第八章电化学腐蚀与防护精要.ppt

第八章 电化学腐蚀与防护 直接损失 材料、构件、设备的直接腐蚀破坏；防止腐蚀或延缓腐蚀的投入（高耐腐蚀材料、表面处理、涂覆、电化学保护、环境介质处理等），可估算。 据国际权威统计 -金属年产量的1/3受腐蚀报废，其中2/3尚可回炉, 即约10％金属永久腐蚀损失。 全世界金属产量约为10亿吨，损失1亿吨/年 我国金属年产量达1亿吨，损失0.1亿吨/年 据权威报告 (英国Hoar报告和美国NBS报告)估计： 每年因腐蚀造成的经济损失占国民经济总值2-4% 间接损失 停工停产、泄漏导致成品流失、产品质量下降、突发事故、人身安全、技术故障、环境污染 ……。 (1979我国石油液化气罐泄漏爆炸，亡几十人，直接损失630万；1985.8.12日本波音747 飞机因金属应力腐蚀断裂机毁，亡500余人；) 电厂锅炉一根热交换管价值不高，但因为腐蚀引起爆炸可导致停电，使大片工厂停工停产，损失巨大。 金属结构远比金属材料昂贵， 如汽车、船舶、飞机、精密仪器、大规模集成电路等腐蚀破坏造成的损失更为惨重 间接损失难估算，间接损失直接损失。 金属腐蚀与防护学科的主要研究内容及任务： 1．研究并确定金属材料在不同环境条件下腐蚀破坏的本质机理和规律性 （1） 从热力学方面研究各种金属与不同介质发生腐蚀的可能性。 （2） 从动力学方面研究各种金属在不同介质中的腐蚀机理和腐蚀速率以及影响腐蚀的因素。 2. 研究在各种条件下防止或者控制金属腐蚀的方法与措施。 3.研究金属腐蚀速率的检测技术和方法。 腐蚀机理：化学腐蚀，电化学腐蚀 腐蚀环境：大气腐蚀，海水腐蚀，淡水腐蚀，土壤腐蚀，生物腐蚀，工业介质腐蚀。 破坏形式：均匀腐蚀，局部腐蚀，缝隙腐蚀，孔蚀，选择性腐蚀，晶间腐蚀，穿晶腐蚀，剥蚀，电偶腐蚀，丝状腐蚀。 力学作用：应力腐蚀开裂，腐蚀疲劳，氢损伤，磨损腐蚀。 金属在电解质溶液中的腐蚀是电化学过程，这是绝大多数金属腐蚀过程的本质。即金属的价态升高而介质中某种元素原子的价态降低，发生氧化还原反应 如Fe在HCl中，可观察到铁的腐蚀溶解，并析出氢气，其中： 阳极反应：Fe? Fe2+ +2e 阴极反应：2H+ +2e? H2? 金属本身起着将原电池的负极 和正极短路的作用 腐蚀原电池： 一个电化学腐蚀体系可以看作为一短路原电池，其阳极反应使金属材料破坏，金属本身起短路作用，不能输出电能，这种导致金属材料破坏的短路原电池也称为腐蚀原电池。 腐蚀原电池的特点： ? 阴、阳极区肉眼可分或不可分，或交替发生； ? 体系不稳定? 稳定， 腐蚀过程是自发反应； ? 只要介质中存在氧化剂 (去极化剂)，能获得电子使金属氧化，腐蚀就可发生； ? 腐蚀的二次产物对腐蚀影响很大； ? 电化学腐蚀离不开金属/电解质界面电迁移，电子由低电位金属或地区传荷到电位高的金属或地区，再转移给氧化剂； ? 腐蚀电池包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四部分，缺一不可； ? 阴极、阳极反应相对独立，但又必须耦合，形成腐蚀电池； ? ia=ic ，无净电荷积累；? 腐蚀电池不对外作功，只导致金属腐蚀破坏的短路原电池。 腐蚀原电池与原电池的区别 原电池可以看作是将化学能转变成电能的装置，电池输出电能。如果将原电池直接短路则形成了短路原电池，短路原电池只能是发生了氧化还原反应的装置，在这个装置中发生了金属的氧化反应，即金属的腐蚀，不能得到电能，化学能全部以热的形式释放出来。发生了金属的氧化反应的驱动力是两个电极的电极电位之差。 比利时科学家Pourbaix（布拜） 1938年提出电位－pH图(或称Pourbaix图) 电位一pH图就是以电位(相对于标准氢电极的电位)为纵坐标，以PH为横坐标的电化学相图。 判定腐蚀可能性 研究腐蚀反应，行为，产物 指示在一定的电位/pH条件下控制腐蚀的可能途径 广泛的用于腐蚀、无机、分析、湿法冶金等领域。 平衡电位E与溶液pH的关系根据参与电极反应的物质不同，电位一pH图上的曲线可分为三类。现以铁在水溶液中的某些反应为例，导出一般计算式。 2)没有H+或OH-参加，平衡电极电位与溶液的pH无关。例如 3)有H+和OH-参加的非氧化还原反应，反应不受电极电势影响 氢电极和氧电极的电位一pH图 在此将讨论氢电极和氧电极的平衡电位与PH的关系。 绝大多数电化学腐蚀，离不开水溶液介质，水溶液中H＋和OH－可用pH表示。金属腐蚀与电位和pH有一定的关系。 ?§8.4 电势-pH图及其在金属防护中的应用 电位－pH图制作的一般步骤： 1. 确定体系中可能发生的各类反应，列出各反应的平衡方程； 2.根据参与反应的各组分的热力学数据计算反应的?rGm?、??、k; 3.导出体系各反应的?与pH的计算式，比算成各个反应的?和pH； 4