材料腐蚀原理PPT学习教案

1、会计学1 材料腐蚀原理材料腐蚀原理PPT课件课件 极化现象的本质在于，电子 的迁移(当阳极极化时电子 离开阳极，阴极极化时电子 流入电极)比电极反应及其 有关的连续步骤完成得快 第1页/共34页 极化行为通常用极化曲线来描述。 极化曲线是表示电极电位与极化电 流强度I或极化电流密度i之间关系 的曲线。 电极在任意一个电流下的极化程度 可以用极化率来表示。电位对电流 的导数dEc/dIc，dEA/dIA分别称为 阴极和阳极在该电流密度下的极化 率。 对于处于活化状态的金属，阳极 极化程度不大，因此阳极极化曲 线较平坦。如果发生钝化，则阳 极极化曲线变得很陡。表明极化 程度很大。 第2页/共34页

2、 第3页/共34页 假定任何电流下，阴极阳极的极 化率为常数，称为Evans图（U. R. Evans）,S所对应的电位Emix， 称为混合电位。由于Emix电位下 的金属处于腐蚀状态，故混合电 位就是金属的自腐蚀电位Ecorr， 对应的电流称为腐蚀电流，用 Icorr表示。 第4页/共34页 阴极极化率 阳极极化率 第5页/共34页 第6页/共34页 当体系中有欧姆电阻R时，必须 考虑欧姆电位降对腐蚀电池体系 的影响。如果R不随电流变化 则欧姆电位降与电流成线性关系 ，图中以直线OB表示。把欧姆电 位降直线与阴、阳极极化曲线之 一相结合可得到含欧姆电伦降 的腐蚀极化图， 欧姆电位降：又称欧姆

3、 极化。电池或电极通过 电流时由于电解液的电 阻而引起的电位降。 第7页/共34页 忽略欧姆电阻 第8页/共34页 （1）腐蚀速率与腐蚀电池初始 电位差的关系：当阴极反应及其 极化曲线相同时，如果金属阳极 极化程度较小，金属的平衡电位 越低，则腐蚀电他的初始电位差 越大，腐蚀电流越大。 第9页/共34页 （2）极化性能对腐蚀速率的影 响 如果腐蚀电池体系中的欧姆电阻 很小，则电极的极化性能对腐蚀 速率必然有很大影响。在其他条 件相同时，极化率越小，其腐蚀 电流越大，即腐蚀速率越大。 第10页/共34页 第11页/共34页 第12页/共34页 利用腐蚀极化图可以非常直观地判断腐蚀的控制因素。 第

4、13页/共34页 第14页/共34页 在腐蚀与防护研究过程中，确定某一因素的控制程度是很重要的 ，这可以使我们行针对性地采取措施主动地去影响主控因素、最 大限度地降低腐蚀速率。 例如，对于阴极控制的腐蚀Pc(PA+R)，任何增大阴极极化率 Pc的因素都将对减小腐蚀速率有贡献，而影响阳极极化率的因素 在一定范围内不会明显影响腐蚀速率。比如金属在冷水中的腐蚀 通常受氧的阴极还原过程控制，采取除氧的方法降低水中氧分子 的浓度可以增加阴极极化程度，达到明显的缓蚀效果。对于阳极 控制的腐蚀，有PA(Pc+R)，任何增大阳极极化率PA的因素都将 对减小腐蚀速率有贡献；而此时在一定范围内改变影响阴极反应 的

5、因素则不会引起腐蚀速率的明显变化。例如，被腐蚀的金属在 溶液中发生钝化，这时的腐蚀是典型的阳极控制。如果在溶液加 入少量促使钝化的试剂，可以大大降低反应速率；相反，若向溶 液中加入阳极活化剂，可破坏钝化膜，加速腐蚀。 第15页/共34页 分析 在计算其控制程度时，首先要知道腐蚀电位Ecorr和开路 时金属在该介质中的平衡电位EAe以及阴极反应的平衡电位ECe ，这样才能够计算出阴、阳极的极化电位降Ec和EA。 例 25时铁在pH=7，质量分数为0.03的NaCl溶液中发生腐 蚀，测得其腐蚀电位Ecorr0.350 V，已知欧姆电阻很小， 可以忽略不计，试计算该腐蚀体系中阴、阳极的控制程度( 已

6、知E Fe2+/Fe-0.44V， E O2/OH- 0.401V, KspFe(OH)2) 1.6510-15，氧气的分压为2.13104Pa(0.21atm)。) 第16页/共34页 第17页/共34页 以氢离子去极化剂还原反应为阴极过程的腐蚀称为氢去极化腐蚀或称析氢腐蚀。阴极反应为H+2eH2的电极过程称为氢离去极化过程，简称氢去极化或析氢。 阴极去极化 还原过程 在中性和碱性溶液中，由于氢离子的浓度较小，析氢反应的电位较低，一般是溶解在溶液中的氧的还原反应。以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀称为氧还原腐蚀，或称耗氧腐蚀。 金属在溶液中发生电化学腐蚀的根本原因是溶液中含有能使该种金属氧 化的

7、氧化性物质，即腐蚀过程的去极化剂。导致去极化剂还原的阴极过 程与金属氧化的阳极过程共轭组成了整个腐蚀过程，二者相互依存，缺 一不可。 第18页/共34页 第19页/共34页 第20页/共34页 第21页/共34页 第22页/共34页 第23页/共34页 第24页/共34页 1.阴极控制的析氢腐蚀 阴极控制的析氢腐蚀是 指阴极析氢反应的极化 率大于阳极溶解反应的 极化率析氢腐蚀速率 受氢在阴极上放电的析 氢过电位所控制。此时 ，金属电极的腐蚀电位 Ecorr接近金属阳极反 应的平衡电位EMe。例 如金属锌在酸中的腐蚀 ，即属于此类。 第25页/共34页 2.阳极控制的析氢腐蚀 是指金属阳极溶解反

8、应的极 化率大于阴极析氢反应的极 化率，析氢腐蚀速率受阳极 溶解的过电位所控制。此时 ，金属电极的腐蚀电位 Ecorr接近析氢阴极反应的 平衡电位EHe。例如，处于 钝态的金属铝在弱酸溶液中 的腐蚀即属此类。 第26页/共34页 大多数的钢和铁在析氢腐蚀过 程中，由于它们的阴、阳极极 化大体相当，因而成为一种阴 阳极混合控制状态的析氢腐蚀 。 第27页/共34页 第28页/共34页 氧是不带电荷的中性分子，在溶液中仅有一定的溶解度，并 以扩散方式到达阴极。因此，氧在阴极的还原速率与氧的扩 散速率有关，并会产生氧浓差极化。在一定条件下，氧的去 极化腐蚀将受氧浓差极化的控制。 第29页/共34页 氧输送过程： (1)氧通过空气和电解液的界 面进入溶液 (2)氧依靠溶液小的对流作用 向阴极表面溶液扩散层迁移 ； (3)氧借助扩散作用，通过阴 极表面溶液扩散层，到达阴 极表面，形成吸附氧。 第30页/共34页 第31页/共34页 第32页/共34页 (1)当阴极极化电流密度ic不大，而且阴极 表面供氧充分时，氧离子化反应为控制 步。氧还原反应的过电位O(或氧离子化 极化电位Eo)与极化电流密度ic之间服从 塔菲尔关系式(EOePBC) (2)阴极过