腐蚀电化学-金属的钝化.ppt

第五章 金属的钝化 主 讲 者 ：孙 磊 专 业 ：材料学 学 号 ：142060007 金属的钝化 1 钝化理论 2 影响金属钝化的因素 3 主要内容 1.1 金属的钝化现象 70%浓HNO3 无反应 Fe 稀HNO3 反应剧烈 金属的钝化：金属或合金受一些因素影响而化学稳定性明显增强的现象。 加水 金属的钝化 化学钝化 电化学钝化 金属与钝化剂作用产生的钝化现象。 钝化剂：KNO3、K2Cr2O3等。 采用外加阳极电流的方法，使金属活化状态变为钝化状态。 电位强烈正移，形成的钝化膜较为稳定 腐蚀速度大幅度下降 钝化只是金属表面性质的改变 特征 1.2 金属钝化的阳极极化曲线 icorr Epp Ep Etp i E 金属钝化过程的极化曲线 Ecorr 过钝化区 钝化区 钝化过渡区 活化区 阴极区 ip ipp 活化区（A~B）：金属按正常的阳极溶解规律进行，金属以低价的形式溶解为水离子。 钝化过渡区（B~C）：此时金属开始钝化，表面状态发生突变，电流密度急剧下降。 稳定钝化区（C~D）：金属处于稳定状态，表面生成一层耐蚀性较好的钝化膜。 过钝化区（D~E）：金属电极上发生新的电极反应，钝化膜遭到破坏，腐蚀又重新加剧。 特点： 1、研究金属或合金钝化的重要参数。 2、金属在整个阳极过程中，由于它们的电极电位所处的范围不同，其电极反应不同，腐蚀速度也各部一样。钝化可以抑制金属腐蚀速度。 1.3 金属钝态的稳定性—弗莱德电位 EF t E 0 电位衰减曲线 现象 采用外加阳极电流对非自钝化金属进行钝化，使其处于钝态，如果中断外加阳极电流，阳极金属的钝态会遭到破坏，金属会自动活化。在重新变为活化状态的过程中，电位持续衰减（变负）。 意义 EF值愈正表明金属丧失钝态的倾向愈大，反之，EF 值愈负，该金属愈容易保持钝态。 Flade电位 1.2 金属的自钝化 自钝化体系 o不依靠外加阳极极化电流，金属表面就能自动进入钝化状态的腐蚀体系。 o这种钝化主要是由于腐蚀介质中氧化剂的还原而促成的金属的钝化。 o金属自钝化的发生不仅与金属的本质有关，还与氧化剂的性质与浓度有关。 1.2 金属的自钝化 自钝化的必要条件 氧化剂的平衡电位Ee,c要高于金属的阳极维钝电位Ep Ee,cEp 氧化剂的阴极极限扩散电流密度iL要大于金属的致钝电流密度ipp iLipp Epp Ep i E 自钝化的必要条件 ip ipp Ee,c iL 2 金属钝化理论 成相膜理论 吸附理论 理论要点：金属与介质作用，在金属表面生成一层固态产物独立相（成相膜）。成相膜非常薄，但是结构致密（孔隙率小）、覆盖度良好，把金属与溶解机械地隔开，使溶解速度大大降低。腐蚀体系能形成固态产物是钝化的先决条件。 实验证据：某些金属上能观察到膜的存在，并已测定了某些钝态有实际意义的金属表面膜的厚度和组成。 Fe在浓硝酸的钝化膜厚度约为2.5~3.0nm，碳钢约为9~10nm，不锈钢的最薄，但最致密，保护性最好 Al在空气中氧化生成的钝化膜厚度约为2~3nm 理论要点：金属与介质作用，只要在金属表面或部分表面上生成不足单分子层的含氧吸附粒子，就可以导致钝态的出现。吸附粒子虽然数量很少，但只要吸附在最活泼、最先溶解的表面区域，就能抑制阳极过程，促使金属钝化。 实验证据：某些金属的钝化过渡区的行为，是成相膜理论无法解释，必须用吸附理论解释，如： 界面电容改变不大，而在如果腐蚀产物生成具有一定厚度的膜，界面电容应有很大的变化。 某些情况下只要通过很少的电量（不足以生成钝化膜），金属就能钝化。 3 影响金属钝化的因素 合金成分的影响 钝化介质的影响 温度的影响 ●通过合金化提高耐蚀性：加入易钝化的合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高耐蚀性。 ●合金元素加入量必须大于某一临界值，才有显著耐蚀效果，如Fe-Cr合金，当Cr%不小于12%才能成为不锈钢。 ●多数钝化剂都是如氧化性物质氧化性酸：硝酸、浓硫酸、铬酸、高氯酸等。 ●某些金属业能在非氧化性质中进入钝化，如Mo、Nb在盐酸中。 ●用氧化剂作钝化剂时，氧化剂的浓度必须超过某一临界浓度才能使金属钝化。 ●温度越低，金属越容易钝化 ●温度升高，难以钝化，或钝化膜收到破坏 * *