【金属腐蚀与防护】6金属的钝化.ppt

第六章 金属的钝化 1. 钝化现象 研究钝化现象的意义 铁在浓硝酸中具有极低溶解速度的性质称为“钝 性”，相应地铁在稀硝酸中强烈溶解的性质叫做 “活性”，从活态向钝态的转变 叫做钝化。 ★金属的钝化现象具有极大的重要性。提高金属 材料的钝化性能，促使金属材料在使用环境中钝 化，是腐蚀控制的最有效途径之一。 钝化现象的实验规律 钝态的特征 （1）腐蚀速度大幅度下降。 （2）电位强烈正移。 （3）金属钝化以后，既使外界条件改变了 也可能在相当程度上保持钝态。 （4）钝化只是金属表面性质而非整体性质 的改变。 影响钝化的因素 (1)?? 金属材料 各种金属钝化的难易程度和钝态稳定性有很大不 同。钛、铬、钼、镍、铁属于易钝化金属，特别 是钛、铬、铝能在空气中和很多含氧介质中钝化 ，一般称为自钝化金属，其钝态稳定性也很高。 将钝化性能很强的金属(如铬)加入到钝化性能较 弱的金属(如铁)中，组成固溶体合金，加入量对 合金钝化性能的影响符合Tamman定律(又称n/8定 律)，即只有当铬的含量达到11.75%(重量)或原子 分数1/8，铁铬合金的钝化能力才能大大提高。 ★含铬量12%(重量)以上的铁铬合金常称为不锈钢。 (2)环境 能使金属钝化的介质称为钝化剂。多数钝化剂都 是氧化性物质，如氧化性酸(硝酸，浓硫酸，铬酸) ，氧化性酸的盐(硝酸盐，亚硝酸盐，铬酸盐，重 铬酸盐等)，氧也是一种较强钝化剂。 (3)温度 温度升高时钝化变得困难，降低温度有利于钝化 的发生。 (4) 金属表面在空气中形成的氧化物膜对钝化有利。 (5) 有许多因素能够破坏金属的钝态，使金 属活化。这些因素包括：活性离子(特别是 氯离子)和还原性气体(如氢)，非氧化性酸 (如盐酸)，碱溶液(能破坏两性金属如铝的 钝态)，阴极极化，机械磨损。 阳极钝化 某些腐蚀体系在自然腐蚀状态不能钝化， 但通入外加阳极极化电流时能够使金属钝 化(电位强烈正移，腐蚀速度大降低)。这 称为阳极钝化，或电化学钝化。 金属在介质中依靠自身的作用实现的钝化 则叫做化学钝化 。 ★★阳极钝化和化学钝化的实质是一样的。 金属钝化的定义 在一定条件下，当金属的电位由于外加阳 极电流或局部阳极电流而移向正方向时， 原来活泼地溶解着的金属表面状态会发生 某种突变。这样，阳极溶解过程不再服从 塔菲尔方程式。发生了质变，而金属的溶 解速度则急速下降。这种表面状态的突变 过程叫做钝化。 **腐蚀速度大幅度下降和电位强烈正移是 金属钝化的两个必要标志，二者缺一不可。 2 钝化体系的极化曲线 阳极钝化的阳极极化曲线 （1）AB段，称为活性溶解区 阳极反应式 如 Fe ? Fe2+ + 2e （2）BC段，称为钝化过渡区 阳极反应式 如 3Fe + 4H2O ? Fe3O4 + 8H+ + 8e （3）CD段，称为稳定钝化区，简称钝化区 阳极反应式如 2Fe + 3H2O ? Fe2O3 + 6H+ + 6e （4）DE段，称为过钝化区 阳极反应 4OH- ? O2 + 2H2O + 4e 铁在10%硫酸中的阳极极化曲线(根据R.Olivier) 钝化参数 (1)致钝电流密度，i致 i致表示腐蚀体系钝化的难易程度，i致愈小体系愈 容易钝化。 (2)致钝化电位，Ep 阳极极化时，必须使极化电位超过Ep才能使金属 钝化，Ep愈负，表明体系愈容易钝化。 (3)维钝电流密度，i维 i维对应于金属钝化后的腐蚀速度。所以i维愈小 ，钝化膜的保护性能愈好。 (4)钝化区电位范围 钝化区电位范围愈宽，表明金属钝态愈稳定。 阳极保护 用阳极钝化方法达到减小金属腐蚀的目的，这种 防护技术叫做阳极保护。 阳极保护的适用条件是: 具有活态—钝态转变。 阳极极化时必须使金属的电位正移到稳定钝化区内。 钝化体系的真实阳极极化曲线 由于阴极极化曲线是单调变化的，由ia＝i+ ＋?i－?,可知真实阳极极化曲线和实测阳极 极化曲线应形状相似。真实阳极极化曲线可 以从实测阳极极化曲线推测作出来。 钝化体系的类型 腐蚀体系的稳定状态取决于真实阴极极化曲 线和真实阳极极化曲线的交点。由于两条极 化曲线的相对位置不同，体系可有四种类型。 （1）交点位于活性溶解区 这种体系在自然腐蚀状态，金属发生活性溶解腐 蚀，只有阳极极化到钝化区内才能使金属钝化， 故称为阳极钝化体系，是阳极保护的适用对象。 （2）两条极化曲线有三个交点 两条极化曲线出现三个交点，分别在钝化区，钝 化过渡区和活性溶解区。在自然腐蚀状态，金属 可能发生活性溶解腐蚀，也可能钝化。实测阳极 极化