腐蝕電池課件

第二章腐蝕電池一、電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象1、腐蝕電池的定義2、腐蝕電池的特點(diǎn)四、形成腐蝕電池的原因五、電化學(xué)腐蝕的歷程(基本過程)六、腐蝕過程的產(chǎn)物七、腐蝕電池的種類二、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較三、腐蝕電池簡介1可編輯課件PPT電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕現(xiàn)象，是腐蝕電池作用的結(jié)果。自然界中大多數(shù)腐蝕現(xiàn)象是在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的實(shí)質(zhì)是浸在電解質(zhì)溶液中的金屬表面上，形成了以金屬陽極溶解，腐蝕劑發(fā)生陰極還原的腐蝕電池。絕大多數(shù)情況下，這種電池是短了路的原電池。2可編輯課件PPT化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕一樣，都會引起金屬失效。在化學(xué)腐蝕中，電子傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進(jìn)行，沒有電流產(chǎn)生。而在電化學(xué)腐蝕中，電子傳遞是在金屬和溶液之間進(jìn)行，對外顯示電流。3可編輯課件PPT從金屬腐蝕歷程看電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的區(qū)別：被氧化與被還原物質(zhì)之間的電子交換是直接進(jìn)行的，氧化與還原反應(yīng)不可分割。電化學(xué)腐蝕過程，氧化與還原反應(yīng)過程是在不同部位相對獨(dú)立進(jìn)行的，電子的傳遞時間接的很多情況下，電化學(xué)腐蝕是以陰、陽極過程在不同區(qū)域局部進(jìn)行為特征的。這是區(qū)分純化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的一個重要標(biāo)志4可編輯課件PPT5可編輯課件PPT腐蝕電池只能導(dǎo)致金屬材料破壞而不能對外界作功的短路原電池。腐蝕電池的特點(diǎn)：腐蝕電池的定義：（3）腐蝕電池中的反應(yīng)是以最大限度的不可逆方式進(jìn)行。（1）腐蝕電池的陽極反應(yīng)是金屬的氧化反應(yīng)，結(jié)果造成金屬材料的破壞。（2）腐蝕電池的陰、陽極短路（即短路的原電池），電池產(chǎn)生的電流全部消耗在內(nèi)部，轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，不對外做功?可編輯課件PPT形成腐蝕電池的原因金屬方面□成分不均勻□組織結(jié)構(gòu)不均勻□表面狀態(tài)不均勻□應(yīng)力和形變不均勻□“亞微觀”不均勻環(huán)境方面

金屬離子濃度差異

氧濃度的差異

溫度差異7可編輯課件PPT腐蝕電池形成原因舉例鋁鋼(a)不同金屬組合滲碳體鐵(b)金屬中含雜質(zhì)新管道新管道（c)表面狀態(tài)不同應(yīng)力集中（d）應(yīng)力及形變差異砂土粘土（e）氧濃度差異銅銅表面狀態(tài)不同縫內(nèi)Cu2+濃度比縫外高（f）金屬離子濃度差異8可編輯課件PPT從熱力學(xué)觀點(diǎn)考慮，金屬的電化學(xué)腐蝕過程是單質(zhì)形式存在的金屬和它的周圍電解質(zhì)組成的體系，從一個熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)過渡到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的過程。其結(jié)果是生成各種化合物，同時引起金屬結(jié)構(gòu)的破壞。例如把一鐵片浸到鹽酸溶液中，就可見到有氫氣放出，并以相同于氫放出的速率將鐵溶解于溶液中，即鐵發(fā)生了腐蝕。又如把一紫銅片置于無氧的純鹽酸中時，卻不發(fā)生銅的溶解，也看不到有氫氣拆出，但是一旦在鹽酸中有氧溶解進(jìn)去之后，我們即可見到紫鋼片不斷地遭受腐蝕，可是仍然無氫氣產(chǎn)生。9可編輯課件PPT這就提出如下問題，為什么不同金屬在同一介質(zhì)中的腐蝕情況會不一樣呢？又為什么同一金屬在不同介質(zhì)中腐蝕也不相同呢？造成金屬這種電化學(xué)腐蝕不同傾向的原因又是什么？應(yīng)如何判斷？所有這些都是我們在討論腐蝕問題時至關(guān)重要的問題。Cu實(shí)為載體不加Cu，只有Zn可不可以反應(yīng)？10可編輯課件PPTH2SO4溶液ZnCuAKZnCuH2SO4溶液CuCuCuZn(a)Zn塊和Cu塊通（b)Zn塊和Cu塊直（c)Cu作為雜質(zhì)分過導(dǎo)線聯(lián)接接接觸（短路）布在Zn表面，構(gòu)成微電池

陽極Zn:Zn→Zn2++2e（氧化反應(yīng)）陰極Cu:2H++2e→H2↑（還原反應(yīng)）

腐蝕電池的構(gòu)成11可編輯課件PPT

把鋅片和鋼片置于上述稀硫酸溶液中并在它們之間用導(dǎo)線通過毫安表連接起來時，從毫安表指針的偏轉(zhuǎn)可看出有電流通過。這表明鋅和銅在稀硫酸溶液中組成了一個原電池。在這里鋅是電池的負(fù)極，而銅是電池的正極，硫酸溶液是電池的電解液，由此可知，銅之所以會加快鋅在硫酸中的腐蝕速度是因?yàn)殂~和鋅組成了一個原電池的結(jié)果。倘若銅作為雜質(zhì)分散地分布在鋅中，就會形成許許多多微小的腐蝕電池，稱為腐蝕微電池。產(chǎn)生的電流是由于它的兩個電極即鋅板與銅板在硫酸溶液中的電位不同產(chǎn)生的電位差引起的，該電位差是電池反應(yīng)的推動力。12可編輯課件PPT綜上所述，腐蝕原電池的原理與一般原電池的原理一樣，它只不過是將外電路短路的電池。腐蝕原電池工作時也產(chǎn)生電流，只是其電能不能被利用，而是以熱的形式散失掉了，其工作的直接結(jié)果只是加速了金屬的腐蝕。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要想使整個金屬的物理和化學(xué)性質(zhì)、金屬各部位所接觸的介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同，使金屬表面各點(diǎn)的電極電位完全相同是不可能的。由于種種因素使得金屬表面的物理和化學(xué)性能存在著差異，使金屬表面上各部位的電位不相等，我們把這些情況統(tǒng)稱為電化學(xué)不均勻性，它是形成腐蝕電池的基本原因。13可編輯課件PPT電化學(xué)腐蝕的歷程(基本過程)

金屬溶解并以離子形式進(jìn)入溶液，同時把等當(dāng)量的電子留在金屬中[ne-·Mn+]→[Mn+]+[ne-]

從陽極移遷過來的電子被電解質(zhì)溶液中能夠吸收電子的物質(zhì)D所接受[D]+[ne-]→[D·ne-]D陰極去極化劑H+和O2，生成H2和OH-

陽極過程：陰極過程(去極化過程)：14可編輯課件PPT常見的去極化劑（氧化劑）是H+和O22H++2e＝H2析氫腐蝕或氫去極化腐蝕O2+4H++4e＝2H2O（酸性溶液中）O2+2H2O+4e＝4OH-（中性或堿性溶液中）15可編輯課件PPT在多數(shù)情況下，電化學(xué)腐蝕是以陽極和陰極過程在不同區(qū)域局部進(jìn)行為特征的。某些情況下，陰極和陽極過程也可以在同一表面上隨時間相互交替進(jìn)行

——區(qū)分腐蝕過程的電化學(xué)歷程與純化學(xué)過程的一個重要標(biāo)志16可編輯課件PPT電荷的傳遞電荷的傳遞電荷的傳遞在金屬中是依靠電子從陽極流向陰極；在溶液中則是依靠離子的電遷移電子導(dǎo)體－電子導(dǎo)電（電阻會影響腐蝕速度）

溶液內(nèi)－離子導(dǎo)電二類導(dǎo)體共同構(gòu)成一個回路17可編輯課件PPT陽極反應(yīng)、陰極反應(yīng)、電流回路三個環(huán)節(jié)既相互獨(dú)立，又彼此制約，其中任何一個受到抑制，都會使腐蝕電池工作強(qiáng)度減少。腐蝕原電池的電化學(xué)過程是由陽極的氧化過程、陰極的還原過程以及電子和離子的輸運(yùn)過程組成。電子和離子的運(yùn)動就構(gòu)成了電回路。由此可見，一個遭受腐蝕的金屬的表面上至少要同時進(jìn)行兩個電極反應(yīng)，其中一個是金屬陽極溶解的氧化反應(yīng)，另一個是氧化劑的還原反應(yīng)。18可編輯課件PPT腐蝕過程的產(chǎn)物只有不溶性產(chǎn)物才能產(chǎn)生保護(hù)金屬的作用。初生產(chǎn)物：次生產(chǎn)物：初生產(chǎn)物和次生產(chǎn)物都有可溶和不可溶性產(chǎn)物。陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的生成物。初生產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)的產(chǎn)物。19可編輯課件PPT由鋅、銅和氯化鈉溶液所組成的腐蝕電池，當(dāng)它工作時，就會出現(xiàn)鋅離子向pH值足夠高的地區(qū)遷移的情況，形成氫氧化鋅的沉淀物：

Zn2++2OH-→Zn（OH）2（如pH＞5.2）Zn（OH）2雖然主要沉積于槽底，但由于對流作用，因此仍有少量的Zn（OH）2被帶到電極并沉積在表面上形成一層淡白色的膜。在一般情況下，沉淀物的形成并不直接發(fā)生在金屬表面上受腐蝕的陽極區(qū)，而是在溶液中——也即從陽極區(qū)擴(kuò)散過來的金屬離子和從陰極區(qū)遷移來的氫氧離子相遇的地方——形成，如圖所示。20可編輯課件PPT必須指出，因腐蝕次生過程而在金屬上形成的難溶性產(chǎn)物膜；其保護(hù)性比起氧在金屬表面上直接發(fā)生化學(xué)作用時生成的初生膜要差得多。若陰、陽極直接交界，那么難溶性沉積物即可在直接靠近金屬表面處形成較緊密的、具有一定保護(hù)性的氫氧化物保護(hù)膜粘附在金屬上。對于陰極呈細(xì)微夾雜物的形式而散布在陽極基體上的金屬（例如鋅中含有雜質(zhì)Cu），當(dāng)它腐蝕時可形成能覆蓋相當(dāng)部分金屬表面的腐蝕次生產(chǎn)物的沉積膜。這種膜在一定程度上可阻滯腐蝕過程的進(jìn)行。因此，倘若能變更腐蝕的次生過程產(chǎn)物組成，就能變更膜的性質(zhì)，尤其是保護(hù)性質(zhì)。腐蝕過程的許多特點(diǎn)是與膜的性質(zhì)變化有關(guān)。21可編輯課件PPTZnCueNaCl溶液Zn2+OH-Zn(OH)2[直立電極]NaCl溶液Zn—Cu電偶電池22可編輯課件PPTe水平電極Zn2+OH-Zn(OH)2。23可編輯課件PPT腐蝕電池的種類腐蝕形態(tài)是局部腐蝕，腐蝕破壞主要集中在陽極區(qū)。指陰極區(qū)和陽極區(qū)的尺寸較大，區(qū)分明顯。

大電池（宏觀腐蝕電池）異金屬接觸電池濃差電池溫度腐蝕電池電解池陽極腐蝕電池指陽極區(qū)和陰極區(qū)尺寸小，很難區(qū)分。

微電池（微觀腐蝕電池）微電池的陰、陽極位置不斷變化，腐蝕形態(tài)是全面腐蝕；陰、陽極位置固定不變，腐蝕形態(tài)是局部腐蝕?；瘜W(xué)成分不均勻性金屬組織不均勻性物理性質(zhì)或狀態(tài)的不均勻性金屬表面膜不完整24可編輯課件PPT(一)宏觀電池1．兩種不同金屬構(gòu)成的電偶電池當(dāng)兩種具有不同電極電位的金屬或合金相互接觸(或用導(dǎo)線連接起來)，并處于電解質(zhì)溶液中時，電位較負(fù)的金屬遭受腐蝕，而電位較正的金屬卻得到了保護(hù)。這種腐蝕電池稱為電偶電池。例如鋅一銅相連浸入稀硫酸中，船舶中的鋼殼與其銅合金推進(jìn)器等均構(gòu)成這類腐蝕電池。

25可編輯課件PPT將銅棒一端與稀硫酸銅溶液接觸，另一端與濃硫酸溶液接觸，則與稀硫酸溶液接觸的一端因其電極電位較負(fù)，作為電池的陽極將遭受腐蝕。而在較濃溶液的另一端，由于其電極電位較正，作為電池的陰極，Cu2＋離子將在這一端的銅表面上析出。2．濃差電池和溫差電池(1)鹽濃差電池26可編輯課件PPT這類電池往往是由于浸入電解質(zhì)溶液的金屬處于不同溫度的情況下形成的。它常常發(fā)生在換熱器、蒸煮器、浸入式加熱器及其它類似的設(shè)備中。Cu在硫酸鹽的水溶液中，高溫端為陰極，低溫端為陽極。組成溫差電池后，使低溫端的陽極端溶解，高溫端得到保護(hù)。而鐵在鹽溶液中卻是熱端為陽極，冷端為陰極，熱端被腐蝕。例如檢修不銹鋼換熱器時，可發(fā)現(xiàn)其高溫端比低溫端腐蝕更嚴(yán)重，這就是溫差電池造成的。(2)溫差電池27可編輯課件PPT(3)氧濃差電池這是由于金屬與含氧量不同的溶液相接觸而形成的。位于高氧濃度區(qū)域的金屬為陰極，位于低濃度區(qū)域的金屬為陽極，陽極金屬將被溶液腐蝕。例如工程部件多用鉚、焊、螺紋等方法連接，連接處理不當(dāng)，就會產(chǎn)生縫隙，由于在縫隙深處氧氣補(bǔ)充較困難，形成濃差電池，導(dǎo)致了縫隙處的嚴(yán)重腐蝕。埋在不同密度或深度的土壤中的金屬管道及設(shè)備也因?yàn)橥寥乐醒醯某錃獠痪鶆蚨纬裳鯘獠铍姵馗g。海船的水線腐蝕等也屬于氧濃差電池腐蝕。28可編輯課件PPT(二)微觀電池微觀電池是用肉眼難以分辨出電極的極性，但確實(shí)存在著氧化和還原反應(yīng)過程的原電池。微觀電池是因金屬表面電化學(xué)的不均勻性引起的，不均勻性的原因是多方面的29可編輯課件PPT1．化學(xué)成分不均勻形成的微觀電池眾所周知，工業(yè)上使用的金屬常含有各種各樣的雜質(zhì)，當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，這些雜質(zhì)則以微電極的形式與基體金屬構(gòu)成了許多短路微電池。倘若雜質(zhì)作為微陰極，它將加速基體金屬的腐蝕；反之，若雜質(zhì)是微陽極的話，則基體金屬就會受到保護(hù)而減緩其腐蝕。如Cu、Fe等金屬可加速鋅在硫酸中的腐蝕作用。鋼和鑄鐵是制造工業(yè)設(shè)備最常用的材料，這些第二相的電位比鐵正，成為無數(shù)個微陰極，從而加速了基體金屬鐵的腐蝕。30可編輯課件PPT金屬和合金的晶粒與晶界的電位不完全相同，往往以晶粒為陰極，晶界是缺陷、雜質(zhì)、合金元素富集的地方，導(dǎo)致它比晶內(nèi)更為活潑，具有更負(fù)的電極電位值，成為陽極。2．組織結(jié)構(gòu)的不均勻性形成的微觀電池31可編輯課件PPT3．物理狀態(tài)的不均勻性形成的微觀電池金屬在加工或使用過程中往往產(chǎn)生部分變形或受力不均勻性，以及在