金属材料电化学腐蚀与防护.doc

金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1． 金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋ ＋ 2e－ 3Fe2＋ ＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2 ＋ 2H2O ＋4e－ = 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极： Fe = Fe2＋ ＋ 2e－ 阴极： 2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋ ＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于(Fe2＋/Fe) （Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋ ＋ 2e－ 3Fe2＋ ＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2 ＋ 2H2O ＋4e－ = 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。 ②金属铁和锌直接接触，环境同上，则由于(Zn2＋/Zn) (Fe2＋/Fe)，锌作为阳极受到腐蚀，而铁作为阴极，铁表面的氧气得电子后不断生成氢氧根离子，导致酚酞变红（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Zn = Zn2＋ ＋ 2e－ 3Zn2＋＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Zn3[Fe(CN)6]2 (黄色沉淀) 阴极（铁表面）反应式： O2 ＋ 2H2O ＋4e－ = 4OH－ 2．金属腐蚀的防护 防止金属腐蚀的方法很多。如研制耐腐蚀的金属材料、金属表面涂覆保护层及阴极保护法等方法。金属表面涂覆保护层的常用方法有油漆、电镀、喷镀、表面钝化处理，缓蚀剂法等。 有机缓蚀剂作用机理 在金属刚开始溶解时，金属表面带有的负电荷能吸附缓蚀剂的离子或分子，形成难溶且腐蚀介质很难穿透的保护膜。在酸性介质中，一般是含有N、S、O的有机化合物。常用的缓蚀剂有乌洛托品、若丁等。 无机缓蚀剂作用机理 在中性或碱性介质中可以采用无机缓蚀剂，如铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐等。主要是在金属的表面形成的氧化膜或沉淀物能够隔绝周围介质侵蚀，起到保护的作用。 例如金属表面的磷化，就是用磷酸盐在金属表面生成一层磷化膜的保护层。其有关反应式如下： Fe ＋ 2H+ = Fe2＋ ＋ H2（↑） Fe2＋ ＋ HPO42－ = FeHPO4（暗灰色膜?） 3Zn2＋ ＋ 2PO43－= Zn3(PO4)2（白色?） （3）3％的CuSO4检验液检验原理 磷化后的铁钉表面： Fe2＋ ＋ HPO42－ = FeHPO4（暗灰色膜?） Cu2＋ ＋ HPO42－ = CuHPO4（暗黑色?） 没有磷化后的铁钉表面：Fe ＋Cu2＋= Fe2＋＋ Cu（棕红色?） 三、实验用品 仪器： 0mL小烧杯，小试管（3支），10mL小量筒（1只）铁片，铜丝，锌丝，滤纸片（若干），塑料镊子，洗瓶，细砂纸（约3×3cm2）。 药品：NaCl（0.1 mo1·L－1），K3[Fe(CN)6]（0.1 mo1·L－1），乌洛托品(CH2)6N4（20％），CuSO4（0.1 mo1·L－1），HCl（0.1 mo1·L