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当对电极进行强极化时 整理得到: 或 该强极化方程为塔菲尔(Tafel)公式。a与材料本质有关,b与反应有关。 当对电极进行微极化时 , 或 η=Rpi η与i成线性关系,所以这一区域又称为线性极化区; 称为极化电阻,单位Ω·m2。 下图中的a图指出了极化的三个区:线性极化区、弱极化区和强极化区 ;b图中实线是η - logia ,η- logic关系线,虚线是η- logi关系线 ;两条实线的交点对应于E0和logi0值,实验中只能得到虚线。 下图是浓差极化时的浓度分布示意图。Co是溶液本体浓度,Cs是极化后反应粒子的表面浓度,δ是扩散层厚度。 阳极极化时: 阴极极化时: 则浓差极化的一般公式为: 浓差极化曲线图示 右图是浓差极化曲线。当i较小时,η′很小;当i→id时,η′迅速增大 扩散电流密度 当同时存在电化学极化与浓差极化时, 中应该采用相关反应物的表面浓度Cs而不是本体浓度Co。若进行强极化时,ii0,则极化公式应改写为: 总过电位ηT的表达式由电化学极化过电位η和浓差极化过电位η′两部分组成,即: 出现过电位的主要原因 ①当idii0时,表示过电位完全由电化学极化引起 ②当id≈ ii0时,过电位主要由浓差极化引起。 ③当id≈ ii0时,属于混合极化,但是往往其中一项起主要作用。 ④当ii0,id时,任何极化现象都微乎其微,这时电极几乎处于不通过电流时的平衡状态。 二、腐蚀速度的图解分析法 埃文斯图可以看出腐蚀速度Icorr与腐蚀反应中的阴极、阳极极化程度的关系。 在埃文斯图中将腐蚀反应的阴极、阳极反应都简单地用线性的E—I 线表示,两条线的交点决定腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr。 (一)埃文斯图示法 英国腐蚀学家埃文斯首先提出用E—I 图来说明不同腐蚀体系的类型和特点,故此类图形也称为埃文斯图。 (a,b,c,d)说明腐蚀速度受腐蚀过程的1个或2个分反应的控制(阴极控制、阳极控制、混合控制),或受溶液及金属表面膜阻力的控制(电阻控制); e说明动力学因素较热力学趋势(Er电池)更为重要。 f则说明Ecorr并不能给出有关腐蚀速度的任何信息。 图3—7 埃文斯图 a—阴极控制;b—阳极控制;c—混合控制;d—电阻控制;e—有高热力学趋势(Er,电池)的反应反而比低热力学趋势的反应腐蚀速度小的原因;f—Ecorr不能预示腐蚀速度的原因 埃文斯图的不足 首先,埃文斯图只考虑了起控制作用的阴极反应和阳极反应,将其他所有反应一概忽略,而实际情况并非如此。 其次,在埃文斯图中曲线表示的是E—I 的关系,而E,η是电流密度i的函数。只有单一金属在呈现均匀腐蚀,且阴、阳极面积相等时,才有ia=ic,并且可能用Ia,Ic代替。然而当阴、阳极面积不等时,这种代换不能成立。 (二)极化曲线法 由于实际情况下,腐蚀电位偏离平衡电位较大,即η较大,满足强极化条件,即Tafel公式成立,且单向反应电流密度ia(或)ic=i,因此可以用Tafel极化曲线表示。 根据Tafel公式η=a+blog i,即在强极化时,η-log i应成直线关系,i为表观电流密度,并且接近于单向反应的电流密度。 1.金属的酸腐蚀 图3-9 金属在酸中的腐蚀图解 指H2在金属M上析出时的交换电流密度 表示金属M氧化反应的交换电流密度 分别是析氢反应和金属氧化反应的平衡电位 2.金属在含有氧化剂的酸中的腐蚀 金属在含有氧化剂(如高价金属离子,溶解氧等)的酸中,不但因置换氢而溶蚀,同时还要受氧化剂的氧化而溶蚀。 金属在含铁盐的酸中的腐蚀图解 Fe3+和H+的还原反应之和相当于金属的总腐蚀反应。 在有溶解氧的情况下,溶解氧将成为比H+更强有力的电子接受体。例如Fe→Fe2+的腐蚀反应。 在无氧的中性溶性中,发生腐蚀的热力学趋势很小,E0≈0.02V;而在有氧的水溶液中,发生腐蚀的热力学趋势很大,E0≈1.2V,约为无氧时的60倍。 同时要特别指出的是,在氧化还原过程中,氧向金属表面的扩散往往起控制腐蚀速度的作用,而不象氢的析出那样是电子转移的活化控制。 另外,由于反应所生成的产物——氧化物,或使金属钝化,或者生成能够阻止氧继续到达金属表面的阻挡层,从而大大降低了腐蚀速度。 3.电偶腐蚀 两种金属接触构成电偶,成为典型的腐蚀原电池。如果两种金属本身分别为阳极和阴极,则各自的极化曲线基本保持原状态。 图3-14 电偶腐蚀图解 如果其中有一种金属本身是惰性的,则阴极过程是H+或O2(或其他电位较高的金属离子)在惰性电极上的还原。此时,某些电活性物质(如H+或O2等去极化剂)在惰性金属上的交换电流对金属腐蚀速度影响很大。 4.
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