电化学在金属防腐蚀中的应用
电化学腐蚀的原理及应用

电化学腐蚀的原理及应用1. 什么是电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生氧化反应和还原反应,导致金属表面发生物理和化学变化的过程。
在电化学腐蚀过程中,金属表面被腐蚀掉,在金属内部生成电化学腐蚀产物,从而导致金属的退化和破坏。
2. 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是由以下三个基本要素组成的:- 金属:作为电极参与电化学反应。
- 电解质溶液:提供导电性和溶解氧的介质。
- 环境:包括温度、压力、湿度等因素,会对腐蚀过程产生影响。
电化学腐蚀的过程可以分为两种基本反应: 1. 氧化反应(阳极反应):金属表面发生氧化反应,将金属原子转化为正离子并释放电子。
2. 还原反应(阴极反应):导电的电解质溶液中的阳离子被还原为金属或者其他物质。
通过以上两种反应,金属表面发生物理和化学变化,导致腐蚀和金属破坏。
3. 电化学腐蚀的应用电化学腐蚀的原理和机制在工业和科学研究中有广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域。
3.1 金属腐蚀研究电化学腐蚀的研究对于理解金属的腐蚀行为和机制至关重要。
通过研究不同金属在不同环境下的电化学腐蚀行为,可以评估金属的腐蚀性能,选择合适的材料用于特定的应用,以延长金属的使用寿命。
3.2 防腐蚀技术电化学腐蚀的原理为防腐蚀技术的研发和应用提供了理论基础。
通过使用合适的涂层、阻隔层或者中和剂等物质,可以降低金属的腐蚀速率,延长金属的使用寿命。
例如,在航空航天工业中,通过电镀技术给金属表面添加一层保护性的金属镀层,可以防止金属在高温和高湿环境下的腐蚀。
3.3 腐蚀监测和控制电化学腐蚀的研究还为腐蚀监测和控制提供了方法和工具。
通过使用电化学腐蚀监测技术,可以实时监测金属的腐蚀速率和腐蚀产物的生成情况。
这对于设备的维护、预测设备的寿命和做出合理的维修计划非常重要。
3.4 腐蚀改良和治理电化学腐蚀的原理还可应用于腐蚀改良和治理。
通过了解腐蚀的原因和机制,可以研发出适用的腐蚀治理方法,以减少或避免金属材料的腐蚀。
电化学腐蚀实验探索金属的腐蚀现象

电化学腐蚀实验探索金属的腐蚀现象金属腐蚀一直是制约金属材料使用寿命和性能的主要问题。
为了深入理解金属腐蚀现象,电化学腐蚀实验成为一种重要的研究手段。
本文将探讨电化学腐蚀实验在揭示金属腐蚀本质方面的作用。
首先,我们需要了解电化学腐蚀的基本原理。
金属在电解质溶液中存在两种反应,即氧化反应和还原反应。
当金属表面存在缺陷引发了阳极反应时,金属就会发生腐蚀。
而电化学腐蚀实验通过模拟实际工况中的环境,制造特定的电化学条件,从而深入研究金属腐蚀机理。
在电化学腐蚀实验中,最常用的方法是极化曲线测量。
通过施加恒定电流或电压,观察电流或电压随时间的变化,可以获得极化曲线。
极化曲线是描述金属腐蚀行为的重要指标,包括阳极极化曲线和阴极极化曲线。
阳极极化曲线反映了金属的功率损失,而阴极极化曲线则反映了金属的保护性能。
除了极化曲线测量,电化学腐蚀实验还可以通过测量腐蚀电流密度、腐蚀速率和阻抗等参数来了解金属腐蚀的特征。
腐蚀电流密度是描述金属腐蚀速率的指标,一般通过电化学极化法测量得到。
腐蚀速率可以直接通过重量损失或体积损失来计算。
而阻抗则是评估金属膜层保护性能的重要参数,可通过交流阻抗谱法测量得到。
电化学腐蚀实验常常结合其他表征手段,如扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS),来观察和分析金属腐蚀表面的微观结构和组成。
这些分析手段能够提供更详细的信息,揭示腐蚀过程中的细节变化。
通过电化学腐蚀实验,我们可以深入了解金属腐蚀的机制。
首先,我们可以研究金属腐蚀速率与环境条件的关系。
实验结果表明,环境中的温度、溶液酸碱度和氧浓度等都会对金属腐蚀速率产生影响。
此外,电化学实验还可以研究金属在不同金属耦合条件下的腐蚀行为。
例如,金属在不同电位下的腐蚀行为可以通过测量其极化曲线来研究。
这些实验结果为我们预测和控制金属腐蚀提供了重要的依据。
除了了解腐蚀机制,电化学腐蚀实验还可以通过设计和优化防腐蚀措施,从而减缓金属腐蚀过程。
例如,在电化学腐蚀实验中,我们可以通过添加抑制剂或电化学方法来提高金属的耐腐蚀性能。
电化学法研究金属防腐蚀新进展

电化学法研究金属防腐蚀新进展电化学法是一种研究金属防腐蚀的重要方法,通过使用电化学技术来改善金属材料的防腐蚀性能。
近年来,人们在电化学法研究金属防腐蚀方面取得了许多新进展。
本文将着重介绍几种主要的新兴电化学方法。
首先,阳极保护法是一种常用的电化学防腐蚀方法。
它通过在金属表面形成一个保护性的氧化层,从而阻止金属与环境介质接触,达到防腐蚀的目的。
然而,传统的阳极保护方法存在一些问题,比如其效果受到介质pH值的限制。
近年来,研究人员发展了基于光催化材料的阳极保护方法,通过光照激发材料表面的光催化活性,提高阳极保护效果。
这种方法可以扩大阳极保护的适用范围,提高防腐蚀效果。
其次,电解封闭法是一种有效的电化学防腐蚀方法。
它通过在金属表面形成一个密封的保护性层,阻止氧、水等腐蚀介质的侵蚀。
传统的电解封闭方法主要使用高浓度的硅酸铝溶液,但是其操作过程复杂,有一定的环境污染风险。
近年来,研究人员开发了新的电解封闭技术,使用环境友好的有机溶剂作为电解液,并且通过控制电解参数和添加适量的添加剂来提高封闭层的性能。
这些新技术使电解封闭法更加安全可靠,可以广泛应用于金属防腐蚀领域。
此外,电沉积法也是一种常用的电化学防腐蚀方法。
它通过在金属表面沉积一层保护性的金属或合金层,增加金属的耐腐蚀性。
传统的电沉积方法主要使用直流电源,但是其效率较低,容易导致沉积物质的不均匀。
近年来,研究人员发展了脉冲电沉积技术,通过在沉积过程中改变电流的脉冲形式和大小,可以得到更加均匀、致密的沉积层。
这种新技术具有高效、高质量的特点,可以提高金属的防腐蚀性能。
综上所述,电化学法在金属防腐蚀研究领域取得了不少新进展。
新兴电化学方法不仅扩大了防腐蚀技术的适用范围,提高了防腐蚀效果,同时也更加安全可靠、环境友好。
然而,还有许多问题需要进一步研究和解决,例如新方法的实际应用效果、经济性和可持续性等方面的问题。
希望通过继续深入研究,能够进一步提高电化学法在金属防腐蚀领域的应用和发展。
高温高压环境下金属腐蚀的防护措施

高温高压环境下金属腐蚀的防护措施一、引言在工业生产和科学研究等领域,高温高压环境下的金属腐蚀问题一直是一个严重的挑战。
受到高温和高压的影响,金属表面容易发生氧化、腐蚀和磨损等问题,导致金属材料的性能下降甚至失效,从而对设备的可靠性和寿命造成负面影响。
为了解决这一问题,人们开发了各种防护措施来提高金属材料在高温高压环境下的耐腐蚀性能,本文将对其中一些常用的防护措施进行探讨。
二、表面涂层防护技术1. 金属涂覆技术金属涂覆技术是一种将防腐蚀合金涂层覆盖在金属基体上的方法。
通过涂覆耐腐蚀合金,可以有效地防止金属表面与高温高压介质接触,从而减少腐蚀的可能性。
常见的金属涂覆技术包括热喷涂、电镀和镀金等,这些方法可以选择不同的合金材料进行覆盖,以适应不同条件下的腐蚀环境。
2. 陶瓷涂层技术陶瓷涂层技术是利用高温下陶瓷材料的耐腐蚀性和耐热性来保护金属材料。
陶瓷涂层可以覆盖在金属表面,形成一层具有良好耐腐蚀性的保护层,有效地抵御高温和高压环境下的侵蚀作用。
常见的陶瓷涂层材料有氧化铝、碳化硅和氮化硅等,它们具有优异的耐蚀性和耐高温性能,适用于各种恶劣的工况。
三、基底材料的选择1. 高温合金在高温高压环境下,基底材料的选择是关键。
高温合金是一种特殊的合金材料,在高温和高压条件下具有出色的耐蚀性和耐热性能。
这种合金通常由镍、铬、钼等元素组成,可以有效地抵抗氧化、硫化和腐蚀等作用,保持较好的机械性能和化学稳定性。
2. 不锈钢不锈钢是另一种常用的基底材料,具有良好的耐腐蚀性能。
通过控制合金元素的含量和添加合适的稳定剂,不锈钢可以在高温高压环境下形成一层致密的氧化物膜,防止金属表面腐蚀。
此外,不锈钢还具有良好的机械性能和可焊性,适用于各种工程和装备。
四、电化学防护技术1. 阳极保护阳极保护是一种通过施加外加电流或阳极材料来保护金属腐蚀的技术。
在高温高压环境下,可以使用阳极电位的方法来减少金属表面的腐蚀速率。
例如,通过向金属表面施加一定电压,在金属表面形成一层保护性的氧化层,从而抵御腐蚀介质的侵蚀。
电化学方法及应用

电化学方法及应用电解法是利用电解池中的电流通过电解溶液产生化学反应的方法。
电解法可用于分离和提纯金属,例如铝的生产就是通过电解铝矾石溶液来获得高纯度的铝金属。
此外,电解法还可用于制备氯气、氢气、氧气等气体,以及金属氧化物、金属盐等化合物。
电沉积法是利用电流通过电解溶液使金属离子在电极上还原并沉积成金属的方法。
电沉积法广泛应用于电镀工业,可以制备出各种金属薄膜、合金薄膜以及复合材料,并且具有优良的附着力、致密度和均匀性等特点。
电化学腐蚀法是利用电流、电位和电解质等因素来模拟金属在特定环境中的腐蚀过程。
通过电化学腐蚀法可以研究金属腐蚀的机理,评估材料的抗腐蚀性能,并且为防腐蚀措施的制定提供参考。
电化学分析法是利用电化学方法来进行物质分析的方法。
电化学分析法可以测定物质的浓度、纯度、电化学性质等,包括常见的电位滴定法、电位计法、极谱法、循环伏安法等。
电化学分析法被广泛应用于生化分析、环境监测以及食品检测等领域。
电化学合成法是利用电流通过电解溶液中的反应物产生化学反应的方法。
电化学合成法可以制备出各种无机化合物、有机化合物以及高分子材料,并且具有可控性、选择性高、环境友好等优点。
例如,电沉积镀铜是制备电子器件中的金属导线的重要方法。
电化学方法在能源领域也有重要应用。
电池就是一种利用化学能转化为电能的装置,它是通过电化学反应实现能量转换的。
同时,电化学方法也被用于储能技术的研发和改进,例如利用电化学原理制备锂离子电池和燃料电池等。
此外,电化学方法还有广泛的应用于环境保护领域。
通过电化学脱汞、电化学降解和电化学氧化等技术,可以有效地处理废水、废气中的有机污染物和重金属等有害物质,具有高效、无二次污染等优点。
总之,电化学方法在化学、材料科学、能源领域以及环境保护等方面有很多重要应用,为科学研究和工程技术提供了有力的工具和方法。
随着科学技术的发展,电化学方法将继续发挥重要作用,并在更多领域中得到广泛应用。
电化学在金属防腐蚀中的应用

应用电化学结课论文电化学在金属防腐蚀中的应用化工132班李旭2013012059-摘要:金属与环境组分发生化学反应而引起的表面破坏被称为金属腐蚀。
据统计,全世界现存的钢铁及金属设备大约每年腐蚀率为10%,全世界每年因腐蚀损失约高于7000亿美元。
世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%~4.2%,超过每年各项大灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。
有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!而国每年腐蚀掉不能回收利用的钢铁达100多吨,大致相当于宝山钢铁厂一年的产量,腐蚀损失为洪水、火灾、飓风、和地震等自然灾害综合损失的六倍,但人们往往很难意识到这种分散的、日积月累的、不知不觉中发生的腐蚀破坏的严重性。
所以研究金属腐蚀和防护具有重要意义.关键词:金属腐蚀与防护电化学保护法一、基本原理:(一)金属材料的腐蚀机理1、金属腐蚀的分类按照金属的腐蚀机理的不同,可以将金属腐蚀分为三类:一是化学腐蚀,二是电化学腐蚀,三是物理腐蚀。
2、金属电化学腐蚀的机理(1)电化学腐蚀原因金属的电化学腐蚀往往由于表面不同部位存在电位差而引起的,不同部位构成电池的阳极区和阴极区,从而发生开路条件下的电化学反应。
金属表面存在电位差的原因有:①金属表面化学成分不均匀,杂质成分与金属本身的电位不同;②金属组织不均匀,多相金属材料中晶界的电位通常比晶粒负,多相合金中不同相的电位各不相同;③金属的物理状态不均匀,金属在加工过程中各部分所受的应力和形变不同,通常应力和形变大的部位具有较负的电位;⑷金属表面钝化膜或涂层不完整。
由于这些原因,一旦金属与电解质溶液接触或表面潮湿时,就会发生电化学反应。
(2)电化学腐蚀机理是金属与介质之间发生电化学作用而引起的破坏。
反应过程同时有阳极失去电子的阳极反应,阴极获得电子的阴极反应以及电子的流动(电流),其历程服从电化学动力学的基本规律。
绝大多数情况下,由于金属表面组织结构不均匀,上述的一对电化学反应分别在金属表面的不同区域进行在。
电化学腐蚀工艺

电化学腐蚀工艺电化学腐蚀工艺什么是电化学腐蚀工艺?电化学腐蚀工艺是一种利用电化学原理来控制金属腐蚀的工艺。
这种工艺通常通过施加外加电压或电流,在金属表面形成一层保护膜,以防止金属的进一步腐蚀。
电化学腐蚀工艺的原理电化学腐蚀工艺利用电解过程中金属的阳极和阴极反应来实现腐蚀的控制。
具体来说,电化学腐蚀工艺通过施加外加电压或电流,使金属表面呈现阳极和阴极的两个区域。
在阳极区域,金属会发生氧化反应,导致腐蚀;而在阴极区域,金属则会还原,形成一层保护膜。
这层保护膜能够减缓金属的腐蚀速度,提高金属的耐蚀性能。
电化学腐蚀工艺的应用范围电化学腐蚀工艺在各个领域都有广泛的应用。
以下是电化学腐蚀工艺的几个常见应用:•金属表面处理:电化学腐蚀工艺可以用于改变金属表面的化学性质和形貌,提高金属的表面质量和耐蚀性。
•金属防腐蚀:通过电化学腐蚀工艺,在金属表面形成保护膜,可以延缓金属的腐蚀速度,增加金属的使用寿命。
•电镀:电化学腐蚀工艺在电镀行业中得到广泛应用。
通过电解沉积的方式,在金属表面形成一层均匀、致密的金属薄膜,提高金属的耐腐蚀性和装饰性。
•电解清洗:电化学腐蚀工艺可以用于对金属表面的油污、氧化物和其他杂质进行清洗,提高金属的表面质量。
电化学腐蚀工艺的优势和挑战电化学腐蚀工艺具有以下优势:•环境友好:相比其他腐蚀控制方法,电化学腐蚀工艺无需使用有毒、有害的化学药剂,对环境污染较小。
•高效节能:电化学腐蚀工艺不会产生较多的热量和废气,能够实现能源的有效利用。
•可控性强:电化学腐蚀工艺可以根据需要调整电流、电压和电解液的成分,以实现对金属腐蚀的精确控制。
然而,电化学腐蚀工艺也面临一些挑战:•技术复杂:电化学腐蚀工艺需要对电化学原理具有深入的了解,操作较为复杂,需要高水平的技术支持。
•成本较高:电化学腐蚀工艺设备和材料成本较高,对于中小型企业而言可能不太实用。
•电解液处理:电化学腐蚀工艺中使用的电解液需要进行处理和循环利用,处理过程可能会带来一定的成本和环境问题。
金属材料表面改性技术及其在防腐蚀方面的应用研究

金属材料表面改性技术及其在防腐蚀方面的应用研究随着科学技术的不断发展和工业化进程的推进,金属材料在各个领域中扮演着重要的角色。
然而,金属材料的表面往往容易受到腐蚀的侵袭,严重影响了它们的使用寿命和性能。
因此,研究金属材料表面改性技术,并将其应用于防腐蚀方面,具有重要的意义。
一、表面改性技术的分类表面改性技术是指通过改变金属材料表面的组织结构、化学组成或物理性能,以达到提高其耐腐蚀性能的目的。
目前,常用的表面改性技术主要包括表面涂层、表面合金化、表面硬化和表面模拟处理等。
1. 表面涂层表面涂层是一种常见的表面改性技术,通过在金属材料表面形成一层保护性的涂层,起到隔绝金属表面与外界介质的作用,有效防止腐蚀。
常见的表面涂层材料有有机涂层、无机涂层和陶瓷涂层等。
其中,陶瓷涂层由于其高硬度和耐高温的特点,被广泛应用于抗腐蚀领域。
2. 表面合金化表面合金化是通过在金属材料表面加工形成新的化合物或合金层,改变其表面性能。
常用的表面合金化方法有化学合金化、电化学合金化和物理合金化等。
通过表面合金化,可以增强金属材料的耐盐雾腐蚀性能、耐高温氧化性能等。
3. 表面硬化表面硬化是通过加工或热处理等方法,在金属材料表面形成一层具有高硬度的硬化层。
这种硬化层不仅可以增强金属材料的强度和硬度,还可以提高其抗腐蚀性能。
常见的表面硬化方法有淬火、焊接热影响区调质、表面强化和高能束流处理等。
4. 表面模拟处理表面模拟处理是一种新型的表面改性技术,通过模拟自然界中金属材料的表面形貌和微结构,提高其表面的腐蚀性能。
这种方法主要包括等离子体模拟处理、雷射表面处理和电子束表面处理等。
二、表面改性技术在防腐蚀方面的应用研究表面改性技术在防腐蚀方面具有重要的应用价值。
下面以两种常见的表面改性技术为例,论述其在防腐蚀方面的应用研究。
1. 表面涂层技术在防腐蚀中的应用表面涂层技术是一种简单有效的防腐蚀方法。
例如,在冶金工业中常用的电镀技术,可以制备出具有较好耐腐蚀性能的金属表面。
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应用电化学结课论文电化学在金属防腐蚀中的应用化工132班李旭2013012059-摘要:金属与环境组分发生化学反应而引起的表面破坏被称为金属腐蚀。
据统计,全世界现存的钢铁及金属设备大约每年腐蚀率为10%,全世界每年因腐蚀损失约高于7000亿美元。
世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%~4.2%,超过每年各项大灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。
有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!而国每年腐蚀掉不能回收利用的钢铁达100多吨,大致相当于宝山钢铁厂一年的产量,腐蚀损失为洪水、火灾、飓风、和地震等自然灾害综合损失的六倍,但人们往往很难意识到这种分散的、日积月累的、不知不觉中发生的腐蚀破坏的严重性。
所以研究金属腐蚀和防护具有重要意义.关键词:金属腐蚀与防护电化学保护法一、基本原理:(一)金属材料的腐蚀机理1、金属腐蚀的分类按照金属的腐蚀机理的不同,可以将金属腐蚀分为三类:一是化学腐蚀,二是电化学腐蚀,三是物理腐蚀。
2、金属电化学腐蚀的机理(1)电化学腐蚀原因金属的电化学腐蚀往往由于表面不同部位存在电位差而引起的,不同部位构成电池的阳极区和阴极区,从而发生开路条件下的电化学反应。
金属表面存在电位差的原因有:①金属表面化学成分不均匀,杂质成分与金属本身的电位不同;②金属组织不均匀,多相金属材料中晶界的电位通常比晶粒负,多相合金中不同相的电位各不相同;③金属的物理状态不均匀,金属在加工过程中各部分所受的应力和形变不同,通常应力和形变大的部位具有较负的电位;⑷金属表面钝化膜或涂层不完整。
由于这些原因,一旦金属与电解质溶液接触或表面潮湿时,就会发生电化学反应。
(2)电化学腐蚀机理是金属与介质之间发生电化学作用而引起的破坏。
反应过程同时有阳极失去电子的阳极反应,阴极获得电子的阴极反应以及电子的流动(电流),其历程服从电化学动力学的基本规律。
绝大多数情况下,由于金属表面组织结构不均匀,上述的一对电化学反应分别在金属表面的不同区域进行在。
例如当把碳钢放在稀盐酸中时,在钢表面铁素体处进行的是阳极反应(即Fe→Fe2++2e-),而在钢表面碳化铁处进行的则是阴极去极化反应(即2H++2e-→H2↑)。
与这一对电化学反应进行的同时,则有电子不断地从铁素体流向碳化铁。
我们把发生阳极反应的区域叫做阳极区,铁素体是阳极;把发生阴极反应的区域叫做阴极区,碳化铁是阴极;而在阳极与阴极之间不断地有电子流动。
这种情况和电池的工作情况极为类似,只不过这里的阳极(铁)和阴极(碳化铁)的数目极多,面积极小,靠的极近而已,所以通常称它为腐蚀微电池。
金属的电化学腐蚀之所以采取腐蚀微电池的形式,一方面是由于金属表面存在着各种各样的电化学不均匀性,为电化学反应的空间分离准备了客观条件;另一方面则是由于这两个反应分地区进行时遇到的阻力较小,因而在能量消耗上对反应的进行有利。
但是从防止和减少腐蚀的观点看,这当然是不利的,我们应当设法尽量减少或消除金属表面的电化学不均匀性。
电化学腐蚀又根据其电解质溶液酸碱度的不同分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
A、析氢腐蚀:(腐蚀过程中有氢气放出)腐蚀过程中的阴极上有氢气析出的腐蚀。
它常发生在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的加工过程中。
Fe作为腐蚀电池的阳极,钢铁中较Fe不活泼的其他杂质作阴极,H+在阴极上获得电子发生还原反应。
反应方程式如下: 阳极(Fe):Fe—2e-=Fe2+阴极(杂质):2H+十2e-=H2(g)总反应:Fe十2H+=Fe2++H2(g)B、吸氧腐蚀(腐蚀过程中消耗氧)在腐蚀过程中溶解于水膜中的氧气在阴极上得到电子被还原生成OH-的腐蚀。
它常常是在中性、碱性或弱酸性的介质中发生的。
大气中钢铁等金属的腐蚀主要形式是吸氧腐蚀。
反应方程式如下:阳极(Fe):Fe-2e-=Fe2+阴极(杂质):O2十2H20十4e-=40H-总反应:2Fe十O2十2H20=2Fe(OH)2Fe(0H)2将进一步被O2所氧化,生成Fe(OH)3并部分脱水为疏松的铁锈。
4Fe(OH)2十O2十2H20=4Fe(OH)3=Fe203·xH20(铁锈)析氢腐蚀的水膜常呈酸性,而吸氧腐蚀水膜呈中性或酸性很弱或碱性。
通常两种腐蚀同时存在,但后者更为普遍,吸氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。
(二)金属电化学腐蚀的防护金属的防腐蚀过程目前分为三大类:金属的阳极保护;金属的阴极保护;以及金属表面的非金属涂装保护。
金属的阳极保护是指在某种金属表面镀覆一种电极电位较低的金属材料,在腐蚀环境中电位较低的金属材料首先被腐蚀而起到一种保护作用(如:钢铁表面镀覆金属锌);金属的阴极保护是指在金属表面镀覆一种电位较高的耐腐蚀金属材料,在腐蚀环境中将低电位金属完全包覆,把低电位金属与腐蚀性物质隔绝开来(如:钢铁表面镀铜);1、阴极保护阴极保护是在被保护的金属表面通入足够大的阴极电流,使其电位变负,从而抑制金属表面上腐蚀电池阳极的溶解速度。
未进行阴极保护时,金属M以腐蚀电位Ecr 、腐蚀电流icr被腐蚀,加入阴极电流后,发生阴极极化的结果使得金属的电位从Ecr 移至Ec,此时总的阴极极化电流由两部分组成,一部分是由腐蚀电池形成的,另一部分是外加的。
此时腐蚀仍然没有完全停止下来,只不过腐蚀速度变小了。
当外加电流足够大,使金属的电位移至Ee,A,即金属M的平衡电位时,腐蚀电流变为零,腐蚀完全被抑制。
使金属完全得到保护的最小电流密度称为最小保护电流密度,相应的电位称为最小保护电位。
阴极保护的电位不是越负越好,过负的阴极电位对腐蚀控制无实际意义,同时也会浪费电源,还可能会引起氢脆腐蚀。
[1]在被保护的金属表面注入阴极电流,根据电流的来源分为牺牲阳极法和外加电流法两种方法。
A、牺牲阳极保护法这种方法是在需保护的金属装备和另一种当做溶解阳极的金属之间安装一电解装置,利用金属的溶解提供阴极电流,被选作牺牲阳极的金属一般是锌合金、铝合金、镁合金等,其重要的性质是能够以相对于被保护金属而言更负的电位,且以相对均匀的速度被腐蚀溶解,以提供平稳的保护电流。
由于作为牺牲阳极的金属的腐蚀溶解,可以使被保护金属的阳极电位移向更负的位置,当两种金属的平衡电位相同时,辅助金属相当于阳极,而被保护的金属变成了阴极。
很明显,此时整个金属溶解速度会增大,但溶解的是被用作“牺牲”的辅助金属,被保护金属的溶解速度大大降低。
在20世纪60年代及70年代初期,船壳的保护大部分是牺牲阳极的阴极保护法。
B、外加电流保护法这种方法是用靠外部电源提供阴极电流,这时的阳极材料选用钢铁、石墨、高硅铸铁、铅银(2%)合金、镀铂的钛等,称为辅助阳极。
这是一种应用更广泛的阴极保护法。
采用外加电流的阴极保护系统,可以得到较大的保护电流,所以这种系统对于高电阻和低电阻的介质都适用,它主要是用来保护有隔离涂层的很长的金属结构。
它的优点在于保护电流容易调整,因而就有可能根据保护状态的变化而随时保持所需要的保护电位。
采用这种保护方法时,应当注意到,由于外加电流的作用,任何靠近被保护结构的金属构件,都可以看作为低电阻的导体,而遭到严重腐蚀。
2、阳极电保护(适用有钝化曲线的金属)阳极保护法是在被保护金属表面通入足够大的阳极电流,使电位变正进入钝化区、腐蚀速度大大降低的方法。
从热力学和动力学上讲,任何金属都具有一个可使金属处于钝化状态的电位,阳极保护就是创造条件使金属表面维持一稳定的钝化膜。
金属从活化腐蚀溶解状态到钝化的转变过程称为钝化过程,一些重要的结构材料均具有钝化转变行为,右图是利用控制电位法得到的金属的阳极极化曲线,可以将曲线分成四个区。
A、活化区这一区域金属正常溶解,其腐蚀电位和腐蚀电流分别为(Ecorr )1和(icorr )1B、钝化过渡区在这一区域随着电位正移,金属溶解速度反而下降,称为钝化过渡区。
金属开始发生钝化的电位为临界钝化电位(Epass)。
C、钝化区当应用阳极保护时,所加阳极电流足够大时,达到金属的致钝电流密度时,会使金属表面发生钝化,电流下降至(icorr )2,即ipass,这时金属处于稳定的状态,此时的金属溶解与电位无关,这一时期也称为稳定钝化区。
D、过钝化区在钝化区以上,金属溶解的电流又随电位的升高而增加。
可以看出阳极保护系一般包括以下几个主要部分。
A、阳极——被保护金属;B、辅助阴极,与外接直流电源相连,与保护金属阳极、设备内的介质一起构成电流回路,使得电流可以在回路中流通。
C、电源,提供阳极保护电流。
用于金属致钝,一般用可调式的直流电源。
D、参比电极,实际上可以将参比电极看成是获得电位信号的传感器,常用的参比电极主要为金属/难溶盐电极、金属/氧化物电极或金属电极,要根据具体的介质性质和防护体系选择参比电极。
阳极保护主要用于一些贮罐、塔设备、换热器等的腐蚀防护,下图是应用阳极保护的两个例子。
对浓硫酸贮罐的阳极保护常用的辅助电极有镀铂电极、高硅铸铁、银等,对稀硫酸可用铝青铜、石墨等。
致钝是实施阳极保护的第一步,金属致钝后,会使被保护金属表面在与腐蚀介质接触后的电流密度高于体系的致钝电流密度,使金属转入钝化状态。
为使金属快速进入钝化区,减少在活化区的溶解腐蚀损失,可增大局部表面电流密度使整个金属表面逐步实现钝化,或设法降低体系的致钝电流密度,如低温致钝、化学致钝、脉冲致钝等。
二、现状及发展前景金属的电化学腐蚀和腐蚀的电化学控制,目前基本上还建立在唯象理论基础上,腐蚀理论和技术上的突破将主要依赖金属等材料界面电化学分子水平的研究。
当前的研究主要包括:在复杂的宏观体系中基元腐蚀过程及其相互作用的理论模型;决定体系使用寿命的参数及寿命预测;对重要技术设备腐蚀实施监控的传感器技术;应用于腐蚀保护的新电极材料;耐腐蚀新材料的开发;金属钝化膜的成分、晶体结构及电子性质,钝化膜局部破坏和金属局部腐蚀的理论模型、统计处理及原位微区测试技术;金属表面耐蚀处理的技术和理论;缓蚀剂电化学行为的分子水平研究。
随着阴极保护技术的普及,对于牺牲阳极来说,人们对此有了更加深刻的认识。
目前,牺牲阳极的实用配方已经基本定型和标准化,但开发高效、耐用、经济的牺牲阳极则成为牺牲阳极材料的发展方向,其中又以铝合金阳极的性能研究及开发最为突出现在研究的高效铝阳极开路电位已达-1.4V,电流效率>95%以上,而且还开发研制了用于海泥的Al-Zn-In系及Al-Zn-In-Si系合金牺牲阳极和Alap-3以上。
在牺牲阳极机理研究方面,对于铝合金阳极中Hg、In等元素的活化作用机理,铝基牺牲阳极的溶解过程和负差异效应,Zn 阳极晶间腐蚀的原因和对策以及探索用错误!超链接引用无效。
纯原料代替高纯原料制造牺牲阳极等方面都有不同进展。
生产工艺成型方面,通过对铸造过程中的热处理和改变阳极的常规形状,以提高电化学效率及改变原来单调的外形,满足阴极保护多样化的发展。