金属的钝化详解.ppt

钝性特点 活化态 钝化态 现象普遍 – 绝大多数金属具钝性 工程应用价值 - 金属表面在特定环境中具稳定的钝性 腐蚀破坏 - 腐蚀发生首先是钝化膜破坏 §5.1 钝化现象 5.1 钝化现象 金属表面状态/结构突变 —性质突变 阳极过程不服从Tafel规律 特点 腐蚀速度大幅度降低 钝态 钝化 钝性 化学钝化— 金属与钝化剂发生化学作用 电化学钝化—外加阳极电流使金属进入钝态。 5.3 金属的自钝化 化学钝化— 金属与钝化剂发生化学作用 电化学钝化—外加阳极电流使金属进入钝态 自钝化的条件 P99 Fig. 5.3 氧化剂的平衡电位要高于金属的初始稳态电位，即ECe?Ep; 氧化剂还原反应的阴极极限扩散电流密度大于金属的致钝电流密度，即iL?ipp。 5.4 金属钝化理论 1 成相膜理论 —— 表面生成薄、致密、覆盖性良好的独立固相膜，阻碍金属阳极过程，降低溶解速度。 一般为金属氧化物，为纳米级厚度，可通过实验观察到。 Fe 钝化膜 ?—Fe2O3, ?—FeOOH 厚度约 100 ? Al 钝化膜 ?—Al2O3, ?—Al2O3 厚度约 3000 ? 不锈钢钝化膜 Cr2O3，CrOOH，Fe2O3 厚度约 10 ? 金属钝化状态，并非完全不腐蚀，而是腐蚀速率大大降低， 前面图中的ip 5.5 钝化影响因素 金属材料本性 合金组分 ? 钝化介质的性质和浓度 侵蚀性离子对钝化膜的破坏 温度 合金成分 金属自钝化的顺序（递减）: 钛、铝、铬、钼、铁、锰、锌、铅、铜 。P105 自钝化金属：钛、铝、铬。 提高金属耐蚀性的一条途径：合金化。 5.6 阳极保护 习 题 1. 画出金属的阳极极化曲线，并说明特征区、特征电位、特征电流的其物理意义。 2. 什么是金属的钝化？金属钝化的主要影响因素有哪些？ 3. 如何控制金属的钝化？ * 第五章 金属的钝化 钝化现象 有钝化特性的极化曲线 自钝化 金属钝化理论 影响金属钝化的因素 铝的钝化 铁在HNO3溶液中钝化行为 随着HNO3溶液浓度的增加, 金属表面状态发生突变——没有电子的参与 过钝化 钝化剂 铁钝化后?电极电位升高?甚至不能置换出铜 化学钝化（自钝化）——金属与钝化剂发生化学作用 电化学钝化——外加阳极电流使金属进入钝态 概念：P96 其根本是：阳极极化，电位升高 化学钝化——强氧化剂作用的结果 金属活性降低，腐蚀减弱 电化学钝化——阳极极化的效应 机械钝化 P96 5.2 有钝化特性金属的极化曲线(P97 Fig.5.2) 活化区 过渡区 稳定钝化区 过钝化区 析氧区 A B C D E F G H M N lgip lgipp lgi 0 ECorr Epp Ep Eb Etp EO2 E 金属钝化过程中的阳极极化曲线 Fe? Fe2+ +2e 2Fe+3H2O? ? -Fe2O3+6H+ +6e 3Fe+4H2O? Fe3O4+8H+ +8e M2O3+4H2O? M2O72-+8H+ +6e 4OH- ?O2+ 2H2O+4e 开路电位 致钝电位 初始稳态钝化电位 过钝化电位 致钝电流 维钝电流 极化曲线的特征和意义 活化区 过渡区 稳定钝化区 过钝化区 析氧区 A B C D E F G H M N lgip lgipp lgi 0 ECorr Epp Ep Eb Etp EO2 E 金属钝化过程中的阳极极化曲线 开路电位 致钝电位 初始稳态钝化电位 过钝化电位 致钝电流 维钝电流 四个特征电位 二个特征电流 四个特征区 意义：可通过控制电极电位来控制腐蚀 自钝化 A B C D E lgip lgipp lgi 0 Epp Ep E 易钝化金属在氧化能力不同介质中的钝化行为 a Ee1 ik1 Ⅰ Ee2 b c d ik2 Ⅱ Ee3 e Ⅲ Ee4 f Ⅳ 2. 吸附理论 —— 不形成固相的成相膜，表面存在氧或含氧粒子吸附层, 活性中心吸附氧，改变金属 / 溶液界面的结构，阳极反应活化能显著提高。 与成相膜的差异在于其认为金属自身反应能力的降低 实验事实： ? 电容测量 ：钝化金属表面不存在成相氧化膜； ? 电量测量：表面不足单分子氧的吸附层，金属即已完全钝化。 3. 两种理论的比较 —— 各有道理，也分别被实验验证。 M M M M H H H H H H H H H H H H H H H H 2- 固相膜模型 吸附模型 化学吸附键与化学键无本质差别 (统一理论): 表面活性中心吸附含