电化学腐蚀定义与原理
电化学腐蚀测试方法的原理和实验操作
电化学腐蚀测试方法的原理和实验操作腐蚀是金属与环境中的其他物质发生化学反应，从而导致金属表面的质量和结构的损坏。
为了研究金属材料的腐蚀性能和评估其在特定环境条件下的耐蚀能力，科学家们开发了各种腐蚀测试方法。
其中，电化学腐蚀测试是一种常用的方法，通过测量金属在电化学条件下的电位和电流变化来研究其腐蚀行为。
电化学腐蚀测试的原理基于电化学反应的基本原理。
金属与环境中的电解质溶液接触时，会发生氧化和还原反应。
在腐蚀过程中，电极表面同时发生阳极和阴极反应。
阳极反应是指金属表面的氧化反应，产生金属离子；而阴极反应是指还原反应，使金属离子还原为金属。
在电化学腐蚀测试中，使用参比电极与被测试金属构成电化学电池，通过测量电极电位和电流来了解腐蚀过程。
在进行电化学腐蚀测试之前，需要设置合适的实验条件。
首先，选择合适的电解质溶液，通常是模拟实际使用环境中的化学物质。
其次，选择合适的工作电极和参比电极。
工作电极是被测试的金属材料，参比电极是一个稳定的电极，用于测量电极电位。
常用的参比电极有饱和甘汞电极、银/氯化银电极等。
此外，还需要一个计数电极用于测量电流。
最后，在实验过程中需要控制电解质溶液的温度、浓度和搅拌等因素。
在电化学腐蚀测试中，有几种常见的实验操作方法。
一种常用的方法是极化曲线测试。
该测试方法通过改变工作电极的电位，绘制出电位与电流之间的关系曲线，从而得到一个极化曲线。
极化曲线可以提供有关腐蚀速率、腐蚀类型和腐蚀机理的信息。
另一种常用的方法是交流阻抗谱测试。
该测试方法通过施加不同频率和幅度的交流电信号，测量电极的阻抗谱。
阻抗谱可以提供有关电解质溶液和电极界面的腐蚀信息。
除了以上两种常见的电化学腐蚀测试方法，还有一些其他的测试方法，例如线性极化测试和动电位极化测试。
线性极化测试是通过在电极上施加一个小幅度的电压变化，测量电流的变化，从而得到一个线性极化曲线。
线性极化曲线可以提供关于阳极和阴极反应速率的信息。
动电位极化测试是通过在电极上施加不同速率的电势变化，并测量电流的响应，从而确定腐蚀速率。
电化学腐蚀基本原理
0.2224
0.2681 0.337
3电位序与电偶序
电极反应 E0(NHE)
2H2O+O2+4e=4OHI2 +2e=I2-
0.401
0.5346 0.6153 0.771 0.789 0.799 0.920 1.065 1.229
2O
电极反应
Tl3++2e=Tl+ Cr2O72+14H++6e=2Cr3++7H2O
混凝土
宏观电池与微观电池实例
氧化反应（Ｔ２）：Ｃｕ-2e=Ｃｕ2+ 还原反应（Ｔ１）：Ｃｕ2++２e=Ｃｕ
ＣｕＳＯ４
Ｔ１ ＞ Ｔ２
RT ln aCu 2 nF
0
Ｃｕ
宏观电池与微观电池实例
阳极反应：Fe-2e=Fe2+ 阴极反应：O2 +２Ｈ２Ｏ+ ４e=４ＯＨ－
晶粒与晶界边缘形成原 电池
0
p
G 0 0 RT ln K
4电位-pH图
2.1 电位-pH图原理
用途：判断反应的可能性（给定电位和pH）；
了解体系稳定物态和平衡物态；
反应具备的电极电位和pH值。
4 电位-pH图 Fe-H2O系
4 电位-pH图 Fe-H2O系
4 电位-pH图
Fe-H2O系
4 电位-pH图
E0(NHE)
1.25 1.33
Hg2SO4+2e=2Hg+SO4 Fe3++e=Fe2+ Hg2
2++2e=2Hg
Cl2+2e=2ClPbO2+4H++2e=Pb2++2H2O Au3++3e=Au MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O Au++e=Au MnO4-+4H++3e=MnO2+2H2O
金属电化学腐蚀原理 (1)
EM / M n E
0 M / M n
RT ln M n nF
EM/Mn+—金属离子活度为 时金属的平衡电极电位； E0M/Mn+—金属离子活度为1时金属的平衡电极电位(金属的标准电极电位)， R—气体常数； T—绝对温度； F—法拉第常数， n—参与反应的电子数， αMn+—溶液中的金属离子活度
§2.4 电极的极化作用
金属发生电化学腐蚀的原因是由于形成了腐蚀原电池。而任一个
腐蚀原电池的反应包活两个电极过程及一个液相传质过程。电极 过程涉及电极/溶液之间电荷的传递，即在界面上必然发生电极反
应。电极反应速度决定于金属溶解的快慢和腐蚀电流的大小。因
而我们要弄清影响电极反应速度亦即金属电化学腐蚀速度的各种 因素和变化规律，从而提出控制反应速度的有效措施。金属电化
Zn+2H+→Zn2++H2↑ （整个电极反应）
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.1 腐蚀原电池 铜锌电池作用的结果：锌溶解了，即锌在电解质溶液中受到了腐 蚀。所以，电化学腐蚀是原电池作用的结果，这种原电池称为腐 蚀原电池．或称腐蚀电池。
铜锌电池中锌电极，因为它是一种 较活泼的金属，电位较负，容易失 去电子而溶解成为正离子，就遭到 腐蚀；而铜的电位较正，不易失去 电子，不溶解而不腐蚀。阳极锌与 阴极金属电位差愈大，锌的腐蚀速 度愈快。如果我们将铜和锌直接接 触，并一起浸入稀硫酸水溶液中， 也将发生与上述原电池同样的反应
§2.4 电极的极化作用
2.4.2 产生极化的原因
腐蚀电池在未接通前，两个电极上都达到电荷平衡，没有电流流过，电路 (1) 活化极化 一旦接通，两个电极上的平衡即遭破坏，发生了电子从阳极向阴极转移的 在腐蚀电池中，金属失去的电子通过金属 (或导线)可非常迅速地从阳极流 过程，随着电子的转移，电极电位发生相应的变化 ——极化。 (2) 浓差极化 到阴极，但金属离子溶解的速度却很慢，这样就引起阳极双电层上负荷 阳极过程中产生的水化金属离子首先进入阳极表面附近的溶液中，若水 (3) 电阻极化 1. 阳极极化的原因 减少，过多的正电荷积累，结果使阳极电位向正的方向移动，产生阳极 化金属离子向外扩散得很慢，就会使阳极附近的液层中金属离子的浓度 阳极过程是金属失去电子，金属离子从晶体转移到溶液中形成水化离子的 某些金属在一定条件下有阳极电流流过时易在表面生成致密的保护膜，使 极化。由于这一原因引起阳极过程阻滞产生的极化称为活化极化，又称 过程： 逐渐增加，阻碍了金属的继续溶解，引起阳极过程阻滞，必然使阳极电 得金属的溶解速度显著降低，电极过程受到阻滞，阳极电位剧烈地向正的 n n 电化学极化。 M ne mH O M mH2O ne 位往正的方向移动，产生阳极极化，由此引起的极化称为浓差极化。 2 方向移动。由于保护膜的形成，使电池系统的电阻也随着增加，故由此引
电化学腐蚀原理与防护方法
一电化学腐蚀原理1．腐蚀电池(原电池或微电池)金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。
在这个过程中金属被氧化，所释放的电子完全为氧化剂消耗，构成一个自发的短路电池，这类电池被称之为腐蚀电池。
腐蚀电池分为三（或二）类：（1）不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。
例如：在铜板上有一铁铆钉，其形成的腐蚀电池。
铁作阳极（负极）发生金属的氧化反应：Fe→Fe2++2e-；（Fe→Fe2++2e）＝－0.447V.阴极（正极）铜上可能有如下两种还原反应：(a)在空气中氧分压=21kPa时：O2+4H＋＋4e-→2H2O；(O2+4H＋＋4e-→2H2O)＝1.229V,(b)没有氧气时，发生2H++2e-→H2；（2H++2e-→H2）＝0V，有氧气存在的电池电动势E1=1.229－(-0.447)＝1.676V;没有氧气存在时，电池的电动势E2＝0-(-0.447)=0.447V。
可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。
铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。
Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极上，在铜极上O2与H＋发生还原反应，消耗电子，并且消耗了H＋，使溶液的pH值增大。
在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2，接着又被空气中氧继续氧化，即：Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3 Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。
这样不断地进行下去，机械部件就受到腐蚀。
（2）电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。
例如工业用钢材其中含杂质(如碳等)，当其表面覆盖一层电解质薄膜时，铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。
该微型电池中铁是阳极：Fe→Fe2++2e-碳作为阴极：如果电解质溶液是酸性，则阴极上有氢气放出（2H++2e-→H2）；如果电解质溶液是碱性，则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH-。
金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀是指金属与环境中的化学物质发生反应而遭受损害的过程。
其基本原理可以概括为以下几点：
1. 金属的电化学性质：金属具有导电性质，其内部存在自由电子，可以形成电流。
不同金属的电化学性质有所差异，会影响金属的耐腐蚀性能。
2. 电化学反应：金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电解质溶液中，金属表面会发生氧化和还原反应。
这些反应中，金属作为阴极或阳极参与电子传递过程，从而导致金属的腐蚀。
3. 电化学腐蚀过程：在电解质溶液中，当金属表面存在局部缺陷（如划痕、裂缝等）时，就会形成阳极和阴极的区域差异。
阳极区域发生氧化反应，金属通过失去电子被溶解成阳离子进入溶液中；而阴极区域则发生还原反应，一些物质被还原成金属。
在这个过程中，金属的一部分被腐蚀，组成金属的原子被离子替代，最终导致金属的损坏。
4. 影响腐蚀速率的因素：金属电化学腐蚀速率受多种因素影响，包括溶液中的电导率、氧含量、温度等。
此外，金属的合金成分、微观结构和表面处理等也会对腐蚀速率产生影响。
5. 防腐措施：为了减缓金属电化学腐蚀的发生，可以采取多种防腐措施，例如使用防腐涂层、合金化、电镀、阳极保护等方法，以提高金属的耐腐蚀性能。
第二章 电化学腐蚀理论——【腐蚀与防腐】
22
• 物理状态不均匀
❖ 机械加工时造成金属某些部位变形量和应力状态不 均匀
❖ 变形大和应力集中部位为阳极
23
金属组织、表面状态等不均匀所导致的微观腐蚀原电池
a) Zn与杂质形成的原电池 b) 晶粒与晶界形成的原电池
26
1）定义
电子导体和离子导体接触时界面产生的电位差
2）电极电位的产生
？
双电层
27
• 双电层
• 两种不同的相相互接触瞬间，在相界上可能发生带电 粒子的转移。开始电荷主要从一个方向越过界面迁入 另一相内，结果在两相中都出现剩余电荷（符号相 反），或多或少集中在界面两侧，形成“双电层”， 产生相间电位差 • 电位差影响电荷交换动力学，使带电质点在两个方向 的转移速度趋于一致。
演示
电化学腐蚀过程
9
3）电化学腐蚀的次生过程
• 阳极过程和阴极过程的产物因扩 散作用在相遇处导致腐蚀次生反 应的发生，形成难溶性产物。
• 如Zn、Cu和NaCl溶液组成的腐 蚀电池
• 沉淀物在从阳极扩散来的金属离 子和从阴极区迁移来的OH-相遇 处生成，结构疏松
• 二次腐蚀产物在一定程度上可阻 止腐蚀过程进行，保护性比金属 表面直接发生化学反应时生成的 初生膜差得多
❖ 对数前系数RT/nF：用常用对数代替自然对数时，此系数前
乘以2.303；25°C时， 2.303RT 0.0592/ n
nF
ln 2.303lg
使用很频
繁
44
•例题
• 电池:Zn/0.5MZnCl2¦¦酸溶液/Pt(氢电极)的电动势为0.55V,求酸 溶液的PH值(25ºC, EZn0=-0.763V, 0.5MZnCl2的活度系数为0.38)
金属的电化学腐蚀原理的应用
金属的电化学腐蚀原理的应用简介金属的电化学腐蚀是指金属表面在电化学环境中受到氧化和还原反应的影响，导致金属发生化学变化和物理损坏的过程。
电化学腐蚀广泛存在于日常生活和工业生产中，对金属结构和设备的安全与稳定性产生重要影响。
本文将介绍金属的电化学腐蚀原理及其应用。
电化学腐蚀的原理1.腐蚀介质腐蚀介质是金属电化学腐蚀的基础，主要包括水、酸、碱等。
这些介质中存在的离子和氧分子会与金属表面产生化学反应，造成腐蚀。
2.电化学纳米尺度金属的电化学腐蚀发生在纳米尺度上，这是因为金属表面在电化学环境中会产生微观电化学反应，并形成微观电化学电池。
这些微观电池产生微弱的电流，引起金属表面的电离和溶解，最终导致腐蚀作用。
3.电化学反应和电池反应金属的电化学腐蚀是由氧化和还原反应共同作用引起的。
金属表面上的阳极和阴极反应形成了电化学反应和电池反应。
阳极反应是指金属在氧化过程中失去电子，而阴极反应是指金属在还原过程中获得电子。
电化学腐蚀的应用1.防腐涂层为了保护金属表面免受电化学腐蚀的影响，人们常常使用防腐涂层来隔离金属和腐蚀介质的接触。
防腐涂层通常包括底漆、涂料和清漆等，能够在金属表面形成一层保护膜，防止腐蚀介质进一步侵蚀金属。
2.腐蚀监测和预测电化学腐蚀的监测和预测是防止金属设备和结构受到严重损坏的关键。
通过定期测量金属表面的腐蚀速率和腐蚀深度，可以判断金属腐蚀的严重程度，并及时采取必要的防护措施。
常用的腐蚀监测技术包括腐蚀传感器、电化学法和表面检测等。
3.金属材料的选用在设计和选择金属材料时，需要考虑到金属的耐腐蚀性能。
不同金属在不同腐蚀介质中具有不同的腐蚀速率和腐蚀行为，因此需要选择适合特定环境的金属材料，以提高设备和结构的耐久性。
4.阳极保护和阴极保护阳极保护和阴极保护是常用的减缓金属电化学腐蚀的方法。
阳极保护是通过在金属表面添加抗腐蚀物质或电流，以增加金属抵抗腐蚀的能力。
阴极保护是通过在金属表面形成保护膜，减少金属与腐蚀介质的接触。
钢铁的电化学腐蚀原理
钢铁的电化学腐蚀原理钢铁是一种常见的金属材料，它在我们的生活中扮演着重要的角色。
然而，钢铁也面临着电化学腐蚀的问题，这是由于钢铁与外界环境发生电化学反应所导致的。
本文将围绕钢铁的电化学腐蚀原理展开讨论。
首先，我们需要了解电化学腐蚀的基本原理。
电化学腐蚀是一种在电解质溶液中金属表面发生的化学反应，它是由于金属表面与外部环境形成了电化学电池而引起的。
在这个过程中，金属表面会发生氧化和还原反应，导致金属表面的腐蚀。
钢铁的电化学腐蚀主要受到以下因素的影响，第一，金属的电位。
金属的电位是指金属与标准电极之间的电势差，它决定了金属在电化学反应中的活性。
第二，电解质溶液的性质。
电解质溶液中的离子浓度、pH值等都会影响金属表面的腐蚀情况。
第三，外部环境的氧气、湿度等因素也会对钢铁的电化学腐蚀产生影响。
钢铁的电化学腐蚀过程可以分为阳极和阴极两个部分。
在阳极部分，钢铁表面发生了氧化反应，金属原子失去电子转化为离子，并溶解到电解质溶液中。
而在阴极部分，电解质溶液中的氧气和水参与了还原反应，从而减少了金属的腐蚀。
这种阳极和阴极的反应过程会导致钢铁表面的局部腐蚀，最终形成腐蚀孔洞。
为了防止钢铁的电化学腐蚀，我们可以采取一些措施。
首先，可以通过表面涂层来隔离金属与外部环境的接触，减少金属表面的腐蚀。
其次，可以采用阴极保护的方法，通过在金属表面施加外加电流，使金属表面成为电化学电池中的阴极，从而减少金属的腐蚀。
此外，我们还可以通过选择合适的金属材料和合理设计金属结构来减少钢铁的电化学腐蚀。
总之，钢铁的电化学腐蚀是由金属与外部环境形成的电化学电池引起的。
了解钢铁的电化学腐蚀原理，可以帮助我们采取有效的措施来减少钢铁的腐蚀，延长其使用寿命。
希望本文可以帮助读者更好地理解钢铁的电化学腐蚀原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
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2.2 电化学保护
电化学保护：利用外部电流使金属电位发 生改变从而防止腐蚀的一种方法
电化学保护的分类
阴极保护：通入足够阴极电流，使阳极 溶解速度减小 阳极保护：通入足够阳极电流，使金属 达到并保持在钝化区内
2.2.1 阴极保护
牺牲阳极法:用一种腐蚀电位比被保护金属电位更负 的金属或合金与被保护金属组成电偶电池，依靠负电 性金属不断腐蚀溶解产生的电流对被保护金属构成保 护的方法
外加电流阴极保护法:利用外部直流电源对被保护体 提供阴极极化，实现对被保护体的保护方法
直流电源 +辅助
阳极
腐
蚀
介
被保护设备
质
外加电流保护法
箭头表示电流方向
地面 接线盒
埋地管道
牺牲阳极
牺牲阳极保护法
两种阴极保护示意图
■ 两种阴极保护的比较
牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源， 对周围设备的干扰小。但牺牲阳极消耗大，难以 调节在最佳保护电位，且提供的电流较小。
外加电流阴极保护法不消耗有色金属，提供 较大的保护电流，易于监测和控制，但需要直流 电源，经常对保护系统进行检查和管理，由于电 流流过的范围宽，对周围其它金属设备产生杂散 电流腐蚀。
＊2.2.2 阴极保护的基本原理
从原理中了解阴极保护参数
保护电位,保护电流密度 最大保护电位，最小保护电位 完全保护，有效保护
由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反 应所需，从而使金属氧化反应受到抑制。
当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去 极化剂阴极反应。
阴极保护的效果用保护度η表示：
ηi0i 0 i100% 1ii0100%
保护效率
Z i0 i 100% iappl
i0 未保护时金属的腐蚀电流密度 i 保护时金属的腐蚀电流密度
－＋
辅助 阳极
I- － ＋
Ic
阴
极 Ia
Ia
阳
极 I-
辅助 阳极
外加电流阴极保护
电流关系: |Ic| = Ia + |I-|
外加电流阴极保护示意图
■阴极保护适合的体系
理论上，任何体系都可以。但在工程上还要求 保护电流密度比较小（在经济上才合算）。阴极 保护的经济指标，用保护效益 Z 来衡量。
腐蚀体系的阴极极化率大，阳极极化率小(即 阴极极化曲线陡而阳极极化曲线平)，则随着电位 负移，金属腐蚀速度减小快，而保护电流密度增 加慢，保护效益也就较大。
电化学腐蚀定义和 原理
电化学腐蚀定义和原理
定义： ➢极化 ➢阴极极化，阳极极化 ➢理论极化曲线，实测极化曲线
• 通过电流而引起原电池两极间电位差减 小且电流强度降低的现象称为原电池的 极化作用
• 电位向正的方向移动为阳极极化
• 电位向负的方向移动为阴极极化
• 极化的本质在于，电子的迁移比电极反 应及有关夫的连续步骤完成的快（产生 电子堆积）
3.2
腐蚀速度 (mm/y) 1.084 0.207 0.0404 0.0271 0.0170 0.0165
保护度
(%)
0 80.9 96.3 97.5 98.4 98.5
析氢情况
少量氢气泡 大量析氢
试验时间：144小时
溶液成分：FnH3 64 滴度；CNH3 28.8 滴度；Cl- 100滴度。 试验温度：常温
iappl 外加电流密度
当保护度P上升时，保护效率Z会降低
阴极保护的应用范围
• 环境介质必须是导电的 • 金属材料在所处介质中应易于阴极极化 • 被保护金属的几何形状不要过于复杂 目前阴极保护方法主要用于下列介质中： 1）淡水及海水中 2）碱及盐类溶液 3）土壤及海泥中
★确定保护电位时应考虑两个方面的因素： 第一，E值；第二，析氢反应的影响。
保护电流密度（钢铁）
环境 条件
稀硫酸 海水 淡水 高温淡水 高温淡水
室温 流动 流动 氧饱和 脱气
Ipr(mA/ m²) 120 150 60 180 40
环境
条件 Ipr(mA/m²)
中性土壤 细菌繁殖 400
中性土壤 通气
40
中性土壤 不通气
4
混凝土 含氯化物
5
混凝土 无氯化物
1
《金属防蚀技术便览》
★腐蚀体系是否适宜采用阴极保护：测量阴极极 化曲线，确定保护电位及相应的保护电流密度。 再计算保护度，确定是否适宜采用阴极保护。
P276-279
保护参数（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）
保护电位 （nv/sce)
-650 -800 -950 -1000 -1050
保护电流
密度(A/m²) 0 0.28 0.318 0.55 1.27
引自《电化学保护在化肥生产中的应用》P74
一些金属的保护电位 (单位：V)
金属或合金
铁与 含氧环境 钢 缺氧环境
Cu/饱和 CuSO4
-0.85
-0.95
参
比电极
Ag/AgCl/ Ag/AgCl/ Zn/洁净海水
海水
饱和KCl
-0.80
-0.75
+0.25
-0.90
-0.85
+0.15
铅 铜合金
铝 正极限值 负极限值
-0.6
-0.5~ 0.65
-0.95 -1.2
-0.55
-0.45~ 0.6
-0.90 -1.15
-0.5
-0.4~ 0.55
-0.85 -1.1
+0.5
+0.6~ +0.45
+0.15 -0.1
注：（1）比表数据取自1973年8月英国标准研究所制定的阴极保护规范； （2）海水指洁净，并未稀释的海水； （3）铝的阴极保护,电位不能太负,否则会加速腐蚀,产生负保护效应。
E Ic1 = Ia1+I1 Ic2 = Ia2+I2
Ia1< Ik
Ic2 = I2
Ia2＝0
F
阴
极
保
j
护 原
Ek
K
理
B
H
E1
E2
A
Ia1
Ik I1
Anode C
E
D cathode
Ic1 I2(Ic2)
I
阴极区
阳极区 腐蚀金属
Ic
Icor
阴 极
Ia
阳 极
Icor=Ia=|Ic| 腐蚀电池
I
直流电源
2.2.3 牺牲阳极法阴极保护
■牺牲阳极的性能
（1）电位要足够负 （2）阳极溶解性能好 （3）理论发生电量大 （4）实际发生电量和电流效率
（实际发生电量总是小于理论发生电量，所占百分比称为电流效）
* 性能参数 p286
➢电位：开路电位，工作电位，驱动电压 ➢电容量：理论电容量，实际电容量，阳极
电Байду номын сангаас效率 ➢阳极的腐蚀特性，阳极消耗率，阳极发生
电流量，阳极利用系数，自动调节性能
2.2.3.1 三类牺牲阳极
• 镁阳极：纯镁、Mg—Mn系、Mg—Al— Zn等
• 锌阳极：纯锌、Zn—A1系、Zn—Sn系 Zn—Hg系等