腐蚀基础

第二章 腐蚀基础知识,2-1 有关电化学的基本概念,原电池 Primary Cell,利用化学反应的能量做电功,Zn+CuSO4(aq)=Cu+ZnSO4(aq),过程：电极反应，金属导电,电解质溶液导电,溶液界面上离子扩散,Cu（positive） Cu2+2eCu,Zn（negative） ZnZn2+2e,电解液（Electrolyte Solution）,参加电极反应，正负离子迁移共同导电,电池反应,最常见和常用的电池,阳极： ZnZn2+2e,阴极： 2H+2eH2,锌被氧化腐蚀,2-2 电化学腐蚀 Electrochemical Corrosion,外电路短路的电池称为腐蚀原电池。,eg铜锌置于盐酸水溶液中：,2-2-1 腐蚀原电池,eg：上述原电池,电子自耗于阴极还原反应，促进阳极锌的离子化，结果Zn皮被腐蚀掉。,原因：,依靠腐蚀原电池的作用而进行的腐蚀过程，称为电化学腐蚀。,同一金属置于电解液中,也会发生电化学腐蚀:,不同部位表面状态不同,不同部位电极电位不同,2-2-2电化学腐蚀过程分析,1 腐蚀原电池组成,阳极、阴极、电解质溶液，缺一不可,电池工作的基本过程,以锌片在盐酸中的腐蚀为例,金属溶解, 离子进溶液,等量电子留在金属上;,（1）阳极过程：,（2）电流流动过程：,电子通过金属、电解质从阳极转移到阴极；,（3）阴极过程：,氧化剂接受从阳极流来的电子本身被还原。,3 腐蚀原电池特点,阳极：ZnZn2+ + 2e,阴极：2H+2eH2,有净反应发生：,Zn+2HClZnCl2+H2,钢铁、铝等在酸中的腐蚀均属电化学腐蚀,阳极反应通式：,MeMen+ne,阴极反应通式：,D +neDne,D为能吸收电子的物质。,eg：工业HCl含杂质是FeCl3,腐蚀时同时有Fe3+和H+消耗电子。,注：金属和合金的实际腐蚀中,可以发生一个以上的氧化还原反应。, 电化学腐蚀的次生过程,铁在中性溶液中的腐蚀：,阳极：FeFe2+ + 2e,阴极：O2+2H2O+4e4OH-,Fe2+2OHFe(OH)2 有保护作用,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2-3 宏观和微观腐蚀电池,当电极的阴极和阳极可用肉眼分辨出时称为宏观腐蚀电池,否则称为微观腐蚀电池。,2-3-1 宏观腐蚀电池,1 两种不同金属构成的电偶电池,定义：,两种不同电极电位的金属或合金相互接触（或用导线连接起来），并处于电解质溶液中时，电位较负的金属遭受腐蚀，而电位较正的金属却得到了保护。这种腐蚀电池称为电偶电池。,金属的电极电位相差愈大，腐蚀愈严重。,eg:沿海地区H2SO4厂所用SO2冷凝器；,黄铜和纯钢管接触使用，黄铜被腐蚀；,黄铜和镀锌管接触，锌镀层溶解。,电偶腐蚀的影响因素：,阴、阳极的面积比，Corrsion ；,电解质的导电性, Corrsion ；,温度,可使电偶电池的极性逆转；,异种金属的实际电位，钛在海水中,2 浓差电池和温差电池,同类金属浸于同一种电解质溶液中，由于溶液的浓度、温度或介质与电极表面的相对速度不同，可构成浓差或温差电池。,(1)盐浓差电池,铜棒插入稀、浓硫酸铜溶液：,阳：,阴：,(2)氧浓差电池,金属与含氧量不同的溶液相接触,高氧浓度区域的金属电位高为阴极,位于低浓度区域的金属电位低为阳极而形成氧浓差电池。,铆、焊、螺纹等方法连接工程部件；,eg:,不同密度,深度土壤中的金属管道及设备 ；,海船的水线腐蚀等。,(3)温差电池,浸入电解质溶液的金属处于不同温度的情况下形成的。,eg:换热器、蒸煮器、浸入式加热器,Cu在硫酸盐溶液中：,高温端为阴极，低温端为阳极,铁在盐溶液中：,热端为阳极，冷端为阴极，热端被腐蚀,2-3-2微观电池,问题：铁棒插入水中，哪一端更易腐蚀？,是因金属表面电化学不均匀性引起的：,（1）化学成分不均匀形成的,金属含有的杂质与基体金属构成了许多短路微电池。,eg:,若杂质为微阳极,基体金属就会受到保护。,若杂质作为微阴极, 加速基体金属的腐蚀；,Cu、Fe、Sb等金属可加速锌在硫酸中的腐蚀作用，Cu、Fe等杂质大大加速了铝在盐酸溶液中的腐蚀速度。,(2)组织结构的不均匀性形成的微观电池,金属和合金的晶粒、晶界电位不同,一般晶粒为阴极,晶界的缺陷、杂质、合金元素富集,电位较负为阳极构成微观电池，发生沿晶腐蚀。,(3)物理状态的不均匀性形成的微观电池,金属加工过程中,部分变形或受力不均匀；,热加工冷却过程中引起的热应力和相变产生的组织应力；一般情况下，应力大的部位成为阳极 。,故在铁板弯曲处和铆接处容易发生腐蚀。,(4)金属表面膜不完整形成的微观电池,表面膜不完整、有孔腺或破损,孔隙或破损处的金属相对于膜来说,电位较负,成为微电池的阳极而被腐蚀。,金属跟干燥气体或 非电解质等直接接触,不纯金属或合金 跟电解质溶液接触,无电流产生,有微弱的电流产生,金属被氧化的过程,较活泼金属被 氧化的过程,化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生,2-4化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,2.5 材料的防护(Material protection),从材料和环境两方面出发选择防护方法,主要措施包括：,(1)合理选材,(2)合理设计,(3)控制和改变环境因素,(5)表面保护,(4)电化学防护,表面保护覆盖层,1、对保护层的基本要求：,（1）结构致密，完整无孔，不透过介质；,（2）与基体金属有良好的结合率,不易脱落；