)系金屬跟干燥氣體或非金屬跟干燥氣體或非電解質(zhì)液體直接接觸電解質(zhì)液體直接接觸不純金屬或合金不

5、純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸跟電解質(zhì)溶液接觸無電流產(chǎn)生無電流產(chǎn)生有有微弱電流微弱電流產(chǎn)生產(chǎn)生金屬被氧化金屬被氧化較活潑金屬被氧化較活潑金屬被氧化與接觸物質(zhì)的氧化性與接觸物質(zhì)的氧化性及溫度有關(guān)及溫度有關(guān)與電解質(zhì)溶液的酸堿與電解質(zhì)溶液的酸堿性及金屬活性有關(guān)性及金屬活性有關(guān)兩者往往同時(shí)發(fā)生，兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍電化學(xué)腐蝕更普遍鋼鐵在干燥的空氣里長時(shí)間不鋼鐵在干燥的空氣里長時(shí)間不易被腐蝕易被腐蝕, ,但在潮濕的空氣里卻很快但在潮濕的空氣里卻很快被腐蝕被腐蝕, ,這是什么原因呢這是什么原因呢? ? 在潮濕的空氣里在潮濕的空氣里,鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜。鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜。水

6、中溶有水中溶有O2、CO2、SO2等氣體，這樣在等氣體，這樣在鋼鐵表面形成鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液的了一層電解質(zhì)溶液的薄膜薄膜，它它跟鋼鐵里的鐵和少量的跟鋼鐵里的鐵和少量的碳構(gòu)成無數(shù)微小的原電池碳構(gòu)成無數(shù)微小的原電池。鋼鐵的鋼鐵的析氫腐蝕析氫腐蝕示意圖示意圖鋼鐵的鋼鐵的吸氧腐蝕吸氧腐蝕示意圖示意圖鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕的原理：鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕的原理：負(fù)極（負(fù)極（Fe）： Fe-2e- = Fe2+正極（正極（C）：）： 2H+2e- = H2 析氫腐蝕析氫腐蝕或或2H2O+O2+4e- = 4OH- 吸氧腐蝕吸氧腐蝕電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕銅能發(fā)銅能發(fā)生析氫生析氫

7、腐蝕嗎？腐蝕嗎？鋼鐵腐蝕鋼鐵腐蝕析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕條件條件電電極極反反應(yīng)應(yīng)負(fù)極負(fù)極Fe(-)正極正極C(+)總反應(yīng)總反應(yīng)聯(lián)系聯(lián)系水膜呈強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性水膜呈中性中性或弱酸性弱酸性Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2H+2e=H22H+Fe=Fe2+H22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe2O3 nH2O4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3金屬的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主，金屬的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主，電化學(xué)腐蝕又以吸氧腐蝕為主電化學(xué)腐蝕又以吸氧腐蝕為主(pH5.6(pH5.6時(shí)時(shí)) )若若pH5.6pH5.6時(shí)則為析氫腐蝕。

8、時(shí)則為析氫腐蝕。電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕第二節(jié)第二節(jié) 腐蝕電池腐蝕電池腐蝕電池腐蝕電池宏觀腐蝕電池：極性強(qiáng)以用肉眼或不大于10倍放大鏡分辨微觀腐蝕電池：極性無法用肉眼分辨。1、宏觀腐蝕電池、宏觀腐蝕電池 當(dāng)鋅與銅直接接觸或彼此連通當(dāng)鋅與銅直接接觸或彼此連通置于稀鹽酸中，此時(shí)電位較負(fù)的置于稀鹽酸中，此時(shí)電位較負(fù)的鋅為鋅為陽極不斷溶解陽極不斷溶解，即遭受了腐，即遭受了腐蝕；而銅棒上將連續(xù)析出氫氣泡。蝕；而銅棒上將連續(xù)析出氫氣泡。兩個(gè)電極反應(yīng)為：兩個(gè)電極反應(yīng)為： 陽極鋅棒上發(fā)生陽極鋅棒上發(fā)生氧化反應(yīng)使鋅氧化反應(yīng)使鋅原子離子化原子離子化 ： 銅棒上發(fā)生消耗電子的銅棒上發(fā)生消耗電子的去極化去極化反應(yīng)反應(yīng) ：

9、eZnZn22222HeH 2、微電池、微電池 工業(yè)用金屬或合金表面因工業(yè)用金屬或合金表面因電化學(xué)不均一性電化學(xué)不均一性而存在大而存在大量微小的陰極和陽極。它們?cè)陔娊赓|(zhì)溶液中就會(huì)構(gòu)成短量微小的陰極和陽極。它們?cè)陔娊赓|(zhì)溶液中就會(huì)構(gòu)成短路的微電池系統(tǒng)。路的微電池系統(tǒng)。 微電池系統(tǒng)中的電極不僅很小，而且它們的分布以微電池系統(tǒng)中的電極不僅很小，而且它們的分布以及陰、陽極面積比都無一定規(guī)律。及陰、陽極面積比都無一定規(guī)律。如下圖所示：含雜質(zhì)鉛的鋅在硫酸中的微電池腐蝕如下圖所示：含雜質(zhì)鉛的鋅在硫酸中的微電池腐蝕CuCuFe+H+H- -2e2e2H O2H O2CO2SO2O2O2+Fe銅板上的鐵鉚釘為什么

10、特別容易生銹？銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？這是活動(dòng)性較強(qiáng)的鐵作正極,銅作負(fù)極,形成原電池 ，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。鐵與銅都能導(dǎo)電,且兩者的金屬活動(dòng)性有較大的差別,當(dāng)兩者之間存在電解質(zhì)(能使電子或電荷自由移動(dòng),充當(dāng)導(dǎo)線),鐵銹的組成鐵銹的組成鐵在酸性介質(zhì)中只能氧化成二價(jià)鐵：Fe Fe2+ + e二價(jià)鐵被空氣中的氧氣氧化成三價(jià)鐵，三價(jià)鐵在水溶液中生成Fe(OH)3 沉淀， Fe(OH)3 又可能部分失水生成Fe2O3。所以鐵銹是一個(gè)由Fe、Fe2、Fe(OH)3、Fe2O3 等化合物組成的疏松的混雜物質(zhì)。 構(gòu)成金屬或合金表面電化學(xué)不均一性的主要原因如下：構(gòu)成金屬或合金表面電化學(xué)不均一性的主

11、要原因如下：表面膜不完整物理狀態(tài)不均一組織結(jié)構(gòu)不均一化學(xué)成分不均一化學(xué)不均一性電 綜上所述，腐蝕電池實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)綜上所述，腐蝕電池實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)短路的原電池短路的原電池。宏觀腐蝕電池和微電池僅僅在形式上有區(qū)別，工作原理完宏觀腐蝕電池和微電池僅僅在形式上有區(qū)別，工作原理完全相同。它們都是由全相同。它們都是由陽極過程、陰極過程和電流流動(dòng)陽極過程、陰極過程和電流流動(dòng)三個(gè)三個(gè)相互聯(lián)系的環(huán)節(jié)構(gòu)成的，三個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可。如果其中相互聯(lián)系的環(huán)節(jié)構(gòu)成的，三個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可。如果其中某某個(gè)環(huán)節(jié)受到阻滯，則整個(gè)腐蝕過程就會(huì)緩慢或完全停止個(gè)環(huán)節(jié)受到阻滯，則整個(gè)腐蝕過程就會(huì)緩慢或完全停止。原理：原理：形成原電池時(shí)，讓形成原電池時(shí)，讓被保護(hù)金屬被保護(hù)金屬作作正極正極( (陰極陰極) )，不反應(yīng)受到保護(hù)；而，不反應(yīng)受到保護(hù)；而活潑金活潑金屬屬作作負(fù)極負(fù)極( (陽極陽極) )，反應(yīng)受到腐蝕。，反應(yīng)受到腐蝕。1.1.犧牲陽極的陰極保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法第三第三節(jié)節(jié) 金屬金屬的電化學(xué)防護(hù)的電化學(xué)防護(hù) 鋅塊鋅塊將被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備（如鋼閘門）做陰極，用惰性電極做輔助陽極，在外加直流電作用下，電子被迫流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面的腐蝕電流降至零或接近等于零。輔助陽極輔助陽極（不溶性）（