涂层防腐蚀机理

1、涂层防腐蚀机理1） 涂层对环境的屏蔽作用      水和氧的存在是湿腐蚀必不可少的条件，涂层通过阻止或延缓水和氧的渗入而提供防蚀保护作用。   电解质对涂膜的渗透机理a、涂膜的毛细管结构渗透机理（Wirth）b、涂膜的离子渗透机理(Mayne) 2)防锈颜料的防蚀作用a、碱性颜料   红丹、一氧化二铅、氰氨化铅、碱式铬酸铅、铅酸钙。防蚀机理：颜料与水接触生成的胶体物质有防蚀作用；颜料与植物油的脂肪酸反应生成金属皂的分解物，特别是生成的二酸铅具有缓蚀作用；生成金属皂的涂膜，提高了对环境的屏蔽作用，

2、红丹以、 作用为主。b、可溶性颜料以铬酸锌等铬酸盐颜料为主，依靠铬酸根离子的钝化作用而防蚀，腐蚀环境中有Cl-或SO42- 存在时，将阻碍铬酸根离子的钝化作用。c、新型无公害防锈颜料碱性：钼酸锌、可溶性： 二酸钙、二酸锌、磷酸锌。d、金属粉末颜料锌粉、铝粉、干膜Zn含量：90-95%，涂层电阻率最小。3）防蚀涂层的老化和膜下腐蚀a、涂膜起泡b、溶液组成对涂层钢板腐蚀的影响。C、涂膜缺陷部位的腐蚀。4.金属的腐蚀与防护当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。从热力学观点看，除少数贵金属(如Au、Pt)外，各种金属都有转变成离子的趋势，就是说金属腐蚀是自发的普遍

3、存在的现象。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%4.2%，超过每年各项天灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。(1)改善金属的本质根据不同的用途选择不同

4、的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。(2)形成保护层在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的。金属的磷化处理钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5 m20 m，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性

5、可进一步提高。金属的氧化处理将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5 m1.5 m的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。非金属涂层用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效

6、果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁、色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。金属保护层它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和Al等。热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀

7、和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。(3)改善腐蚀环境改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。(4)电化学保护法电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳

8、，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。外加电流法将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。金属的腐蚀虽然对生产带来很大危害，但也可以利用腐蚀的原理为生产服务，发展为腐蚀加工技术。例如，在电子工业上，广泛采用印刷电路。其制作方法及原理是用照相复印的方法将线路印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜用三氯化铁溶液腐蚀，就可以得到线条清晰的印刷电路板。三氯化铁腐蚀铜的反应如下：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2此外，还有电化学刻蚀、等离子

9、体刻蚀新技术，比用三氯化铁腐蚀铜的湿化学刻蚀的方法更好，分辨率更高原电池 金属的腐蚀与防护目的要求：1. 使学生了解原电池的化学原理 2. 了解金属腐蚀，特别是电化腐蚀和金属防护的一般方法。重点、难点：原电池的化学原理和金属的电化腐蚀教学方法：探索法（启发引导）引入我们知道，物质发生化学反应时必然要有能量的变化，也就是说化学能常常与热能、光能等相互转化。比如在一般化学反应里，常表现出放热或吸热的现象，有的化学反应还伴随有发光，产生电流等等。今天我们主要探讨的是有关化学能是如何转变为电能。实验初中我们就已经学习过，活泼金属能与酸反应放出氢气，而不活泼金属就不能与酸反应置换氢气。（1）把一块锌片和

10、一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。   Zn Cu    H2SO4现象：锌片上有气体放出，铜片上无明显现象。    分析 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2   2e板书金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属单质失电子能力：强 弱（还原性）金属离子得电子能力：弱 强（氧化性）实验  Zn Cu   H2SO4现象：锌片不断溶解、铜片上有气泡、灵敏电流计指针发生偏转。  

11、60;  结论两极发生氧化还原反应，产生电流。明确（1） （1）       锌比铜活泼（2） （2）       氢离子在铜片上获得电子板书电极名称 锌片（负极）Zn 2e = Zn2+(氧化反应) 电极材料 铜片（正极）2H+ + 2e = H2(还原反应)（电极反应式）总化学方程式：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2板书第六节 原电池 金属的腐蚀与防护一 一 原电池：1 1   原电池形成三条件：（1） （1）&#

12、160;       正负电极（2） （2）        电解质溶液（3） （3）        电极接触或导线连接 2 2   原理三要点：（1） （1）        相对活泼金属作负极- 电子流出-氧化反应（2） （2）      

13、  相对不活泼金属（或碳）作正极-电子流入-还原反应（3） （3）        导线中（接触）有电流通过，使化学能转变为电能3原电池：把化学能转变为电能的装置练习下列能发生原电池反应的是Cu Cu Zn Cu Zn Cu   AgNO3 乙醇 硫酸 硫酸 实质电极在电解质溶液中的氧化还原反应结果活泼金属被氧化、被腐蚀。板书二、金属腐蚀与防护： 1. 1.       金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液

14、体）反应而腐蚀损耗的过程。（1） （1）       本质：金属原子失电子而被氧化M ne = Mn+ (2) 分类：化学腐蚀：金属与其他物质 直接氧化反应 金属被氧化 （不是电解质溶液）（无电流产生）电化腐蚀：不纯金属或合金 发生原电池反应 活泼金属被氧化 电解质溶液 （有电流产生）板书 （3）钢铁腐蚀： 铁：负极 水膜（电解质溶液） 在钢铁表面形成无数微小原电池 碳：正极 分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe 2e = Fe2+2Fe 4e = 2Fe2+正极反应2H+ + 2e

15、= H22H2O + O2 + 4e = 4OH-总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2  4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O  次要主要 4. 金属的化学腐蚀：例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。概念：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。 5化学腐蚀与电化腐蚀的对比（1） （1）   &

16、#160;   相同点：金属原子失电子而被氧化的过程，即金属原子转化为阳离子的过程。（2） （2）       不同点： 条件 金属与氧化剂直接反应 不纯金属与电解质溶液接触 现象 无电流 有电流 本质 金属被氧化 活泼金属被氧化（3） （3）       相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。讨论原电池中的电荷移动方向： e     阴离子  阳离子 板书几种常见新型原电池1 1

17、  铅蓄电池Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O(-) (+)2. 燃料电池新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。如：氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液：正极： O2+ 4e + 2H2O = 4OH-负极： 2H2 4e + 4OH-= 4H2O又如：甲烷燃料电池；电解质溶液为氢氧化钾溶液：正极：2O2 + 8e + 4H2O = 8OH-负极： CH4 + 10OH- -8e = CO32- + 7H2O总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O介绍白口铁马口铁板书金属腐蚀的防护1 1  金属腐蚀的原因：金属本身的组成和结构是锈蚀的根据；外界条件（如：温度、湿度、与金属接触的物质）是促使金属锈蚀的客观因素。2 2  防护：（1） （1）