黃卿_電化學(xué)腐蝕論文

1、電化學(xué)腐蝕原理和現(xiàn)實生產(chǎn)生活上的應(yīng)用材料化學(xué)一班 黃卿 201040730112摘要：腐蝕現(xiàn)象都是由于金屬與一種電解質(zhì)（水溶液或熔鹽）接觸，因此有可能在金屬電解質(zhì)界面發(fā)生陽極溶解過程（氧化）。這時如果界面上有相應(yīng)的陰極還原過程配合，則電解質(zhì)起離子導(dǎo)體的作用，金屬本身則為電子導(dǎo)體，因此就構(gòu)成了一種自發(fā)電池，使金屬的陽極溶解持續(xù)進行，產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：電化學(xué)腐蝕原理 晶間腐蝕 均勻腐蝕 應(yīng)力腐蝕 防護與應(yīng)用 鍍層 陽極保護Summary: Decay phenomena to all contact a kind of electrolyte(aqueous solution or Rong

2、salt) because of metal, therefore probably take place in metal/electrolyte interface anode deliquescence process.(oxidize)At this time if there is homologous cathode on the interface restoring a process match, the electrolyte then contains the function of ion conductor, metal then is electronics con

3、ductor, therefore constituted a kind of self-moving battery, make the metal anode deliquescence keeps on carrying on, the creation decays a phenomenon.Keyword:Give or get an electric shock chemistry corrosion principle the crystal decay the even corrosion decays protection and application to plate 1

4、 F in response to the dint anode protection引言：隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人民生活水平的提高，金屬的使用在日常生活中應(yīng)用的越來越普遍，由金屬腐蝕所帶來的損失也越來越嚴(yán)重，這樣研究金屬的腐蝕與防護便顯得非常的重要，本論文主要綜合講述了金屬的電化學(xué)腐蝕的基本原理和分類，以及討論了有關(guān)現(xiàn)實生產(chǎn)生活中具體的防護措施，以更好的指導(dǎo)現(xiàn)實實踐。 一、 電化學(xué)腐蝕原理金屬表面由于外界介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而造成的變質(zhì)及損壞的現(xiàn)象或過程稱為腐蝕。介質(zhì)中被還原物質(zhì)的粒子在與金屬表面碰撞時取得金屬原子的價電子而被還原，與失去價電子的被氧化的金屬“就地”形成腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表

5、面上，這樣一種腐蝕過程稱為化學(xué)腐蝕。由于金屬是電子的良導(dǎo)體，如果介質(zhì)是離子導(dǎo)體的話，金屬被氧化與介質(zhì)中被還原的物質(zhì)獲得電子這兩個過程可以同時在金屬表面的不同部位進行。金屬被氧化成為正價離子（包括配合離子）進入介質(zhì)或成為難溶化合物（一般是金屬的氧化物或含水氧化物或金屬鹽）留在金屬表面。這個過程是一個電極反應(yīng)過程，叫做陽極反應(yīng)過程。被氧化的金屬所失去的電子通過作為電子良導(dǎo)體的金屬材料本身流向金屬表面的另一部位，在那里由介質(zhì)中被還原的物質(zhì)所接受，使它的價態(tài)降低，這是陰極反應(yīng)過程。在金屬腐蝕學(xué)中，習(xí)慣地把介質(zhì)中接受金屬材料中的電子而被還原的物質(zhì)叫做去極化劑。經(jīng)這種途徑進行的腐蝕過程，稱為電化學(xué)腐蝕。在

6、腐蝕作用中最為嚴(yán)重的是電化學(xué)腐蝕，它只有在介質(zhì)中是離子導(dǎo)體時才能發(fā)生。即便是純水，也具有離子導(dǎo)體的性質(zhì)。在水溶液中的腐蝕，最常見的去極化劑是溶于水中的氧(O2)。例如在常溫下的中性溶液中，鋼鐵的腐蝕一般是以氧為去極化劑進行的：如果氧供應(yīng)充分的話，F(xiàn)e(OH)2：還會逐步被氧化成含水的四氧化三鐵Fe3O4·mH2O和含水的三氧化二鐵Fe2O3·nH2O。鋼鐵在大氣中生銹，就是一個以O(shè)2為去極化劑的電化學(xué)腐蝕過程，直接與金屬表面接觸的離子導(dǎo)體介質(zhì)是凝聚在金屬表面上的水膜，而最后形成的鐵銹是成分很復(fù)雜的鐵的含水氧化物，有時還有一些含水的鐵鹽。一般氧最易到達鐵銹的最外層，其中鐵是三

7、價；鐵銹最里層，鐵是二價；中間層有可能是含水的四氧化三鐵。在水溶液中電化學(xué)腐蝕過程的另一個重要的去極化劑是H+。在常溫下，對鐵而言，在酸性溶液中可以以H十離子為去極化劑而腐蝕，其過程是：陽極： Fe-Fe2+ +2e 陰極： 2H+2eH2 總的反應(yīng)： Fe+2H+Fe2+H2故此時腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物是氫氣和留在溶液中的二價鐵離子。除了氧和氫離子這兩種主要的去極化劑外，在水溶液中往往還有由其他物質(zhì)作為去極化劑引起的電化學(xué)腐蝕。例如在酸性溶液中有+3價的Fe3+ 離子時，它可以作為電化學(xué)腐蝕過程的去極化劑而還原成為+2價的亞鐵離子Fe2+ ： Fe3+e Fe2+ 在用酸清洗鋼鐵表面的鐵銹，即所謂“酸

8、洗”時，銹層溶于酸中，形成一定量的Fe3+離子和Fe2+離子。Fe3+ 離子就可以作為去極化劑使鋼鐵腐蝕。如果酸液面上有空氣，F(xiàn)e2+ 離子可以在液面附近被空氣中的O2氧化成Fe3+，成為去極化劑。這就形成了一循環(huán)過程：Fe3+ 離子在鋼鐵表面作為去極化劑還原成 Fe2+ 離子，再到液面附近被O2氧化成Fe3+ 離子，繼續(xù)作為去極化劑使鋼鐵腐蝕起著“氧的輸送者”的作用。雖然溶解在溶液中的氧本身就是有效的去極化劑，但由于常溫壓下O2在水溶液中的溶解度很小，由其去極化而引起的腐蝕速度是不大的。有“氧的輸送者”存在時，腐蝕速度就會大大增加。CorrosionCorrosion is the unde

9、sirable oxidation of a metal. A familiar example of corrosion is the rusting of iron. Iron metal is oxidized to Fe2+ by oxygen. The Fe2+ is then further oxidized to Fe3+ in a hydrated form of Fe2O3, what we know as rust.To undergo these oxidation-reduction reactions, iron must be in contact with oxy

10、gen and water. Corrosion of iron can be prevented by coating it with paint or with another metal such as tin or zinc. Coating with paint or with a less readily oxidized metal such as tin protects the iron simply by preventing oxygen and water from reaching the iron surface. If such a coating is dama

11、ged and the iron is exposed, corrosion of iron will occur in the exposed area. Some metals create their own sealant by oxidation. Aluminum, for example, oxidizes fairly readily. E°red = - 1.66 VCoating iron with a more easily oxidized metal such as zinc, also prevents oxygen and water from reac

12、hing the iron surface. But unlike tin, zinc protects the iron even if the zinc coating is damaged. It does so by making the iron serve as the cathode in an voltaic cell. When the zinc coating is damaged and iron is exposed, the zinc itself is oxidized rather than the iron.   E°red = -

13、 0.44 V  E°red = - 0.76 V Iron, with the more positive (less negative) E°red is more easily reduced and therefore, less easily oxidized. Zinc will be oxidized, serving as the sacrificial anode. This type of corrosionprevention is called cathodicprotection. One of the many us

14、es of cathodic protection is to prevent corrosion of underground pipes and storage tanksmany of which are iron. A more easily oxidized metal is placed in electrical contact with the object to be protected by an insulated copper wire. The iron object becomes the cathode (and the more easily oxidized

15、metal the sacrificial anode) in a voltaic cell. Oxidation eventually consumes the sacrificial anode, and it must be replaced periodically. 二、電化學(xué)腐蝕的分類上述金屬腐蝕現(xiàn)象，都是假定陽極和陰極反應(yīng)是在金屬表面相同的位置發(fā)生的，這樣引起的金屬腐蝕是均勻的，稱為均勻腐蝕，見圖6.1 (a)。實際上，金屬中總是或多或少含有雜質(zhì)，是不均勻的。有些金屬中還有目的地加入其他成分以改善其機械性能或耐腐蝕性，例如合金，但也因此引進了一定程度的不均勻性。有些金屬構(gòu)件在加工

16、過程中產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，同樣造成不均勻性。另外，腐蝕介質(zhì)也可能因濃度差等原因產(chǎn)生局部的不均一性。這種金屬溶液界面的不均一性是產(chǎn)生局部腐蝕的原因。局部腐蝕的危害比均勻腐蝕要嚴(yán)重得多，因為金屬腐蝕的陽極反應(yīng)和共扼陰極反應(yīng)，由于金屬溶液界面的不均一而產(chǎn)生了空間分離，陽極反應(yīng)往往在極小的局部范圍內(nèi)發(fā)生，此時總的陽極溶解速率雖然仍舊等于總的共扼陰極反應(yīng)速率，但是陰極電流密度（單位面積內(nèi)的反應(yīng)速率）卻大大增加了，即局部的腐蝕強度大大加劇了。例如一根均勻腐蝕的鐵管可以連續(xù)使用很長時間而無大礙，但如局部腐穿就只能報廢。典型的局部腐蝕有孔蝕（見圖6.1(b)）、晶間腐蝕見圖6.1(c)、脫成分腐蝕、沖蝕（見圖(e)

17、）和應(yīng)力腐蝕破裂 見圖(d)等。（a）均勻腐蝕全面腐蝕 （b）孔蝕（c）晶間腐蝕 （d）應(yīng)力腐蝕破裂孔蝕是在材料表面，形成直徑小于1mm并向板厚方向發(fā)展的孔。介質(zhì)發(fā)生泄漏，大多是孔蝕造成的，而且它的發(fā)展速度也是很快的，大多為每年數(shù)毫米。晶間腐蝕是沿著金屬材料的晶界產(chǎn)生的選擇性腐蝕，盡管晶粒幾乎不發(fā)生腐蝕，但仍然導(dǎo)致材料破壞。例如，不銹鋼貧鉻區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，是由Cr23 C6等碳化物在晶界析出，使晶界近旁的鉻含量降到百分之幾以下，故這部分耐蝕性降低。鋁合金、鋅、錫、鋁等，也存在由于在晶界處不純物偏析，導(dǎo)致晶界溶解速度增加的情況。 合金中某特定成分由于腐蝕溶解而減少，被稱為脫成分腐蝕。例如，黃銅

18、脫鋅腐蝕，它容易發(fā)生在含有氯離子的高溫水中，機理究竟是鋅溶解而銅不被腐蝕，還是Zn和Cu同時溶解，然后銅又析出，尚未搞清楚。家用熱水器所用的黃銅制龍頭，經(jīng)幾年使用后變成銅色，這就是我們身邊發(fā)生的這種腐蝕的實例。沖蝕是在沖擊的機械作用下，材料表面發(fā)生磨損的同時又加入腐蝕作用，兩者相互促進，產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕。氣相流體中的液滴、液相流體中的固體粉末、液體中旋渦產(chǎn)生的空穴、彎管等部位發(fā)生的渦流等，都能破壞表面膜，加速腐蝕。應(yīng)力腐蝕破裂是一種在特定環(huán)境組合下，如鋁合金和不銹鋼與氯化物水溶液、銅合金與氨水、碳鋼和堿性水溶液等，由于低的拉應(yīng)力導(dǎo)致金屬材料破裂的現(xiàn)象。破裂有沿晶（晶界破裂）和穿晶（晶粒破裂）兩種

19、。它們對于受應(yīng)力的器械危害最大，如高壓鍋爐、飛機上側(cè)面薄壁、鋼索、機器的軸等，如果發(fā)生這類腐蝕就可能突然崩裂而釀成事故。 三、金屬的電化學(xué)防腐蝕從腐蝕角度保護金屬材料最簡單易行的方法是將材料與腐蝕環(huán)境隔離。例如有機涂料、無機物的搪瓷等涂覆金屬表面以使材料與腐蝕環(huán)境隔絕。當(dāng)這些保護層完整時是能起到保護作用的。這里主要介紹已廣為人們采用的電化學(xué)防腐蝕方法。1金屬鍍層用電鍍法在金屬的表面涂一層別的金屬或合金作為保護層。例如自行車上鍍銅錫合金當(dāng)?shù)?，然后鍍鉻，鐵制自來水管鍍鋅以及某些機電產(chǎn)品鍍銀或金等都可以達到防腐蝕目的。電鍍是借助于電解作用，在金屬制件表面上沉積一薄層其他金屬的方法。包括鍍前處理（除油

20、、去銹）、鍍上金屬層和鍍后處理（鈍化、去氫）等過程。電鍍時，將金屬制件作為陰極，所鍍金屬作為陽極，浸人含有鍍層成分的電解液中，并通人直流電，經(jīng)過一段時間即得沉積鍍層。2陽極保護它是指用陽極極化的方法使金屬鈍化，并用微弱電流維持鈍化狀態(tài)，從而保護金屬。此法是基于對金屬鈍化現(xiàn)象的研究提出的。因此，要弄清陽極保護的原理，首先要明白金屬鈍化的原理。金屬陽極溶解時，在一般情況下，電極電勢愈正，陽極溶解速度愈大。但在有些情況下，當(dāng)正向極化超過一定數(shù)值后，由于表面某種吸附層或新的成相層的形成，金屬的溶解速度非但不增加，反而急劇下降。在金屬被化學(xué)溶解時也有類似情形。例如鐵浸在硝酸溶液中，隨著硝酸濃度的升高，鐵

21、的溶解速度加快。但當(dāng)硝酸濃度超過某一臨界值后，鐵的溶解速度反而顯著降低。這種在強化條件下金屬正常溶解反而受到阻抑的現(xiàn)象叫做金屬的鈍化。 恒電勢陽極極化曲線用控制電勢法測定陽極極化曲線，可以清楚地了解金屬的鈍化過程。如圖所示就是典型的恒電勢陽極極化曲線。曲線分為四個區(qū)域AB段為活性溶解區(qū)，金屬進行正常的陽極溶解。當(dāng)電勢達到時，金屬發(fā)生了鈍化過程。金屬的溶解速度劇烈降低，故為臨界鈍化電勢。BC段是過渡鈍化區(qū)，金屬表面由活化狀態(tài)過渡到鈍化狀態(tài)。CD段是穩(wěn)定鈍化區(qū)，這一段電勢區(qū)通常達12V，有的金屬甚至可達幾十伏，在此電勢范圍內(nèi)金屬的鈍化達到穩(wěn)定狀態(tài)，金屬的溶解速度達到最低值，在整個CD段溶解速度幾乎保持不變。DE段是過鈍化區(qū)，當(dāng)進入DE段，這時金屬溶解速度又得新加快，造成這一現(xiàn)象有兩種可能的原因，一是金屬的高價態(tài)溶解，另一種可能是發(fā)生了其他的陽極反應(yīng)，例如氧的析出。根據(jù)以上分析可知，如果把浸在介質(zhì)中的金屬構(gòu)件和另一輔助電極組成電池，用恒電位儀把金屬構(gòu)件的電勢控制在CD段內(nèi)，則可以把金屬在介質(zhì)中的腐蝕降低到最小限度。這種用陽極極化使金屬得到保護的方法叫陽極保護。具體實施時，可把準(zhǔn)備保護