金属腐蚀学论文.doc

金属腐蚀研究摘要：金属腐蚀学在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，析氢腐蚀是金属腐蚀的一种，研究析氢腐蚀的控制过程，是为了找到减小析氢腐蚀的途径， 保护金属免遭破坏，保障生产安全。关键词：金属腐蚀；析氢腐蚀；析氢过电势。金属腐蚀是指金属与周围环境之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。金属腐蚀不仅会造成巨大的经济损失，还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、间接损失、阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗。腐蚀问题成为阻碍高新技术发展和国民经济持续发展的重要制约因索，正确的选用适当的腐蚀控制技术可以最大程度的减轻由腐蚀造成的经济损失和社会危害。析氢腐蚀是金属腐蚀的一种，是以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀。它常发生在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的加工过程中。发生析氢腐蚀的必要条件是金属的电极电势必须低于氢离子的还原反应电势。如Fe为腐蚀电池的阳极，钢铁中较Fe不活泼的其他杂质作阴极，H纯阴极上获得电子发生还原反应。反应方程式如下：阳极(Fe)：Fe2e=Fe2+弱极(杂质)：2H+十2e一=H2(g)总反应：Fe十2H+=Fe2+H2(g)1、 析氢过电势 1 极化极化就是指由于电极上通过电流而使电极电位发生变化的现象，阳极通过电流电位向正的方向变化叫阳极极化，阴极通过电流电位向负的方向变化叫阴极变化。产生阴极极化的原因：阴极过程是溶液中能够吸收电子的物质（氧化极）得到电子发生还原反应的过程，其电位变负、产生极化的原因也不是单一的。1.1/电化学极化通常氧化剂在阴极于电子组合的还原反应速度小于电子由阳极流来的速度，造成电子在阴极积累，于是电位变负，导致电化学极化。例如最常见的氧化剂是氧气。 1.2浓差极化与阳极类似，阴极附近反应物或反应生成物扩散缓慢也会引起浓差极化，如在某些条件下，溶液中的溶解氧通过扩散抵达阴极的速度小于阴极还原反应的速度，导致阴极电子积累，电位变负。 1.3电阻极化电阻极化在阴极不太明显，当然也不能排除在某些特定条件下，在阴极表面产生高电阻产物（如氢氧化物）阻碍阴极过程，造成阴极的电阻极化。减小或消除极化的作用称为去极化作用，简称去极化。极化是多方面的因素造成的，当这些因素向相反方向变化，极化效应得以减小或消除，于是产生去极化作用。总的说，造成去极化的原因可能是诸如温度、浓度、搅拌、溶液 值等因素，也可能是一些物质，人们把能引起去极化作用的物质称为去极化剂。 2 析氢过电势 氢离子阴极去极化反应主要由下列几个连续步骤组成： 水化氢离子H+、H2O向阴极表面迁移。 水化氢离子在电极表面接受电子还原，同时脱去水分子，变成表面吸附氢原子Had H+、H2O+eHad+H2O 吸附氢原子除了可能进入金属内部外，大部分在表面扩散并复合形成氢分子 Had+HadH2 吸附氢原子也可发生电化学脱附 Had+H+、H2O+eH2+H2O 氢分子聚集成氢气泡逸出 在析氢腐蚀中，金属或合金在酸中发生均匀腐蚀时，如果作为阴极的杂志或合金相具有较低的析氢过电势，则腐蚀速度较大，反之，若杂质或阴极相上析氢过电势较大，则腐蚀速度较小。析氢过电势H与阴极电流密度iC之间的关系是：H=aH+bH10 iC 通常常数aH与电极材料性质、表面状况、溶液组成和温度有关，其数值等于单位电流密度下的氢过电势。而常数bH与电极材料无关，各种金属阴极上析氢反应的bH值大致相同。2、 析氢腐蚀的影响因素 2.1 溶液方面 2.1.1 pH值 溶液pH值对析氢腐蚀速度影响很大，随pH值下降，腐蚀速度迅速增大。一方面,pH值下降, 电势正移，腐蚀倾向增大；另方面,pH值下降,电流增大，阴极极化性能减小。 2.1.2 溶液中的其他组分温度升高，腐蚀速度迅速增大。 2.2 金属方面 2.2.1 金属材料种类和杂质金属材料种类和所含杂质的影响既涉及阴极反应又涉及阳极反应。混合控制腐蚀体系比阴极极化控制腐蚀体系明显。 2.2.2 金属表面的状态由于粗糙金属表面上的真实表面积比光滑表面的大，所以粗糙金属表面上的氢过电势比光滑表面上的小。3、 析氢腐蚀的控制类型 3.1 阴极极化控制 如Zn在稀酸溶液中的腐蚀，因为Zn是高氢过电位金属，故为阴极极化控制。其特点是腐蚀电位与阳极反应平衡电位靠近。对这种类型的腐蚀体系，在阴极区析氢反应交换电流密度的大小将对腐蚀速度产生很大影响。 3.2 阳极极化控制 只有当金属在酸溶液中能部分钝化，造成阳极反应阻力大大增加，才能形成这种控制类型。有利于阳极钝化的因素使腐蚀速度减小。 3.3 混合控制 阴阳极极化程度差不多，称为混合控制。其特点是： 腐蚀电位离阳极反应和阴极反应平衡电位都足够远。对于混合控制的腐蚀体系，减小阴极极化或减小阳极极化都会使腐蚀电流密度增大。4、 减小析氢腐蚀的途径 4.1 减少或消除金属中的有害杂质，特别是析氢过电势小的阴极性杂质。 4.2 加入氢过电势大的成分。 4.3 加入缓蚀剂，增大析氢过电势。 4.4 降低活性阴离子成分。5、 析氢腐蚀的应用如图为Mg65Cu25Gd10和Mg65Cu20Ni5Gd10两种非晶合金在1NaCI溶液中的析氢量随浸泡时间变化关系。从图中可以看出，在整个实验过程中，Mg65Cu25Gd10非晶合金析氢量均大于Mg65Cu20Ni5Gd10非晶合金氢气析出量，表明Ni元素的加入大大降低了Mg65Cu25Gd10非晶合金腐蚀速率。从图中还可以看出，整个析氢腐蚀分为两个阶段：(I)1h前，两非晶合金的腐蚀曲线趋势相同，腐蚀速率(曲线斜率)逐渐增大；(II)lh后，Mg65Cu25Gd10非晶合金腐蚀速率降低，但仍保持着一个稳定腐蚀速率(斜率)继续腐蚀，而Mg65Cu20Ni5Gd10非晶金氢气析出量基本上变化不大，即其腐蚀速率接近零。两阶段腐蚀速率的明显变化，表明第腐蚀阶段所形成的腐蚀产物膜对基体具有保护作用，而其对两非晶合金保护效果具有明显的差异。Mg65Cu25Gd10非晶合金的腐蚀产物膜对基底保护不强，虽降低了腐蚀速率但仍维持着一定腐蚀速率，而Mg65Cu20Ni5Gd10非晶合金金腐蚀产物膜对基底具有很好的保护作用，使随后的腐蚀速率大大降低。可见，两非晶合金腐蚀性能上的差异主要体现在第阶段，这也意味着两非晶合金的耐蚀性能与其表面所形成的腐蚀产物膜密切相关。非晶合金Mg65Cu25Gd10和Mg65Cu20Ni5Gd10在1NaCI溶液中析氢腐蚀对比六、结论 正确的选用适当的腐蚀控制技术可以最大程度的减轻由腐蚀造成的经济损失和社会危害。近年来金属防腐蚀科学技术的高速发展，大大减少了金属腐蚀造成的经济损失，但金属腐蚀问题需从根本上予以解决，普通的防腐蚀措施只能尽量减少金属腐蚀却不能不使其发生。在今后的研究和工作中，相信人们一定会找到高效率高质量的金属腐蚀防护方法提高经济效益。当然，解决金属腐蚀问题最重要的是改进材料，生产制造既无腐蚀性又具有较低成本且有金属的各种优良特性的材料，在这条路上，我们任重而道远。 参考文献:1吴和元, 周小军. 闪光铝粉的应用与发展 J. 湖南冶金, 1996, ( 5): 61 62.2贺慧生, 梁进. 超细锌粉的生产与应用 J. 有色冶金, 1998, 41( 5): 44.3徐国强. 防腐蚀配方片状锌粉的应用 J. 上海涂