§1.1 金属电化学腐蚀的基本概念(3) 腐蚀电池的类型
金属腐蚀的定义及分类
金属腐蚀的定义及分类金属腐蚀是指金属与周围环境中的物质或电化学作用发生反应，导致金属表面变质，甚至破坏金属结构和性能的过程。
金属腐蚀是对于环境保护和金属制品使用寿命等方面的重要问题。
下面，我们将对金属腐蚀进行分类和说明。
1. 电化学腐蚀电化学腐蚀是指在电解质介质中，电化学反应与化学反应相结合导致金属腐蚀的过程。
一般情况下，电化学腐蚀是由于金属与溶液中存在的氧化还原电对发生反应，导致金属与环境发生相应的化学反应，并最终导致金属的腐蚀和损坏。
常见的电化学腐蚀有电解腐蚀、生物腐蚀和缝隙腐蚀等。
2. 化学腐蚀化学腐蚀是指金属在含有化学腐蚀介质的环境中，通过在金属表面上的物理化学反应而导致金属表面产生腐蚀现象。
化学腐蚀的发生是由于化学环境中存在的化学介质会被吸附在金属表面形成化学凝结物，进而导致金属表面加速腐蚀。
常见的化学腐蚀有腐蚀性气体腐蚀和液态金属腐蚀等。
3. 氧化腐蚀氧化腐蚀是指金属在氧气气体和水的环境中因氧气和水作用而导致的腐蚀现象。
在氧化腐蚀中，由于金属表面形成的氧化皮层密封缺陷，导致氧化腐蚀过程大大加速，最终导致金属材料的损坏。
常见的氧化腐蚀有锈蚀、烧蚀和高温氧化腐蚀等。
4. 物理腐蚀物理腐蚀是指金属在运动中受到磨擦、撞击等作用而导致的腐蚀现象。
在运动中，由于金属表面处于不断的接触状态下，所以金属局部表面会受到物理上的磨损和腐蚀，最终导致金属材料的破坏。
常见的物理腐蚀有磨损、冲蚀等。
总之，金属腐蚀是一个复杂的化学和物理过程，不同类型的腐蚀都有其独特的发生机制和特点。
因此，针对不同类型的腐蚀，应采取相应的腐蚀防治措施，以保障金属材料的性能和使用寿命。
第1章 金属电化学腐蚀基本理论
知识拓展
铁-H2O的电势-pH图
E/V ( A) 1.5 Fe3+ Fe2 O3 1.0 ( B )
将铁与
水的各种电
势-pH图合
O2
(b )
0.5
0 0.5
1.0 1.5
腐蚀区
( D)
在一起，对
讨论铁的防 腐有一定的
Fe
2+
H2O
Fe
(C )
H2
(a)
指导意义。
0
2
4
8 6 pH
10 12
14
被潮湿空气或雨水浸润，
空气中的 CO2 ,SO2 和海边 空气中的NaCl溶解其中， 形成电解质溶液，这样组 成了原电池 铜作阴极，铁作阳极
所以铁很快腐蚀形成铁锈。
H2或 H2O
CO2 SO2
Fe2+
O2
O2
H
Cu
+
H2 O
Fe
2e-
H2 O
H+
Cu
电化学腐蚀示意图
课堂互动
铁锈的组成
2+
铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：
I: II:
金属离子和极性水分子之间的水化力 > 金属离子与电子之间的结合力 金属离子和极性水分子之间的水化力 < 金属离子与电子之间的结合力
III: 金属离子和极性水分子之间的水化力 ≈ 金属离子与电子之间的结合力
三类双电层
1类：金属侧荷负电，溶液侧荷正电：
M ne mH2O
n
M mH2O ne
(3) (A)(D) 线以左区 域是铁的腐蚀区，要 远离这个区域。 常用油漆、塑料 或金属在铁的表面形 成保护层，将铁与氧 气、水、氢离子隔离 或用强氧化剂在 铁的表面形成致密的 氧化铁层，使铁钝化
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
每天进步一点点……
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
lg
PO 2 (COH )4
每天进步一点点……
氧浓差电池实例
每天进步一点点……
(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。
每天进步一点点……
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
金属电化学腐蚀的原理
目录
• 金属电化学腐蚀的基本概念 • 金属电化学腐蚀的原理 • 金属电化学腐蚀的影响因素 • 金属电化学腐蚀的防护措施 • 金属电化学腐蚀的应用
01
金属电化学腐蚀的基本概念
定义与分类
定义
金属电化学腐蚀是指金属与周围介质发生电化学反应，导致金属的损坏或变质。
分类
根据腐蚀机理，金属电化学腐蚀可分为阳极反应和阴极反应。阳极反应是指金 属原子失去电子成为阳离子，而阴极反应则是指介质中的氧化剂获得电子的过 程。
腐蚀速率和腐蚀速率方程
腐蚀速率
表示金属腐蚀的快慢程度，通常以单 位时间内金属损失的质量或厚度来表 示。
腐蚀速率方程
描述腐蚀速率与各种影响因素之间关 系的数学方程。这些影响因素包括金 属的性质、介质的性质、温度、压力 等。
腐蚀的危害
01
资源浪费
金属腐蚀导致大量金属资源浪费， 降低了资源的利用率。
环境污染
04
金属电化学腐蚀的防护措施
改变金属的成分和结构
合金化
通过在金属中加入其他元素，形成合金，以提高金属的耐腐 蚀性。例如，不锈钢就是通过在铁中加入铬、镍等元素制成 的，具有良好的耐腐蚀性。
非活性金属
选择那些不容易发生电化学反应的金属，如金、铂、不锈钢 等，这些金属不容易与其他物质发生化学反应，因此具有很 好的耐腐蚀性。
03
金属电化学腐蚀的影响因素
环境因素
湿度
湿度是金属腐蚀的重要环境因素。在潮湿环境中，金属表面容易 形成水膜，从而引发电化学腐蚀。
温度
温度的升高会加速金属的腐蚀速率。高温环境下，金属表面的水膜 容易蒸发，留下盐分等导电介质，促进电化学腐蚀。、盐等，能与金属发生化学反 应，导致腐蚀。
腐蚀电池的类型
[1]p31-34: 腐蚀电池的类型根据组成腐蚀电池的电极尺寸大小及阴、阳极区分布随时间的稳定性，并考虑到促使形成腐蚀电池的影响因素和腐蚀破坏的特征，一般可将腐蚀电池分为三大类：宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池和亚微观腐蚀电池。
一，宏观腐蚀电池，这类腐蚀电池通常是指由肉眼可见的电极所构成，如图2—9所示。
这类腐蚀电池的阴极区和阳极区往往保持长时间的稳定，因而导致明显的局部腐蚀。
1．异金属接触电池。
不同的金属浸于不同的电解质溶液中，当电解液连通且两金属短路时，即构成宏观腐蚀电池，如图2—9(a)所示的短路丹聂尔电池，其中锌为阳极，被溶解，铜为阴极，溶液中的Cu2+离子在阴极上接受电子而被还原，析出铜。
不同的金属在同一电解液中相接触，即构成电偶电池(Galvanic Cell)。
实际上，金属结构中常出现不同金属相接触的情况，在电解液存在的情况下可形成宏观腐蚀电池。
这时，可观察到电位较负的金属(阳极)腐蚀加快，而电位较正的金属(阴极)腐蚀减慢，甚至得到完全保护。
构成这种腐蚀电池的两种金属电极电位相差愈大，可能引起的腐蚀愈严重。
这种腐蚀破坏称为电偶腐蚀(Galvanic Corrosion)或双金属腐蚀(Bimetallic Corrosion)。
例如，舰船的推进器是青铜制成的，如图2—9(b)。
舰船在海洋中，由于青铜的电位比钢制船壳的正得多，从而构成腐蚀电池。
钢制船壳成为阳极而遭到腐蚀。
再如，铝制容器用铜铆钉铆接时，当铆接处位于电解液中，由于铝的电位比铜负，便形成了腐蚀电池。
结果，铆钉周围的铝为阳极，遭到腐蚀，而铜铆钉为阴极，受到保扩。
2．浓差电池，同一种金属浸入不同浓度的电解液中，或者虽在同一电解液中但局部浓度不同，都可形成浓差腐蚀电池。
浓差腐蚀电池可分为金属离子浓差电池·(Metal Ion Concentration Cell)和差异充气电池(Differential Aeration Cell)或氧浓差电池(Oxygen Conce ntration Cell)。
§1.1 金属电化学腐蚀的基本概念(2) 腐蚀电池的概念
[复习] [引入]师生互相问好，教师清点人数。
回顾上周课的内容：1.常见的金属腐蚀现象就是金属最常见、最普通的腐蚀形式：电化学腐蚀2.金属电化学腐蚀的概念：金属与电解质溶液发生的电化学反应过程3.金属电化学腐蚀的实质：发生在金属与溶液界面上的多相界面反应—金属的电化学腐蚀现象↑+→+2442HZnSOSOHZn为什么铜能够加速稀硫酸对锌的电化学腐蚀作用呢？铜之所以会加速锌片在稀硫酸中的溶解速度，是因为铜和锌以及稀硫酸组成了一个原电池，而且铜的析氢电位较低。
而在两个电极上分别进行如下反应：阳极反应：锌电极电位较负，失去电子被氧化。
Zn ─→ Zn2＋＋ 2e阴极反应：铜片上，酸中的氢离子接受电子被还原，有氢气逸出。
2H＋＋ 2e ─→ H2整个电池反应为:Zn ＋2H＋─→Zn2＋＋ H2由于锌的氧化反应放出电子，而电子通过导线流到铜电极后，在铜上被氢离子的还原所消耗，这样就构成了一个电池回路，其结果是电极电位较[新课板书][板书] [讲解] 负的金属锌不断溶解成锌离子进入溶液，使锌遭到腐蚀。
因此，上面所说的原电池实际上就是一个腐蚀电池。
1.腐蚀电池的定义两种电极电位不同的金属互相接触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池或者说：金属的电化学腐蚀正是由于不同电极电位的金属在电解质溶液中构成了原电池而产生的，通常称为腐蚀电池(或腐蚀原电池)。
即：金属电化学腐蚀的本质：就是浸在电解质溶液中的金属表面上，形成了以金属为阳极的腐蚀电池。
2.腐蚀电池的组成条件（让学生看书，然后逐一讲解）那么腐蚀电池有哪些组成条件呢？1.不同金属或同一金属不同部位之间要存在电位差；（将两种活泼性不同的金属(或导电单质)(Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子)(一种是相对较活泼金属一种是相对较不活泼金属）-联系金属活泼性顺序表2.具有不同电位的金属或金属部位要短路相接；（不用导线连接后插入电解质溶液中，形成闭合回路）3.相互短接的金属或金属部位要共存于电解液中。
《金属的电化学腐蚀与防护》 知识清单
《金属的电化学腐蚀与防护》知识清单一、金属电化学腐蚀的基本概念1、电化学腐蚀的定义金属与电解质溶液接触时，发生原电池反应，较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
2、电化学腐蚀发生的条件电化学腐蚀发生需要两个条件：一是金属与电解质溶液接触；二是金属表面形成了原电池。
3、原电池的构成要素原电池由正极、负极、电解质溶液和闭合回路组成。
在电化学腐蚀中，较活泼的金属作为负极，发生氧化反应；较不活泼的金属或其他导体作为正极，发生还原反应。
二、常见的电化学腐蚀类型1、析氢腐蚀在酸性较强的溶液中，发生的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主。
例如，钢铁在酸性环境中，铁作为负极，电极反应式为：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺；氢离子在正极得到电子生成氢气，电极反应式为：2H⁺＋2e⁻＝ H₂↑。
2、吸氧腐蚀在中性或弱酸性溶液中，发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。
以钢铁为例，铁作为负极，电极反应式为：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺；氧气在正极得到电子，与水结合生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂＋2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。
三、影响金属电化学腐蚀的因素1、金属的活泼性越活泼的金属，越容易发生电化学腐蚀。
例如，在常见金属中，钾、钠、钙等金属非常活泼，容易被腐蚀。
2、电解质溶液的性质电解质溶液的酸碱性、浓度等都会影响电化学腐蚀的速率。
一般来说，酸性越强、浓度越大，腐蚀速率越快。
3、温度温度升高，反应速率加快，金属的电化学腐蚀也会加快。
4、氧气浓度在吸氧腐蚀中，氧气浓度越大，腐蚀速率越快。
四、金属电化学腐蚀的危害1、经济损失金属的腐蚀会导致金属制品的损坏和失效，需要频繁更换，造成巨大的经济损失。
例如，桥梁、船舶、管道等的腐蚀维修费用高昂。
2、安全隐患金属结构的腐蚀可能会降低其强度和稳定性，从而引发安全事故。
比如，飞机零部件的腐蚀可能会影响飞行安全。
3、资源浪费大量金属因腐蚀而报废，造成了资源的极大浪费。
五、金属电化学腐蚀的防护方法1、改变金属的内部结构例如，将钢铁制成不锈钢，通过添加铬、镍等元素改变其内部结构，增强抗腐蚀能力。
§1.1-金属电化学腐蚀的基本概念(1)-金属电化学反应式
§1.1-金属电化学腐蚀的基本概念(1)-金属电化学反应式23[组织教学] [复习][引入] [补充知识] [讲解][板书] [提问] [学生回答] [归纳][强调] [板书] [举例] 师生互相问好，教师清点人数。
简单回顾腐蚀的基本知识，包括各种：1、生活中常见的腐蚀现象？2、腐蚀的含义？3、化工生产中常见的腐蚀类型？这些常见的金属腐蚀现象就是金属最常见、最普通的腐蚀形式：电化学腐蚀§1.1 金属电化学腐蚀的基本概念§金属电化学腐蚀的概念金属与电解质溶液发生的电化学反应过程。
电解质溶液的概念：能导电的溶液。
通俗地来说，最常见的电解质溶液主要是是酸碱盐的水溶液。
即：酸碱盐+水→电解质溶液1、生活中最常见的酸、碱、盐？酸：盐酸HCl、硫酸、醋酸碱：苏打、小苏打盐：氯化钠金属电化学腐蚀的概念：金属与电解质溶液发生的电化学反应过程。
一、金属腐蚀的电化学反应式1.金属+酸∈析氢反应例：锌和盐酸的化学反应式：↑+→+22lnl2n HCZHCZ1分5分4[小结][引入] [归纳][教学方式] [自由讨论] [板书]提问学生来描述锌和盐酸的反应现象，然后对学生的发言进行总结，并详细描述锌片插入稀盐酸溶液中的一系列化学反应现象，来吸引学生的兴趣。
2.金属+碱（或中性溶液）吸氧反应例：铁和水的化学反应式：()OHOFOHFOOHF2323226)(ee436e4+↓→→++铁锈提问学生来描述铁生锈的生活现象，然后对学生的发言进行总结，并详细描述铁片生锈的整个化学反应过程及其颜色变化等一系列现象，来吸引学生的兴趣。
3.金属+盐∈置换反应（包括沉积反应）例：单质铁和硫酸铜溶液的化学反应式：↓+→+CuSOFCuSOF44ee提问学生来描述铁片插入硫酸铜溶液的生活现象，然后对学生的发言进行总结，并详细描述铁片插入硫酸铜溶液中的化学反应过程中铁片表面及溶液颜色变化等一系列现象，来吸引学生的兴趣二、腐蚀电化学反应的实质课堂教学时，与<金属腐蚀的电化学反应式>部分的内容分别一一对应地讲解，加深学生理解1.金属+酸∈析氢反应～氢离子例：锌和盐酸的电化学反应式：⎪⎩⎪⎨⎧⇒⇒↑⇒→+⇒⇒⇒→-++阴极反应还原反应成单质氢气的过程氢离子得到电子被还原阳极反应氧化反应成锌离子的过程单质锌失去电子被氧化22222HeHZneZn2.金属+碱（或中性溶液）∈吸氧反应～溶解氧5分5[设置疑问][学生回答] [教师解答][板书] [讲解][设置疑问][学生回答] [教师解答][自由讨论]例：铁和水的电化学反应式：⎪⎩⎪⎨⎧⇒⇒⇒→++⇒⇒⇒→--+阴极反应还原反应被还原成氢氧根的过程水中的溶解氧得到电子阳极反应氧化反应成亚铁离子的过程单质铁失去电子被氧化OHeOHOFeF442e2e2223.金属+盐∈置换反应（包括沉积）～高价金属离子例：单质铁和硫酸铜溶液的电化学反应式：⎪⎩⎪⎨⎧⇒⇒↓⇒→+⇒⇒⇒→-++阴极反应还原反应成单质铜的过程铜离子得到电子被还原阳极反应氧化反应成亚铁离子的过程单质铁失去电子被氧化u2ue2e22CeCFeF记忆口诀：还羊（氧）羊（阳）：金属腐蚀的电化学反应的阳极反应，总是金属被氧化成金属离子并放出电子的过程。
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[组织教学] [复习]
[引入]
[板书] [讲解]
师生互相问好，教师清点人数。
回顾上周课的内容：
1.腐蚀电池的概念
两种不同的金属互相接触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池
2.腐蚀电池的组成条件
1.不同金属
2.电解质溶液
3.短路连接
原电池腐蚀电池
三、腐蚀电池的类型
根据腐蚀电池中电极大小不同，可分为
●宏电池腐蚀
●微电池腐蚀
(一)宏电池腐蚀
1.电偶腐蚀电池(腐蚀电偶)（局部腐蚀）
不同的金属浸于相同或不相同的电解质溶液中
[举例]
[板书] [讲解]
[举例]
[板书] [讲解]
[举例]
轮船船尾部分结构
1-船壳（钢板） 2- 推进器（青铜）
2.浓差电池
1)金属离子浓差电池（铜）：同一金属
与不同金属离子浓度的电解质溶液
相接触
金属离子浓差电池
Cu在稀溶液中易失电子。
溶液中金属离子
浓度越稀，电极电位越低；
浓度越大，电极电位越高
电子由金属离子的低浓度区（阳极）流向高浓度区（阴极）。
2)氧浓差电池（铁）：
同一金属与不同含氧量的电解质溶液相
接触→形成缝隙腐蚀或水线腐蚀
.
[板书] [讲解]
[举例]
[板书] [讲解]
[举例] 造成缝隙腐蚀的主要因素，危害性大。
O
2
+2H
2
O+4e → 4OH- （阴极反应）
氧的分压越高，电极电位越高。
介质中溶解氧浓度越大，氧电极电
位越高；而氧浓度较小处则电极电位较低称为腐蚀电池的阳极。
(一)微电池腐蚀
金属表面的电化学的不均匀性形成的自发而
又均匀的腐蚀。
1）金属化学成分的不均匀性（Fe
3
C和石墨；
FeZn
7
）
例如，工业生产中，纯锌-FeZn
7
、碳钢- Fe
3
C、铸铁-石墨等杂质，在腐蚀介质中，金属表面就会形成许多微阴极、微阳极，因此导致腐蚀。
2）组织结构的不均匀性（金属或合金组织内晶粒与晶界的电极电位不同）
比如，金属表面存在裂纹的情况
[板书] [讲解]
[举例]
[板书] [讲解]
[举例] [课堂小结] [作业] 例如：晶粒-晶界腐蚀微电池，晶界作为阳极而优先发生腐蚀<缝隙腐蚀>
3）金属物理状态的不均匀性
各部分应力分布不均匀或形变不均匀，钢板弯曲处、铆钉头部区域容易发生腐蚀。
4）金属表面膜的不完整性
腐蚀电池的类型
1.宏电池腐蚀
⑴电偶腐蚀电池
⑵浓差电池
a.金属离子浓差电池
b.氧浓差电池
2.微电池腐蚀
⑴电偶腐蚀电池
⑵浓差电池
1．课外作业：常见的腐蚀电池的类型，并适当举例说明？。