氢去极化和氧去极化.ppt
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1、第三章 氢去极化腐蚀与氧去极化腐蚀1氢去极化2氧去极化3不同腐蚀情况下控制因素的特征发生析氢腐蚀的体系能量条件:(1)标准电位很负的活泼金属,如钠、镁等(2)大多数工程上使用的金属,如Fe(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(如NH3、CN),使金属离子(如Cu2+、Ag+)的活度保持很低时,正电性金属(如Cu、Ag)也可能发生析氢腐蚀。1 氢去极化腐蚀析氢腐蚀的典型例子Fe在酸中的腐蚀(1)在pHik0,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。2 4 6 8时间(小时)
2、(根据Vondracek,Izak-krizko)200160120 80 40 0析氢量(毫升)1.1%As1%cd纯锌1%Pb1%Hg1.03%Sw1.07%Sb1.23%Fe 0.97%Cu不同杂质对锌在硫酸中腐蚀速度的影响氢过电位高的杂质将使基体金属的腐蚀速度减氢过电位高的杂质将使基体金属的腐蚀速度减小,而氢过电位低的杂质将使基体金属的腐蚀小,而氢过电位低的杂质将使基体金属的腐蚀速度变大。速度变大。(2)阳极极化控制 当ia0ik0,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
3、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。(3)混合控制 阳极极化和阴极极化程度差不多,称为混合控制,比如Fe在非氧化性酸中的腐蚀。这种类型的析氢腐蚀体系的特点是:腐蚀电位离阳极反应和阴极反应平衡电位都足够远,即EeaEcorEek。因此活化极化腐蚀体系的Ecor和icor公式完全适用。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。影响因素(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
4、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Eek正移,腐蚀倾向增大;另一方面pH值下降又使析氢反应交换电流密度ik0增大,阴极极化性能减小。400300200100 0 10 20 30 40腐蚀速度(克/米2小时)1。工业纯铁2。10号钢3。30号钢腐蚀速度(年/毫米)1。216克/升2。180克/升3。75克/升4。25克/升400350300250200150100 50 0 10 20 30 40 50 60HCl,%温度:摄氏度铁和碳钢的腐蚀速度与盐酸浓度的关系铁在盐酸中的腐蚀速度与温度的关系 腐 蚀 影 响 因 素(2)温度温度升高,腐蚀速度迅速增大,因
5、为温度升高时阳极反应和阴极反应速度都加快了。(3)金属方面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。阴极区面积:S增加,氢过电位减小,腐蚀速度加快。金属表面的状态:表面越粗糙,氢过电位越小。20017515012510075505 0 200001500010000 5000 0腐蚀速度(时小.2米/克)腐蚀速度(时小.2米/克)C.%C.%含碳量对铁碳合金在20%硫酸(25摄氏度)含碳量对铁碳合金在30%硝酸(25 中腐蚀速度的影响 摄氏度)中腐蚀速度的影响 腐 蚀 影 响 因 素讨论u前面关于腐蚀过程的
6、分析只接触到电极反应,为了说明不同酸溶液的影响,就必须考虑电极反应之后的酸碱反应,比如金属离子的水化反应,金属离子与酸根离子或溶液中其他组分之间的反应等。u在考虑析氢腐蚀的影响因素时,实际情况往往是复杂的。我们将析氢腐蚀作为活化极化控制的腐蚀体系的典型,条件之一是金属阳极氧化反应生成的可溶性金属离子,不形成表面膜,且扩散容易进行。2.吸氧腐蚀n发生吸氧腐蚀的体系(1)所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能发生。(2)某些正电性金属(如Cu)在含溶解氧的酸性和中性溶液中能发生吸氧腐蚀。n阴极过程液相传质步骤:(1)氧由气相通过界面进入水溶液(2)氧借助于对流和扩散通过溶液主体层(3)氧借助于扩散
7、通过扩散层达到金属表面动力学关系:在一般的吸氧腐蚀中,由于水溶液中氧的溶解度小(约10-4mol/L),氧分子扩散系数小(室温下约为10-5厘米2/秒,氧的极限扩散电流密度id很小,不能满足ikid的条件。所以,浓度极化占有重要地位。比析氢反应复杂,这是因为O2还原反应是四电子反应。在酸性溶液中:O2+4H+4e=2H2O在中性和碱性溶液中:O2+2H2O+4e=4OH-反应必然包括许多步骤,中间产物多,且不稳定,实验上难以确定。其次,O2还原反应的可逆性很小,即反应难以进行。电极反应极化大,反应总是在偏离平衡电位很远的电位进行,故电极表面状态变化大。在很宽的正电荷范围,电极表面会吸附氧和各种
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