钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
《金属的腐蚀与防护》教案
一、金属的腐蚀1．概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2．实质：金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M - ne - === M n+（M 为金属元素）。
3．分类： 分类 化学腐蚀电化学腐蚀条件 金属与其表面接触的一些物质（如O 2、Cl 2、SO 2等）直接反应不纯的金属或合金与电解质溶液接触，形成原电池 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化较活泼的金属被氧化联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快二、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀图示条件水膜呈较强酸性（pH≤4.3）水膜呈弱酸性、中性或碱性知识精讲知识导航《金属的腐蚀与防护》教案三、金属的防护1．电化学防护法________原理2．其他保护方法（1）改变金属组成和结构把金属制成防腐的合金，如含铬、镍、硅等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。
（2）金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，如喷油漆、涂油脂、镀抗腐蚀金属等。
四、金属腐蚀快慢规律同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下：对点训练题型一：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀【变1】（2021·全国·高二课时练习）以下现象与电化学腐蚀无关的是A．生铁比纯铁容易生锈B．银质物品久置表面变暗C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿题型二：析氢腐蚀与吸氧腐蚀【变2-3】（2020·全国·高二课时练习）如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。
实验观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。
下列说法正确的是A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应B．雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀C．墨水回升时，碳电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-D．具支试管中溶液酸性增强题型三：金属的防护【变3-2】（2021·山东省济钢高级中学高二阶段练习）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的三分之一。
什么是析氢腐蚀和吸氧腐蚀
它属于浓差极化体系,去极化剂为中性氧分子,只能靠对流和扩散传输;去极化剂浓度不大,在一定条件下溶解度受限;产物靠扩散或者迁移离开,无气泡逸出。
金属发生氧去极化腐蚀时,多数情况下阳极过程发生金属活性溶解,腐蚀过程处于阴极控制之下。氧去极化腐蚀速度主要取决于溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面上的放电速度。
因此,可粗略地将氧去极化腐蚀分为三种情况。
(1)如果腐蚀金属在溶液中的电位较高,腐蚀过程中氧的传递速度又很大,则金属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定。
(2)如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低,不论氧的传输速度大小,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。
(3)如果腐蚀金属在溶液中的电位较低,处于活性溶解状态,而氧的传输速度又有限,则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。
电极上有电流通过时,电极电势偏离其平衡值的现象。
在外电场作用下,由于电化学作用相对于电子运动的迟缓性改变了原有的*电偶层而引起的电极电位变化,称为电化学极化。其特点是;在电流流出端的电极表面积累过量的电子,即电极电位趋负值,电流流入端则相反。
浓差极化是电极上有电流通过时,电极表面附近的反应物或产物浓度变化引起的极化。
4、如何判断在一定条件下某种金属材料发生电化学腐蚀的可能性
可以看电位PH图,根据金属的电位-PH图,可以从理论上预测金属发生腐蚀的倾向和选择控制金属腐蚀。
腐蚀虽然是一个不可逆的过程,但是我们可以由平衡电极电位求出腐蚀电池在可逆状态时的电动势,并用来判断该电池反应的倾向。一般都运用热力学方法来讨论腐蚀反应的趋势。但是应的进行速度不仅与腐蚀反应的推动力有关,还与一切影响腐蚀反应进行的动力学因素有关。因此不能简单地用腐蚀倾向来推测腐蚀速度。
《金属的腐蚀与防护》精品教案
一、金属的腐蚀1．概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2．实质：金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M - ne - === M n+（M 为金属元素）。
3．分类： 分类 化学腐蚀电化学腐蚀条件 金属与其表面接触的一些物质（如O 2、Cl 2、SO 2等）直接反应不纯的金属或合金与电解质溶液接触，形成原电池 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化较活泼的金属被氧化联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快二、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀图示条件水膜呈较强酸性（pH≤4.3）水膜呈弱酸性、中性或碱性知识精讲知识导航《金属的腐蚀与防护》精品教案2 2 2Fe + 2H+ === Fe2+ +H2↑ 2Fe + O2 +2H2O === 2Fe(OH)2三、金属的防护1．电化学防护法________原理2．其他保护方法（1）改变金属组成和结构把金属制成防腐的合金，如含铬、镍、硅等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。
（2）金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，如喷油漆、涂油脂、镀抗腐蚀金属等。
四、金属腐蚀快慢规律同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下：对点训练题型一：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀【变1】（2021·全国·高二课时练习）以下现象与电化学腐蚀无关的是A．生铁比纯铁容易生锈B．银质物品久置表面变暗C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿【答案】B【详解】A．生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，金属铁为负极，易被腐蚀而生锈，和电化学腐蚀有关，故A不符合题意；B．银质物品久置表面变暗是由于金属银和空气中的成分发生反应的结果，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，故B符合题意；C．铁质器件附有铜质配件，在接触处形成原电池装置，其中金属铁为负极，易生铁锈，和电化学腐蚀有关，故C不符合题意；D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣中，金属锌为负极，金属铜做正极，Cu被保护，不易腐蚀，和电化学腐蚀有关，故D不符合题意；答案为B。
36 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
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3.6.2 氧去极化腐蚀(吸氧腐蚀)
必要条件： 金属的氧化电位比氧还原反应的电位负。 EM<EO2 中、碱性溶液中氧还原反应 O2+2H2O+4e 4OH酸性溶液中反应 O2+4H++4e 2H2O
相较于氢去极化腐蚀，氧还原反应可以在正 得多的电位下进行，因此氧去极化腐蚀要更为 普遍。
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杂质对Zn在0.25M的H2SO4溶
液中腐蚀速度的影响
吸氧图
1 2
（ ） 铝
速（
率 ；
） 铜
不 同 的
、 、杂
铅 铁质
、 、对
汞 锑锌
降 、腐
低 砷蚀
了 、速
锌 锡度
的 、的
腐 镉影
蚀 加响
速 速是
率 了不
。 锌同
的的
动力学数据
腐。 蚀 10
的 腐 蚀 过 程 。
是 高 氢 过 电 位 金 属 ， 属 于 阴 极 控 制
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氧向金属（电极）表面的输送过程-消耗型
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吸氧腐蚀中氧气传输的特点
• 对于氧去极化的阴极过程，浓度极化很突出，常 常占有主要地位。这是因为作为阴极去极化剂的 氧分子与氢离子的本质不同所决定的。
• （1）氧分子向电极表面的输送只能依靠对流和扩 散；
• （2）由于氧的溶解度不大，所以氧在溶液中的浓 度很小，一般为10-4mol/L；
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四、氢去极化腐蚀概况
• 一般来说，电势较负金属在氧化性较弱的 酸和非氧化性酸中以及电极电位很负的金 属（如Mg）在中性或碱性溶液中的腐蚀都 属于氢去极化的腐蚀。
• 当金属中含有电位比金属电位更正的杂质 时，如果杂质上的氢过电位低，则阴极反 应过程将主要发生在杂质表面上进行，杂 质就成为阴极区。此时，杂质的氢过电位 的高低对基体金属的腐蚀有很大影响。
第三章2析氢腐蚀和吸氧腐蚀
四、氢去极化腐蚀概况
• 一般来说，电势较负金属在氧化性较弱的 酸和非氧化性酸中以及电极电位很负的金 属（如Mg）在中性或碱性溶液中的腐蚀都 属于氢去极化的腐蚀。 • 当金属中含有电位比金属电位更正的杂质 时，如果杂质上的氢过电位低，则阴极反 应过程将主要发生在杂质表面上进行，杂 质就成为阴极区。此时，杂质的氢过电位 的高低对基体金属的腐蚀有很大影响。
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析氢腐蚀的特征
• （1）浓度极化小，原因： • a. 去极化剂是带电的，半径很小的氢离子，在溶 液中有较大的迁移速度和扩散速度； • b. 去极化剂的浓度大； • C. 还原产物氢分子以气泡形式离开电极而析出， 使金属表面附近的溶液得到了较充分的搅拌作用。 • （2）与溶液的pH值关系很大。 • （3）与金属材料本身的性质和表面状态有关。 • （4）与阴极面积有关。 • （5）与温度有关。
过对 程于 是铝 属、 于不 阳锈 极钢 控等 制易 的钝 过化 程金 。属 ， 腐 蚀
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五、减小析氢腐蚀的途径
阴极控制：
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；
2. 加入氢过电位高的成分，如Hg、Zn、Pb等；
3. 加入缓蚀剂增大析氢过电位，如若丁等；
4. 降低活性阴离子成分如Cl-、S2-等的浓度。
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3.6.1 析氢腐蚀
一、析氢腐蚀定义：
由氢离子作为去极剂的阴极过程，在其还原析 氢气的同时，消耗金属中的电子，导致腐蚀的发 生 。亦称为氢去极化腐蚀。
发生析氢腐蚀的必要条件：
腐蚀电池中的阳极金属氧化电位a必须低于氢 的析出电位 H+/H2，即a＜ H+/H2。
2
3
二、析氢腐蚀步骤
腐蚀与防护 第6讲 析氢和吸氧
4. 影响ηH的因素
（3）溶液组成及温度 ） 溶液中存在正电性离子（将在电极表面还 原析出）
Pt, AsCl 缓蚀措施： 缓蚀措施：控制溶液组分
4. 影响ηH的因素－溶液组成及温度
溶液中存在正电性离子 溶液中含有表面活性物质（吸附在金属表面， 阻碍析氢，ηH增大。作缓蚀剂） η 溶液pH值对ηH的影响 酸性介质pH↑→ηH↑，碱性pH↑→ηH↓ 溶液温度 T↑→ηH↓
钝化效果
腐蚀速率一般将减小10 腐蚀速率一般将减小 4-106倍 电极电位正移 0.5-2.0 V
二、钝化途径
化学钝化 电化学钝化
谁能钝化？什么能使之钝化？ 谁能钝化？什么能使之钝化？
钝化介质的因素
活性离子对钝化膜的破坏作用
用电化学方法评价钝化金属的点蚀抗力
三、钝化理论
谢谢大家 敬请批评指正！
讨论
电化学控制 氧的扩散控制区 混合控制区
5. 吸氧腐蚀的影响因素
根据公式：iL=nFDC/δ 溶解氧浓度C的影响 溶液流速或机械搅拌作用（影响δ） 溶液浓度的影响（影响溶液导电性和氧溶 解度） 溶液温度的影响（敞口、密封不同化现象
钝化定义
金属由于表面生成致密钝化膜，阻碍金 属氧化产生阳极极化的现象。
二、吸氧腐蚀 1. 概念 又叫氧去极化腐蚀,以氧还原反 应为阴极过程的腐蚀.
二、吸氧腐蚀 2. 发生条件
阳极金属电位<氧电极的平衡电位 为何是必要条件？ 为何是必要条件？
（负电性很强的金属发生析氢腐蚀）
3. 阴极反应过程
氧通过空气／溶液界面进入溶液； ⑴ 氧通过空气／溶液界面进入溶液； 在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近； ⑵ 在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近； 在扩散层范围内， ⑶ 在扩散层范围内，氧在浓度梯度的作用下扩散 到阴极表面； 到阴极表面； 在阴极表面氧分子发生还原反应， ⑷ 在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离 子化反应。 子化反应。 控制步骤多是第3 控制步骤多是第3步。 只有在加强搅拌或流动的腐蚀介质中， 只有在加强搅拌或流动的腐蚀介质中，④才可成 为控制步骤。 为控制步骤。
钢铁吸氧腐蚀正负极方程式
钢铁吸氧腐蚀正负极方程式
钢铁吸氧腐蚀正负极方程式：
钢铁在接近中性的空气中腐蚀叫吸氧腐蚀：
负极（Fe）：Fe - 2e⁻ = Fe2⁺
正极（C）：2H₂O + O₂ + 4e⁻= 4OH⁻
在酸性较强的溶液腐蚀放出氢气叫析氢腐蚀：
负极（Fe）：铁被氧化 Fe-2e⁻=Fe2⁺
正极（C）：溶液中的H+被还原 2H⁺+2e⁻=H₂
在腐蚀过程中溶解氧不断的在金属表面上被还原而消耗。
大气中的氧首先通过空气-溶液界面进入溶液，依靠对流和扩散的方式通过溶液的主液层，然后以扩散的方式通过滞留层到达阴极表面。
阴极表面的滞留层在液体静止时厚度可达到1mm，有搅拌时厚度在0.02～0.1mm之间。
氧在滞留层只能扩散，因此，通过滞留层是氧向阴极输送的主要阻力。
水的温度的影响。
在密闭系统中，当氧的浓度一定时，水温升高，铁的溶解反应速度和氧的还原速度增加，所以腐蚀加速。
在敞口系统中，随温度的升高，氧向钢铁表面的扩散速度增快，而氧的溶解度下降，实验表明大约水温为80℃时，耗氧腐蚀速度最快。
碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。
在退火或热轧状态下﹐随含碳量的增加﹐钢的强度和硬度升高﹐而塑性和冲击韧性下降。
焊接性和冷弯性变差。
所以工程结构用钢﹐常限制含碳量。
吸氧腐蚀和析氧腐蚀是怎么回事
吸氧腐蚀和析氧腐蚀是怎么回事？有什么区别？吸氧腐蚀是指金属做负极，惰性非金属作正极的一类原电池反应，例如铁生锈的反应就是吸氧腐蚀，铁做负极，铁中的杂质等物质作正极，正极发生反应O2 + 4e- +2H20 = 4OH-，吸收氧气负极发生反应Fe - 2e- = Fe2+析氢腐蚀是指以酸为电解液的一类原电池反应，例如铁-锌，稀硫酸为电解液的原电池，正极发生反应2H+ + 2e- = H2，析出了氢气负极发生反应Zn - 2e- = Zn2+析氢腐蚀~~~~~~~~1 在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。
2 在钢铁制品中一般都含有碳。
在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。
水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H 增多。
是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。
3 发生析氢腐蚀的体系3.1 标准电位很负的活泼金属3.2 大多数工程上使用的金属，如Fe3.3 正电性金属一般不会发生析氢腐蚀。
但是当溶液中含有络合剂时，正电性金属(如Cu，Ag)也可能发生析氢腐蚀。
4 析氢腐蚀的三种控制类型：4.1 阴极极化控制：如Zn在稀酸溶液中的腐蚀。
因为Zn是高氢过电位金属，故为阴极极化控制。
其特点是腐蚀电位与阳极反应平衡电位靠近。
对这种类型的腐蚀体系，在阴极区析氢反应交换电流密度的大小将对腐蚀速度产生很大影响。
4.2 阳极极化控制：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。
有利于阳极钝化的因素使腐蚀速度减小。
4.3 混合控制：阴阳极极化程度差不多，称为混合控制。
其特点是：腐蚀电位离阳极反应和阴极反应平衡电位都足够远。
对于混合控制的腐蚀体系，减小阴极极化或减小阳极极化都会使腐蚀电流密度增大。
5 析氢腐蚀的影响因素5.1 溶液方面（1） pH值：溶液pH值对析氢腐蚀速度影响很大，随pH值下降，腐蚀速度迅速增大。