[材料科学]第二章 金属电化学腐蚀原理.ppt

第二章 金属电化学腐蚀原理 海水中盐度的垂直分布曲线 海水密度的垂直分布曲线 海水水温的垂直分布曲线 第二章 金属电化学腐蚀原理 §2.10 防止海水腐蚀的措施 根据耐腐蚀性能和结构使用性能要求合理选材：合理选材的要求是既能保证结构的承载能力，又能保证在使用期内金属不发生腐蚀破坏，同时还要兼顾经济效益。 阴极保护：采用阴极保护是海水全浸条件下防止金属腐蚀的有效方法。采用牺牲阳极或外加电流对金属构件实施电化学保护，投资少，保护周期长，与涂层联合保护效果更佳。 表面覆盖层保护：海洋工程结构中大量使用低碳钢和低合金钢，这类钢材在海洋环境中不 耐蚀，采用防腐有机涂层是最普遍的防蚀方法，除应用防腐涂料外，有时还采用防污剂防止生物沾污。 第二章 金属电化学腐蚀原理 §2.3 金属的电极电位 2.3.2 金属的标准电动序 当金属浸入含有自身离子的电解质溶液中，且离子活度等于1时所测定的电极电位称为该金属的标准电极电位。 金属-金属离子平衡 （单位活度） 电极电位（相对于标准氢电极25 oC，V） 金属-金属离子平衡 （单位活度） 电极电位（相对于标准氢电极25 oC，V） ? 钝 性 金 属 或 阴 极 Au-Au3+ +1.498 ? 钝 性 金 属 或 阴 极 Co-Co2+ –0.277 Pt-Pt2+ +1.2 Cd-Cd2+ –0.403 Pd-Pd2+ +0.987 Fe-Fe2+ –0.440 Ag-Ag+ +0.799 Cr-Cr3+ –0.744 Hg-Hg2+ +0.788 Zn-Zn2+ –0.763 Cu-Cu2+ +0.337 Al-Al3+ –1.662 H2-2H+ 0.000 Mg-Mg2+ –2.363 Pb-Pb2+ –0.126 Na-Na+ –2.714 Sn-Sn2+ –0.136 K-K+ –2.925 Ni-Ni2+ –0.250 表2-1 金属的标准电动序 第二章 金属电化学腐蚀原理 §2.3 金属的电极电位 2.3.2 金属的标准电动序 氢电极实际制作和携带使用都很不方便，在实际使用中广泛使用表2-2所列的参比电极。 电极 电位（相对于标准氢电极25 oC，V） 电极 电位（相对于标准氢电极25 oC，V） 铜/硫酸铜 +0.32 甘汞（当量KCl） +0.28 银/氯化银/饱和KCl +0.20 甘汞（饱和KCl） +0.25 银/氯化银/海水 +0.25 锌/海水 –0.78 表2-2 常用参比电极及其电位（25oC） 第二章 金属电化学腐蚀原理 §2.4 电极的极化作用 金属发生电化学腐蚀的原因是由于形成了腐蚀原电池。而任一个腐蚀原电池的反应包活两个电极过程及一个液相传质过程。电极过程涉及电极/溶液之间电荷的传递，即在界面上必然发生电极反应。电极反应速度决定于金属溶解的快慢和腐蚀电流的大小。因而我们要弄清影响电极反应速度亦即金属电化学腐蚀速度的各种因素和变化规律，从而提出控制反应速度的有效措施。金属电化学腐蚀过程中所发生的极化作用和去极化作用是影响金属腐蚀速度的主要因素。 第二章 金属电化学腐蚀原理 §2.4 电极的极化作用 2.4.1 电极的极化 一块孤立的金属上同时进行两个电极反应时，能得到某一个稳定的电位。它的数值既不等于阳极反应的平衡电位，也不等于阴极反应的平衡电位，而是介于两者之间。这个现象就是由于电极的极化作用引起的结果。 由于电流流过而引起腐蚀电池两电极间电位差减小的现象称为电池的极化，阳极电位向正的方向移动的现象称为阳极极化，阴极电位向负的方向移动的现象称为阴极极化。腐蚀电池极化可使腐蚀电流强度减少，从而降低了金属的腐蚀速度。如果没有极化现象发生，电化学的腐蚀速度要比实际观察到的快几十倍甚至几百倍。所以从电化学保护的观点看，极化作用是非常有利的，探讨产生极化作用的原因及其影响因素，对研究金属腐蚀与防护具有十分重要的意义。 第二章 金属电化学腐蚀原理 §2.4 电极的极化作用 2.4.2 产生极化的原因 腐蚀电池在未接通前，两个电极上都达到电荷平衡，没有电流流过，电路一旦接通，两个电极上的平衡即遭破坏，发生了电子从阳极向阴极转移的过程，随着电子的转移，电极电位发生相应的变化——极化。 1. 阳极极化的原因 阳极过程是金属失去电子，金属离子从晶体转移到溶液中形成水化离子的过程： 只要该过程受到阻滞，就会产生阳极极化，影响上述阳极过程的因素有三： (1)活化极化 在腐蚀电池中，金属失去的电子通过金属(或导线)可非常迅速地从阳极流到阴极，但金属离子溶解的速度却很慢，这样就引起阳极双电层上负荷减少，过多的正电荷积累，结果使阳极电位向正的方向移动，产生阳极极化。由于这一原因引起阳极过程阻滞产生的极化称为活化极化，又称电化学极化。 (2)浓差极化