吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别教学内容
铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比实验设计
铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比实验设计引言铁的腐蚀是工程领域中一个常见而重要的问题。
在不同环境中，铁能够发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀，这对于材料的性能和使用寿命都有着重要影响。
本实验将对比探究铁在吸氧腐蚀和析氢腐蚀条件下的腐蚀行为，从而深入了解这两种腐蚀类型的差异和机理。
实验设计实验目的1.比较铁在吸氧腐蚀和析氢腐蚀条件下的腐蚀速率；2.探索吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理差异。
实验材料与设备•铁试样；•实验室用水；•氢气源；•氧气源；•电化学测量系统（如电化学工作站）；•pH计；•实验容器（如玻璃容器）；•电极（如铂电极）。
实验步骤1. 制备铁试样1.从纯铁块中切割出适当大小的铁试样；2.用酒精清洗试样表面以去除表面杂质和氧化物；3.用实验室纸巾擦干清洗后的试样。
2.准备吸氧腐蚀实验条件1.在一个实验容器中加入足够的实验室用水，使得铁试样能够完全浸入其中；2.将实验容器放置在电化学测量系统中，以便对腐蚀行为进行实时监测；3.使用pH计测量实验容器中水的酸碱性。
3. 实施吸氧腐蚀实验1.将铁试样完全浸入实验容器中的水中；2.打开氧气源，将氧气通过气体进口通入实验容器中，维持一定的流量（如1mL/s）；3.开启电化学测量系统，开始实时监测铁试样在吸氧腐蚀条件下的腐蚀行为；4.同时记录实验容器中水的pH值的变化。
4. 准备析氢腐蚀实验条件1.在一个实验容器中加入足够的实验室用水，使得铁试样能够完全浸入其中；2.将实验容器放置在电化学测量系统中，以便对腐蚀行为进行实时监测；3.使用pH计测量实验容器中水的酸碱性。
5. 实施析氢腐蚀实验1.将铁试样完全浸入实验容器中的水中；2.打开氢气源，将氢气通过气体进口通入实验容器中，维持一定的流量（如1mL/s）；3.开启电化学测量系统，开始实时监测铁试样在析氢腐蚀条件下的腐蚀行为；4.同时记录实验容器中水的pH值的变化。
实验结果与分析吸氧腐蚀实验结果1.记录铁试样在吸氧腐蚀条件下的腐蚀速率；2.观察实验容器中水的pH值的变化，分析其与腐蚀速率的关系；3.将吸氧腐蚀实验结果与析氢腐蚀实验结果进行对比。
第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
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(1) a值
a是ic = 1单位时的过电位c值。文献 中常称为氢过电位。金属电极材料的种
类对析氢反应的a值有重大影响。
---因为a=blgi0
按|a|的大小可划分:
高氢过电位金属(如Hg，Pb，Zn，Cd) 中氢过电位金属(如Cu，Fe，Ni) 低氢过电位金属(如Pt，Pd)
a=blgi0可知，a值反映了交换电流密度i0大小。 (随着i0增大，|a|减小 )
0.110 0.113 0.12 0.118 0.115 0.116 0.125 0.110 0.130 0.13
6.6x10-15 3.0x10-13 2.2x10-12 3.1x10-11 1.1x10-7 6x10-9 2.5x10-6 1.5x10-6 8x10-5 0.17
腐 蚀 动力学
腐 蚀 动力 学
第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀
•发生析氢腐蚀的体系 •析氢腐蚀的阴极过程 •阳极过程 •析氢腐蚀的控制类型 •析氢腐蚀的影响因素 •讨论
析氢腐蚀
发生析氢腐蚀的体系
能量条件 ：Eea(Me/Men+) < Eec(H2/H+) ； (1) 活泼金属----标准电位很负的活泼金属 (2) 中等活泼金属---多数工程上使用的金属，如Fe (3) 不活泼金属---正电性金属一般不会发生析氢腐蚀。但
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阳极过程
动力学特征 ----活化极化控制
历程(自学) ----也是一系列的复杂过程
返回
析氢腐蚀的控制类型
控制类型的判据---根据析氢腐蚀特点：
●可以按照均相腐蚀电极处理，欧姆电阻可以忽略， 只需要比较阴极反应和阳极反应的阻力
--- 比较Pa、Pc(极化率，Evans极化图) ●由于阴、阳极反应都受活化极化控 制。因此，
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。
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。
理学析氢腐蚀和吸氧腐蚀PPT课件
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氢去极化的阴极极化曲线与氢过电位
• 由于缓慢步骤形成的阻力，在氢电极的平衡电位下将不能发生 析氢过程，只有克服了这一阻力才能进行氢的析出。
3.形成二氧化一氢离子：HO2 e HO2
4.形成过氧化氢：HO2 H H2O2
5.形成水：H2O2 2H 2e 2H2O
或H 2O2
1 2
O2
H 2O
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在碱性溶液中的基本步骤为：
1.形成半价氧离子：O2 e O2
2.形成二氧化一氢离子：O2 H2O e HO2 OH
一般的说，在不同条件下金属腐蚀的阴极过程可以 有以下几种类型：
1. 溶液中的阳离子的还原，例如
2H 2e H2
2. 溶液中的阴离子的还原，例如
S2O32 2e S2O34 2SO42
3. 溶液中的中性分子的还原，例如
O2 2H2O 4e 4OH
4. 不溶性产物的还原，例如
FeOH 3 e FeOH 2 OH
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3、盐浓度的影响 随着盐浓度的增加，由于溶液电导率的增大，腐蚀速度会有 所上升。但随着盐浓度的增加，又使氧的溶解度降低。
氧化纳的浓度对铁腐蚀速度的影响
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4、 温度的影响 温度升高使电极反应速度加快，扩散系数增大；温度升高又使 氧的溶解度下降。 对于敞开系统，温度升高会降低O2的溶解度，使icorr↓；对于密 闭系统，会加速氧腐蚀过程。
[物理]第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀
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★和析氢腐蚀一样，对吸氧腐蚀影响因素的讨论 也只局限在电极反应，而没有涉及腐蚀过程的 产物。如金属氧化物、氢氧化物或更复杂化合 物(如铁锈)。它们在金属表面形成膜，必然对 腐蚀过程造成重大影响。
4、影响吸氧腐蚀的因素
★氧极限扩散电流密度id为：
3、吸氧腐蚀的控制过程及特点
1）如果腐蚀金属在溶液中的电位较正，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（吸氧阴极反应速度）决 定，属于活化极化控制。
2）如果腐蚀金属在溶液中的电位非常负，如Zn、 Mn等，阴极过程将由氧去极化（吸氧反应）和 氢离子去极化（析氢反应）两个反应共同组成。
几种钢的氧扩散控制腐蚀速度
钢
的
腐
热处理的影响
蚀
0.39
冷拉,500oC退火
0.39
900oC正火20分
0.39
850oC淬火
各试样在300oC~800oC回火
2Had H2
3）H2分子聚集形成气泡离开电极表面。
由于反应途径和控制步骤不同，其反应动力 学机制就会不同。
如果某一步骤进行得较缓慢，就会使整个氢 去极化反应受到阻滞，由阳极来的电子就会在阴 极积累，使阴极电位向负方向移动，产生一定的 析氢过电位H。
研究表明，第一步是整个电极反应最慢的步 骤。
4、析氢腐蚀的阴极H+ 还原反应的动力学特征
5、析氢腐蚀的影响因素
★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。 pH值下降造成两方面的影响。一 方面pH值下降使析氢反应平衡电位Eec正移，腐蚀倾向 增大；另一方面pH值下降又使阴极极化过电位减小， 同样使腐蚀速率增大。
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。
[理学]析氢腐蚀和吸氧腐蚀
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010学年)
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氢去极化的阴极极化曲线与氢过电位
• 由于缓慢步骤形成的阻力，在氢电极的平衡电位
下将不能发生析氢过程，只有克服了这一阻力才 能进行氢的析出。
• 因此氢的析出电位要比氢电极的平衡电位更负一
些，两者间差值的绝对值称为氢过电位。
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一般的说，在不同条件下金属腐蚀的阴极过程可以 有以下几种类型： 1. 溶液中的阳离子的还原，例如
2H 2e H 2
2. 溶液中的阴离子的还原，例如 2 4 2 S2O3 2e S2O3 2SO4 3. 溶液中的中性分子的还原，例如
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析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
从动力学角度而言，析氢腐蚀比吸氧腐蚀进行得更快，一旦发生了析氢腐蚀，往往会造成很大的损失。
但是，在溶液中不论是碱性及酸性环境，氧电位都比氢电位高，而且中性、碱性环境占据了腐蚀环境的绝大部分（这种情况下析氢腐蚀不发生），所以以析氢腐蚀相比，吸氧腐蚀具更重要的意义。
析氢腐蚀，指的是钢铁制品在酸性较强的溶液中与质子反应发生时放出氢气的腐蚀。
如果钢铁制品使用不当或者保管不合理的话，它就会在潮湿空气中，吸附空气中的水蒸气而形成一层薄薄的水膜。
这层水膜中无疑可以吸收空气中的二氧化碳。
而二氧化碳与水反应生产的碳酸，又会使得使水里的氢离子增多。
这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。
析氢腐蚀发生的速率很快。
（这个反应首先是个原电池反应，而且反应面积大，同时生成的氢气可以很快脱离体系，反应速率能不快么。
）吸氧腐蚀是指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀。
这个反应速率取决于
氧穿过空气/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；
在扩散层范围内，氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面；
在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离子化反应。
这四个步骤显然比析氢腐蚀的步骤多且慢。
但在热力学的角度而言，它发生的趋势更大，而且应用的范围更广，所以就更有意义咯。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀
Cu+ +2e Cu
Fe3+ +e Fe2+
2．溶质中阴离子的还原反应 如：
氧化性酸根离子的还原反应 或
NO3
2H
2e
NO
2
H2O
S2O62 +2e 2SO42
3．溶液中中性分子的还原反应 如：
吸氧反应 氯的还原反应
O2 +H2O+4e 4OH Cl2 2e 2Cl
属来说变化很大，由铂0.10V 到铅1.56V，这主要是因为不 同金属上析氢反应的交换电流
密度 iH0 不同；有的则是因析
氢反应机理不同引起的。而bH 的值则大致相同。
不同金属上析氢反应的交换电流密度
根据aH值的大小可将常用电极材料大致分为三类： 1）氢在其上析出具有高过电位的金属(aH≈1.0~1.6V)，如Pb,Hg,Cd,Zn,Sn等。 2）氢在其上析出具有中过电位的金属(aH≈0.5~1.0V)，如Fe,Co,Ni,Cu等。 3）氢在其上析出具有低过电位的金属(aH≈0.1~0.5V)，如Pt,Pd,W等。
（1）改变金属材料的成分，加人析氢过电位高的成分，如在钢中加锌等。 （2）减小或清除金属中的有害杂质，特别是析氢过电位小的杂质。 （3）对金属所处的环境添加缓蚀剂。 （4）降低活性阳离子成分如 Cl 、S2 等。 （5）设法减小阴极面积。
第三节 吸氧腐蚀 以氧分子的还原反应为阴极过程的腐蚀称 为 吸氧腐蚀。
一般来说，（3）、（4）两个步骤为阴极还原反应的控制步骤。下 面通过溶氧的阴极极化曲线来讨论吸氧的电极过程动力学。
由图可知，极化曲线可分为三个部分：
1.Ee-B区
过电位不大，电流密度不大时为电化学步骤控制。这时过电位与电 流密度的对数成直线关系，说明阴极极化过程的速度主要决定于氧 的离子化反应。
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吸氧腐蚀和析氢腐蚀
的区别
腐蚀类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜酸性弱呈中性 水膜酸性强
正反应
O
2 + 4e- + 2H2O == 4OH- 2H+ + 2e-==H2
↑
负反应 Fe －2e
-==Fe2+ Fe －2e-==Fe2+
腐蚀作用 主要腐蚀类型，有广泛性 在某些局部区域