工程化学第二章浅析.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 差异充气腐蚀 差异充气腐蚀是由于氧浓度不同而造成的腐蚀，是金属吸氧腐蚀的一种形式，是因金属表面氧气分布不均匀而引起的。 例如，钢管、铸铁管埋在地下，地下的土有砂土、粘土之分和压实不压实的区别，砂土或没有压结实粘土的部分氧气就比较充足，即氧气的分压或浓度要大一些，从氧的电极反应式： O2 + 2 H2O + 4 e– ＝ 4 OH– 可知： 2.3 金属的腐蚀与防护 在氧气分压 p(O2) 大的地方，E(O2/OH–) 值也大； p(O2) 小的地方，E(O2/OH–) 值也小。根据电池组成原则，E 值大的为阴极（得电子），E 值小的为阳极（失电子），于是组成了一个氧的浓差电池。而且通常 E(Fe 2+/Fe) 值要小于 E(O2/OH–) 值，结果使 p(O2)（或 c(O2)）小的地方即处于被压实或粘土部分的金属成为阳极，发生失电子反应，先被腐蚀。 2.3 金属的腐蚀与防护 例如一段插入水中的钢柱（见左图），由于接近水面的X段溶解氧的浓度较大或氧气的压力较大,而插入水中的y段溶解氧的浓度较小。 图 铁的浓差腐蚀原理 2.3 金属的腐蚀与防护 阳极反应(y段) ： Fe - 2e ? Fe2+ 阴极反应(x段) ： O2 + 2H2O +4e ? 4OH- 总反应： 2 Fe +O2 + 2H2O ? 2Fe(OH)2 在近水面处又发生反应： 4Fe(OH)2+O2+2H2O?4Fe(OH)3 这种腐蚀和吸氧腐蚀相同，但发生的部位不同。说明浸入水中的钢柱上的铁锈虽然在近水处，但锈蚀坑却在水下的一段上。 2.3 金属的腐蚀与防护 差异充气腐蚀对工程材料的影响必须予以足够重视，工件上的一条裂缝，一个微小的孔隙，往往因差异充气腐蚀而毁坏整个工件，造成事故。 铁皮生锈—差异充气腐蚀 四、孔蚀 当一块钢板暴露在潮湿的空气中时，总会形成一层 FeO 薄膜。如果该膜是致密的，则可以阻滞腐蚀过程。若该膜上有个小孔，则有小面积的金属裸露出来，这里的金属将被腐蚀。腐蚀产物(Fe(OH)3 ，Fe2O3 等）疏松地堆积在周围，把孔盖住，这样 O2 难以进入孔内，又会产生差异充气腐蚀。同时，孔内的 H+ 离子浓度增加，使小孔内的腐蚀不断加深，甚至穿孔. 钢板的 孔蚀原理 2.3 金属的腐蚀与防护 思考题:把一滴含有酚酞指示剂的NaCl溶液滴在磨光的锌表面，一段时间后，会发生什么现象？请解释。 液滴边缘变成红色，而且液滴盖住的部位生成了白色的Zn(OH)2。 O2 + 2H2O +4e ? 4OH- (酚酞变红) Zn –2e ? Zn2+ Zn2+ + 2OH- ? Zn(OH)2 2.3 金属的腐蚀与防护 金属材料的腐蚀是普遍存在的，是不可避免的。为了工程建设、日常生活的安全性和经济性，我们有必要对金属材料及其制品进行必要的保护。 另外，凡事都有两面性，金属腐蚀也可被人类利用，化害为利。 根据造成金属材料腐蚀的原因和影响腐蚀速度的因素，我们不难得出这样的结论：即防止金属腐蚀(或减缓金属腐蚀)可以从金属本性和环境介质两个方面着手。 2.4 金属腐蚀的防护与利用 2.3 金属的腐蚀与防护 一 金属材料的耐蚀性及选择 在设计金属构件时，应注意避免两种电势差很大的金属相接触。例如铝合金、镁合金不应当和铜、镍、铁等电极电势代数值较大的金属直接连接。当必须把这些不同的金属装配在一起时，应该设法采用隔离层的办法把它们隔开来。例如，喷绝缘漆、衬塑料或橡胶垫，或通过适当的金属镀层过渡。若铝合金与钢铁件组合时，则需将铝合金进行阳极氧化处理，而将钢铁镀锌或镀镍再组装在一起。 防腐措施 2.3 金属的腐蚀与防护 选用材料时还应考虑材料使用时所处的介质种类和条件，如空气的湿度、溶液的浓度、温度等。例如对接触还原性或非氧化性的酸和水溶液的材料，通常使用镍、铜及其合金。对于氧化性极强的条件，采用钛和钛合金。除了氢氟酸和烧碱溶液外，金属钽和非金属的玻璃几乎对所有介质都能耐蚀。许多年来，钽已被认为并已被用作“完全”耐蚀材料。 1.应考虑材料使用时所处的介质种类和条件 2.3 金属的腐蚀与防护 二. 隔绝介质与材料的接触 采用覆盖层的办法，可将金属或合金与周围介质隔离开来，从而达到防腐蚀的目的。覆盖层可采用化学处理的方法，使金属表面形成一层钝化膜保护层。钝化膜最常见的有氧化膜和磷化膜两种。