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《金属的电化学腐蚀》课件

目录

CONTENTS

金属电化学腐蚀基本概念

金属在不同环境中的电化学腐蚀

典型金属电化学腐蚀案例分析

金属电化学腐蚀防护方法与技术

实验方法与技巧指导

知识拓展：新兴领域中的金属电化学腐蚀问题

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金属电化学腐蚀基本概念

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电化学腐蚀是一种氧化还原反应，其中金属失去电子被氧化，而电解质溶液中的某些物质得到电子被还原。

电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中，由于金属表面与电解质溶液之间发生电化学反应而导致的破坏现象。

金属电化学腐蚀的原理是基于金属的电化学性质，即金属具有不同的电极电位。

当金属与电解质溶液接触时，金属表面的原子或离子会与溶液中的物质发生电子转移反应，形成金属阳离子和自由电子。

自由电子通过金属导体流向另一处，与溶液中的物质发生还原反应，从而完成一个电化学反应循环。

影响因素

金属的种类、电解质溶液的性质、温度、pH值、氧气浓度等都会影响金属电化学腐蚀的速率和程度。

危害

金属电化学腐蚀会导致金属的破坏和性能下降，如强度降低、韧性变差、耐腐蚀性减弱等。同时，电化学腐蚀还会产生氢脆现象，导致金属材料的脆性断裂。此外，电化学腐蚀还会造成资源浪费和环境污染等问题。

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金属在不同环境中的电化学腐蚀

干燥大气中的金属腐蚀

潮湿大气中的金属腐蚀

工业大气中的金属腐蚀

金属在干燥大气中主要通过化学腐蚀和物理腐蚀进行，如氧化、硫化等。

在潮湿大气中，金属表面会形成一层水膜，导致电化学腐蚀的发生。此时，金属作为阳极，失去电子被氧化；而水膜中的氧作为阴极，接受电子被还原。

工业大气中含有大量的腐蚀性气体和颗粒物，如二氧化硫、氯气、硫化氢等，会加速金属的腐蚀过程。

淡水中的金属腐蚀

在淡水中，金属腐蚀主要是由于水中的溶解氧引起的。金属作为阳极失去电子，而水中的溶解氧作为阴极接受电子，形成腐蚀电池。

海水中的金属腐蚀

海水中含有高浓度的氯离子，对金属具有强烈的腐蚀性。此外，海水的温度、盐度、pH值等因素也会影响金属的腐蚀速率。

热水中的金属腐蚀

热水中金属腐蚀的速率通常比冷水中更快，因为高温会加速化学反应的进行。

土壤中金属腐蚀的机理

土壤是一个复杂的多相体系，含有水分、空气、微生物以及多种无机和有机物质。金属在土壤中的腐蚀通常是由于土壤中的水分和氧气引起的电化学腐蚀。

土壤性质对金属腐蚀的影响

土壤的性质如酸碱度、含水量、透气性、盐度等都会对金属的腐蚀速率产生影响。例如，酸性土壤会加速金属的腐蚀过程。

土壤中微生物对金属腐蚀的影响

土壤中的某些微生物可以通过代谢活动影响金属的腐蚀过程。一些微生物能够产生酸性物质，降低土壤的pH值，从而加速金属的腐蚀；而另一些微生物则可以通过形成生物膜来保护金属表面免受腐蚀。

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典型金属电化学腐蚀案例分析

钢铁制品在潮湿环境中容易出现锈蚀现象，表现为表面出现红褐色锈层，严重时可能导致制品损坏。

锈蚀现象

钢铁制品的锈蚀主要是由于电化学腐蚀引起的。在潮湿环境中，钢铁表面会形成一层水膜，其中溶解有氧气、二氧化碳等物质。由于铁和碳在钢铁中的分布不均匀，形成了许多微小的原电池。在这些原电池中，铁作为阳极失去电子被氧化成亚铁离子，而水膜中的氧气、氢离子等作为阴极接受电子发生还原反应。这样，铁不断被氧化成亚铁离子，最终导致钢铁制品的锈蚀。

原因分析

VS

铜制品在长时间使用过程中，表面会逐渐出现氧化层，颜色由红色变为黑色或绿色。

原因分析

铜的氧化主要是由于与空气中的氧气发生化学反应。在潮湿环境中，铜表面的氧化反应更为迅速。此外，铜制品表面的污染物和化学物质也可能加速氧化过程。铜的氧化物在铜制品表面形成一层致密的氧化膜，防止了内部的铜进一步被氧化，但同时也改变了铜制品的外观。

氧化现象

形成过程

原因分析

铝的化学性质较为活泼，容易与空气中的氧气发生反应。在铝制品表面，铝原子与氧气分子结合形成氧化铝。这层氧化铝膜非常致密且硬度较高，能够有效地阻止内部的铝继续与氧气反应。因此，虽然铝制品表面会形成氧化膜，但内部的铝仍能保持较好的耐腐蚀性。

铝制品在空气中暴露一段时间后，表面会形成一层致密的氧化膜，这层膜具有保护内部铝不被进一步氧化的作用。

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金属电化学腐蚀防护方法与技术

在金属表面涂覆一层油漆，隔绝金属与空气、水分的接触，防止电化学腐蚀的发生。

涂漆

喷塑

电镀

通过静电喷涂技术，在金属表面覆盖一层塑料粉末，形成保护层，提高金属的耐腐蚀性。

利用电解原理，在金属表面镀上一层耐腐蚀的金属或合金，以增强金属的耐腐蚀性。

03

02

01

将被保护金属与一种更易腐蚀的金属（牺牲阳极）连接，使被保护金属成为阴极而得到保护。

牺牲阳极法

通过外加直流电源，将被保护金属与电源负极相连，使其成为阴极而得到保护。

外加电流法

通过电解作用使金属表面形成一层氧化膜，以增强金属