[材料科学]2 金属电化学腐蚀-2.ppt

2 金属的电化学腐蚀 2.1.2 腐蚀原电池 一块工业纯Zn浸入稀H2S04溶液中，同样发生上述 两种原电池反应。 工业纯Zn中含有少量的杂质Fe，以FeZn7存在，电位比Zn高，Zn为阳极，杂质为阴极，Zn被溶解. 金属Zn在稀 H2S04中的溶解也是因形成腐蚀电池而引起的。 腐蚀电池与原电池区别：原电池是能够把化学能转变为电能，作出有用功的装置。 而腐蚀电池是只能导致金属破坏而不能对外作有用功的短路电池。 2.1.3腐蚀电池的工作过程 2.1.4 宏观与微观腐蚀电池 2.1.4.2微观电池 2.2电极与电极电位 2.2.2 电极电位 2.2.2.3标准电极电位 2.2.3参比电极 常用的几种参比电极 2.3 极化 2.3.2 极化原因 2.3.2.2 阴极极化 2.3.3过电位 2.3.3.1 活化极化过电位 2.3.3.2浓差极化过电位 2) 浓差极化过电位ηc 2.3.3.3 混合极化过电位 2.3.3.4 电阻极化过电位 2.3.4 极化曲线 2.3.4.1极化曲线概念 表示电极电位和电流之间关系曲线叫极化曲线。 它可分为表观极化曲线和理想极化曲线。理想极化曲线是以单电极反应的平衡电位作为起始电位的极化曲线。 对于绝大多数金属电极体系，由金属自溶解效应，在最简单情况下，也是双电极反应。 在这种情况下，所测得的电极电位是自腐蚀电位而不是平衡电极电位。 由实验测得的腐蚀电位与外加电流之间关系曲线称为表观极化曲线或实测极化曲线。 表观极化曲线的起始电位只能是非平衡电极电位而不是平衡电极电位。 研究金属腐蚀过程中，常用外加电流方法来测定金属的阳极、阴极极化曲线。 测定阳极极化曲线时，把金属电极接在恒电位仪的工作电极上，通阳极电流，测得的极化曲线为阳极极化曲线。 测定阴极极化曲线时，把金属电极接在恒电位仪的工作电极上，通阴极电流，测得的极化曲线为阴极极化曲线。 金属腐蚀与防护研究中，测定金属电极表观极化曲线是常用的一种研究方法。 如确定电化学保护参数、研究晶间腐蚀、相提取、测定孔蚀电位、确定应力腐蚀破裂电位等。 可通过测得的极化曲线或极化数据确定腐蚀电流，及探讨腐蚀过程机理、控制因素等。 2.3.4.2极化曲线的测定方法 极化曲线的测定分稳态法和暂态法。 暂态法极化曲线的形状与时间有关，测试频率不同，极化曲线的形状不同。 暂态法能反映电极过程的全貌，便于实现自动测量，具有一系列的优点。 稳态法是最基本研究方法。稳态法是指测量时与每一个给定电位对应响应信号完全达到稳定不变的状态。 稳态法按其控制方式分恒电位法和恒电流法。 1)恒电位法是以电位为自变量，测定电流与电位的函数关系i=f(E)。 2)恒电流法是以电流为自变量，测定电位与电流的函数E=f(i)的关系。 恒电位法和恒电流法有各自的适用范围。 恒电流法使用仪器较为简单，也易于控制，主要用于一些不受扩散控制的电极过程，或电极表面状态不发生很大变化的电化学反应。 当电流和电位间呈多值函数关系时，则测不出活化向钝化转变的过程，如图2-12中abef曲线。 恒电位法适用范围较宽，不仅适合电流和电位的单值函数关系，也适用多值函数关系，如图2-12中abcdef曲线。 采用恒电位法能真实地反映电极过程，测出完整的极化曲线。其测试装置如图2-13所示。 2.3.4.3阳极极化曲线 电阻极化是发生在阳极过程中的一种特殊的极化行为。 典型的实例是Fe在稀H2S04中的阳极极化曲线。图2-14为恒电位法测得纯Fe在 C(H2S04 ) =0.5mol／L溶液中阳极极化曲线的示意图。整个曲线可分为四个区： 1)A-B区 活性溶解区。金属的自腐蚀电位ER到临界钝化电位Eb之间为活性溶解区，即A-B区。金属电极的阳极电流密度随电位升高而增大。金属处于活性溶解状态，以低价形式溶解。 （2-30） （2-31） 溶解速度符合塔菲尔规律： （2-32） 2)B-C区 活化-钝化过渡区。 当电极电位达到临界钝化电位Eb时，金属表面状态发生突变，电位继续增加，电流急剧下降，金属由活化态进入钝化态。此时，金属表面上生成过渡氧化物： （2-33）