金属的电化学腐蚀与防腐

合集下载

对金属电化学腐蚀与防腐的认识

对金属电化学腐蚀与防腐的认识

金属电化学腐蚀与防腐是工程材料以及相关领域中一个十分重要的问题。

金属电化学腐蚀是金属在电化学作用下发生的一种不可逆的损伤,导致金属的质量和性能下降。

反之,防腐技术是针对金属电化学腐蚀现象而采取的预防或治理措施,以延缓金属材料的腐蚀速度,延长其使用寿命。

本文将从金属电化学腐蚀机理、常见的防腐技术以及未来的发展趋势三方面对这一主题进行探讨。

一、金属电化学腐蚀机理1. 腐蚀的基本概念腐蚀是金属材料在特定环境中的侵蚀现象,是由于电化学反应引起的物质损耗。

金属腐蚀主要包括阳极溶解、阳极枝晶腐蚀、表面膜破坏和缺陷部位的腐蚀等过程。

2. 腐蚀影响因素环境因素、金属材料本身特性以及其它外部因素都会对金属腐蚀产生影响。

金属材料的电位、温度、湿度、PH值、氧气浓度等因素都会对金属的腐蚀产生影响。

3. 腐蚀方式金属腐蚀主要有干细菌腐蚀、海水腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。

其中电化学腐蚀是最为常见和重要的一种。

二、金属电化学腐蚀的防腐技术1. 涂层技术涂层技术是目前应用最为广泛的一种防腐方法。

包括有机涂层、无机涂层、电化学沉积涂层等。

这些涂层可以有效隔绝金属与外界环境的接触,减少金属电化学腐蚀的发生。

2. 金属表面处理金属表面处理主要有防护涂层的施加、质量保证、金属镀层技术等。

金属表面处理可以有效地提高金属耐蚀性,并且使金属材料在特定环境中具有更长的使用寿命。

3. 材料合金化通过合金化可以改善金属材料的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。

加入镍、铬等元素合金化不锈钢可以大大提高其耐蚀性能,减少金属电化学腐蚀的发生。

4. 电化学保护在金属表面施加保护电流,使金属成为阴极保护,从而阻止金属的电化学腐蚀。

电化学保护是一种较新的防腐技术,具有良好的防腐效果。

三、未来发展趋势和个人观点未来的金属电化学腐蚀与防腐技术将更加关注环保、节能、耐久性以及智能化。

新型材料的研究、防腐材料的先进生产工艺以及多种防腐技术的综合应用将是未来发展的趋势。

我个人认为,金属电化学腐蚀与防腐技术是一个综合性的课题,需要从材料学、电化学、化学工程等多个专业领域进行深入研究。

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法引言:金属是我们日常生活中常见的材料之一,但长时间暴露于湿气、氧气等环境中,金属会发生腐蚀现象。

腐蚀不仅会影响金属材料的外观和机械性能,还可能导致金属结构的破坏。

为了有效保护金属材料,采取适当的防腐方法是必要的。

本文将介绍金属腐蚀的原因和常见的防腐方法。

1. 金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属表面在特定条件下遭受氧化、还原、溶解等化学反应,使金属表面失去原有性质并逐渐破坏的现象。

导致金属腐蚀的主要原因有以下几个方面:1.1 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的化学反应。

当金属表面存在缺陷或处于不同电位的区域时,会形成阳极和阴极,从而引发电化学腐蚀。

常见的电化学腐蚀有腐蚀电池和电解腐蚀。

1.2 化学腐蚀金属在酸、碱等强化学性质溶液中容易发生化学反应,导致金属腐蚀。

例如,铁在氧气和水的作用下形成铁锈,铜在湿气中容易氧化变色。

1.3 电解质腐蚀金属表面附着有含有电解质的潮湿物质,例如,海水中的氯离子、硫酸、碱性物质等。

这些电解质会在金属表面产生腐蚀反应,引起金属腐蚀的加剧。

2. 常见的防腐方法为了防止金属腐蚀,人们提出了多种防腐方法。

下面介绍几种常见的防腐方法:2.1 防止接触湿气和氧气腐蚀常常发生在金属材料暴露在湿气和氧气中的情况下。

因此,保持金属材料表面的干燥和清洁是防止金属腐蚀的基本方法之一。

可以通过增加表面防护层、使用密封材料或涂层等方式来实现。

2.2 电化学防腐电化学防腐是指借助电化学方法,改变金属表面的电位,使金属处于不易腐蚀状态。

其中的常见方法包括电镀、阳极保护和阴保护等。

2.3 使用有机涂层使用有机涂层是保护金属材料的一种有效方法。

有机涂层能够形成一个隔绝氧气、水分、电解质等腐蚀介质对金属的侵蚀的层。

常见的有机涂层有油漆、聚合物涂料和橡胶涂层等。

2.4 金属涂层的选择金属涂层是将具有较高电位的金属涂覆在较低电位金属表面上,形成二元合金体系,从而达到减少金属腐蚀的目的。

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法腐蚀是指金属在特定环境条件下与周围介质发生化学反应并逐渐破坏的过程。

腐蚀造成的经济损失巨大,对于工业生产和基础设施的健康运行产生了负面影响。

因此,研究金属的腐蚀机理以及防腐方法显得尤为重要。

本文将介绍金属腐蚀的原因及几种常见的防腐方法。

一、金属腐蚀的原因金属腐蚀主要是由于以下几个方面的原因引起的:1. 氧化反应:金属在氧气的存在下发生氧化反应,形成金属氧化物。

这种反应是金属腐蚀的主要原因之一。

2. 酸碱性介质:酸性或碱性介质中的离子可以与金属发生化学反应,导致金属腐蚀。

特别是酸雨对金属的腐蚀更为严重。

3. 盐水腐蚀:含有盐分的水可以导致金属腐蚀,尤其是在海洋环境中。

海水中的氯离子对金属腐蚀具有明显的影响。

4. 电化学腐蚀:金属处于电解质溶液中,会形成电池,产生电流,导致金属腐蚀。

二、金属腐蚀的分类根据腐蚀形式的不同,金属腐蚀可以分为以下几种类型:1. 干腐蚀:金属在无水环境中发生氧化反应,例如金属在气体中的氧化、硫化等。

2. 湿腐蚀:金属在潮湿环境中与水发生反应,例如金属在液体中的氧化、酸碱反应等。

3. 微生物腐蚀:由微生物引起的金属腐蚀,例如细菌、真菌等。

三、金属的防腐方法为了保护金属不被腐蚀,人们发展了多种防腐方法。

根据不同的需求和环境条件,可以选择合适的防腐措施。

1. 防腐涂层:在金属表面形成一层防护膜,可以有效隔离金属与外界环境的接触,阻止腐蚀的发生。

例如常见的涂层材料有油漆、橡胶、聚合物等。

防腐涂层的质量和厚度对其防腐效果有重要影响。

2. 电化学防护:通过在金属表面施加电流或者阴极保护方法,改变金属表面的电位,减少腐蚀反应的发生。

这种方法常用于金属设备和管道的防腐。

3. 合金制备:通过在金属中添加其他金属或者非金属元素制备合金,可以改善金属的耐腐蚀性能。

例如不锈钢是一种具有良好抗腐蚀性能的合金。

4. 阻垢剂和缓蚀剂:通过添加化学物质来抑制锈蚀的发生。

阻垢剂能够抑制金属和溶液中水垢的形成,从而减少腐蚀的发生。

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法

金属的腐蚀与防腐方法金属是一种常见的材料,广泛应用于各行各业。

然而,金属在特定条件下容易发生腐蚀,导致其性能下降甚至失效。

因此,了解金属的腐蚀原理和防腐方法是至关重要的。

1. 腐蚀原理金属腐蚀是指金属在与周围环境接触时发生的化学或电化学反应。

主要有以下几种类型:(1)电化学腐蚀:金属与电解质溶液接触时,在阳极处发生氧化反应,而在阴极处发生还原反应,导致金属离子溶解并形成腐蚀产物。

(2)化学腐蚀:金属与非电解质溶液或气体接触时,发生化学反应,例如金属与酸溶液接触产生的金属盐。

(3)晶间腐蚀:金属晶界或晶内存在着不稳定的化学成分,容易发生局部腐蚀,导致金属的断裂或剥落。

2. 防腐方法为了延长金属材料的使用寿命,减少腐蚀带来的损害,可以采取以下几种防腐方法:(1)涂层保护:涂层是一种常见的金属防腐方法。

通过在金属表面形成一层具有良好抗腐蚀性能的涂层,阻隔金属与外界环境的接触,减少腐蚀反应的发生。

(2)电化学保护:利用电化学原理,在金属表面形成保护性氧化物层或通过外加电流形成保护性阳极保护层,减缓腐蚀反应的进行。

(3)合金防腐:通过添加合金元素来改变金属的化学成分和结构,提高金属的抗蚀性能。

例如,不锈钢中添加了铬和镍等元素,使其具有良好的耐腐蚀性能。

(4)缓蚀剂:将能够与金属表面形成保护膜的化学物质涂覆在金属表面,形成一层保护层,以减缓腐蚀反应的发生,例如磷酸铁锌等物质。

综上所述,金属的腐蚀是由于与环境接触导致的化学或电化学反应。

为了延长金属材料的寿命,需要采取适当的防腐方法,如涂层保护、电化学保护、合金防腐和缓蚀剂等。

我们应该根据金属材料的具体应用环境和要求,选择合适的防腐方法,以保障金属材料的使用寿命和性能。

这样,我们才能更好地利用金属材料的优势,为社会发展做出更大的贡献。

金属的电化学腐蚀与防护

金属的电化学腐蚀与防护

到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥.
[答案] C
金属的腐蚀快慢顺序为:电解池的阳极>原电池的
负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的负极.
2.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 ①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
(
)
②当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起
保护作用 ③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺 牲阳极的阴极保护法 ④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保 护它不受腐蚀 A.①② C.③④ B.②③ D.①③
解析:构成的原电池中铁棒作负极:2Fe-4e- === 2Fe2+,
石墨棒作正极:O2+4e-+2H2O === 4OH-. 答案:B
4.钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应 A.2H++2e- === H2↑ B.2H2O+O2+4e- === 4OH- C.Fe-2e- === Fe2+
(
)
D.4OH--4e- === 2H2O+O2↑
+O2+4e-=== +2e- === H2↑
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐 蚀更普遍、危害更大.
如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放 置数天观察: (1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于_______
腐蚀.
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈______性, 发生________腐蚀,电极反应,负极:___________________, 正极:______________________________________________. (3)若试管内液面下降,则原溶液呈________性,发生
能很好地考查学生的学科内综合能力和实验探究能力.

金属腐蚀机理及抗腐蚀技术

金属腐蚀机理及抗腐蚀技术

金属腐蚀机理及抗腐蚀技术腐蚀是金属材料常见的一种损害方式。

它是指金属表面在化学或电化学作用下遭受损害,通常导致材料的性能下降和寿命缩短。

虽然一些金属如银、金等比较稳定,但其它金属在常温下或接触不适当条件下很容易发生腐蚀。

如何防止金属腐蚀,是工程界长期以来的难题之一。

一、金属腐蚀的机理金属腐蚀的机理较为复杂,主要有化学反应型和电化学反应型两种。

1.化学反应型金属在遇到某些化学物质时,会和其发生化学反应,从而导致金属的化学成分发生变化,最终形成氧化物。

金属外表形成氧化物层,外行称之为锈,通俗来说就是被腐蚀了。

2.电化学反应型电化学反应型的腐蚀机理主要是由于金属表面的异质腐蚀电池形成了阳极和阴极之间的电化学反应。

阳极表面出现金属离子,发生溶解,而阴极情况下保持了金属的完整性。

其中阳极和阴极之间的差异赋予了形成电位,这种电位会影响金属的腐蚀程度。

电化学反应型的腐蚀过程比较复杂,其腐蚀机理与很多因素都有关,例如温度、PH值、流体速度等。

其中最重要的腐蚀因素是金属质量和表面处理方式。

一般情况下,金属质量优良的材料比较不容易腐蚀,而粗糙的金属表面则比光滑的面更易遭受腐蚀。

二、金属抗腐蚀技术腐蚀是一种普遍存在于各个领域的问题,例如化工、轻工、航空航天、海洋工程等领域的金属结构。

为了能够延长金属材料的使用寿命,提高金属的抗腐蚀能力,需要采取一系列的抗腐蚀技术。

1.物理防腐物理防腐指的是通过改变物理状态来保护金属不被腐蚀。

如在金属表面形成一层防护膜来防止腐蚀。

这种方法优点是简单并且成本较低,但是该方法的防护效果不够长久。

2.化学防腐化学防腐指使用某些化合物对金属表面进行防护处理,使其生成一层稳定的金属化合物膜,防止腐蚀的发生。

这种方法防护效果相对较好,但是施工成本较高。

3.材料选择在设计使用金属材料时,需要充分考虑其在使用环境中可能面临的腐蚀因素,并选择适合的金属材料才能有效防护。

例如耐腐蚀性能极高的不锈钢,仪器、航空、医疗器械、食品工业等领域中都大量使用不锈钢。

金属的腐蚀与防腐措施

金属的腐蚀与防腐措施金属是一种常见的材料,广泛应用于建筑、制造业、交通工具等各个领域。

然而,金属在使用过程中常常会遭遇腐蚀的问题,从而导致结构松散、功能降低甚至损坏。

为了延长金属制品的使用寿命,人们采取了各种防腐措施。

本文将重点讨论金属的腐蚀原因,以及常见的防腐措施。

一、金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属在特定环境条件下,由于金属与外界的物质相互作用而引起的破坏性变化。

腐蚀的主要原因包括以下几点:1. 化学腐蚀:金属遭受酸、碱、盐等化学物质的侵蚀,导致金属表面发生氧化、腐蚀等化学反应。

2. 电化学腐蚀:金属表面形成阳极和阴极区域,导致电子从阳极区域流向阴极区域。

阳极区域发生氧化反应,而阴极区域则充当还原的位置,使金属逐渐腐蚀。

3. 气候腐蚀:大气中的氧气、二氧化硫、酸雨等物质对金属表面产生腐蚀作用。

特别是在潮湿的气候条件下,金属容易受到腐蚀。

二、金属腐蚀的防腐措施为了有效地防止金属腐蚀,人们采取了各种措施。

以下是常见的防腐方法:1. 表面处理:通过给金属表面涂覆一层保护性物质来防止腐蚀的发生。

常用的表面处理方法包括喷涂、镀锌、热浸镀等。

这些方法能够形成一层覆盖在金属表面的保护膜,从而隔离金属与外界物质的接触。

2. 使用防腐涂料:防腐涂料是一种能够有效保护金属表面的涂料。

防腐涂料具有良好的附着力和耐腐蚀性,可以防止金属与外界物质接触,形成保护膜。

不同环境条件下需要选择不同类型的防腐涂料,如酸碱性环境、高温环境等。

3. 增加金属合金成分:通过加入一些具有良好防腐性能的合金元素,改变金属本身的物理和化学性质,从而提高金属抵抗腐蚀的能力。

例如,不锈钢中含有铬等元素,使其具有较好的抗氧化和耐腐蚀性能。

4. 进行电镀:电镀是一种通过电解作用将一层金属覆盖在另一种金属表面的方法。

通过电镀可以形成金属层来保护基材,达到防腐蚀的目的。

常见的电镀金属有镀铬、镀锌等。

总结:金属的腐蚀是一个普遍存在的问题,对各个行业和领域都会产生负面影响。

金属的电化学腐蚀与防护教案示范三篇

金属的电化学腐蚀与防护教案示范三篇金属的电化学腐蚀与防护教案1教材分析:本节课程是高中化学的第四章第四节,着重介绍了金属的电化学腐蚀和防护的基础概念、原理和方法。

教材主要内容包括金属腐蚀的原因、腐蚀过程和类型,腐蚀的防护措施,以及防护材料的种类和应用。

教学目标:1. 理解金属腐蚀的原理和分类,知道何种因素引起腐蚀。

2. 了解金属腐蚀的过程,掌握腐蚀程度的判断方法。

3. 掌握金属的防腐方法,包括阳极保护、阴极保护、涂层保护等。

4. 了解防腐材料的种类和特点,学会正确使用防腐涂料。

5. 培养学生创新思维和探究精神,鼓励学生从职业方向出发,对未来进行规划和预测。

教学重点:1. 腐蚀的种类和原理;2. 防腐的措施和方法;3. 金属腐蚀评价和防腐涂料选用的标准。

教学难点:1. 腐蚀的电化学原理,包括阳极、阴极和电解质的反应过程。

2. 不同金属在不同环境下腐蚀的机理及防止腐蚀的方法;3. 防腐涂料的选用,涂层的厚度和附着力的衡量方法。

学情分析:本节课程是高中化学中的选修内容,通常在年级较高,化学基础知识相对扎实的学生中教授。

学生应该已经在前面的章节中学习了电化学的基础知识,如电极反应等,有一定的认知基础。

但对于电解质的种类、腐蚀机制等知识掌握不深刻。

部分学生可能没有接触过防腐涂料及防腐涂料的应用,在实验操作上可能需要师生合作互动。

教学策略:1. 采用启发式教学法,引导学生通过实验和讨论理解腐蚀的机理和防护原理。

2. 通过引导学生进行实际问题分析,提高学生独立思考和判断能力。

3. 通过研究具体的防腐实践案例,引导学生理解和掌握防腐的科学方法和实用技术。

4. 通过实验和模拟仿真,激发学生的探索精神和创新意识。

5. 课后安排相关的实验练习以及习题训练,巩固学生所学知识和应用能力。

教学方法:1. 课堂讲授结合视听、图像等多媒体资源,生动直观展示相应的实验现象及防腐涂料的应用例子等;2. 小组讨论及实验操作,寻找金属腐蚀的规律;3. 仿真实验、实物展示等多种方式交替使用,提高学生的学习兴趣和深度;4. 队伍合作、个人发现等多元化学习方式,培养学生的能力和探究意识。

金属的腐蚀与防腐措施

金属的腐蚀与防腐措施金属是一种常见的材料,广泛应用于建筑、工业和日常生活中。

然而,长期暴露于环境中的金属常常会发生腐蚀现象,降低其使用寿命和性能。

因此,采取适当的防腐措施对金属的保护至关重要。

本文将讨论金属的腐蚀过程、主要的防腐措施以及其应用。

一、金属腐蚀过程金属腐蚀是指金属在与环境介质接触时,受到化学或电化学作用而发生的不可逆过程。

常见的金属腐蚀形式包括氧化腐蚀、电化学腐蚀和化学腐蚀。

1. 氧化腐蚀氧化腐蚀是指金属表面与氧气接触时发生的化学反应。

例如,铁与氧气反应生成铁锈。

氧化腐蚀通常发生在金属表面上形成的氧化膜中。

2. 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电化学介质中发生的腐蚀过程。

金属与电解质溶液中的离子相互作用,形成原电池。

在这个过程中,金属的一部分溶解并释放出电子,而电子被金属的另一部分接收,导致金属腐蚀。

3. 化学腐蚀化学腐蚀是指金属与非电化学腐蚀介质(如酸、碱等)接触时发生的腐蚀。

这种腐蚀过程通常是金属与酸碱等物质发生化学反应,导致金属表面的腐蚀。

二、防腐措施为了延长金属的使用寿命和维护其性能,需要采取有效的防腐措施。

主要的防腐措施包括物理防护、金属表面处理和阴极保护。

1. 物理防护物理防护是指通过给金属表面添加保护层来防止其与环境介质接触。

常见的物理防护方法有喷涂、涂覆、镀锌等。

例如,在汽车制造中,车身常涂有一层防锈漆来保护金属表面免受腐蚀。

2. 金属表面处理金属表面处理是指通过改变金属表面的结构或成分,减少与环境介质接触的机会。

常见的金属表面处理方法有阳极处理、化学处理和电镀等。

例如,铝合金在阳极氧化处理后能形成一层致密的氧化膜,从而提高其抗腐蚀性能。

3. 阴极保护阴极保护是指通过在金属表面施加一定的电流或电位来减少电化学腐蚀的发生。

常见的阴极保护方法有外加电流阴极保护和附加阳极阴极保护。

阴极保护广泛应用于海洋平台、管道等需要长期暴露在潮湿环境中的金属结构上。

三、应用案例1. 建筑领域在建筑领域,金属常用于构建骨架和支撑结构。

金属的腐蚀与防腐

金属的腐蚀与防腐金属是我们日常生活和工业生产中广泛应用的材料之一,然而,金属在使用过程中容易发生腐蚀现象。

腐蚀不仅会损害金属的外观和性能,还会导致安全隐患和财产损失。

为了保护金属不受腐蚀的侵害,我们需要采取一系列的防腐措施。

本文将就金属腐蚀的原因、分类以及常用的防腐方法进行探讨。

一、金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属与其周围环境发生化学反应而被破坏的过程。

主要的原因有以下几个方面:1. 氧化反应:金属与氧气发生氧化反应,形成金属氧化物。

例如,铁与氧气发生化学反应形成铁锈。

2. 酸碱腐蚀:金属与酸碱溶液接触时,会发生化学反应而导致腐蚀。

酸性溶液会加速金属腐蚀,碱性溶液则会使其减缓。

3. 电化学腐蚀:金属在电解质溶液中,由于电流的作用会发生电化学反应而腐蚀。

4. 氯离子腐蚀:金属与氯离子接触会导致腐蚀,尤其是在潮湿的环境中。

二、金属腐蚀的分类根据金属腐蚀的发生方式和破坏性质,可以将金属腐蚀分为以下几类:1. 干腐蚀:金属在干燥环境中,由于氧气和金属表面的反应而发生腐蚀,如铁锈的形成。

2. 湿腐蚀:金属在潮湿环境中,由于水蒸气、液体水和金属表面的反应而发生腐蚀。

3. 化学腐蚀:金属与酸、碱、盐等化学物质接触发生腐蚀。

4. 电化学腐蚀:金属在电解质溶液中发生电化学反应而腐蚀,如电池中阳极的腐蚀。

三、金属腐蚀的防腐方法为了保护金属不受腐蚀的侵害,我们可以采取以下几种常用的防腐方法:1. 表面处理:金属的表面处理是预防腐蚀的重要手段之一。

可以通过镀层、涂层等方式,形成具有防腐功能的保护层。

例如,电镀、喷涂等方法可以在金属表面形成一层坚韧的保护膜,阻隔氧气和有害物质的侵蚀。

2. 金属合金:金属合金是由两种或两种以上金属元素按一定比例混合而成的新材料。

金属合金具有优越的抗腐蚀性能,可以提高金属的耐蚀性。

例如,不锈钢就是铁、铬、镍等多种金属元素的合金,具有良好的防腐蚀性能。

3. 主动防护:主动防护是通过改变环境条件,减少金属腐蚀的发生。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

金属的电化学腐蚀与防腐李泽升宁夏大学资源环境学院 12级环境科学1班摘要:腐蚀现象都是由于金属与一种电解质(水溶液或熔盐)接触,因此有可能在金属/电解质界面发生阳极溶解过程(氧化)。

这时如果界面上有相应的阴极还原过程配合,则电解质起离子导体的作用,金属本身则为电子导体,因此就构成了一种自发电池,使金属的阳极溶解持续进行,产生腐蚀现象。

关键词:电化学腐蚀原理晶间腐蚀均匀腐蚀应力腐蚀防护与应用镀层阳极保护一、引言随着社会生产力的发展,人民生活水平的提高,金属的使用在日常生活中应用的越来越普遍,由金属腐蚀所带来的损失也越来越严重,这样研究金属的腐蚀与防护便显得非常的重要,本论文主要综合讲述了金属的电化学腐蚀的基本原理和分类,以及讨论了有关现实生产生活中具体的防护措施,以更好的指导现实实践。

二、电化学腐蚀原理金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象或过程称为腐蚀。

介质中被还原物质的粒子在与金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原,与失去价电子的被氧化的金属“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面上,这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。

由于金属是电子的良导体,如果介质是离子导体的话,金属被氧化与介质中被还原的物质获得电子这两个过程可以同时在金属表面的不同部位进行。

金属被氧化成为正价离子(包括配合离子)进入介质或成为难溶化合物(一般是金属的氧化物或含水氧化物或金属盐)留在金属表面。

这个过程是一个电极反应过程,叫做阳极反应过程。

被氧化的金属所失去的电子通过作为电子良导体的金属材料本身流向金属表面的另一部位,在那里由介质中被还原的物质所接受,使它的价态降低,这是阴极反应过程。

在金属腐蚀学中,习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的物质叫做去极化剂。

经这种途径进行的腐蚀过程,称为电化学腐蚀。

在腐蚀作用中最为严重的是电化学腐蚀,它只有在介质中是离子导体时才能发生。

即便是纯水,也具有离子导体的性质。

在水溶液中的腐蚀,最常见的去极化剂是溶于水中的氧(O2)。

例如在常温下的中性溶液中,钢铁的腐蚀一般是以氧为去极化剂进行的:如果氧供应充分的话,Fe(OH)2:还会逐步被氧化成含水的四氧化三铁Fe3O4·mH2O和含水的三氧化二铁Fe2O3·nH2O。

钢铁在大气中生锈,就是一个以O2为去极化剂的电化学腐蚀过程,直接与金属表面接触的离子导体介质是凝聚在金属表面上的水膜,而最后形成的铁锈是成分很复杂的铁的含水氧化物,有时还有一些含水的铁盐。

一般氧最易到达铁锈的最外层,其中铁是三价;铁锈最里层,铁是二价;中间层有可能是含水的四氧化三铁。

在水溶液中电化学腐蚀过程的另一个重要的去极化剂是H+。

在常温下,对铁而言,在酸性溶液中可以以H十离子为去极化剂而腐蚀,其过程是:阳极: Fe-Fe2+ +2e阴极: 2H++2e H2总的反应: Fe+2H+Fe2++H2故此时腐蚀反应产物是氢气和留在溶液中的二价铁离子。

除了氧和氢离子这两种主要的去极化剂外,在水溶液中往往还有由其他物质作为去极化剂引起的电化学腐蚀。

例如在酸性溶液中有+3价的Fe3+ 离子时,它可以作为电化学腐蚀过程的去极化剂而还原成为+2价的亚铁离子Fe2+ : Fe3++e Fe2+在用酸清洗钢铁表面的铁锈,即所谓“酸洗”时,锈层溶于酸中,形成一定量的Fe3+离子和Fe2+离子。

Fe3+ 离子就可以作为去极化剂使钢铁腐蚀。

如果酸液面上有空气,Fe2+ 离子可以在液面附近被空气中的O2氧化成Fe3+,成为去极化剂。

这就形成了一循环过程:Fe3+ 离子在钢铁表面作为去极化剂还原成Fe2+ 离子,再到液面附近被O2氧化成Fe3+ 离子,继续作为去极化剂使钢铁腐蚀起着“氧的输送者”的作用。

虽然溶解在溶液中的氧本身就是有效的去极化剂,但由于常温压下O在水溶液中的溶解度很小,由其去极化而引起的腐蚀速度是不大的。

有2“氧的输送者”存在时,腐蚀速度就会大大增加。

三、电化学腐蚀的分类上述金属腐蚀现象,都是假定阳极和阴极反应是在金属表面相同的位置发生的,这样引起的金属腐蚀是均匀的,称为均匀腐蚀,见图6.1 (a)。

实际上,金属中总是或多或少含有杂质,是不均匀的。

有些金属中还有目的地加入其他成分以改善其机械性能或耐腐蚀性,例如合金,但也因此引进了一定程度的不均匀性。

有些金属构件在加工过程中产生了内应力,同样造成不均匀性。

另外,腐蚀介质也可能因浓度差等原因产生局部的不均一性。

这种金属/溶液界面的不均一性是产生局部腐蚀的原因。

局部腐蚀的危害比均匀腐蚀要严重得多,因为金属腐蚀的阳极反应和共扼阴极反应,由于金属/溶液界面的不均一而产生了空间分离,阳极反应往往在极小的局部范围内发生,此时总的阳极溶解速率虽然仍旧等于总的共扼阴极反应速率,但是阴极电流密度(单位面积内的反应速率)却大大增加了,即局部的腐蚀强度大大加剧了。

例如一根均匀腐蚀的铁管可以连续使用很长时间而无大碍,但如局部腐穿就只能报废。

典型的局部腐蚀有孔蚀(见图6.1(b))、晶间腐蚀见图6.1(c)、脱成分腐蚀、冲蚀(见图(e))和应力腐蚀破裂见图(d)等。

(a)均匀腐蚀全面腐蚀(b)孔蚀(c)晶间腐蚀(d)应力腐蚀破裂孔蚀是在材料表面,形成直径小于1mm并向板厚方向发展的孔。

介质发生泄漏,大多是孔蚀造成的,而且它的发展速度也是很快的,大多为每年数毫米。

晶间腐蚀是沿着金属材料的晶界产生的选择性腐蚀,尽管晶粒几乎不发生腐蚀,但仍然导致材料破坏。

例如,不锈钢贫铬区产生的晶间腐蚀,是由Cr23 C6等碳化物在晶界析出,使晶界近旁的铬含量降到百分之几以下,故这部分耐蚀性降低。

铝合金、锌、锡、铝等,也存在由于在晶界处不纯物偏析,导致晶界溶解速度增加的情况。

合金中某特定成分由于腐蚀溶解而减少,被称为脱成分腐蚀。

例如,黄铜脱锌腐蚀,它容易发生在含有氯离子的高温水中,机理究竟是锌溶解而铜不被腐蚀,还是Zn和Cu同时溶解,然后铜又析出,尚未搞清楚。

家用热水器所用的黄铜制龙头,经几年使用后变成铜色,这就是我们身边发生的这种腐蚀的实例。

冲蚀是在冲击的机械作用下,材料表面发生磨损的同时又加入腐蚀作用,两者相互促进,产生严重的侵蚀。

气相流体中的液滴、液相流体中的固体粉末、液体中旋涡产生的空穴、弯管等部位发生的涡流等,都能破坏表面膜,加速腐蚀。

应力腐蚀破裂是一种在特定环境组合下,如铝合金和不锈钢与氯化物水溶液、铜合金与氨水、碳钢和碱性水溶液等,由于低的拉应力导致金属材料破裂的现象。

破裂有沿晶(晶界破裂)和穿晶(晶粒破裂)两种。

它们对于受应力的器械危害最大,如高压锅炉、飞机上侧面薄壁、钢索、机器的轴等,如果发生这类腐蚀就可能突然崩裂而酿成事故。

四、金属的电化学防腐蚀从腐蚀角度保护金属材料最简单易行的方法是将材料与腐蚀环境隔离。

例如有机涂料、无机物的搪瓷等涂覆金属表面以使材料与腐蚀环境隔绝。

当这些保护层完整时是能起到保护作用的。

这里主要介绍已广为人们采用的电化学防腐蚀方法。

1.金属镀层用电镀法在金属的表面涂一层别的金属或合金作为保护层。

例如自行车上镀铜锡合金当底,然后镀铬,铁制自来水管镀锌以及某些机电产品镀银或金等都可以达到防腐蚀目的。

电镀是借助于电解作用,在金属制件表面上沉积一薄层其他金属的方法。

包括镀前处理(除油、去锈)、镀上金属层和镀后处理(钝化、去氢)等过程。

电镀时,将金属制件作为阴极,所镀金属作为阳极,浸人含有镀层成分的电解液中,并通人直流电,经过一段时间即得沉积镀层。

2.阳极保护它是指用阳极极化的方法使金属钝化,并用微弱电流维持钝化状态,从而保护金属。

此法是基于对金属钝化现象的研究提出的。

因此,要弄清阳极保护的原理,首先要明白金属钝化的原理。

金属阳极溶解时,在一般情况下,电极电势愈正,阳极溶解速度愈大。

但在有些情况下,当正向极化超过一定数值后,由于表面某种吸附层或新的成相层的形成,金属的溶解速度非但不增加,反而急剧下降。

在金属被化学溶解时也有类似情形。

例如铁浸在硝酸溶液中,随着硝酸浓度的升高,铁的溶解速度加快。

但当硝酸浓度超过某一临界值后,铁的溶解速度反而显著降低。

这种在强化条件下金属正常溶解反而受到阻抑的现象叫做金属的钝化。

恒电势阳极极化曲线用控制电势法测定阳极极化曲线,可以清楚地了解金属的钝化过程。

如图所示就是典型的恒电势阳极极化曲线。

曲线分为四个区域AB段为活性溶解区,金属进行正常的阳极溶解。

当电势达到时,金属发生了钝化过程。

金属的溶解速度剧烈降低,故为临界钝化电势。

BC段是过渡钝化区,金属表面由活化状态过渡到钝化状态。

CD段是稳定钝化区,这一段电势区通常达1~2V,有的金属甚至可达几十伏,在此电势范围内金属的钝化达到稳定状态,金属的溶解速度达到最低值,在整个CD段溶解速度几乎保持不变。

DE段是过钝化区,当进入DE段,这时金属溶解速度又得新加快,造成这一现象有两种可能的原因,一是金属的高价态溶解,另一种可能是发生了其他的阳极反应,例如氧的析出。

根据以上分析可知,如果把浸在介质中的金属构件和另一辅助电极组成电池,用恒电位仪把金属构件的电势控制在CD段内,则可以把金属在介质中的腐蚀降低到最小限度。

这种用阳极极化使金属得到保护的方法叫阳极保护。

具体实施时,可把准备保护的金属器件作阳极,以石墨为阴极,通入大小一定的电流密度。

并使阳极电位维持在钝化区间,这样金属器件就得到了保护。

在钝化态,金属的溶解速度一般是10-6~10-8A·cm-2,比活化态小103~106倍,因而可以认为金属得到了保护。

参考文献[1] 张秋霞主编《材料腐蚀与防护》2000年版冶金工业出版社[2] 张云兰刘建华《非金属工程材料》北京:机械工业出版社 1998[3] 黄永昌《金属腐蚀与防护》上海:上海交通大学出版社 1999[4] 朱相荣王相润等《金属材料的海洋腐蚀与防护》北京:石油工业出版社2001[5] 章葆澄等《防腐蚀设计与工程》北京:北京航空航天大学 2003[6] [英]霍尔C.著,王佩云,曾佳华译.聚合物材料.北京:轻工业出版社1985[7] 李刚、刘敬服.材料腐蚀与控制工程.北京大学出版社,2010[8] 王日义.海水冷却系统的腐蚀及其控制,化工工业出版社,2006[9] 水工钢闸门的腐蚀与防护措施作者:李锋,费小霞,李华, 期刊治淮HARNESSING THE HUAIHE RIVER 2007年第01期[10] 水工钢闸门腐蚀检测探讨作者:杨军, 期刊-核心期刊中国科技纵横CHINA SCIENCE &TECHNOLOGY PANORAMA MAGAZINE 2009年第06期[11] 水工钢闸门腐蚀状况评估及防腐蚀技术 Corrosion evaluation and corrosion-resistance technology for hydraulic steel gate 作者:魏敏, 期刊水利技术监督TECHNICAL SUPERVISION IN WATER RESOURCES 2006年第06期。

相关文档
最新文档