表面工程技术的相关基础

表面工程技术的相关基础第1页，共78页，2023年，2月20日，星期四教学目的和要求

掌握固体(金属)的重要表面特性，材料磨损及腐蚀基本原理。

第2页，共78页，2023年，2月20日，星期四前言

成功运用表面工程技术的三要素：掌握材料表面与界面的基础知识掌握各种表面工程技术的特点了解与掌握影响材料表面性能的主要因素第3页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.1

固体的表面和界面

表面（定义）：固体与周围环境（气相、液相和真空）间的过渡区称为金属的（外）表面。因环境不同，过渡区的组成和深度不同。界面（定义）：界面是一种二维的结构缺陷。在体系中，结构和成分不同的区域间；或结构和成分均相同，但取向不同的两晶粒间的交界面都称为界面。前者称相界，而后者称为晶界。界面种类：外表面和内表面两大类。外表面：固体和周围环境间的过渡区；内表面：晶界、相界、亚晶界、孪晶界、层错界及胞壁界等。第4页，共78页，2023年，2月20日，星期四一、典型固体表面1.理想表面

定义：向无限晶体内插入一个平面并切断插入面两侧的原子结合键后，将其分为两部分而形成的两个新的表面称为理想表面。特点：此过程中除了晶体附加了一组边界条件外，无任何其它改变。在半无限晶体内部，原子和电子的状态与原来无限晶体的情况一样。

理想表面实际不存在。实际表面存在表面能。理想表面形成示意图第5页，共78页，2023年，2月20日，星期四1-1.实际表面定义：与理想表面不相同的实际表面（温度在0K以上的表面）。

J.W.Gibbs于1877年首先提出：在气固相界面处存在一种二维凝聚物相。

特点：驰豫及重构合金的表面偏析表面吸附和表面化合物表面缺陷驰豫重构表面原子的驰豫与重构

表面吸附表面偏析第6页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.洁净表面与清洁表面洁净表面（定义）：材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。洁净表面允许有吸附物，但其覆盖的几率应该非常低。洁净表面只有用特殊的方法才能得到清洁表面（定义）：一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。清洁表面易于实现，只要经过常规的清洗过程即可。洁净表面的“清洁程度”比清洁表面高。

洁净表面与清洁表面这一对概念很重要。第7页，共78页，2023年，2月20日，星期四3.机械加工后的表面第8页，共78页，2023年，2月20日，星期四

表面的粗糙度和波纹度构成了金属的表面形貌。粗糙度:

加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所组成的微观几何形状就构成了其特征，粗糙度的波距与波深之比常常为150：1~5。波纹度:

金属表面呈波浪形的有规律和无规律的表面反复结构误差称为波纹度。波纹度的波距与波深的比为：1000：1~100。

经过仔细研磨的金属：i≥2材料的表面粗糙度是表面工程技术中最重要的概念之一。它与表面工程技术的特征及实施前的预备工艺紧密联系，并严重影响材料的摩擦磨损、腐蚀性能、表面磁性能和电性能等。经过仔细研磨的金属：i≥2经过仔细研磨的金属：i≥2第9页，共78页，2023年，2月20日，星期四第10页，共78页，2023年，2月20日，星期四表面粗糙度+波纹度+形状公差=实际表面形貌第11页，共78页，2023年，2月20日，星期四第12页，共78页，2023年，2月20日，星期四金属表面的宏观与微观粗糙度第13页，共78页，2023年，2月20日，星期四4.一般表面由于表面原子处于非平衡状态，一般表面会吸咐一层外来原子。

要求进行表面预处理。第14页，共78页，2023年，2月20日，星期四二、典型固体界面1.基于固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面微晶层(比尔比层(Bilby)层)：1—100nm厚的晶粒微小的微晶层。塑性变形层：塑变程度和它的深度有关。其它变质层：(1)形成孪晶：Zn,Ti等密排六方结构的金属表层会形成孪晶;(2)发生相变：18-8型奥代体不锈钢，β黄铜、淬火钢中的残余奥氏体，高锰钢等会形成相变层；(3)发生再结晶：Sn、Pb、Zn等低熔点金属加工后表层能够形成再结晶层。(4)发生时效和出现表层裂纹等。塑变深度(μm)010203054321ε变形量(%)第15页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.基于固相组织或晶体结构差异形成的界面典型特征是两相之间的微观成分与组织存在很大的差异，但无宏观成分上的明显区别（珠光体），且宏观组织变化存在渐变区域。第16页，共78页，2023年，2月20日，星期四3.基于固相宏观成分差异形成的界面（结合界面）冶金结合界面扩散结合界面外延生长界面化学键结合界面分子键结合界面机械结合界面

实际表面改性层中界面的结合机理常常是上述几种机理的综合。应根据需要设计、控制界面的结合机理。结合强度较高结合强度较低结合强度较高结合强度较低结合强度较高结合强度较低第17页，共78页，2023年，2月20日，星期四冶金结合界面定义：当覆层与基体材料之间的界面结合是通过处于熔融状态的覆层材料沿处于半熔化状态下的固体基材表面向外凝固结晶而形成时，覆层与基材的结合界面。实质：金属键结合特点：结合强度很高，可以承受较大的外力或载荷，不易在服役过程中发生剥落。技术：激光熔覆技术、堆焊与喷焊技术等。第18页，共78页，2023年，2月20日，星期四扩散结合界面定义：两个固相直接接触，通过抽真空、加热、加压、界面扩散和反应等途径所形成的结合界面。特点：覆层与基材之间的成分梯度变化，并形成了原子级别的混合或合金化。技术：热扩渗工艺、离子注入工艺（“类扩散”界面）等。第19页，共78页，2023年，2月20日，星期四外延生长界面定义：当工艺条件合适时，在（单晶）衬底表面沿原来的结晶轴向生成一层晶格完整的新单晶层的工艺过程，就称为外延生长，形成的界面称为外延生长界面。关键：结晶相容性（晶格失配数m小）

m=│b-a│/a

a-基体晶格常数，b-薄膜晶格常数特点：理论上应有较好的结合强度。具体取决于所形成的单晶层与衬底的结合键类型，如分子键、共价键、离子键或金属键等。技术：气相外延（化学气相沉积技术等）、液相外延（电镀技术等）。衬底SubstrateFilm缺失面失配位错Film衬底Substrate第20页，共78页，2023年，2月20日，星期四化学键结合界面定义：当覆层材料与基材之间发生化学反应，形成成分固定的化合物时，两种材料的界面就称为化学键结合界面。特点：结合强度较高，界面的韧性较差，表面发生粘连、氧化、腐蚀等化学作用也会产生化学键结合界面。技术：物理和化学气相沉积技术、离子注入技术、热扩渗技术、化学转化膜技术、阳极氧化和化学氧化技术等。第21页，共78页，2023年，2月20日，星期四分子键结合界面定义：涂(镀)层与基材表面以范德华力结合的界面。特点：覆层与基材(或衬底)之间未发生扩散或化学作用。结合强度较低。技术：部分（低温）物理气相技术、涂装技术等。第22页，共78页，2023年，2月20日，星期四机械结合界面定义：覆层与基材的结合界面主要通过两种材料相互镶嵌的机械连接作用而形成。特点：结合强度不高，但可起辅助作用。技术：括热喷涂与包镀技术等。

实际表面改性层中界面的结合机理常常是上述几种机理的综合。应根据需要设计、控制界面的结合机理。第23页，共78页，2023年，2月20日，星期四三、表面晶体结构二维晶体结构(二维布拉菲晶格)

任何一个二维周期性的结构均可用一个二维晶格（点阵）加上结点（阵点）来描述，称为二维晶格。(呈二维周期性排列而形成的无限平面点阵，每个结点周围的情况是相同的。)

五种布拉菲二维晶格及晶胞第24页，共78页，2023年，2月20日，星期四TLK模型（当温度为0K时－理想表面）：

在温度相当于0K时，表面原子结构呈静态。表面原子层可认为是理想平面，其中的原子作完整二维周期性排列，且不存在缺陷和杂质。五种布拉菲二维晶格及晶胞第25页，共78页，2023年，2月20日，星期四TLK模型（当温度在0K以上时－实际表面）：当温度在0K以上时，由于原子的热运动，晶体表面将产生低晶面指数的平台、一定密度的单分子或原子高度的台阶、单分子或原子尺度的扭折，以及表面吸附的单原子及表面空位等。实际表面上还存在大量各种类型的缺陷，如原子空位、位错露头和晶界痕迹等物理缺陷，材料组分和杂质原子偏析等化学缺陷。

上述表面缺陷对于固体材料的表面状态和表面形成过程都有重要影响。（形核、表面扩散、表面吸附等）TLK模型：平台(Terrace)一台阶(Ledge)一扭折(Kink)模型第26页，共78页，2023年，2月20日，星期四（补充）表面现象定义：固体表面上产生的各种物理及化学现象称为表面现象。种类：表面扩散、吸附、润湿、粘着和毛细现象等。意义：工农业生产上广泛利用金属的各种表面现象。在铸造、焊接、金属表面技术及防护、表面涂覆等均会涉及到。关系：金属的各种表面现象与表面自由能密切相关并普遍存在于多相体系内。实际表面存在表面能。第27页，共78页，2023年，2月20日，星期四四、表面扩散物质中原子或分子的迁移现象称为扩散。可由Fick第Ⅰ和第Ⅱ定律来描述，扩散过程中原子平均扩散距离X为:

Ｘ＝c

其中：

t为扩散时间；c为受几何因素影响的常数；D为扩散系数，决定扩散速率大小。

D=D0exp(-Q/RT)

Q为扩散激活能，受材料的晶格结构，固溶体的类型，合金元素的浓度及含量和扩散路径等因素的影响。原子的扩散途径除了最基本的体扩散过程外，还有表面扩散、晶界扩散和位错扩散(短路扩散)。

Q表<Q界<Q位<Q体

D表﹥D界﹥D位﹥D体因为表面原子受到的束缚较晶界和晶内低得多，原子在表面迁移所需能量也小得多。

表面扩散在表面工程技术中的薄膜形核及长大过程中起十分重要的作用。第28页，共78页，2023年，2月20日，星期四五、表面（自由）能与表面张力

固体和液体的表面均处于空间三向不对称状态，故存在表面自由能和表面张力。

第29页，共78页，2023年，2月20日，星期四液体的表面自由能产生原因：液体（熔体金属）的表面原子受到向内的吸引力的作用。欲使其内部原子转变为表面原子，即增大表面积，需要环境对体系作功，从而形成表面能。定义：增大(液体)表面积所需要的功(能量)就是(液体)表面自由能。液体的表面张力产生原因：处于表面的原子在向内的吸引力作用下，有进入液体内部的趋势，即缩小表面积的趋势，从而产生表面张力。定义：液体表面切线方向上存在的使其表面积缩小的力称为表面张力。

第30页，共78页，2023年，2月20日，星期四实验：如上图，在无摩擦的活动边AB的铁丝框上涂满肥皂沫，为使膜不收缩，应在活动边上加外力F。试验证明：施加的外力F与活动边边长L成正比，即

F=2σLσ=F/2L

式中：“2”是因为液膜有两个表面；

σ即为表面张力(或张力系数)；

表面张力的方向与液面相切，且力图使表面积缩小，其单位为：N/m。

xLFABσσσ肥皂膜第31页，共78页，2023年，2月20日，星期四增大(液体)表面积所需要的功(能量)

就是(液体)表面自由能。表面自由能：

若使上图活动边AB移动dx的距离，根据表面自由能的定义，表面自由能与液膜面积的变化关系为：

G=F∙dx=2σL∙dx

称单位面积的表面自由能为比表面自由能(Fs)，即：

Fs=G/S=2σL∙dx/2L∙dx=σ

由此可知，液体的比表面自由能Fs与表面张力σ在数值上是相等的，其单位为：J/m2

（实际上，1J/m2=1N∙m/m2=1N/m，故二者是有联系的。但一个是单位面积的能，而另一个则为单位长度的力。）

液体表面自由能和表面张力在数学上是相等的，容易测定。xLFABσσσ肥皂膜第32页，共78页，2023年，2月20日，星期四1.（固体）表面（自由）能严格意义上的表面能是指材料表面的内能，无法测量其绝对值。常用表面自由能来描述材料表面能量的变化，其物理意义是指产生1cm2新表面需消耗的等温可逆功。若不考虑重力，一定体积的液体平衡时总取圆球状，因为这样表面积最小，表面能最低。固体的外表面总是由若干种原子排列不同的晶面组成的，一定体积的固体必然要构成总的表面自由能最低的形状。（粉末团聚）第33页，共78页，2023年，2月20日，星期四2．（固体）表面张力表面张力是表面能的一种物理表现，是由于原子间的作用力以及原子在表面和内部的排列状态的差别而引起的。表面张力和表面自由能的关系密切。液体表面自由能和表面张力在数学上是相等的，容易测定。固体的表面张力很难准确测定。

表面自由能和表面张力对其表面性能影响极大，应充分重视。第34页，共78页，2023年，2月20日，星期四六、固体表面的物理吸附和化学吸附1．吸附的基本特性吸附现象（吸咐作用）：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。定义：当气体和液体与固体表面接触时，在固体表面的气体或液体增加或减少的现象称为吸附现象吸附是固体表面最重要的性质之一。固体表面的吸附可分为物理吸附和化学吸附两类。（表2-1）第35页，共78页，2023年，2月20日，星期四第36页，共78页，2023年，2月20日，星期四（自学部分）2.固体对气体的吸咐3.固体对液体的吸咐（重要）4.固体表面之间的吸咐5.吸附对材料力学性能的影响——莱宾杰尔效应（重要）第37页，共78页，2023年，2月20日，星期四七、固体表面的润湿1.润湿现象与机理定义：液体在固体表面上铺展的现象。亲水物质、疏水物质：润湿角：θθσL－G第38页，共78页，2023年，2月20日，星期四润湿程度的定义：

润湿和不润湿不是截然分开的。第39页，共78页，2023年，2月20日，星期四Young方程：Young方程反映了润湿角的大小与三相界面张力之间的定量关系：第40页，共78页，2023年，2月20日，星期四机理：润湿与否取决于液体分子间相互吸引力(内聚力)和液一固分子间吸引力(粘附力)的相对大小。若液一固粘附力较大，则液体在固体表面铺展，呈润湿；若液体内聚力占优势则不铺展，呈不润湿。

当液体（或固体）种类确定时，选择合适极性的固体（或液体）将直接影响润湿程度。第41页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.铺展系数液体在固体表面（理想的平滑表面）的铺展系数为：当SL/S=0时，铺展（完全润湿）当SL/S＜0时，不铺展（不完全润湿或完全不润湿）当SL/S

＞0时，自动展开，Young方程已不适用液体在粗糙的固体表面的铺展系数为：粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面的（当cosθ＞0时）

表面工程技术实施前，材料表面状态（表面预处理工艺）对表面改性层质量的影响至关重要。≤0第42页，共78页，2023年，2月20日，星期四3.润湿理论的应用

润湿理论在各种工程技术尤其是表面工程技术中应用很广泛。增强润湿程度：表面活性物质－减小润湿角表面适度粗化－增大铺展系数中间层成分优化……降低润湿程度：表面惰性物质－增大润湿角表面平滑－减小铺展系数不粘涂层：炊具、洁具、防腐蚀等成分优化……第43页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.2材料磨损原理及其耐磨性磨损是材料三大主要失效形式之一，它造成的经济损失和社会影响是十分巨大的。耐磨性是一个系统性质（非“固有特性”），受到摩擦学系统中接触条件、工况、环境、介质等多方面因素的影响。材料的磨损始于表面，表面性能是决定材料耐磨性的关键。不同的磨损失效过程和方式，要求不同的材料表面性能。第44页，共78页，2023年，2月20日，星期四一、固体材料的摩擦与磨损1.摩擦学三“定律”摩擦的定义：相互接触的物体相对运动时产生阻力，称为摩擦。摩擦存在于固体、气体和液体之间。磨损的定义：相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。

材料的摩擦与磨损是因果关系。

第45页，共78页，2023年，2月20日，星期四摩擦学三“定律：

①摩擦力与两接触体之间的表观接触面积无关(第一定律)；②摩擦力与两接触体之间的法向载荷成正比(第二定律)；③两个相对运动物体表面的界面滑动摩擦阻力与滑动速度无关(第三定律)。

F为摩擦力(切向力)；N为法向力(载荷)；μ为摩擦系数。材料或体系的耐磨性高低一般用摩擦系数来表征。人们往往认为“摩擦学中无定律”。第46页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.摩擦与磨损的分类摩擦分为四类：干摩擦：无润滑摩擦，滑动摩擦边界润滑摩擦：摩擦力明显降低流体润滑摩擦：具有最小的摩擦系数滚动摩擦：摩擦系数比滑动摩擦的小得多第47页，共78页，2023年，2月20日，星期四磨损分为七类：粘着磨损磨粒磨损疲劳磨损腐蚀磨损微动磨损冲蚀(包括气蚀)磨损高温磨损各种复杂的磨损现象是上述基本机理单独或综合的表现。

一种摩擦方式常常包含几种磨损机理。最基本的第48页，共78页，2023年，2月20日，星期四第49页，共78页，2023年，2月20日，星期四二、粘着磨损、润滑和固体润滑粘着磨损是最常见的磨损形式之一。（15%）1、粘着磨损机理：

表面粗糙度导致接触应力产生调幅分布。第50页，共78页，2023年，2月20日，星期四焊合剪切及犁削理论：当接触表面相互压紧时，由于微凸体间的接触面积小，承受的压力很高，足以引起塑性变形和“冷焊”现象。这样形成的焊合点因表面的相对滑动而被剪断，相应的力量构成摩擦力的粘着分量。此外，较硬表面的微凸体对于较软材料会造成犁削作用，从而构成摩擦力的犁削分量（可忽略）。

材料的摩擦系数主要决定于摩擦副剪切强度τb和屈服强度σs的比值。最合适的耐磨材料体系应该同时具有高的硬度（强度）和低的抗剪强度。第51页，共78页，2023年，2月20日，星期四2、液体润滑和边界润湿磨损速率摩擦系数第52页，共78页，2023年，2月20日，星期四3、固体润滑第53页，共78页，2023年，2月20日，星期四影响固体材料粘着磨损性能的因素：

1)润滑条件或环境：在真空条件下大多数金属的磨损是极其严重的。良好的润滑条件是降低粘着磨损的重要保障。

2)硬度：材料的硬度越高，耐磨性越好。

3)晶体结构和晶体的互溶性。晶体结构为密排六方的材料摩擦系数最低，磨损率也最低，面心立方材料次之，体心立方材料最高。冶金上互溶性好的一对金属摩擦副摩擦系数和磨损率高。周期表上相距较远的元素不易互溶，也不易粘着。

4)温度。温度对磨损的影响是间接的。第54页，共78页，2023年，2月20日，星期四三、磨粒磨损磨粒磨损导致的零件失效约占磨损失效的50％。1．磨粒磨损过程中材料的去除机理去除机理：

塑性变形：磨粒与塑性材料表面接触时-显微切削、显微犁沟（塑性材料）断裂：磨粒和脆性材料表面接触时-显微切削、显微裂纹（脆性材料）

断裂机理所造成的材料损失比塑性变形机理的大。

两种方式都可能发生，且相互转换。材料的磨损率与一般的力学性能没有简单的对应关系。第55页，共78页，2023年，2月20日，星期四2．磨粒磨损过程的影响因素(1)磨粒特性：

硬度

Ha／Hm<1.0(软磨粒磨损)，磨损速率很低

Ha／Hm>1.2(硬磨粒磨损)，磨损速率高，但变化不大

1.0<Ha／Hm<1.2，磨损速率较高，但变化很大

提高材料磨粒磨损性能的首要条件：使耐磨表面的硬度大于磨粒硬度。形状和粒度粒度：存在一临界尺寸形状：尖锐型>多角形>圆形第56页，共78页，2023年，2月20日，星期四(2)材料力学性能与微观组织：

硬度磨损后的表面硬度

耐磨性与硬度之间没有单值对应关系。组织在同样硬度条件下，耐磨性：奥氏体和贝氏体>珠光体和马氏体夹杂物和内部缺陷大大降低耐磨性(3)工况和环境条件的影响：

速度、载荷、磨损距离、磨粒冲击角，以及环境湿度、温度和腐蚀介质等。第57页，共78页，2023年，2月20日，星期四四、其它磨损形式（自学）1、疲劳磨损2、腐蚀磨损3、冲蚀磨损

空泡磨损第58页，共78页，2023年，2月20日，星期四五、提高零件耐磨性的途径

设计或改善机械零部件的耐磨寿命，是工程技术中必须解决的关键技术问题。1.工程结构的合理设计

是提高零件耐磨性的基础。产品内部结构设计必须合理。对零件的重要性、维修难易程度、产品成本、使用特点、环境特点等预先进行综合分析。第59页，共78页，2023年，2月20日，星期四2．零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择材料的耐磨性是系统性质，影响因素众多。弄清影响产品寿命的基本因素和磨损机理(及变化)；确定材料在使用时是否存在工艺性能、使用环境、力学性能、理化性能等方面的限制；材料是否能经受住运行中的载荷如接触压力等而不变形或无过分变形；零件表面温度范围、防止材料在摩擦过程中软化与咬合；材料允许的最大载荷和滑动速度；机件工作循环特性；允许的磨损失效形式和机械表面的损伤程度；

……

注意：用材料的磨损率来决定磨损寿命并不充分。第60页，共78页，2023年，2月20日，星期四3．材料表面耐磨与减摩处理通过表面工程技术提高耐磨性：耐磨----使表面具有良好的力学性能(高硬度、高韧度等)；减磨----设法降低材料表面的摩擦系数。对耐磨性，最重要的是硬度：在大多数情况下磨损率都会随硬度的提高而降低。提高材料表面硬度的工艺方法：表面淬火、涂覆、合金化……降低表面摩擦系数：形成非金属性质的摩擦面或添加固体润滑膜。对于钢材：渗硫、渗氧、渗氮、氧碳氮共渗，热喷涂层中加固体润滑物质，物理气相沉积、化学气相沉积及离子注入等，使材料表面形成特殊的表面层：可以抑制粘着、焊合等，从而提高其耐磨性。

许多表面强化方法具有耐磨和减磨两种特性，使耐磨性大幅度提高。第61页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.3金属腐蚀原理与防护技术定义：腐蚀就是材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。腐蚀的危害：资源与能源，经济损失巨大(我国：3%GDP)

污染与事故一、化学腐蚀与电化学腐蚀原理二、金属表面的极化、钝化及活化三、腐蚀的主要形式四、金属材料腐蚀控制及防护方法第62页，共78页，2023年，2月20日，星期四一、化学腐蚀与电化学腐蚀原理1．基本概念(分类)腐蚀原理：化学腐蚀：不导电介质中发生，腐蚀过程中无电流产生。电化学腐蚀：导电介质中发生，腐蚀过程中有电流产生。环境：湿蚀(包括水溶液腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀和化学药品腐蚀)

干蚀(包括高温氧化、硫腐蚀、氢腐蚀、液态金属腐蚀、熔盐腐蚀等)

微生物腐蚀(包括细菌腐蚀、真菌腐蚀等)腐蚀形态全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属表面上(包括较均匀的和不均匀的)。腐蚀区域小、分布较均匀，危害相对较小。局部腐蚀：腐蚀局限在金属的某一部位。不易发现，但危害较大。

第63页，共78页，2023年，2月20日，星期四2．金属化学腐蚀的基本原理

与一般化学反应(金属氧化反应)基本相同。

物理吸咐→化学吸咐→扩散（离子电迁移）第64页，共78页，2023年，2月20日，星期四3．金属电化学腐蚀原理电极电位：双电层的形成标准电极电位：以标准氢电极为负极平衡电位：

材料的种类、组织结构、表面状态，介质的成分、浓度、温度等均会影响电极电位。腐蚀电位：

判断金属腐蚀的热力学可能性－其越负的金属越容易腐蚀。能斯特方程第65页，共78页，2023年，2月20日，星期四阴极和阳极的选择第66页，共78页，2023年，2月20日，星期四4．腐蚀原电池与腐蚀微电池原电池：Cu-Zn腐蚀电池的总反应：在电解液中的两种金属直接接触也能形成腐蚀原电池

(接触电池、微腐蚀电池)阳极：电极电位较负，发生氧化反应阴极：电极电位较正，发生还原反应第67页，共78页，2023年，2月20日，星期四5．电化学腐蚀速率腐蚀电流单位时间的腐蚀深度腐蚀电流密度

腐蚀原电池中大阴极、小阳极是极其有害的。第68页，共78页，2023年，2月20日，星期四二、金属表面的极化、钝化及活化1．金属表面的极化现象极化现象(极化作用)：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象。

在计算腐蚀速度时，应采用通电以后的实际电极电位。极化与电流密度的大小有关：电流密度越大，极化也越大。

阴极极化：电极电位随电流密度增大，向负的方向变化；

阳极极化：电极电位随电流密度增大，向正的方向变化。第69页，共78页，2023年，2月20日，星期四极化曲线：过电位：对于可逆电极，某一电流密度下的电极电位值与平衡电位值之差，称为该电极在给定电流密度下的