金属材料的海洋腐蚀与防护（第2章）金属腐蚀的电化学原理.pdf

金属材料的海洋腐蚀与防护 ——金属腐蚀的电化学原理 第一节 概述 金属材料与电解质溶液相接触时，在界面 上将发生有自由电子参加的广义氧化和还原过 程，致使接触面金属变为单纯离子，络离子而 溶解，或者生成氢氧化物，氧化物等稳定化合 物，从而破坏了金属材料的特性。这种称为电 化学腐蚀或湿腐蚀，是以金属为阳极的腐蚀原 电池过程。 第一节 概述 主要介绍电化学腐蚀基础、海水腐蚀 的热力学条件以及与海水腐蚀相关的物理 化学性质和具体环境因素。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 一、腐蚀原电池 1、电化学腐蚀现象 2、腐蚀原电池 在腐蚀学里，通常规定：电位低的电极为 阳极，电位高的电极为阴极。因此，把一样大 小Zn和Cu片同时放入稀硫酸中，用导线连接 起来，会有电流通过。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 阳极反应：Zn → Zn2+ +2e，使金属化合价增高 阴极反应：2H+ +2e → H2， 电池的总反应：Zn +2H+ → Zn2+ + H2 类似这样的电池在讨论腐蚀问题时，称做腐 蚀原电池，简称腐蚀电池。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 腐蚀电池与原电池的区别在于：原电池 能够把化学能转变为电能，作出有用功的 装置。而腐蚀电池只能导致金属破坏而不 能对外作有用功的短路电池。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 3、腐蚀电池的工作过程 腐蚀电池工作的基本过程如下： （1）阳极过程：金属溶解，以离子形式迁移 到溶液中同时把当量电子留在金属上： [ ne ﹒Men+] → [Men+] + [ne] 第二节 金属的电化学腐蚀基础 （2 ）电流电路：电流在阳极和阴极间的流动 是通过电子导体和离子导体来实现的，电 子通过电子导体（金属）从阳极迁移到阴 极，溶液中的阳离子从阳极区移向阴极区， 阴离子从阴极区向阳极区移动。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 （3 ）阴极过程：从阳极迁移过来的电子被 电解质溶液中能吸收电子的物质（D）接受。 D + [ne] → [D ﹒ne] 在阴极区吸收来自阳极的自由电子所发 生的还原反应，通常称为去极化反应。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 由此可见，腐蚀原电池工作过程是阳极 和阴极两个过程在相当程度上独立而又相互 依存的过程。 例如： Fe 和Cu 在3%NaCl 溶液中构成腐 2+ - 蚀电池，Fe 与OH 形成Fe(OH)2 的次生产物。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 当溶液呈碱性时，Fe(OH)2 就会析出沉淀。 铁在中性介质中生成的腐蚀产物Fe(OH) 若进一 2 步氧化，将成为Fe(OH) ： 3 4Fe(OH) + O + 2H O → 4Fe(OH) 2 2 2 3 氢氧化铁部分脱水成为铁锈，它质地疏松起 不到保护作用。一般用FeOOH、Fe O ·H O或 2 3 2 xFeO·Fe O ·2H O表示铁锈。 2 3 2 第二节 金属的电化学腐蚀基础 二、宏观与微观电池 • 根据组成腐蚀电池的电极大小，可把腐蚀 电池分为两大类：宏观电池与微观电池。 第二节 金属的电化学腐蚀基础 1、宏观电池 （1）不同的金属浸在不同的电解质溶液中，如 丹尼尔电池，可简化表示为： Zn|ZnSO |CuSO |Cu