工程化学第六章--专升本专用讲义.ppt

第六章 化学反应和材料的保护 ; 为了合理地选择、使用和保护材料，本章将有关化学原理与具体的生产实例紧密结合，系统地揭示造成材料腐蚀、老化的原因，阐明材料保护的重要性，介绍一些材料保护的具体措施。;目 录;6. 1 金属腐蚀的发生; 金属腐蚀直接或间接地造成巨大的经济损失，估计世界上每年由于腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产量的 25% 左右，甚至还会引起停工停产、环境污染、危及人生安全等严重的事故。但金属腐蚀有时也会给人类带来加工方便等可利用之处。; 根据金属腐蚀过程的不同特点，可将其主要划分为三大类：;一、化学腐蚀 ; 如在例 4-12 中讨论了金属锌在空气中被氧化发生腐蚀的情况。尽管在大气中 p(O2) 一般均小于 p θ ，但从式 4. 9 可知，金属的氧化腐蚀还是能发生，而且 ΔrGm 越小，发生化学腐蚀的可能性越大。 ; 金属与高温水蒸气也能发生反应，这是造成锅炉和管道严重腐蚀的重要原因之一： ; 钢铁中的渗碳体(Fe3C)还可以与高温水蒸气反应，产生脱碳现象： ; 在渗碳体与水蒸气的反应中，渗碳体从邻近的尚未反应的区域不断迁移到钢铁表面，使钢材内部的 Fe3C逐渐减少，形成脱碳层。 ;二、电化学腐蚀; 因为有电流通过电极而使电极电势偏离原来的平衡电极电势值的现象，称为电极的极化。; 电极极化可分为阳极极化和阴极极化，产生极化的原因，主要有下述三种： ;(1) 浓差极化 ;(2) 电化学极化 ;(3) 电阻极化 ;2. 析氢腐蚀 ;阳极（Fe） Fe － 2e－ ＝ Fe2+ ; 工厂附近的空气中含有较多的 CO2，NO2，SO2 等酸性气体，水膜中将存在下列平衡：; 由于氢离子的浓度较大，有可能发生析氢腐蚀，使铁被腐蚀生成 Fe 2＋。 在 pH 较高时能以 Fe(OH)2 沉淀析出，并进一步氧化成 Fe(OH)3。随着温度的升高，腐蚀将加剧进行。在中性溶液中 [c(H+) = 10–7 mol·L–1]，根据能斯特方程式计算得：; 在阴极（杂质）上有氢气析出并使阳极（铁）腐蚀。但由于电化学极化作用的存在，使氢气析出时的实际电极电势要小于理论析出电势值。;3. 吸氧腐蚀 ; 这种在中性或弱酸性介质中发生“吸收”氧气的电化学腐蚀称为吸氧腐蚀。 ;差异充气腐蚀 ; 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。结果使 p(O2)（或 c(O2)）小的地方即处于被压实或黏土部分的金属成为差异充气电池的阳极，发生失电子反应，先被腐蚀。 ;视频素材：6，01铝片被氧化—差异充气腐蚀;三、生物腐蚀 ;1. 破坏防腐物;2. 代谢产物的影响; 另外，硫酸盐还原菌作用产生的硫化氢造成局部微酸环境，这不仅加速金属的析氢腐蚀，更重要的是由于加剧钢的渗氢作用，从而导致金属的氢脆。 ; 好氧菌如噬硫杆菌能将元素硫或含硫化合物氧化成硫酸，能产生局部浓度达5%（质量分数）的硫酸，于是形成了局部腐蚀性极强的酸性环境。其反应为：;3. 形成氧浓差电池;四、金属的腐蚀速率;一般地说，钢铁生锈的临界相对湿度大约为 75%。 ;水膜厚度的影响;2. 环境温度的影响 ; 所以，在金属制品的生产、放置和贮运中，应尽量避免温度的剧烈变化。在北方高寒地区和昼夜温差较大的地区，应设法控制室内温度。 ; Cl– 体积小，无孔不入，能穿透水膜，破坏金属表面的钝化膜，使钝化膜在若干个“点”上快速溶解，导致金属发生小孔腐蚀。而且生成的 FeCl2 和 CrCl3 等又易溶于水，且溶入水膜后将大大提高水膜的导电能力。特别是在近海洋的大气中，能促进腐蚀的发生。钢铁材料在海滨大气及海洋运输中腐蚀速率较快的原因就是 Cl－ 的作用。 ;当Cl– 的含量在2% ~ 4%时，对铁的腐蚀影响最大。;4. 空气中污染物质的影响; Zn 在大气中的吸氧腐蚀产物主要是 Zn(OH)2，它与空气中的 CO2 进行如下反应，生成碱式碳酸锌：; 如果在锌表面经常有 H2O ，以及 SO2 等的出现，则锌的腐蚀将被大大加快。; 铅在大气中的腐蚀过程本质上与锌十分类似，但有一个重要差别。由 SO2 所生成的硫酸与铅发生反应可产生硫酸铅，而硫酸铅是难溶于水的，所以起着抑制腐蚀继续进行的作用