[化学ppt课件 ]应用电化学第八章电化学腐蚀与防护.ppt
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1、LOGO章电化学腐蚀与防护章电化学腐蚀与防护8.1 8.1 金属的电化学腐蚀概论金属的电化学腐蚀概论金属的电化学腐蚀概论金属的电化学腐蚀概论8.2 8.2 金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀8.3 8.3 腐蚀电池腐蚀电池腐蚀电池腐蚀电池8.4 8.4 电势电势电势电势-pH-pH图及其在金属防护中的应用图及其在金属防护中的应用图及其在金属防护中的应用图及其在金属防护中的应用8.5 8.5 金属的电化学防腐蚀金属的电化学防腐蚀金属的电化学防腐蚀金属的电化学防腐蚀 全世界每年因腐蚀而不能使用的金属制品的重量约相当于金属年产量的l4到l3,金属被腐蚀后使用性能降低,其
2、危害还不仅仅是金属本身受损失,更严重的是金属结构遭破坏,这比金属本身的损失要大得多。由于金属设备受腐蚀而引起的停工减产,产品质量下降,爆炸以及大量有用或者有害物质的渗漏等造成的损失也是非常惊人和可怕的。金属腐蚀的防护,不仅仅是技术问题,而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列重大的社会和经济问题。金属的腐蚀与防护往往是涉及广泛领域的复杂问题.那么为什么在电化学中要讨论金属腐蚀问题呢?因为大部分的金属腐蚀现象是由于电化学的原因引起的。本章就是要利用电化学知识来分析各种腐蚀现象,了解腐蚀发生的机理,从而防止或者最大程度地减少腐蚀。8.1 金属的电
3、化学腐蚀概论金属的电化学腐蚀概论一金属腐蚀概论v金属的腐蚀是金属与外部介质相互作用,发生氧化还原反应;或者在外部介质存在的条件下,金属材料内部较负电性金属与较正电性金属相互作用,更负电性金属被腐蚀。v所以,腐蚀是电化学过程。v腐蚀过程中,介质中更正电性的粒子在与金属碰撞时得到金属表面原子的价电子而被还原,被氧化的金属“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面。v如果介质是离子导体,金属被氧化与介质中被还原物质获得电子这两个过程可以同时在金属表面的不同部位进行。v金属被氧化成为正价离子进入介质或成为难溶化合物留在金属表面。这个过程是一个电极反应过程,叫做阳极反应过程。被氧化的金属所失去的电子通过金属材料
4、本身流向金属表面的另一部位,在那里由介质中被还原的物质所接受,这是阴极反应过程。-电化学腐蚀。v在腐蚀作用中最为严重的是电化学腐蚀,它只有在介质是离子导体时才能发生。即便是纯水,也具有离子导体的性质。v介质中接受电子而被还原的物质叫做去极化剂。在水溶液中的腐蚀,最常见的去极化剂是溶于水中的氧。在常温下的中性溶液中,钢铁的腐蚀一般是以氧为去极化剂进行的:v如果氧供应充分,氢氧化亚铁还会逐步被氧化成水合四氧化三铁水合三氧化二铁。v钢铁在大气中生锈,就是一个以氧气为去极化剂的电化学腐蚀过程,直接与金属表面接触的离子导体介质是凝聚在金属表面上的水膜,而最后形成的铁锈是成分很复杂的铁的含水氧化物,有时还
5、有一些含水的铁盐。氧最易到达铁锈的最外层,其中铁是三价;铁锈最里层的铁是二价;中间层有可能是含水的四氧化三铁。v在水溶液中电化学腐蚀过程的另一个重要的去极化剂是氢离子。在常温下。对铁而言,在酸性溶液中可以以氢离子为去极化剂而腐蚀,其过程是:v此时,腐蚀反应的产物是氢气和留在溶液中的二价铁离子。v除了氧和氢离子这两种主要的去极化剂外,在水溶液中往往还有由其它物质可能成为去极化剂而引起的电化学腐蚀。v例如,在酸性溶液中有3价的铁离子时,它可以作为电化学腐蚀过程的去极化剂而还原成为2价的亚铁离子。如果酸液面上有空气,亚铁离子可以在液面附近被空气中的氧化成3价离子,成为新的去极化剂。这就形成了一个循环
6、过程:铁离子在钢铁表面作为去极化剂还原成亚铁离子,再到表面附近被氧化成,继续作为去极化剂使钢铁腐蚀,起着“氧输送者”的作用。虽然溶解在溶液中的氧本身就是有效的去极化剂,但由于常温常压在水溶液中的溶解度很小,由其去极化而引起的腐蚀速度是不大的。当有这种所谓的“氧输送者”存在时,金属的腐蚀速度加大。二金属腐蚀的分类二金属腐蚀的分类1均匀腐蚀 阳极和阴极反应是在金属表面相同的位置发生,引起的金属腐蚀是均匀的,称为均匀腐蚀。2孔蚀 在材料表面,形成直径小于1mm并向板厚方向发展的孔。介质发生泄漏,大多是孔蚀造成的,而且它的发展速度也是很快的,大多为每年数毫米。3晶间腐蚀 沿着金属材料的晶界产生的选择性
7、腐蚀,尽管晶粒几乎不发生腐蚀,仍然导致材料破坏。4脱成分腐蚀 合金中某特定成分由于腐蚀溶解而减少,被称为脱成分腐蚀。5冲蚀 在冲击的机械作用下,材料表面发生磨损的同时又加入腐蚀作用,两者相互促进,产生严重的侵蚀。6应力腐蚀 在特定环境组合下,由于低的拉应力导致金属材料破裂的现象。破裂有沿晶(晶界破裂)和穿晶(晶粒破裂)两种。这对受应力的器械危害最大,如高压锅炉、飞机上侧面薄壁、钢索、机器的轴等,如果发生这类腐蚀就可能突然崩裂而酿成事故。三腐蚀电池三腐蚀电池v金属的腐蚀是一个氧化还原反应过程。v在电化学腐蚀过程中,这种氧化还原反应是通过阳极反应和阴极反应同时、分别地进行的。v类似于将化学能直接转
8、变为电能的原电池。金属本身起着将原电池的负极和正极短路的作用;所以,可以把电化学腐蚀体系(金属和腐蚀介质)看作是一个短路的原电池,其阳极反应使金属材料破坏v由于金属本身已起着短路作用,不能输出电能,腐蚀体系中进行的氧化还原反应的化学能全部以热能的形式散失。这种导致金属材料破坏的短路原电池称为腐蚀电池:当金属表面含有一些杂质时,由于金属的电势与杂质电势不相同,可构成以金属相杂质为电极的许多微小的短路电池,称为微电池(或局部电他),从而引起腐蚀。v腐蚀电池电动势的大小影响着腐蚀的倾向和速度。v两种金属一旦构成腐蚀电池,有电流通过电极,电极就要发生极化,而极化作用则会改变腐蚀电池的电动势。v因而需要
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