金属腐蚀原理ppt课件

Chapter2金属腐蚀原理，Section2.1金属腐蚀概述，1.1金属腐蚀过程，金属材料腐蚀介质腐蚀产物，H2O是一种载体，Cl-银促进剂。一般腐蚀性物质：1，金属容易腐蚀的原因是什么？因为从热力学的角度来看，金属处于不稳定状态，与周围介质起作用，倾向于转化为金属离子。热力学上，吉布斯函数变化 g在进行相应的腐蚀反应时可以测量。能量的差异是腐蚀反应的推动力，腐蚀过程是释放能量的过程。随着腐蚀过程的进展，导致腐蚀系统自由能量减少的自发过程。2，化学腐蚀：单纯由化学作用引起的腐蚀。高温腐蚀和不导电的非水溶液中的腐蚀。电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触时，电化学氧化还原产生的腐蚀。在大气、土壤、海水、人体内以及大部分工业介质中，金属的腐蚀是电化学腐蚀。3，1.2金属腐蚀速度显示方法，(1)重量指标VG:单位面积，单位时间重量损失(失重)。4，(3)电流指标ia:阳极电流密度对金属电化学腐蚀过程。可以使用法拉第定律将电流指标和重量指标联系起来。a:摩尔质量；n:离子电荷的数量。(2)深度指示器vL:单位时间，单位面积金属厚度减少。我国颁发的标准：vL0.076毫米/a，5，Section2.2腐蚀原电池，2.1腐蚀原电池，电解质的金属形成电化学腐蚀机制，即金属表面腐蚀的原电池。腐蚀主要电池定义：只能导致金属材料的损坏，不能制造操作外部电池的短路电池。腐蚀原电池由阳极工艺、阴极工艺、电流流三个基本过程组成。6，(1)阳极工艺：金属熔化，在介质上以金属离子的形式，在金属表面留下电子。MMn ne，(2)阴极工艺：阳极中流动的电子由可以从电解质中吸收电子的氧化物d(称为脱极化剂)接收，通常为O2，h。D ne-Dne，(3)电流流：在金属内部(相当于短连接线)将电子用作托架，电流从正极流向负极。电解质的带电粒子形成一个电流电路，从两极流向阴极(阴极阳极)。7，三个过程相互独立，相互依赖，一个过程被抑制，整个腐蚀过程被抑制。上述三个工艺构成了完整的腐蚀电池工艺。一般金属的腐蚀破坏集中在阳极区，阴极区通常是金属中电位高的杂质，不会发生明显的金属损失。8，注意：电化学腐蚀的本质原因是电解质中存在可氧化的氧化物质，即脱极化剂，与金属形成热力学的不稳定体系。腐蚀原始电池特性：(1)金属材料的溶解、破坏；(2)不能在外部世界努力工作。(3)腐蚀反应释放的化学能全部以热的形式消散；(4)腐蚀反应以最大的不可逆方式进行。注意：某些原始电池可能因氧化还原反应而损坏金属材料，但由于提供有用的功能，所以仍然不能称为腐蚀电池。9，2.2腐蚀主电池类型，(1)宏观腐蚀电池：由肉眼可见电极组成。a)双金属接触电池：两种具有不同电极电位的金属或合金相互接触，或用电线连接，并在电解质中，电位较低的金属受到腐蚀，电位较高的金属受到保护，这种腐蚀电池被称为“腐蚀电偶”。b)浓度电池：盐浓度电池、氧浓度电池。根据嵌套方程，可以确定每个电极电位的高低，音素，阳极。一般氧气浓度高的部位受到电位为正，氧气浓度低的部位为负的腐蚀。c)温差电池：一般的高温部分是阳极，低温部分是阴极。10，(2)微腐蚀电池：由于金属表面的电化学不均匀。a)化学成分的不均匀性：杂质等。b)晶系、晶体缺陷等组织结构的不均匀性。c)物理状态的不均匀性：应力状态等。d)金属表面膜的不完全性：沉淀膜、钝化膜等。11，2.3共轭系统和腐蚀电位，(1)平衡系统和平衡电极电位，在电化学中，平衡系统特别是单电极反应系统，即电极系统中只有一个电极反应的系统。其状态为平衡状态。12，在平衡状态下电极反应的阳极反应速率ia等于反向阴极反应速率IC。也就是说，没有净电极反应(ia=ic=i0)，没有宏观电极反应。因此，这种反应的物质交换和电荷交换是平衡的，电极表面没有新物质和能量的积累。平衡系统(单电极反应系统)在平衡状态下的金属/溶液界面上形成了稳定的双电层，上一层两侧的电位差不随时间变化。这种电位差称为平衡电极的平衡电极电位。13，(2)电极的极化，平衡电极热力学平衡状态(电荷交换，物质交换平衡)氧化反应，还原反应速度相同净反应速度0 电流通过电极(外部电流等于0)平衡电极电位。如果电极有电流通过时净反应，则表明电极失去了原来的平衡状态电极电位偏离平衡电位电极极化(电流通过时电极电位偏离平衡电位的现象)。在电化学系统中，电极极化发生时电极电位从平衡电位向负方向移动称为阴极极化，电极电位从平衡电位向正方向移动称为阳极极化。14，在特定电流密度下，电极电位与平衡电位的差异称为在该电流密度下的过电位，用符号表示(即=- e)。过位是表征电极极化程度的参数。习惯性地采取电位是正值。阴极极化，=e-；阳极极化，=- e .过电压值取决于通过电极的电流密度。一般来说，电流密度越高，过电压绝对值越大。因此，尽管过电压是表示电极极化程度的重要参数，但一个电位差值仅表示电极在特定电流密度下的极化程度，并不反映整个电流密度范围内电极极化的规律。(3)过电压和极化曲线，15，极化曲线：过电压或电极电位与电流密度的关系曲线。完整直观地表达电极过程的极化特性。锌0.38 mol-1 ZnCl 2溶液(1)和氰化镀锌溶液(2)的极化曲线，16，(4)常温腐蚀电化学测量装置图，17，(5)共轭系统和腐蚀电位，腐蚀金属电极上至少有两种反应， E2 E1，a .如果阴极反应和阳极反应分别存在，则平衡状态为：18 .构成腐蚀原电池，电流分别流过两个电极。阴极反应和阳极反应相互极化，偏离各自的平衡状态。阳极反应净电流密度为ia，电位偏离e1正迁移；阴极反应，净反应电流密度IC，电位偏离e2负迁移。如果两个电位相同：1=2=corr，阴极和阳极的净反应电流密度也ia=ic=icorr。b .阴极反应和阳极反应同时在腐蚀电极上时：19，在一个隔离金属电极上同时以相同的速度阳极反应和一个阴极反应现象称为电极反应的结合，互耦反应称为共轭反应，整个系统称为共轭系统。20，conjugate系统中，两个电极反应相互结合，当电极电位达到相同(corr)时，其电极电位不随时间变化，此状态称为“稳定状态”，其电位称为“稳定电位”。这种电位既是阳极反应的电位，也是阴极反应的电位，因此也称为混合电位。在腐蚀系统中，该电位称为“(自身)腐蚀电位corr”，其电流密度称为“(自身)腐蚀电流密度icorr”。conjugate系统：ia=ia1-ic1=ic2ia2=IC示例：ia1 ia2=ic1 ic2。共轭体系的总阳极反应速度与总阴极反应速度相同。21，共轭体系的特征：阳极反应释放的电子都被阴极反应消耗，电极表面没有新的电荷积累；电极表面的带电状态不随时间变化。电位corr稳定；电极表面有物质变化，阴极反应和阳极反应都以相同的速度(icorr)进行。平衡系统与共轭系统的比较，22，i=nFv，平衡电位下的ia=ic=i0。Section2.3腐蚀电极的极化，3.1单电极的反应速度，23，电极反应在还原方向进行，随着1mol物质的变化，nF的正电荷总是从溶液转移到电极。如果电极电位增加 ( =- e)，则产物的势能必须增加nF。因为电极上的正电荷越增加，阴极反应就越困难，阳极反应就越进行。也就是说，阴极反应活性增加，阳极反应活性减少。3.2电极电位对电化学阶段活化能的影响，对电极反应而言，电极电位改变时，即电极表面的带电状态改变时，带电反应物或产物离子的能量水平，因此电极反应的活化能必然改变。24、如图所示，阴极反应活化能增加量和阳极反应活化能减少量分别是nF的一部分。25，26，ia=iaIC=NFC(r)a2 exp-(ea，逆- nf)/rt-NFC (d) a1exp lgia=lgi 0 - ， nf，2.303，29，(2)阴极极化时=E0，IC=ICia=NFC(d)a 1 exx b .强极化时的0 10mv，IC=iaic=i0e，- nf，rt，-32，a. =0(在平衡电位下)，B. 0 ，3.4激活极化控制腐蚀系统极化曲线，腐蚀速度由电化学阶段控制的腐蚀系统激活极化控制腐蚀系统(称为“激活控制腐蚀系统”)。这种腐蚀系统的一般阴极反应和阳极反应过程都是由激活控制，即电化学阶段控制的。因此，可以使用各单电极反应的电化学极化动力学方程。36，ia=ia1-ic1ia 1=I 10exp1n1f(corr-E1)/rtic=ic2-ia2ic 2=I 20 exp-20 exp，加上电流通过这个金属电极时，其电极电位偏离原来的自腐蚀电位corr。这种现象称为“腐蚀系统的极化”。通过腐蚀系统的外部电流称为“极化电流I”，其电极电位称为“极化电位”。以曲线表示一系列相应的(-I或-lgI)值，将产生腐蚀电极的极化曲线。，37，Ia=ia1-ic2= i10exp1n1f(corr-E1)/Rt exp1n1f(-corr) a .微极化时|10mV，Ia=I corr 1-(corr)-1-(corr) IC=ic2-ia1= i20 exp-2n 2f(corr-E2)/Rt exp2f(corr-)/Rt 对氢离子的电极反应方程将2H 2eH2上述电极过程称为氢离子的脱极化过程，这种腐蚀也称为氢脱极化，因此这种腐蚀也称为“氢脱极化腐蚀”。4.1氢腐蚀，43，a)酸性溶液：H M(e)MH(氢原子吸附)MH MH2M H2(复合解吸)MH h h m (e) h22m(电化学解吸)因此氢的析出仅在负电位比e，H进行，其差异的绝对值称为“氢发生过电位H”。(2)氢脱极化的阴极极化曲线和氢发生过电位，氢脱极化阴极极化曲线，45，在恒定电流密度下氢析出的电位k和e，H的差值为氢发生过电位H。像电流密度i1一样， h1= m- e，H .显然，I越大， h越大。i是非常时间，H是I和线性关系，H=Rpii大的话，H是logi和线性关系，H=a blogi-Tafel公式。常数a在单位电流密