腐蚀电池ppt课件

.,1,第二章腐蚀电池,一、电化学腐蚀现象,1、腐蚀电池的定义,2、腐蚀电池的特点,四、形成腐蚀电池的原因,五、电化学腐蚀的历程(基本过程),六、腐蚀过程的产物,七、腐蚀电池的种类,二、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,三、腐蚀电池简介,.,2,电化学腐蚀现象,金属在电解质溶液中的腐蚀现象，是腐蚀电池作用的结果。自然界中大多数腐蚀现象是在电解质溶液中发生的,实质是浸在电解质溶液中的金属表面上，形成了以金属阳极溶解，腐蚀剂发生阴极还原的腐蚀电池。绝大多数情况下，这种电池是短了路的原电池。,.,3,化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,化学腐蚀和电化学腐蚀一样，都会引起金属失效。在化学腐蚀中，电子传递是在金属与氧化剂之间直接进行，没有电流产生。而在电化学腐蚀中，电子传递是在金属和溶液之间进行，对外显示电流。,.,4,从金属腐蚀历程看电化学腐蚀与化学腐蚀的区别：,被氧化与被还原物质之间的电子交换是直接进行的，氧化与还原反应不可分割。电化学腐蚀过程，氧化与还原反应过程是在不同部位相对独立进行的，电子的传递时间接的,很多情况下，电化学腐蚀是以阴、阳极过程在不同区域局部进行为特征的。这是区分纯化学腐蚀与电化学腐蚀的一个重要标志,.,5,.,6,腐蚀电池,只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。,腐蚀电池的特点：,腐蚀电池的定义：,（3）腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。,（1）腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。,（2）腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。,.,7,形成腐蚀电池的原因,金属方面,成分不均匀,组织结构不均匀,表面状态不均匀,应力和形变不均匀,“亚微观”不均匀,环境方面,金属离子浓度差异,氧浓度的差异,温度差异,.,8,腐蚀电池形成原因举例,.,9,从热力学观点考虑，金属的电化学腐蚀过程是单质形式存在的金属和它的周围电解质组成的体系，从一个热力学不稳定状态过渡到热力学稳定状态的过程。其结果是生成各种化合物，同时引起金属结构的破坏。,例如把一铁片浸到盐酸溶液中，就可见到有氢气放出，并以相同于氢放出的速率将铁溶解于溶液中，即铁发生了腐蚀。又如把一紫铜片置于无氧的纯盐酸中时，却不发生铜的溶解，也看不到有氢气拆出，但是一旦在盐酸中有氧溶解进去之后，我们即可见到紫钢片不断地遭受腐蚀，可是仍然无氢气产生。,.,10,这就提出如下问题，为什么不同金属在同一介质中的腐蚀情况会不一样呢？又为什么同一金属在不同介质中腐蚀也不相同呢？造成金属这种电化学腐蚀不同倾向的原因又是什么？应如何判断？所有这些都是我们在讨论腐蚀问题时至关重要的问题。,Cu实为载体不加Cu，只有Zn可不可以反应？,.,11,H2SO4溶液,Zn,Cu,A,K,Zn,Cu,H2SO4溶液,Cu,Cu,Cu,Zn,(a)Zn块和Cu块通（b)Zn块和Cu块直（c)Cu作为杂质分过导线联接接接触（短路）布在Zn表面，构成微电池阳极Zn:ZnZn2+2e（氧化反应）阴极Cu:2H+2eH2（还原反应）腐蚀电池的构成,.,12,把锌片和钢片置于上述稀硫酸溶液中并在它们之间用导线通过毫安表连接起来时，从毫安表指针的偏转可看出有电流通过。这表明锌和铜在稀硫酸溶液中组成了一个原电池。在这里锌是电池的负极，而铜是电池的正极，硫酸溶液是电池的电解液，由此可知，铜之所以会加快锌在硫酸中的腐蚀速度是因为铜和锌组成了一个原电池的结果。,倘若铜作为杂质分散地分布在锌中，就会形成许许多多微小的腐蚀电池，称为腐蚀微电池。,产生的电流是由于它的两个电极即锌板与铜板在硫酸溶液中的电位不同产生的电位差引起的，该电位差是电池反应的推动力。,.,13,综上所述，腐蚀原电池的原理与一般原电池的原理一样，它只不过是将外电路短路的电池。腐蚀原电池工作时也产生电流，只是其电能不能被利用，而是以热的形式散失掉了，其工作的直接结果只是加速了金属的腐蚀。,在生产实践中，要想使整个金属的物理和化学性质、金属各部位所接触的介质的物理和化学性质完全相同，使金属表面各点的电极电位完全相同是不可能的。由于种种因素使得金属表面的物理和化学性能存在着差异，使金属表面上各部位的电位不相等，我们把这些情况统称为电化学不均匀性，它是形成腐蚀电池的基本原因。,.,14,电化学腐蚀的历程(基本过程),金属溶解并以离子形式进入溶液，同时把等当量的电子留在金属中ne-Mn+Mn+ne-,从阳极移迁过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的物质D所接受D+ne-Dne-,D阴极去极化剂H+和O2，生成H2和OH-,阳极过程：,阴极过程(去极化过程)：,.,15,常见的去极化剂（氧化剂）是H+和O2,2H+2eH2析氢腐蚀或氢去极化腐蚀,O2+4H+4e2H2O（酸性溶液中）O2+2H2O+4e4OH-（中性或碱性溶液中）,.,16,在多数情况下，电化学腐蚀是以阳极和阴极过程在不同区域局部进行为特征的。,某些情况下，阴极和阳极过程也可以在同一表面上随时间相互交替进行,区分腐蚀过程的电化学历程与纯化学过程的一个重要标志,.,17,电荷的传递,电荷的传递,电荷的传递在金属中是依靠电子从阳极流向阴极；在溶液中则是依靠离子的电迁移,.,18,阳极反应、阴极反应、电流回路三个环节既相互独立，又彼此制约，其中任何一个受到抑制，都会使腐蚀电池工作强度减少。,腐蚀原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、阴极的还原过程以及电子和离子的输运过程组成。电子和离子的运动就构成了电回路。,由此可见，一个遭受腐蚀的金属的表面上至少要同时进行两个电极反应，其中一个是金属阳极溶解的氧化反应，另一个是氧化剂的还原反应。,.,19,腐蚀过程的产物,只有不溶性产物才能产生保护金属的作用。,初生产物：,次生产物：,初生产物和次生产物都有可溶和不可溶性产物。,阳极反应和阴极反应的生成物。,初生产物继续反应的产物。,.,20,由锌、铜和氯化钠溶液所组成的腐蚀电池，当它工作时，就会出现锌离子向pH值足够高的地区迁移的情况，形成氢氧化锌的沉淀物：,Zn2+2OH-Zn（OH）2（如pH5.2）,Zn（OH）2虽然主要沉积于槽底，但由于对流作用，因此仍有少量的Zn（OH）2被带到电极并沉积在表面上形成一层淡白色的膜。,在一般情况下，沉淀物的形成并不直接发生在金属表面上受腐蚀的阳极区，而是在溶液中也即从阳极区扩散过来的金属离子和从阴极区迁移来的氢氧离子相遇的地方形成，如图所示。,.,21,必须指出，因腐蚀次生过程而在金属上形成的难溶性产物膜；其保护性比起氧在金属表面上直接发生化学作用时生成的初生膜要差得多。,若阴、阳极直接交界，那么难溶性沉积物即可在直接靠近金属表面处形成较紧密的、具有一定保护性的氢氧化物保护膜粘附在金属上。对于阴极呈细微夹杂物的形式而散布在阳极基体上的金属（例如锌中含有杂质Cu），当它腐蚀时可形成能覆盖相当部分金属表面的腐蚀次生产物的沉积膜。这种膜在一定程度上可阻滞腐蚀过程的进行。因此，倘若能变更腐蚀的次生过程产物组成，就能变更膜的性质，尤其是保护性质。腐蚀过程的许多特点是与膜的性质变化有关。,.,22,.,23,.,24,腐蚀电池的种类,腐蚀形态是局部腐蚀，腐蚀破坏主要集中在阳极区。,指阴极区和阳极区的尺寸较大，区分明显。大电池（宏观腐蚀电池）,异金属接触电池,浓差电池,温度腐蚀电池,电解池阳极腐蚀电池,指阳极区和阴极区尺寸小，很难区分。微电池（微观腐蚀电池）,微电池的阴、阳极位置不断变化，腐蚀形态是全面腐蚀；阴、阳极位置固定不变，腐蚀形态是局部腐蚀。,化学成分不均匀性,金属组织不均匀性,物理性质或状态的不均匀性,金属表面膜不完整,.,25,(一)宏观电池,1两种不同金属构成的电偶电池,当两种具有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。例如锌一铜相连浸入稀硫酸中，船舶中的钢壳与其铜合金推进器等均构成这类腐蚀电池。,.,26,将铜棒一端与稀硫酸铜溶液接触，另一端与浓硫酸溶液接触，则与稀硫酸溶液接触的一端因其电极电位较负，作为电池的阳极将遭受腐蚀。而在较浓溶液的另一端，由于其电极电位较正，作为电池的阴极，Cu2离子将在这一端的铜表面上析出。,2浓差电池和温差电池,(1)盐浓差电池,.,27,这类电池往往是由于浸入电解质溶液的金属处于不同温度的情况下形成的。它常常发生在换热器、蒸煮器、浸入式加热器及其它类似的设备中。Cu在硫酸盐的水溶液中，高温端为阴极，低温端为阳极。组成温差电池后，使低温端的阳极端溶解，高温端得到保护。而铁在盐溶液中却是热端为阳极，冷端为阴极，热端被腐蚀。例如检修不锈钢换热器时，可发现其高温端比低温端腐蚀更严重，这就是温差电池造成的。,(2)温差电池,.,28,(3)氧浓差电池,这是由于金属与含氧量不同的溶液相接触而形成的。位于高氧浓度区域的金属为阴极，位于低浓度区域的金属为阳极，阳极金属将被溶液腐蚀。例如工程部件多用铆、焊、螺纹等方法连接，连接处理不当，就会产生缝隙，由于在缝隙深处氧气补充较困难，形成浓差电池，导致了缝隙处的严重腐蚀。埋在不同密度或深度的土壤中的金属管道及设备也因为土壤中氧的充气不均匀而形成氧浓差电池腐蚀。海船的水线腐蚀等也属于氧浓差电池腐蚀。,.,29,(二)微观电池,微观电池是用肉眼难以分辨出电极的极性，但确实存在着氧化和还原反应过程的原电池。微观电池是因金属表面电化学的不均匀性引起的，不均匀性的原因是多方面的,.,30,1化学成分不均匀形成的微观电池,众所周知，工业上使用的金属常含有各种各样的杂质，当金属与电解质溶液接触时，这些杂质则以微电极的形式与基体金属构成了许多短路微电池。倘若杂质作为微阴极，它将加速基体金属的腐蚀；反之，若杂质是微阳极的话，则基体金属就会受到保护而减缓其腐蚀。如Cu、Fe等金属可加速锌在硫酸中的腐蚀作用。,钢和铸铁是制造工业设备最常用的材料，这些第二相的电位比铁正，成为无数个微阴极，从而加速了基体金属铁的腐蚀。,.,31,金属和合金的晶粒与晶界的电位不完全相同，往往以晶粒为阴极，晶界是缺陷、杂质、合金元素富集的地方，导致它比晶内更为活泼，具有更负的电极电位值，成为阳极。,2组织结构的不均匀性形成的微观电池,.,32,3物理状态的不均匀性形成的微观电池,金属在加工或使用过程中往往产生部分变形或受力不均