析氢和吸氧腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀的基本原理
金属发生析氢腐蚀时，阴极上将进行如下 反应：
由反应式可知，其最终产物是氢分子。当 电极电位比氢的平衡电位负时，上式的平 衡就向右移动，发生氢离子放电，溢出氢 气；若电极电位比氢的平衡电位略正时， 平衡将向左移动，氢气转变为氢离子。
发生析H2腐蚀的必要条件: EH>EM
对于
阴极过程由氧的去极化和氢去极化共同组 成。
当i=id时,ηO→∞，极化曲线将有着FSN
走向。但实际上，电位向负方向移动不可能 无限制的继续下去，因为当电位负到一定程 度时，在电极上除了氧的还原外，某种新的 电极过程也可以进行了。
在水溶液中，这一过程通常是析氢反应
的还原过程，该反应的平衡电位比氧还原反 应的平衡电位要负1.23V。在达到氢电极的平 衡电位Ee,H后，氢离子去极化过程就开始与氧 去极化过程加和起来（曲线FSQG）
Had+ H+•H2O+e→H2↑+H2O
④ H2分子聚集成H2泡逸出。 H2的不断逸出，吸收了阴极极化而积累的大量电子，完 成去极化作用。
H+去极化过程的阴极极化曲线
减小析氢腐蚀的途径
析氢腐蚀多数为阴极控制或阴、阳极混合 控制，腐蚀速度主要决定于析氢过电位的 大小。
ηO = ao + bo lg ic
ao：与电极材料、表面状态、溶液组成和温度有关； bo：与电极材料无关。
• 氧离子化过电位越小，氧与电子结合越容易，腐蚀速率越大； 一般金属上氧离子化过电位都较高，多在1V以上。
当电流密度较小时，氧过电位与电流密度呈直线关系
ηO＝ωi = RFi
在一定的阴极电流密度下氧还原反应的实际电位与该溶液中 氧电极的平衡电位间的差值，称为该电流密度下氧离子化过 电位，简称氧过电位，以η 表示。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀实验的最佳条件及临界ph值的探究
析氢腐蚀和吸氧腐蚀实验的最佳条件及临界ph值的探究
氢腐蚀和吸氧腐蚀是影响铝合金的两种主要的腐蚀损害的机理，两者的腐蚀过程与pH值关系密切，因此，探究它们的最佳条件及临界pH值是十分重要的。
最佳条件：
(1)氢腐蚀：最佳条件是高pH值、水温50～60℃，出渣速度低、pH值在9～9.5，杂质和离子含量低，无海绵铝合金以外的有机物等。
(2)吸氧蚀：最佳条件是pH值低，常低于7.2，而且室温低，保持在50℃以下；杂质含量低，低至ppm级；溶液影响因子最小，有机物含量极低，无抗腐蚀剂的添加。
临界pH值：
(1) 氢腐蚀的临界pH值：一般来说，当pH值超过9.5时，氢腐蚀就会发生，因此可以认为9.5就是氢腐蚀的临界pH值。
(2) 吸氧蚀的临界pH值：当pH值降低到7.2以下时，就会发生吸氧腐蚀，临界pH值可以认为是7.2。
铁的吸氧腐蚀 析氢腐蚀 电化学腐蚀 化学腐蚀的关系
铁的吸氧腐蚀、析氢腐蚀和电化学腐蚀之间的关系引言在日常生活中，我们经常会见到铁制品被氧气腐蚀、析氢腐蚀或发生电化学腐蚀的现象。
这些腐蚀现象不仅影响了铁制品的外观和性能，还可能对工业和基础设施造成严重的损害。
了解铁的吸氧腐蚀、析氢腐蚀和电化学腐蚀之间的关系，对于防止腐蚀、延长铁制品的使用寿命具有重要意义。
铁的吸氧腐蚀铁的吸氧腐蚀是指铁与氧气发生化学反应，生成铁的氧化物的过程。
当铁暴露在空气中时，铁表面的铁原子与空气中的氧气发生反应，生成铁的氧化物，常见的有铁锈（Fe2O3）和黑铁矾（FeSO4）。
这种腐蚀过程是一个氧化反应，同时也是一个放热反应。
铁的吸氧腐蚀是一个自发的过程，速度取决于环境条件，如湿度、温度和氧气浓度。
在潮湿的环境中，铁的吸氧腐蚀速度更快。
此外，铁的吸氧腐蚀还会受到其他因素的影响，如酸雨、盐水等。
铁的析氢腐蚀铁的析氢腐蚀是指铁与酸性环境中的酸发生化学反应，生成氢气的过程。
当铁暴露在酸性环境中时，铁表面的铁原子与酸发生反应，生成氢气和相应的盐。
这种腐蚀过程是一个还原反应，同时也是一个放热反应。
铁的析氢腐蚀是一个自发的过程，速度取决于环境条件，如酸的浓度、温度和铁与酸接触的时间。
在浓度较高的酸中，铁的析氢腐蚀速度更快。
此外，铁的析氢腐蚀还会受到其他因素的影响，如氧气的存在、温度的变化等。
电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的腐蚀现象。
在电解质溶液中，金属表面会发生氧化和还原反应，形成阳极和阴极区域，从而导致金属的腐蚀。
对于铁的电化学腐蚀来说，铁表面的一部分被氧化成离子，并在溶液中扩散，同时在阴极区域发生还原反应。
电化学腐蚀的速度取决于多个因素，如电解质溶液的成分、温度、金属的表面状态和电位差等。
在电解质溶液中，如果存在其他金属或电解质的离子，会形成电化学腐蚀的电池。
此外，金属表面的缺陷和不均匀性也会加速电化学腐蚀的发生。
铁的吸氧腐蚀、析氢腐蚀和电化学腐蚀的关系铁的吸氧腐蚀、析氢腐蚀和电化学腐蚀之间存在着一定的关系。
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀是金属腐蚀中常见的两种形式，它们对金属材料的损害严重影响了金属的使用寿命和性能。
为了进一步深入研究和改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验方法，我们进行了一系列的实验研究和改进探索，旨在为金属材料的抗腐蚀性能提供新的理论和实验依据。
一、实验目的二、实验原理1.铁吸氧腐蚀铁吸氧腐蚀是指金属在含氧环境下受到氧的影响产生的一种腐蚀现象。
在潮湿的空气中，铁表面会吸附大量氧气，与铁发生化学反应产生铁氧化物，这种化合物给金属表面形成一层铁氧化物覆盖层，使金属表面失去光泽和机械性能，严重的还会导致金属腐蚀。
对铁吸氧腐蚀的研究可以为金属在氧化环境中的应用提供理论依据。
2.析氢腐蚀三、实验方法在对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀进行实验改进时，我们采取了以下方法：1. 实验条件的优化：通过对实验环境的控制和调整，提高实验的准确性和可重复性。
在铁吸氧腐蚀实验中，我们采用真空环境和氧气气氛控制技术，减少氧气对金属的影响，提高实验的准确性。
在析氢腐蚀实验中，我们采用酸性介质的配比和温度控制技术，减少氢气对金属的腐蚀影响，提高实验的可靠性。
3. 实验数据的分析：通过对实验数据的量化分析和数学建模，提高实验结果的科学性和实用性。
在铁吸氧腐蚀实验中，我们对金属表面氧化物的形成动力学和热力学进行了深入研究，建立了铁吸氧腐蚀动力学模型和热力学模型，为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。
在析氢腐蚀实验中，我们对金属晶界氢气聚集的机理和影响进行了定量分析，建立了析氢腐蚀动力学模型和影响模型，为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。
四、实验结果通过对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进，我们获得了一系列新的实验结果和科学发现：1. 铁吸氧腐蚀实验中，我们发现了金属表面氧化物形成的动力学和热力学规律，揭示了氧气对金属腐蚀的影响机理和规律，为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。
2. 析氢腐蚀实验中，我们揭示了金属在酸性介质中氢气的聚集机理和影响规律，为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。
第 4 章 析氢腐蚀与吸氧
4.2 吸氧腐蚀
二. 氧的阴极还原过程及过电势
氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应，包括 个过程 氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应，包括4个过程 阴极极化曲线的三个区域： 阴极极化曲线的三个区域： 1. 当阴极电流密度较小，且供氧充分时，阴极极化过程的速度决定氧的离子化反应 当阴极电流密度较小，且供氧充分时， 2. 阴极电流密度增大，出现了浓差极化 阴极电流密度增大， 3. 当阴极反应速度＝极限扩散电流密度时，出现新的阴极极化 当阴极反应速度＝极限扩散电流密度时，
3. 当V输＝V反时，吸氧腐蚀同时受电化学极化和扩散浓差极化控制。 反时，吸氧腐蚀同时受电化学极 吸氧腐蚀的过程及特点 1. 如腐蚀金属在溶液中的电势较高，腐蚀过程中氧的传递速度大，金 如腐蚀金属在溶液中的电势较高，腐蚀过程中氧的传递速度大， 属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定； 属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定；阳极极化曲线与阴 极极化曲线相交于氧还原反应的活化区。 极极化曲线相交于氧还原反应的活化区。 2. 如腐蚀金属在溶液中的电势很低，腐蚀过程中氧的传递速度太小， 如腐蚀金属在溶液中的电势很低，腐蚀过程中氧的传递速度太小， 阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成； 阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成；此时腐 蚀电流大于氧的极限扩散电流 3. 如腐蚀金属在溶液中的电势较低，且处于活性溶解状态，而氧的传 如腐蚀金属在溶液中的电势较低，且处于活性溶解状态， 输速度又有限，则金属腐蚀速度将由氧的极限扩散电流密度决定。 输速度又有限，则金属腐蚀速度将由氧的极限扩散电流密度决定。 阳极极化曲线与阴极极化曲线相交于氧的扩散控制区。 阳极极化曲线与阴极极化曲线相交于氧的扩散控制区。
1. 当V输》V反时，阴极去极化反应是控制因素，即有充足的氧化剂到达阴极。 阴极去极化反应是控制因素，即有充足的氧化剂到达阴极。 2. 当V输《V反时，氧向阴极表面的输送是控制步骤。 氧向阴极表面的输送是控制步骤。 空气中的氧输送到被腐蚀件的阴极表面上，要经历一个复杂的过程。 空气中的氧输送到被腐蚀件的阴极表面上，要经历一个复杂的过程。
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氧的浓度对扩散控制的腐蚀过程影响示意图
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2、溶液流速的影响 在氧浓度一定的条件下，极限扩散电流密度与扩散层厚度成 反比。溶液流速越大，扩散层厚度越小，氧的极限扩散电流 密度就越大，腐蚀速度也就越大。
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在碱性溶液中，在电极上还原的不是氢离子，而是水分子， 析氢的阴极过程按下列步骤进行： 1.水分子到达电极与氢氧离子离开电极 2.水分子电离及氢离子还原生成吸附在电极表面的氢原子 H2O →H++OHH+ +M(e)→MH
3.吸附氢原子的复合脱附 MH + MH→H2+2M 或电化学脱附 MH + H+ +M(e)→H2↑+2M 4、氢分子形成气泡析出
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铝、不锈钢等有钝化膜的金属在稀酸中的腐蚀属阳极控制。 因金属离子进入溶液，要穿透钝化膜不容易，故有很高的阳 极极化，阳极过程阻力大，为阳极控制。 阳极控制下，使icorr↓的Ecorr变负。 溶液中有O2时，钝化膜易被修复，icorr↓。 溶液中有Cl-时，钝化膜被破坏，icorr↑。
其腐蚀电流增大到腐蚀金属的致钝电流而使金属由活
性溶解状态转为钝化状态时，则金属的腐蚀速度将要 显著降低。由此可见，溶解氧对金属腐蚀往往有着相 反的双重影响。
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图表明了氧浓度增加电流密度也要相应增大，腐蚀电位将移 向正方，腐蚀速度将增大。
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(3) 腐蚀电位位于阴极极化曲线的析氢反应 平衡电位以下，在自然腐蚀状态，阴极反 应包括O2还原反应和H+还原反应。如Mg在 中性溶液中的腐蚀。
• 氧扩散控制吸氧腐蚀的特征
在自然腐蚀状态，阴极反应速度，因而 金属腐蚀电流密度等于O2的极限扩散电 流密度id
icor ic Ecor id
特征：
（2） 阳极极化控制
当ia0 << ic0，才会出现阳极极化控制。因为除Pt、 Pd等低氢过电位金属外，在常见的工程金属材料 表面上析氢反应的交换电流密度都不很大，故这 种类型的析氢腐蚀不可能发生在活化极化控制的 腐蚀体系，只有当金属在酸溶液中能部分钝化， 造成阳极反应阻力大大增加，才能形成这种控制 类型。比如铝和不锈钢在稀硫酸中发生析氢腐蚀 就是这种情况。显然，这种类型的析氢腐蚀的阳 极反应不再受活化极化控制。
• 析氢腐蚀的典型例子—Fe在酸中的腐蚀
（1）在pH < 3的酸溶液中，阴极反应受活化极化 控制。
（2）在弱氧化性和非氧化性酸溶液中，在反应速 度不是很大时，阳极反应亦受活化极化控制。
（3）在大多数情况下，Fe在酸溶液中的腐蚀形态 是均匀腐蚀。
所以，Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电 极处理，作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。
温度：摄氏度 铁在盐酸巾的腐蚀速度与温度的关系
腐蚀影响因素
（2）溶液中的其他组分
（3）温度 温度升高，腐蚀速度迅速增大，因为温度升高时 阳极反应和阴极反应速度都加快了。 金属 方面 （1）金属材料种类和杂质 金属材料种类和所含杂质的影响既涉及阴极反应 又涉及阳极反应这一影响，混合控制腐蚀体系比 阴极极化控制腐蚀体系明显。 (2) 阴极区面积 (3) 金属表面的状态
材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.
氧去极化的阴极极化曲线： 由于氧去极化的阴极过程与氧向金属表面输送过程及 氧的离子化反应有关．所以氧去极化的阴极极化曲线比较 复杂。 分为四个部分： (1)阴极过程由氧离子化反应控制，即反应速度＜ ＜传输速度。 (2) 阴极过程由氧的扩散过程控制，即传输速度＜ ＜反应速度。 随着电流密度的不断增大，氧扩散过程缓慢引起浓差 极化。 (3)阴极过程由氧的离子化反应与氧的扩散过程混 合控制，即传输速度=反应速度。 (4)阴极过程由氧去极化及氢去极化共同控制。
析氢腐蚀的特征： 1.阴极反应浓度极化较小，一般可以忽略，原因： • （1）去极化剂是带电的半径很小的氢离子，在 溶液中有较大的迁移和扩散能力； • （2）去极化浓度较大，在酸性溶液中是氢离子， 在中性和碱性溶液中是水分子；H2O+e—H+OH• （3）氢气泡的搅拌作用； 2.与PH值关系较大。 3.与金属材料的本质和表面状态有关。 4.与阴极面积有关。 5.与温度有关。
影响氧去极化腐蚀的因素： （1）氧的浓度： 极限扩散电流密度随溶解氧的浓度增加 而增加，氧去极化腐蚀速度随着氧的浓度增加而增加。 （2）流动速度： 在氧浓度一定的情况下，极限扩散电流 密度与扩散层厚度呈成反比。溶液流速增加使扩散层 厚度减小，腐蚀速度增加。腐蚀速度随溶液流速的增 加而增加。 （3）温度：通常溶液温度升高有利于提高界面反应速度。 因此，在一定的温度范围内腐蚀速度将随温度升高而 加速。 （4）盐浓度：随着盐浓度增加，溶液的电导率增大，腐 蚀速度明显加快。
5.2 吸氧腐蚀 当电解质溶液中有氧存在时，在阴极上发生氧去极化反应， 在中பைடு நூலகம்或碱性溶液中： 在酸性溶液中：
由此引起阳极金属不断溶解的现象称作氧去极化腐蚀。
许多金属及其合金在中性或碱性溶液中，在潮湿大气、 海水、土壤中都可能发生氧去极化腐蚀，甚至在流动的弱 酸性溶液中也会发生氧去极化反应。因此，与析氢腐蚀比 较，氧去极化腐蚀更为普遍和重要。
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁在特定条件下发生的两种不同类型的腐蚀现象。
铁吸氧腐蚀主要是指铁在含有氧气的环境中，表面会形成铁的氧化物膜，导致铁的表面受损；析氢腐蚀则是指铁在含有酸性物质的环境中，会产生氢气，从而导致铁的表面产生气泡，最终导致腐蚀现象。
为了改进这两种腐蚀现象的实验研究，以下提出了一些建议。
为了研究铁吸氧腐蚀现象，可以改进实验方法。
在实验过程中，控制好氧气的流量和浓度，以及环境温度等条件，确保实验过程的稳定性，使得实验结果更准确可靠。
可以采用不同浓度的氧气溶液，比较其对铁腐蚀的影响；或者通过改变表面处理的方式，如表面涂覆保护膜等，来研究铁吸氧腐蚀的抑制方法。
对于析氢腐蚀现象的研究，可以改进实验条件。
调整酸性物质的浓度和酸性度，探究不同条件下对铁的腐蚀程度的影响。
可以研究不同的水质环境对析氢腐蚀的影响，比如硬水和软水，在不同水质条件下浸泡铁试样，观察其腐蚀情况。
也可尝试在相同酸性物质浓度下，加入一定量的氧气，观察其对析氢腐蚀的影响。
为了更准确地研究铁的腐蚀现象，可以改进实验方法和测试手段。
可以采用电化学方法，比如腐蚀速率的测量和极化曲线的绘制等，以获得更详细的腐蚀行为和机制信息。
可以采用显微镜等观察工具，对腐蚀表面进行形貌和组织结构的观察。
为了进一步提升实验效果，可以结合数值模拟方法来研究铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象。
通过建立合适的数学模型，模拟不同条件下铁的腐蚀情况，比较模拟结果与实验结果，验证和改进现有的理论模型。
通过改进实验方法、调整条件、改善测试手段和结合数值模拟方法，可以更好地研究铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象，以及寻找对应的抑制方法。
这些研究将有助于铁材料的防腐蚀技术的提升，并为相关工程和应用提供理论和实验支撑。
腐蚀学原理--第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀资料
4.1.4 减小析氢腐蚀的途径
析氢腐蚀多数为阴极控制或阴、阳极混合控制，腐蚀速度 主要决定于析氢过电位的大小。因此，为了减小或防止析 氢腐蚀，应设法减小阴极面积，提高析氢过电位。对于阳 极钝化控制的析氢腐蚀，则应加强其钝化，防止其活化。 减小和防止析氢腐蚀的主要途径如下。 （1） 减少或消除金属中的有害杂质，特别是析氢过电位 小的阴极性杂质。溶液中可能在金属上析出的贵金属离子， 在金属上析出后提供了有效的阴极。如果在它上面的析氢 过电位很小，会加速腐蚀，也应设法除去。 （2） 加入氢过电位大的成分，如Hg、Zn、Pb等。 （3） 加入缓蚀剂，增大析氢过电位。如酸洗缓蚀剂若丁， 有效成分为二邻甲苯硫脲。 （4） 降低活性阴离子成分，如Cl-、S2-等。
问题：析氢过电位对腐蚀速度的影响？
不同杂质对Zn在0.25mo1／ L H2SO4溶液中腐蚀速度的 影响
析氢过电位越大，说 明阴极过程受阻滞越 严重，则腐蚀速度越 小。金属或合金在酸 中发生均匀腐蚀时， 如果作为阴极的杂质 或合金相具有较低的 析氢过电位，则腐蚀 速度较大，反之，若 杂质或阴极相上的析 氢过电位越大，则腐 蚀速度越小。
不同金属材料的aH不同，这主要是因为不同金属上析 氢反应的交换电流密度 不同(见式4-6和表4-2)，有的 则是析氢反应机理不同引起的。例如，低氢过电位的 金属，如Pt、Pd等，对氢离子放电有很大的催化活性， 使析氢反应的交换电流密度很大(见表4-2)；同时吸附 氢原子的能力也很强，从而造成氢在这类金属上还原 反应过程中最慢的步骤为吸附氢原子的复合脱附。高 过电位金属对氢离子放电反应的催化能力很弱，因而 很小，因此，这类金属上氢离子的迟缓放电构成了氢 去极化过程的控制步骤。对于中等氢过电位的金属， 如Fe、Ni、Cu等，氢去极化过程中最慢的步骤可能是 吸附氢的电化学脱附反应：Had+H+·H2O+e → H2+H2O 。 电极表面状态对析氢过电位也有影响。相同的金属材 料，粗糙表面上的氢过电位比光滑表面上的要小，这 是因为粗糙表面上的真实表面积比光滑表面的大。