第8章-金属阳极过程
腐蚀学原理第八章 金属在自然环境中的腐蚀_图文
零件之间的间缝和狭缝、氧化膜和腐蚀产物以及镀层中的 孔隙、材料的裂缝，以及落在金属表面上的灰尘和碳粒下 的缝隙等等，都是促使毛细凝聚的良好条件。在这些地方 大气腐蚀的产生和加速，很大程度上取决于毛细凝聚作用 。
2 吸附凝聚。在相对湿度低于100％时，未发生纯粹的物 理凝聚之前，由于固体表面对水分子的吸附作用也能形成 薄的水分子层。吸附的水分子层数随相对湿度的增加而增 加。吸附水分子层的厚度也与金属的性质及表面状态有关 。一般为几十个分子层的厚度。
(2) 湿膜的形成
金属暴露在室外大气或易遭到水滴飞溅的条件下，金属表面易形 成约1μm～1mm厚的可见水膜。这种情况如大气沉降物的直接 降落(雨、雪、雾、露、融化的霜和冰等)；水分的飞溅(海水的 飞沫)；周期浸润(海平面上工作的零件，周期地与水接触的构件 等)；空气中水分的凝结(露点以下水分的凝结、水蒸气的冷凝等 )。例如，露天仓库、户外工作的飞机、设备、仪器、海上运输 和水上飞机等，这些都经常会溅上水分或落上雨雪。
在中性或碱性液膜下：O2+2H2O+4e → 4OH－
在酸性液膜下： O2+4H++4e → 2H2O
3．大气腐蚀机理
大气腐蚀开始时受很薄而致密的氧化膜性质的影响。一旦金属处于“湿态 ”，即当金属表面形成连续的电解液膜时，就开始以氧去极化为主的电化 学腐蚀过程。在薄的锈层下氧的去极化在大气腐蚀中起着重要的作用。
8.1.3 影响大气腐蚀的主要因素
1．大气相对湿度的影响
空气中含有水蒸气的程度叫做湿度。水分愈多，空气愈潮 湿，通常以1m3空气中所含的水蒸气的克数来表示潮湿程 度，称为绝对湿度。在一定温度下空气中能包含的水蒸气 量不高于一定极限(不高于大气中的饱和蒸汽值)，温度愈 高，空气中达到饱和的水蒸气量就愈多。所以习惯用在某 一温度下空气中水蒸气的量和饱和水蒸气量的百分比来表 示相对湿度(RH)。当空气中的水蒸气量增大到超过饱和 状态，就出现细滴状的水露。
电化学原理及应用智慧树知到课后章节答案2023年下北方民族大学
电化学原理及应用智慧树知到课后章节答案2023年下北方民族大学北方民族大学第一章测试1.电解池的正极对应于（）A:阴极 B:不确定 C:阳极答案:阳极2.影响离子运动速度的主要因素不包括:（）A:离子的本性 B:温度 C:溶剂黏度 D:溶液pH答案:溶液pH3.第一个化学电源是1799年由物理学家（）。
A:法拉第 B:伽伐尼 C:伏打答案:伏打4.电池放电时正极对应于（）。
A: 不确定 B:阳极 C:阴极答案:阳极5.目前电化学的测量方法有（）。
A:示差法 B: 稳态法 C:暂态法 D:补偿法答案: 稳态法;暂态法6.（）属于电化学研究范畴。
A:腐蚀 B:电解池 C:电池 D:磨损答案:腐蚀;电解池 ;电池7.石墨中能够导电的载流子是（）。
A:电子B: 等离子体 C:其余选项都不对D:离子答案:电子8.对电化学学科做出重大贡献的人物有（）A:塔菲尔 B:牛顿 C:法拉第 D: 能斯特答案:塔菲尔;法拉第; 能斯特9.现代电化学研究的主体对象是（）。
A:电极过程动力学 B: 电化学热力学 C:电解质溶液理论 D:其余选项都不对答案:电极过程动力学10.第一类导体的载流子是（）A:空穴 B:正离子 C:电子 D:负离子答案:空穴;电子第二章测试1.相间电位产生主要的原因是（）A:偶极子双电层 B:吸附双电层 C:离子双电层 D:表面电位答案:离子双电层2.最精确和合理的测量电池电动势的方法是 ( )A:电容法 B:补偿法 C:示差法 D:伏安法答案:补偿法3.伽伐尼电位差又称为（）A:化学位差 B:电化学位差 C:内电位差 D:外电位差答案:内电位差4.（）是可测可控的。
A:绝对电位 B:外电位 C:内电位 D:相对电位答案:外电位;相对电位5.所有的电极都能建立平衡电势。
A:对 B:错答案:错6.298 K时，电池反应H2(g)+1/2 O2 = H2O(g)的标准电池电动势为E1，那么电池反应2H2(g)+O2 = 2H2O(g) 所对应的电动势为E2（）A: E1=1/2E2 B: E1=E2 C:无法确定 D: E1=2E2答案: E1=E27.盐桥能（）消除液接电位。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
电化学 第8章 金属电极的阳极过程
图8.1 金属的阴阳极极化曲线第8章 金属阳极过程8.1 金属阳极溶解8.1.1 概述化学电源、电解冶炼、电镀工业等都广泛地使用可溶性金属阳极，它往往要求金属阳极能够正常的溶解。
金属以离子形式进入溶液的阳极过程是由许多步骤组成的（阴极过程逆过程）。
从位置因素考虑金属的边角处先溶解。
包括金属晶格的破坏、电子转移、金属离子水化（或络合）等，并由对流、电迁移、扩散等方式使它们离开电极表面，用图表示如下：一般金属离子的水解过程速度很快，不会成为控步，金属晶格的破坏、电子转移步骤往往是控步。
以电化学步骤为例：()根据“微观可逆”原理，由于多价金属离子还原过程中往往是第一个电子还原步骤最慢，因此在阳极溶液过程中是失去最后一个电子的步骤最慢,即为控制步骤。
（为表观传递系数）显然， 即阳极的表观传递系数较阴极大。
对应的极化曲线如右图。
8.1.2金属阳极溶解的影响因素1、 金属本性的影响。
金属阳极溶解的条件为： 可能性，速度视大小而定。
（典型：氢氧反应生成水，热力学上没问题，但必须提供一定能量后反应才会发生）即只要电极位高于金属的平衡电位与过电位之和即可发生电极的溶解。
：热力学参数，表示反应的可能性。
越小，反应越容易进行。
一定时，大，则 小，小，则大。
注：这里高、中、低与氢过电位金属无关。
（上述过电位是指在一定电流密度下的相对大小，而氢过电位是指时的过电位）2、 溶液组成的影响即浓度C 、络离子、表面活性剂、阴离子（卤素等）的影响。
这里主要介绍阴离子的影响。
1 阴离子对阳极反应的影响比对阴极反应的影响大溶液中阴离子浓度记为，一般为卤素或等。
此时（单电子为例）=1、2、3之中的某一正数。
不仅影响电位，还可以以一定的反应级数参加反应。
这说明与金属表面上的金属形成了表面络和物。
2 并不是所有的阴离子都能加速阳极过程。
如果生成的表面络合物可溶，则使金属上的键变弱，容易使金属离子进入溶液，从而加速电极过程；而有些阴离子则无此能力，在表面上吸附后阻化了反应的进行。
第八章 OLED的器件设计说课讲解
图8-4显示以不同反射率的金属为阳极与器件效率的关系，其中以 高反射的铝和银当作阳极，器件效率可以是下发光型器件的1.6倍。如果 以反射率80％的镁当作阳极时效率也还超过下发光型器件。而其他反射 率较低的金属，效率都比下发光型器件低，因此高反射阳极还是主流。
下发光型器件：阴极高反射率，阳极高透过率，大部分光直 接从透明电极出射，一部分由高反射率的电极全反射，如图8-6 （a）,此时的干涉现象大致属于广角干涉。
上发光型器件：阴极为半透明金属，光的反射增加，造成多 光束干涉，微腔效应更明显。发光强度和发光颜色会随视角而改 变。
图8-6 （a）广角干涉；（b）多光束干涉示意图
表8-1 透明阴极的发展
1996年，Forrest等人率先使用10nm的Mg:Ag(30：1)加上40nm的 ITO当成半透明阴极，其透射率在可见光区大约为70％。所制成的A l q 3 器件上下都发光，外部量子效率加起来约0.1％。同时，溅射ITO的功率 只有5W,沉积速率只有0.3nm/min，溅射40nm需要超过2h;而且薄的金属 层不足以抵挡溅射过程对有机层的破坏，分子键被打断，能级发生变化。
8.1.2 上发光型器件阳极
OLED的阳极通常都是由高功函数的材料所组成的。而 上 发 光 型 器 件 中 ， 阳 极 必 须 具 有 反 射 性 。 Au （ 5.1 ） 、 Ni （5.15）、Pt（5.65）功函数较高但反射率只有50％~60％， Al（4.28）、Ag（4.26）反射率90％以上但功函数稍低，通 常要搭配合适功函数的材料，如Al/ITO、Ag/ITO或是Al/Ni、 Al/Pt。或使用适合的空穴注入材料。CFx、MoOx、利用UVozone处理Ag表面形成薄膜 Ag 2O (4.8~5.1eV)。
阳极工艺流程
阳极工艺流程阳极工艺是一种重要的金属加工工艺，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
它通过电化学原理，在金属表面形成一层致密、均匀、耐腐蚀的氧化膜，提高金属的耐蚀性和耐磨性。
下面将介绍阳极工艺的流程。
首先，准备工件。
在进行阳极处理之前，需要对工件进行清洗和去油处理，以确保金属表面干净无尘，去除表面油污和杂质，为后续的处理工作做好准备。
接着，进行阳极氧化。
将清洁的工件放入含有氧化剂的电解槽中，通过外加电流，在工件表面形成氧化膜。
氧化剂通常采用硫酸、硫酸铬、磷酸等化学物质，根据不同金属材料的特性和要求选择合适的氧化剂。
随后，进行封孔处理。
在氧化膜形成后，需要对其进行封孔处理，以提高氧化膜的密封性和耐蚀性。
封孔处理通常采用热水封孔或镉盐封孔，通过热水或镉盐溶液的浸泡，将氧化膜表面的微孔封闭，形成致密的保护膜。
接着，进行着色处理。
根据工件的要求，可以对氧化膜进行着色处理，以改变其表面颜色，增加装饰效果。
着色处理通常采用阳极氧化着色或化学着色，通过在特定条件下控制氧化膜的厚度和孔隙结构，使其呈现出不同的颜色。
最后，进行封闭处理。
在氧化膜形成并完成着色处理后，需要对其进行封闭处理，以提高其耐蚀性和耐磨性。
封闭处理通常采用热封闭或冷封闭，通过热处理或化学溶液浸泡，将氧化膜表面的微孔封闭，形成致密的保护膜。
总之，阳极工艺流程包括准备工件、阳极氧化、封孔处理、着色处理和封闭处理。
通过这一系列工艺步骤，可以使金属表面形成均匀致密的氧化膜，提高其耐蚀性和耐磨性，满足不同工件的功能和装饰需求。
阳极工艺在工业生产中具有重要的应用价值，对于提高产品质量和降低成本具有重要意义。
第1章 电解质溶液09-1
8
氯碱工业是仅次于硫酸和化肥的重要无机化学产业，已经有百 年的历史，但如何节约电能、热能、原料等措施都能对国民经 济产生巨大的推动作用。 人们在长期实践的基础上改善了许多电解工艺，比如１９６０ 年出现的在Ti电极上镀Pt、Ir、RuO2代替石墨的电解槽，Ti的 重量只有铁的５６％，强度超过铁，地壳总重量占０.４４％， 储量充足，表面可形成TiO2耐腐蚀性好，表面涂贵金属的目的 是增加导电性，这种电极的优点是：
19
1600年，英国物理学家吉伯发现，不仅琥珀和煤玉 摩擦后能吸引轻小物体，而且相当多的物质经摩擦 后也都具有吸引轻小物体的性质，他注意到这些物 质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。为了 表明与磁性的不同，他采用琥珀的希腊字母拼音把 这种性质称为“电的”。吉伯在实验过程中制作了 第一只验电器，这是一根中心固定可转动的金属细 棒，当与摩擦过的琥珀靠近时，金属细棒可转动指 向琥珀。
7.贾梦秋,应用电化学,高等教育出版社,2004.
8.腾岛昭,电化学测定方法,北大出版社,1995.
3
绪言
1.从氯碱工业说起： 氯碱工业是大家比较熟悉的和重要的电化学工业，它 是以食盐为原料，将其水溶液进行电解，这样同时支取氯 气、氢气和烧碱（NaOH）。 氯气可以和氢气合成盐酸和制造漂白粉外，又是很多有机 产品的原料，如六六六．滴滴涕，聚氯乙烯（PVC）、有机 溶剂和中间产品的原料。 烧碱则大量用于化学工业．造纸．纺织、肥皂、冶金和石 油部门。
1833年法拉第根据多次实验结果归纳出了著名的法拉第定律, 为电化学的定量研究和电解工业奠定了基础.
1870年人们创造了发电机,电解才被广泛地应用于工业中
22
金属表面的精饰 电化学新能源的开发和利用
第八章电化学分析法
二、电化学分析法的特点
（1）灵敏度、准确度高，选择性好 被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。 （2）电化学仪器装置较为简单，操作方便 直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动控 制和在线分析。 （3）应用广泛 传统电化学：无机离子分析H+、F-、Cl-、K+； 有机电化学分析：蛋白质、氨基酸 药物分析：磺胺类药物含量分析 活体分析：肌苷含量、酶活性分析
1、直接电位法:电极电位与溶液中电活性物质活度有关，通 过测量溶液的电动势，根据能斯特方程计算被测物质的含量 如饮用水中氟离子含量测定 研制各种高灵敏度、高选择性的电极是电位分析法最活跃的 研究领域之一。目前应用最多、选择性最好的是膜电极
2、理论基础：能斯特方程（电极电位与溶液中待测离子间 的定量关系式）。
对于氧化还原体系： Ox + ne- = Red
O Ox/RedR nFTlnaaROedx
对于金属电极（还原态为金属，活度定为1）：
M On/MR nF TlnaMn
二、离子选择性电极种类、结构与原理 1、种类
离子选择性电极(又称膜电极)。
1976年IUPAC基于膜的特征，推荐将其分为以下几类： 重点使用 原电极（primary electrodes）
电池工作时，电流必须在电池内部和外 部流过，才能构成回路。
溶液中的电流：正、负离子的移动。
1、原电池
负极：发生氧 化反应的电极。
正极：发生还 原反应的电极。
电极电位较高 的为正极
电极电位较低 的为负极
电池总反应是 两个电极反应 的加合
2、电解电池
阳极：与直流 电源正极相连 的一段，发生 氧化反应。
电化学分析的学习参考资料
- 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、"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、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)。
吸附理论 金属钝化是由于表面生成氧或含氧粒子 的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构， 使阳极反应的活化能显著提高。即由于这 些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降 低了，因而发生了钝化。
实验依据
根据电量测量的结果 ,在金属表面上远远没有 形成一个氧的单原子层时，就已经引起了明显 的钝化作用。 一些金属（如Cr，Ni，Fe及其合金）上发生超 钝化现象。 在吸附理论中，到底哪一种含氧粒子的吸附引 起了金属的钝化，以及含氧粒子吸附层改变金 属表面反应能力的具体机理，至今仍不清楚。
大多数金属阳极在活化溶解时的交换电流密度 是比较大的，所以阳极极化一般不大。 电极电位的变化对阳极反应速度的加速作用比 阴极过程要显著,故阳极极化度一般要比阴极极 化度要小。 阳极过程也可能是分若干个单电子步骤进行的， 并以失去“最后一个电子”的步骤 [M(n-1)+→Mn++e]速度最慢
金属的钝化
实验依据
采用适当的溶剂（例如I2+10％KI），还可以 单独溶去基体金属铁而分离钝化膜，以便进一 步测定其厚度及组成，利用Auger电子能谱和 电子衍射法则可以直接分析钝化膜的组成。 大多数钝化膜系由金属氧化物组成，除了氧化 物外，铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐及难溶的硫酸 盐和氯化物等都可以在一定条件下组成钝化膜。
在一定的条件下，金属阳极会失去电 化学活性，阳极溶解速度变得非常小。 我们将这一现象称为金属的钝化，此时 的金属阳极即处于钝化状态。
金属钝化的途径
化学钝化或自钝化:没有外加极化时,由于 介质中存在氧化剂(去极化剂),氧化剂的 还原引起金属钝化 阳极钝化:借助于外电源进行阳极极化
具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化 曲线
第三节 影响金属阳极过程的主要因素
金属本性的影响
最容易钝化的金属有铬、钼、铝、镍、钛等。
溶液组成的影响 络合剂、活化剂、氧化剂、有机表面活 性物质、溶液pH值的影响 阳极电流密度的影响
第四节 钝态金属的活化
消除或减弱钝化因素 采取活化措施
实验依据
将钝化了的金属表面用很小的阴极电流进行活 化。并根据阴极电量计算电极表面上的固态反 应物的数量及平均覆盖厚度。 在某些钝化了的金属表面上，还可以直接观察 到成相膜的存在，并可以测定其厚度及组成。 偏光方法证明在钝化了的金属表面上存在大量 小晶体 利用椭圆偏光法在许多钝化了的金属电极上测 量了钝化膜的厚度
表8.1 某些金属的交换电流密度范围 (金属离子浓度为1mol/dm3) 低过电位金属 j=10-10-3A/cm2 中过电位金属 j=10-3-10-6A/cm2 高过电位金属 j=10-8-10-15A/cm2
Pb Sn Hg Cd Ag
Cu Zn Bi Sb
Fe Co Ni 过渡族金属贵金 属
与钝化有关的概念
钝态 passive state,passivity 钝化 passivation 钝化膜 passive film 初始钝化电位,致钝电位 primary passive potential 过钝化电位 transpassive potential
第二节 金属的钝化
第十章 金属的阳极过程
本章重点
金属阳极过程的特点 金属钝化的原因 影响金属阳极过程的主要因素 钝态金属的活化
第一节 金属阳极过程的特点
金属作为反应物发生氧化反应的电极过 程 “正常的”的阳极溶解过程，在这一阶 段中直接生成溶液中的金属离子：通常 服从电化学极化规律。 阳极反应中生成不溶性的反应产物并常 出现与此有关的钝化现象：失去电化学 活性,阳极溶解速 度非常小。
成相膜理论 当金属阳极溶解时,可以在金属表面生 成一层致密的、覆盖得很好的固体产物 薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层， 把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极 过程的进行，导致金属溶解速度大大降 低，使金属进入钝态。
成相膜理论
在电极表面上生成固态反应物膜的前提是在电 极反应中能生成固态反应产物 生成固相反应产物也并不构成出现钝态的充分 条件，即并非任何固态产物都能导致钝态的出 现 只有那些直接在金属表面上生成的、致密的金 属氧化合物（或其他盐）层才有可能导致出现 钝态
表8.2 某些金属电极的传递系数
α(或αn) 电极体系 Ag/Ag+ Tl(Hg)/Tl+ Hg/Hg+ Cu/Cu2+ Cd/Cd2+ Cd(Hg)/Cd2+ Zn/Zn2+ Zn(Hg)/Zn2+ ln(Hg)/ln2+ Bi(Hg)/Bi2+ 0.5 0.4 0.6 0.49 0.9 0.4-0.6 0.47 0.52 0.9 1.18 0.5 0.6 1.4 1.47 1.1 1.4-1.6 1.47 1.40 2.2 1.76 β(或βn)