紧固件电化学腐蚀与防护介绍

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse紧固件电学腐蚀与防介绍金属腐蚀会导国民经济的巨大损失美国在20世纪80年代期的统计年损失达1千亿美元；估计我国的年失在300亿元以上。电化学腐蚀与防护问题既有我们日常生常见到的钢铁生锈、池的点蚀等问题，也与前新能源、新料等领域密切相可以说蚀与防护问题在于国民经济和科学术的各个领域，不断地提出的问题促使腐蚀与防护为一门迅速发展的综合边缘学科。引起金属腐蚀主要原因是：金属表与周围介质的生物、化或电化学作用而导致金被破坏。一

紧件化学蚀理1．蚀电池原电池或微电)金属的电化学蚀是金属与介质接触发生的自溶解过程。在个过程中金属氧化，所释放的子完全为氧化剂消耗构成一个自发的短路电，这类电池被之为腐蚀电池。蚀电池分为三（或二类：（）同属与同一种电解质溶液触就会形成腐电池。例如：在铜板有一铁铆钉，其形成腐蚀电池。铁作阳极（负）发生金属的氧化反：Fe→Fe2++2e-；（→+2e）＝－0.447V.阴极（正极）上可能有如下两种还反应：(a)

在空气中氧分=21kPa时O2+4H＋＋4e-→2H2O(O2+4H＋＋4e-→2H2O)1.229V,(b)没氧气时，发生2H++2e-→H2；（+2e-→H2）＝0V，

有氧气存在的池电动势E1=1.229－(-0.447)＝1.676V;

没有氧气存在池的电动势E2＝。可吸氧腐蚀更容易生，当有氧气存在时铁的锈蚀特别重。铜板与铁钉两种属电)连结起，相当于电池的外电短接，于是两极不断发生上述氧化—原反应。Fe氧成Fe2+进入溶，多余的电子转向铜极上，在铜极上O2与H＋发生还原反应，消耗电子并且消耗了H＋，使溶液的pH值增大在水膜中生成Fe2+离子与其中OH—离子作用成Fe(OH)2接着又被空气中氧继续氧化，即Fe2++→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。样不断地进行去，机械部件就受到蚀。（）电解质溶液接的一种金属也会因表面均匀或含杂质电池。例如工业用钢其中含杂质如碳等)当其表面覆盖一层电解质薄膜时，铁、碳及电解质溶液就成微型腐蚀电池。该微型电池中是阳极：Fe→+2e-碳作为阴极果电解质液是酸性阴极上有气放出（+2e-→H2如电解质溶液碱性则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH。总结：从上面的析可以看出：所形成腐蚀电池阳极反应一般是金属的溶解过程：M→Mz++ze-阴极反应在不条件下可以是不同的应，最常见的有下列两反应：①

在缺氧条件下，H+离子还原成氢气的反应（释氢腐蚀）2H++2e-→H2。（＝0.0V）该反应通常容发生在酸性溶液中和氢超电势较小的金属材上。

②

氧气还原成OH-离子或H2O的反应（耗腐）中性或碱性溶中O2++4e—→4OH-。（＝401V）在酸性环境中O2+4H++4e-→2H2（＝229V）2．蚀电流一组成腐蚀电池之后，有电流通过电极，电极就发极化，因而研究极化对腐的影响是十分必要金属腐蚀文献中将极化曲线电势～电流关系绘成直横坐标采用对数标度Evans(埃文斯极化图10—在Evans极化图中的电流密度j腐蚀表示了金属腐蚀电流，实际上代表了属的腐蚀速率。影响金属表面蚀快慢（即腐蚀电流j）主要因素：①腐蚀电池的动势——两电极的平电极电势差越大，最大蚀电流也越大②金属的极化性——在其它条件相同情况下程度愈极化曲的斜率腐蚀电流愈小③氢超电势——氢腐蚀时，氢在金属面析出的超电势逾大，极化曲线的斜率就逾大，腐蚀电反而减小。二、金属的稳性“在所处环境金属材料的稳定性如？”是研究金属腐蚀与腐首先必须考的问题。因此，属－水系统的电势—pH图无疑是很有用的工具。1．势（E）pH关系的一般达式若有如下电极应：xO(氧化态+mH++ze-－yR(原态)+nH2O例如：Fe3O4＋＋＝3Fe2+＋4H2O式中O代氧化态、R代还原态mzyn为反应物产物的量系数。当T＝时E＝－（—）

因pH=-lg[a(H+)],a(H2O)=1上式可成E＝--（10—15）在a(R),a(O)被定，电势E与pH值成直线关系。①.的反应：

电势与pH无关②.

这些反应只有子得失，没有H+或OH-离子参加。例如反应Zn2+(aq)+2e-＝Zn(s)；E(Zn2++2e-→Zn)-0.762+0.0295lg[a(Zn2+)/a(Zn)]。当a(Zn2+)10-6、a(Zn)＝1.0时E(Zn2++2e-→Zn)-0.939V3．溶液中的氢、氧电极应因为反应在水液中进行，反应与H2，O2，，有。所以凡是以水作为溶剂的反应系统都定要考虑氢、氧电极应。氢电极反应（线）：电极反应式2H+(a)+2e-→H2(p)当p(H2)=时,有(2H+→H2)=-0.0592pH(10—13)在E—pH图上是一条截距为零的直线，斜率为-0.0592。氧电极反应(②线：

电极反应式O2(p)+2H+(a)+2e-→H2O(l)在298.15K,a(H2O)=1、p(O2)时,E(O2+2H++2e-→H2O)=1.229-0.0592pH该式表示氧电反应的E—直与氢电极的E—直斜率相同，仅截距不同。4．电-pH图的应

（）10—

中每条线上的都表示ZnH2O系统的一个平衡状态。不在直线上的任何点均为非平衡状态，每条线上方为该线所代电极反应中氧态稳定区，下方还原态稳定区。因此，在图上别得到，，Zn(OH)2的各自稳定存在区。线②以上是O2（氧化）的稳定区，下方是H2O还原态）的稳定存在；在线①以上是H+（氧化态）的稳定区线①以下是H2还原态）的稳定存在区。（）在E—pH图中任意两条线所代表的电极反应都构一个化学反应。例如线①与②所代表电极反应构成的化学应为O2(g)+2H2(g)=2H2O(l)。该应可视为氧电极和电极组成的燃料电池一般而言，高势区直线所代表电极应中的氧化态能氧化低势区直线所代表反应中还原态即：[氧化态]上+还原态]下→[还态上氧态]下且二直线相距远以此二直线代表电极反应成电池时电池的电动势就愈，因此该氧化还反应的趋势就愈大。如Zn2++2e-Zn是段代表的平衡系统该平衡位①线下方说明Zn在溶液中是不稳的液H+被还原成（被化成Zn2+反应2H++Zn=Zn2++H2是自发进行的。又因Zn的稳定区也在O2还原反应的②线下Zn被化成Zn2的反应：0.5O2＋2H++Zn=Zn2++H2O①线与a线反应组成电池：②线与a线组成电池比①线距离线a更远，说明在含有O2的水溶液中Zn的力学稳定性更差。（）—pH图用来指导防腐、金属保护等方面的研究。从图10—可知，当E－V

时，Zn在性溶液中，既使在有氧在的情况下都可以稳定在，这就是金属电化防腐的阴极保护原理；（）水－Fe的E-pH图Fe2+＋2e-→Fe线）Fe2O3+6H+2e=2Fe2＋＋3H2O&nbs<

（

资整—东市坚件螺）限司

以下无正仅供个用学习、究不得用商业用。толькдлялюдей,которыеиспользуютсядляобучения,исследоваийинедолжныиспользоватсявкммерческихцелях.Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZw