金属腐蚀的基本原理
金属腐蚀原理
金属腐蚀原理
金属腐蚀是一种自然现象，指的是在金属表面发生化学或电化学反应的过程中，金属与外界环境中的氧气、水、酸、碱等物质发生反应，并通过一系列的化学变化导致金属表面的物质逐渐失去，形成腐蚀产物或产生损坏。
金属腐蚀过程中常见的形式包括氧化、腐蚀、侵蚀等。
金属腐蚀的主要原理与电化学反应有关。
在金属表面有微小的电位差存在，形成了微电池。
当金属进入电解质溶液中，在阳极和阴极两个区域形成了微小的电池，即腐蚀电池。
在阳极区域，金属原子被氧化离子损失电子，转化为正离子。
而在阴极区域，溶液中的还原剂接受电子，还原成原子或分子。
这样，金属表面就会发生电荷的流动，导致金属的腐蚀。
除了电化学反应，金属腐蚀还受到环境因素的影响。
例如，湿度、温度、PH值、化学物质浓度等都会影响金属腐蚀的速率和形式。
较高的湿度和温度可以加速金属腐蚀反应的进行，而酸性、碱性环境会使金属更易遭受腐蚀。
此外，金属的纯度和组织结构也会影响腐蚀的程度。
纯度较高的金属更不容易发生腐蚀，而晶粒结构较大或存在缺陷的金属更容易遭受腐蚀。
对金属腐蚀的原理的研究，有助于寻找防腐蚀的方法和措施。
常见的防腐蚀方法包括金属表面涂覆防腐涂料、阴极保护、合金化改进金属的抗腐蚀性能等。
防腐蚀技术的应用可以有效延长金属的使用寿命，减少腐蚀造成的经济和环境损失。
第一章 金属腐蚀的基本原理腐蚀原理
一些金属在某些介质中的平衡电位
每天进步一点点……
腐蚀电位序的作用：预测在实际条件下发生腐蚀的行为。 腐蚀介质发生变化，金属的电极电位序也会跟着发生改变，
如在标准电位序中，Al为-1.66v， Zn为-0.76v，Al较Zn活泼， 易发生腐蚀；而将这两种金属都浸入3%的NaCl溶液中时，Al 为-0.63v，Zn为-0.83 v，Zn较Al活泼，易发生腐蚀。
Chemical Corrosion and Anticorrosion
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第一章 金属腐蚀的基本原理
通过前面的学习，我们清楚的知道，材料不仅 有金属还有非金属，但工程结构材料主要还是以 金属为主,所以我们这一章就学习金属腐蚀的基本 原理。 电化学腐蚀 ：金属在电解质溶液中发生的腐蚀
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PO 2 (COH )4
每天进步一点点……
氧浓差电池实例
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(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
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补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
电极:电化学中，把金属与电解质溶液构成的体系称为电极体系
电位：单位正电荷有无穷远处移至该点，因反抗电场力
所做的电功即为该点的电位。
电极电位：电极系统中金属与溶液之间的电位差称为
该电极的电极电位，即E=E金属-E溶液
金属腐蚀的原理
金属腐蚀的原理金属腐蚀是指金属与周围环境发生化学反应而导致金属表面失去原有性能的现象。
金属腐蚀是一个普遍存在的问题，不仅影响着金属制品的使用寿命，还给人们的生产和生活带来了诸多不便。
了解金属腐蚀的原理对于预防和控制金属腐蚀具有重要意义。
金属腐蚀的原理主要包括以下几个方面：1. 电化学腐蚀。
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种电化学反应。
在电解质溶液中，金属表面会发生阳极溶解和阴极析出两种反应，导致金属表面的腐蚀。
阳极溶解是金属表面的原子失去电子成为离子溶解到溶液中，而阴极析出是溶液中的阳离子得到电子在金属表面析出成为金属原子。
这种电化学腐蚀是金属腐蚀中最主要的一种形式。
2. 化学腐蚀。
化学腐蚀是指金属与一些化学物质直接发生化学反应而导致金属表面腐蚀的现象。
化学腐蚀的原因主要是金属与氧气、水、酸、碱等化学物质发生氧化、水解、酸碱中和等反应，导致金属表面的腐蚀。
例如，铁的表面会与空气中的氧气发生氧化反应，生成铁氧化物，即锈。
3. 生物腐蚀。
生物腐蚀是指微生物、植物或动物对金属表面进行化学侵蚀的现象。
微生物和植物会在金属表面产生一些酸性物质，这些酸性物质会对金属表面产生腐蚀作用。
而一些动物，如海洋生物，会在金属表面产生一些有机物，这些有机物也会对金属表面产生腐蚀作用。
4. 应力腐蚀。
应力腐蚀是指金属在受到应力作用的情况下，在特定环境中发生的腐蚀现象。
金属在受到应力作用时，其原子结构会发生变化，使得金属更容易发生腐蚀。
应力腐蚀是一种危害性很大的腐蚀形式，往往会导致金属的快速破坏。
以上就是金属腐蚀的主要原理。
了解金属腐蚀的原理有助于我们采取有效的措施来预防和控制金属腐蚀，延长金属制品的使用寿命，减少资源浪费，保护环境。
希望大家能够重视金属腐蚀问题，共同努力为建设美丽的地球贡献自己的一份力量。
自然环境中金属的腐蚀
自然环境中金属的腐蚀自然环境中，金属的腐蚀是一种常见的现象。
金属腐蚀指的是金属与周围环境发生化学反应，导致金属表面发生损坏。
金属腐蚀不仅会对金属材料本身造成损害，还会对环境和人类造成不良影响。
本文将介绍金属腐蚀的原理、影响因素以及防腐措施。
首先，金属的腐蚀是由于金属与氧气、水和其他化学物质之间的反应而引起的。
金属腐蚀的主要原理是电化学反应。
金属在电解质溶液中放电，被溶液中的阴离子氧化，并释放出电子。
在金属表面产生一个阳极区和一个阴极区，阳极区发生金属溶解，而阴极区则减少金属表面的反应。
金属腐蚀的速度在很大程度上取决于环境因素。
其中，氧气和水是金属腐蚀的主要因素。
水中的氧气与金属发生氧化反应，形成金属氧化物。
这种氧化反应是金属腐蚀的根本原因。
此外，温度、湿度、盐度、酸碱度等环境条件也会影响金属腐蚀的速度。
例如，高温和湿度会加速金属腐蚀的发生，而酸性环境也会增加金属腐蚀的程度。
金属腐蚀不仅会对金属材料本身造成损害，还会对环境和人类健康造成不良影响。
金属腐蚀会导致金属材料的强度降低，减少其使用寿命。
此外，金属腐蚀还会产生有害物质，如氧化物、盐和酸等，这些物质会对环境造成污染。
例如，铁腐蚀会生成铁锈，不仅对钢结构的稳定性造成威胁，还会对土壤和水体造成污染。
金属腐蚀还会导致环境中的金属离子增加，从而对生物体产生毒害。
为了延长金属材料的使用寿命，并减少金属腐蚀对环境和人类的危害，我们需要采取一系列的防腐措施。
其中，最常见的方法是涂层保护。
利用涂层可以将金属与周围环境隔离，降低金属表面与空气和水接触的机会，从而达到防止金属腐蚀的效果。
涂层材料通常有油漆、漆膜、聚合物薄膜等，其具有隔离作用，可以保护金属免受外界环境的侵蚀。
此外，金属腐蚀还可以通过电化学方法来防止。
例如，将金属与另一种更容易腐蚀的金属连接在一起，将使腐蚀发生在后者上，而保护前者。
这种方法被称为阴极保护。
此外，还可以通过阳极保护的方法，即在金属表面附着一个以金属为主的阳极，在金属腐蚀过程中发生氧化反应，将腐蚀反应集中在阳极上。
金属腐蚀的原理及防治方法
金属腐蚀的原理及防治方法金属腐蚀是指金属在化学或电化学作用下，发生破坏性变化的过程。
腐蚀过程会降低金属的强度和硬度，使其失去原有的机械性能，影响材料的使用寿命和安全性。
因此，研究金属腐蚀的原理和防治方法，对延长金属材料的使用寿命、提高生产效率和确保安全具有重要的意义。
一、金属腐蚀的原理金属在自然环境中，常被暴露在空气、水、液体、土壤、化工介质、海水等导致的化学反应和电化学作用中，而导致金属的腐蚀。
在金属腐蚀过程中，发生的反应分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
（一）化学腐蚀化学腐蚀是指金属与某种化学物质，如酸、碱、盐等反应产生的腐蚀现象。
化学腐蚀常用来描述各种酸性、碱性和盐性的腐蚀。
例如，铁在水和氧气的作用下，会和水中的二氧化碳形成碳酸化合物，这种化合物会使铁逐渐被分解，并形成红褐色的铁锈。
当铁上的铁锈不断增长，破坏铁表面的保护层，导致铁的腐蚀。
（二）电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属通过电极反应与电解质溶液中的阳、阴离子，或电解质溶液中的氧分子反应发生的腐蚀现象。
电化学腐蚀的过程中，金属表面的阳极区发生氧化反应，金属表面的阴极区发生还原反应。
例如，当铁在水中淋湿时，铁的表面会形成一个电解质界面。
随着时间的推移，铁表面的阳极区，也就是金属离子会溶解到电解质中，释放出电子，在表面形成负电位。
金属表面的阴极区则会吸收电子，在表面形成正电位。
由于阳离子的溶解和阴离子的吸附，会导致金属表面产生氢离子，它们会不断地在金属表面上沉积，并形成小洞使金属逐渐腐蚀。
二、金属腐蚀的防治方法（一）表面处理表面处理是一种防止金属腐蚀的有效方法。
表面处理的目的是为了增加金属的耐腐蚀性能，通过处理金属表面，使其不容易和外界物质发生反应，从而达到防止腐蚀的目的。
表面处理一般采用喷涂、热浸镀、电镀、电泳、涂层等方法，来对金属表面进行处理，从而防止金属腐蚀。
（二）金属镀层金属镀层是一种常用的防止金属腐蚀的方法。
在金属的表面涂上一层抗腐蚀能力强的金属，可以保护金属的表面不受腐蚀的侵蚀。
第一章 金属腐蚀的基本原理
O2+4H++4e→2H2O
氧化性的金属离子，产生于局部区域，虽然较少见，但能 引起严重的局部腐蚀。 一种是金属离子直接还原成金属，称为沉积反应，如锌 在硫酸铜中的反应 Zn+Cu2+→Zn2++Cu↓ 阴极反应 Cu2++2e→Cu↓ 另一种是还原成较低价态的金属离子，如锌在三氯化铁 溶液中的反应 Zn+2Fe3+→Zn2+2Fe2+ 阴极反应 Fe3++e→Fe2+
1、什么是原电池？举例说明并阐述工作机理。
原电池（丹尼尔电池） 是利用两个电极的电极 电势的不同，产生电势差， 从而使电子流动，产生电流。 又称非蓄电池，是电化学电 池的一种。其电化学反应不 能逆转，即是只能将化学能 转换为电能。简单说就即是 不能重新储存电力，与蓄电 池相对。需要注意的是，非 氧化还原反应也可以设计成 原电池。
试验表明，70%的硝酸可使铁表面形成保护膜，使它在后来 不溶于35%的硝酸中，但当表面膜一旦被擦伤，立即失去保护作 用，金属失去钝性。此外，如果铁不经70%的硝酸处理，则会受 到35%硝酸的强烈腐蚀。 当金属发生钝化现象之后，它的腐蚀速度几乎可降低为原 来的1/106～1/103，然而钝化状态一般相当不稳定，像上述试验 中擦伤一下膜就受到损坏。因此，钝态虽然提供了一种极好的 减轻腐蚀的机会，但由于钝态较易转变为活态，所以必须慎重 使用。
船舶腐蚀防护措施
船舶的防护直接关系到船舶的使用寿命和航行安全。船舶 的防护包括合理选材、合理设计结构、表面保护（涂层保护、 金属喷涂层、金属包覆层、衬里）、阴极保护等。船体防护系 统是保护船体免受腐蚀侵害的系统，主要有两大系统组成：防 腐蚀涂漆系统和外加电流或牺牲阳极的阴极保护系统。 1．防腐蚀涂料技术
金属腐蚀原理
金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属在特定条件下与周围环境中的化学物质发生反应导致其损失其原有性能和结构的现象。
金属腐蚀是一种自然现象，不可避免地影响了工业、农业、医疗、建筑和航空等领域的金属制品。
金属腐蚀的原理主要涉及以下几个方面：1. 化学反应金属与环境中的化学物质接触时，必然发生一系列化学反应。
铁与水和氧气反应会形成氧化铁，即铁锈。
Fe + H2O + O2 → Fe2O3·nH2O（铁锈）金属的电化学性质在这个过程中起着关键的作用。
如铜与氯离子反应如下：Cu + 2Cl- → CuCl2 + 2e-金属的原子释放出电子，产生正离子。
在电解质中，这些正离子随后会与负离子反应，导致金属表面的电化学腐蚀。
2. 电化学反应金属的表面被涂上一层绝缘性较好的材料或涂层，可以防止其与外部环境发生化学反应。
当涂层损坏或表面存在缺陷时，金属会变得更易受到腐蚀。
此时，金属会表现出电化学反应，也就是在金属表面形成电池。
金属的电子从阴极（电池的负极）流向阳极（电池的正极），从而导致阳极处的金属被电化学腐蚀。
3. 介质腐蚀金属腐蚀还会受到介质的影响，介质包括气体、液体和固体。
在钢材上，只有当表面附着了盐、油、水或化学物质等附件时，金属才会腐蚀。
在线的腐蚀往往会发生在地下管道和油罐等结构中，因为它们被完全包围在介质中。
在这种情况下，防护系统和钝化剂等方法可能会用来防护金属免受腐蚀的影响。
4. 海洋水腐蚀金属在海洋环境中面临更复杂的腐蚀挑战，因为海洋环境包含盐、水以及许多化学物质。
海水的腐蚀效果比纯水的腐蚀效果更严重，并可以在金属表面形成锈。
氯离子是最具腐蚀性的物质。
在船舶、桥梁和海上平台等重要结构中，通常需要采用特殊的腐蚀防护措施来保护金属免受海洋环境的损害。
金属腐蚀涉及多个因素，包括化学反应、电化学反应、介质腐蚀和海水腐蚀等。
通过了解这些原理，我们可以采取更有效的方法来防止金属腐蚀并延长其寿命。
除了了解金属腐蚀的原理之外，还需要对不同类型的金属腐蚀有深入的了解。
金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀是指金属与环境中的化学物质发生反应而遭受损害的过程。
其基本原理可以概括为以下几点：
1. 金属的电化学性质：金属具有导电性质，其内部存在自由电子，可以形成电流。
不同金属的电化学性质有所差异，会影响金属的耐腐蚀性能。
2. 电化学反应：金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电解质溶液中，金属表面会发生氧化和还原反应。
这些反应中，金属作为阴极或阳极参与电子传递过程，从而导致金属的腐蚀。
3. 电化学腐蚀过程：在电解质溶液中，当金属表面存在局部缺陷（如划痕、裂缝等）时，就会形成阳极和阴极的区域差异。
阳极区域发生氧化反应，金属通过失去电子被溶解成阳离子进入溶液中；而阴极区域则发生还原反应，一些物质被还原成金属。
在这个过程中，金属的一部分被腐蚀，组成金属的原子被离子替代，最终导致金属的损坏。
4. 影响腐蚀速率的因素：金属电化学腐蚀速率受多种因素影响，包括溶液中的电导率、氧含量、温度等。
此外，金属的合金成分、微观结构和表面处理等也会对腐蚀速率产生影响。
5. 防腐措施：为了减缓金属电化学腐蚀的发生，可以采取多种防腐措施，例如使用防腐涂层、合金化、电镀、阳极保护等方法，以提高金属的耐腐蚀性能。
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腐蚀原电池的类型
宏 观 异种金属接触形成电偶电池 金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池 金属处于温度不同的介质中形成温差电池 化学性质不均匀 微 观 微观组织不均匀 物理状态不均匀 表面膜不完整
金属腐蚀基本原理
３ 影响腐蚀的主要因素
金属腐蚀是非常复杂的。金属在各种环境条件下的腐蚀规律和破坏 程度，不但与腐蚀的电化学过程有关，而且与许多复杂的内在的和外 界的因素有关。了解各种因素堆腐蚀的影响，有利于科学地采取腐蚀 地控制措施。影响腐蚀的因素包括两个方面：
1.3按腐蚀的环境分类
常见的腐蚀环境有：酸腐蚀、碱腐蚀、盐腐蚀、大气 腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、谈水腐蚀等
金属腐蚀基本原理
２、 腐蚀的电化学原理
Байду номын сангаас
腐蚀原电池
例如，锌与其他金属、材料组成原电池，由于两极电 位差的存在，推动了电池反应的进行，也就是原电池的两 极电位差是电池反应的推动力。因此，只要金属表面存在 比它的电位更正的金属或杂质，溶液中又有H＋等氧化剂， 就会发生电极反应。金属腐蚀过程中的原电池就是腐蚀原 电池。 Zn + 2HCl Zn 2H＋ =ZnCl2 → +2e Zn2+ → + + H2 H2
3.1金属材料的本身 •材料的热力学稳定性 •合金成分的影响 •变形及应力的影响 •金属表面的状态的影响
内因
•热处理工艺及金相组织的影响
金属腐蚀基本原理
3.2 环境因素
外因
介质 PH 、 组分、浓度、温度、压力、溶液 运动速度和设备结构形式等。
金属腐蚀基本原理
４ 腐蚀速度的表示法
腐蚀的重量指标（V —）、腐蚀的深度指标（VL）和电 流指标等。 V —= （W0 – W1 ）/S*t VL = 8.76 V —/ d g /m2·h mm/a
金属腐蚀基本原理
•物理腐蚀 热镀锌的锌锅中的设备腐蚀 核工业中核反应堆中常用钠、钠钾合金、铋等冷却剂 中的设备腐蚀等 金属由于单纯物理溶解作用引起的腐蚀 物理腐蚀特点： 在某些区域金属不断溶解的同时，在另一些区域金属 不断析出，形成“物质转移”现象。
金属腐蚀基本原理
1.2 按腐蚀破坏的形态分类
以腐蚀的表面分布特征把腐蚀分为不同的形态。 常见的腐蚀形态有：全面腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐 蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择腐蚀和应力腐蚀等。
↑
阳极 阴极
+2e
↑
e
阳极
阴极
2H++2e=H2 Zn=Zn2++2e
Cu-Zn 原电池示意图
金属腐蚀基本原理
２、 腐蚀的电化学原理
腐蚀原电池
金属在含有氧化性物质的电解质溶液中时，由于杂质 的存在，即组成无数个腐蚀微电池。 在金属与电解质溶液的接触面上形成了如电容一样的双 电层，双电层的一侧带正电，另一侧带负电。双电层之间 存在电位差，成为该金属和溶液体系的电极电位。 金属的电极电位大小与金属的性质、晶体结构、表面 状态、介质的组成、浓度、PH值和温度等有关。
金属腐蚀现象和机理十分复杂，因此有关腐蚀的分类 方法很多，可按腐蚀机理、腐蚀破坏的分布特征和腐蚀环 境等分类。
1.1
按腐蚀机理分类
化学腐蚀 、电化学腐蚀和物理腐蚀
金属腐蚀基本原理
•化学腐蚀 在干燥的空气中金属高温氧化； 在硫酸生产中硫铁矿焙烧炉中SO2气体对设备的腐蚀； 氨合成塔中高温高压的氢、氮、氨气对设备的腐蚀； 钢厂中钢板高温氧化； 以及许多不能电离的有机物如醇、烃类等对设备的腐蚀。 这类腐蚀都为金属与介质发生的是纯化学反应。 化学腐蚀的特点： 腐蚀产物直接产生并覆盖在腐蚀发生的地方 腐蚀过程中不产生电流 腐蚀介质不含电解质
W0 :金属试件腐蚀前的重量, g W1 : 金属试件被腐蚀并清除腐蚀产物后的重量, g S : 金属试件的原始表面积, m2 t : 金属腐蚀的时间, h
d :金属的密度, g / cm3
金属腐蚀基本原理
对于电化学腐蚀来说，腐蚀速度还可以用单位金属表面生成 的腐蚀电流来表示。电流密度i (单位为A/cm2)和V —、VL的 关系如下： V — = 104*Ar·i / 26.8n
耐腐蚀设备的故障及失效案例分析与探讨
金属腐蚀基本原理
闻景超 宝钢分公司
二OO七年九月
金属腐蚀基本原理
金属腐蚀基本原理
金属在环境介质作用下，由于化学、 电化学变化和物理溶解而产生的破坏称为 金属腐蚀。
所谓环境介质是指空气、土壤、化 学品、水、机械力、射线和微生物等。
金属腐蚀基本原理
1、 金属腐蚀的分类
金属腐蚀基本原理
•电化学腐蚀 金属在酸、碱、盐中产生的腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀 、海水腐蚀、谈水腐蚀、石油化工生产中大部分的腐蚀和熔 融盐腐蚀。 这类腐蚀都为金属与介质发生的是电化学反应。 电化学腐蚀的特点： 腐蚀介质含导电性的电解质溶液； 腐蚀产物产生在两个相互隔离又同时存在的阴阳极区； 腐蚀过程中伴随着电子流动，产生电流。 。
VL
= 3.27*103*Ar·i / d ·n
Ar : 金属的原子量 n :金属腐蚀失去的电子数,即金属离子的价数