金属电化学腐蚀原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.1 什么是腐什么是腐蚀蚀（corrosion）？）？埃埃文文斯斯：金金属属腐腐蚀蚀是是金金属属从从元元素素态态转转变变为为化化合态化学改变及电化学改变合态化学改变及电化学改变。方坦纳：方坦纳：金属腐蚀是金属冶金逆过程金属腐蚀是金属冶金逆过程。尤尤利利格格：物物质质（或或材材料料）腐腐蚀蚀是是物物质质（或或材材料料）受受环环境境介介质质化化学学、电电化化学学作作用用而而被被破破坏坏现象现象。曹曹楚楚南南：金金属属腐腐蚀蚀是是金金属属材材料料因因为为受受到到介介质质作作用用而而发发生生状状态态改改变变，转转变变成成新新相相，从从而而遭遭受破坏（现象）受破坏（现象）。第1页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1.1 什么是腐什么是腐蚀蚀？当当前前一一致致认认可可定定义义是是：材材料料腐腐蚀蚀是是材材料料受受其其周周围围环环境境介介质质化化学学、电电化化学学和和物理作用下引发失效破坏现象。物理作用下引发失效破坏现象。金金属属腐腐蚀蚀是是金金属属与与周周围围环环境境（介介质质）之之间间发发生生化化学学或或电电化化学学作作用用而而引引发发破破坏或变质坏或变质。非非金金属属腐腐蚀蚀是是非非金金属属材材料料因因为为在在环环境境介介质质化化学学、机机械械和和物物理理作作用用下下，出出现现老化、龟裂、腐烂和破坏现象。老化、龟裂、腐烂和破坏现象。2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念第2页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念1.按腐蚀过程历程分类：按腐蚀过程历程分类：1）化化学学腐腐蚀蚀（chemical corrosion）金金属属表表面面与与非非电电解解质质发发生生纯纯化化学学反反应应而而引引发发损损坏坏。通通常常在在干干燥燥气气体体及及非非电电解解质质溶溶液液（如如石石油油、苯苯、醇醇等等）中中进进行行。特特点点：在在腐腐蚀蚀过过程程中中，电电子子传传递递在在金金属属与与氧氧化化剂剂之之间间进进行行，腐腐蚀蚀不不产产生生电电流流。比比如如，化化工工厂厂里里氯氯气气与与铁铁反反应应生生成氯化亚铁。成氯化亚铁。2）物物理理腐腐蚀蚀（physical corrosion）金金属属因因为为单单纯纯物物理理溶溶解解作作用用所所引引发发损损坏坏。在在液液态态金金属属中中可可发发生生物物理理腐腐蚀蚀。例例：用用来来盛盛放放熔熔融融锌钢容器，因为铁被液态锌所溶解而损坏。锌钢容器，因为铁被液态锌所溶解而损坏。第3页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类1.按腐蚀过程历程分类：按腐蚀过程历程分类：3）电电化化学学腐腐蚀蚀（electrochemical corrosion）金金属属表表面面与与电电解解质质溶溶液液发发生生电电化化学学反反应应而而产产生生破破坏，反应过程中有电流产生坏，反应过程中有电流产生。电电化化学学腐腐蚀蚀最最少少有有一一个个阳阳极极反反应应和和阴阴极极反反应应，并并有有流流过过金金属属内内部部电电子子流流和和介介质质中中离离子子流流组组成电流回路。成电流回路。阳阳极极反反应应：金金属属氧氧化化过过程程，金金属属失失去去电电子子而而成为离子，进入溶液；成为离子，进入溶液；阴阴极极反反应应：氧氧化化剂剂还还原原过过程程，电电子子在在阴阴极极被被氧化剂（氧气、氧化剂（氧气、H+）吸收。）吸收。电电化化学学与与力力学学作作用用共共同同造造成成破破坏坏：应应力力腐腐蚀蚀破裂、腐蚀疲劳破裂、腐蚀疲劳第4页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：1）全全方方面面腐腐蚀蚀（general corrosion）腐腐蚀蚀分分布布在在整整个个金金属属表表面面上上，能能够够是是均均匀匀，也也能能够够是是不不均均匀匀。例：碳钢在强酸、强碱中发生腐蚀。例：碳钢在强酸、强碱中发生腐蚀。2）局局部部腐腐蚀蚀（localized corrosion）腐腐蚀蚀作作用用仅仅局局限限在在金金属属表表面面某某一一区区域域，而而表表面面其其它部分则几乎未被破坏。它部分则几乎未被破坏。（1）无无应应力力条条件件下下腐腐蚀蚀形形态态：电电偶偶腐腐蚀蚀、小小孔孔腐腐蚀蚀（点点蚀蚀、坑坑蚀蚀）、缝缝隙隙腐腐蚀蚀、晶晶间间腐腐蚀蚀、选选择择性性腐腐蚀蚀、剥剥蚀蚀（层层蚀蚀）、丝丝状状腐腐蚀等。蚀等。（2）有有应应力力条条件件下下腐腐蚀蚀形形态态：应应力力腐腐蚀蚀开开裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、氢损伤等。裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、氢损伤等。第5页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：2）局部腐蚀（）局部腐蚀（localized corrosion）（1）无应力无应力条件下腐蚀形态：条件下腐蚀形态：a.电电偶偶腐腐蚀蚀（galvanic corrosion）：异异种种金金属属相相互互接接触触，在在电电解解质质介介质质中中发发生生电电化化学学腐腐蚀蚀。例例：普普通通碳碳钢钢与与铜铜接接触触，共共处处于于海海水水中腐蚀。中腐蚀。b.小小孔孔腐腐蚀蚀（pitting corrosion，又又称称点点蚀蚀、坑坑蚀蚀）：一一个个腐腐蚀蚀集集中中于于金金属属表表面面很很小小范范围围内并深入到金属内部腐蚀形态。内并深入到金属内部腐蚀形态。小小孔孔腐腐蚀蚀发发生生于于易易钝钝化化金金属属，如如不不锈锈钢钢、钛钛、铝合金等。铝合金等。第6页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：2）局部腐蚀（）局部腐蚀（localized corrosion）（1）无应力无应力条件下腐蚀形态：条件下腐蚀形态：c.缝缝隙隙腐腐蚀蚀（crevice corrosion）：当当金金属属表表面面上上存存在在异异物物或或结结构构上上存存在在缝缝隙隙时时，因因为为缝缝内内溶溶液液中相关物质迁移困难所引发缝隙内金属腐蚀现象。中相关物质迁移困难所引发缝隙内金属腐蚀现象。比比如如，金金属属铆铆接接板板、螺螺栓栓连连接接结结合合部部等等情情况况下下金金属属与与金金属属形形成成缝缝隙隙，金金属属同同非非金金属属（包包含含塑塑料料、橡橡胶胶、玻玻璃璃等等）接接触触形形成成缝缝隙隙，以以及及砂砂粒粒、灰灰尘尘、脏脏物物及及附附着着生生物物等等沉沉积积在在金金属属表表面面上上形形成成缝缝隙隙等等等。含氯溶液最易引发缝隙腐蚀。等。含氯溶液最易引发缝隙腐蚀。缝隙腐蚀机理？缝隙腐蚀机理？第7页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：2）局部腐蚀（）局部腐蚀（localized corrosion）（1）无应力无应力条件下腐蚀形态：条件下腐蚀形态：d.晶晶间间腐腐蚀蚀（intergranular corrosion）:在在金金属属晶晶粒粒未未受受到到显显著著侵侵蚀蚀情情况况下下，在在晶晶粒粒边边界界上上发发生腐蚀，并沿着晶界向纵深发展现象。生腐蚀，并沿着晶界向纵深发展现象。晶晶间间腐腐蚀蚀原原因因：晶晶界界处处存存有有杂杂质质或或合合金金偏偏析析，如如铝铝合合金金铁铁偏偏析析、黄黄铜铜锌锌偏偏析析、高高铬铬不不锈锈钢钢碳碳化化铬铬偏析等。偏析等。e.选选择择性性腐腐蚀蚀（selective corrosion）:因因为为合合金金组组分分电电化化学学性性质质差差异异或或合合金金组组织织不不均均匀匀，造造成成金属中某组分或相优先溶蚀到电解质溶液中现象。金属中某组分或相优先溶蚀到电解质溶液中现象。实例：黄铜脱锌、灰口铸铁实例：黄铜脱锌、灰口铸铁“石墨化石墨化”腐蚀腐蚀第8页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：2）局部腐蚀（）局部腐蚀（localized corrosion）（2）有应力有应力条件下腐蚀形态：条件下腐蚀形态：a.应应 力力 腐腐 蚀蚀 开开 裂裂（stress corrosion cracking）:金金属属在在拉拉应应力力和和腐腐蚀蚀介介质质共共同同作作用用下发生破坏。下发生破坏。三三个个基基本本条条件件：特特定定合合金金成成份份、足足够够大大拉拉应应力力、特定腐蚀介质特定腐蚀介质实实例例：奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢-海海水水(Cl-)、低低合合金金钢钢海海水水(H2S)、铜合金、铜合金海水海水(NH4+)特特点点：肉肉眼眼难难以以观观察察、没没有有预预兆兆、突突然然破破坏坏。危危害最大局部腐蚀。害最大局部腐蚀。第9页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：2）局部腐蚀（）局部腐蚀（localized corrosion）（2）有应力有应力条件下腐蚀形态：条件下腐蚀形态：b.腐蚀疲劳（腐蚀疲劳（corrosion fatigue）:金属在交变金属在交变循环应力和腐蚀介质共同作用下发生破坏。循环应力和腐蚀介质共同作用下发生破坏。特点：最易发生在能产生孔蚀环境中，蚀孔引发特点：最易发生在能产生孔蚀环境中，蚀孔引发应力集中；对环境没有选择性，氧含量、温度、应力集中；对环境没有选择性，氧含量、温度、pH值、溶液成份均可影响腐蚀疲劳值、溶液成份均可影响腐蚀疲劳实例：海水中高铬钢疲劳强度只有正常性能实例：海水中高铬钢疲劳强度只有正常性能30%-40%。c.氢损伤（氢损伤（hydrogen damage）：）：因为氢存在因为氢存在或氢与材料相互作用，造成材料易于开裂或脆断，或氢与材料相互作用，造成材料易于开裂或脆断，并在应力作用下发生破坏现象。并在应力作用下发生破坏现象。氢损伤三种形式：氢鼓泡、氢脆、氢蚀。氢损伤三种形式：氢鼓泡、氢脆、氢蚀。第10页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.按腐蚀形式分类：按腐蚀形式分类：2）局部腐蚀（）局部腐蚀（localized corrosion）（2）有应力有应力条件下腐蚀形态：条件下腐蚀形态：d.磨损腐蚀（磨损腐蚀（erosion corrosion）:因为腐蚀介因为腐蚀介质和金属表面之间相对运动引发金属加速破坏或质和金属表面之间相对运动引发金属加速破坏或腐蚀。腐蚀。磨损腐蚀三种形式：摩振腐蚀、冲击腐蚀（湍流磨损腐蚀三种形式：摩振腐蚀、冲击腐蚀（湍流腐蚀）、空泡腐蚀。腐蚀）、空泡腐蚀。摩振腐蚀：摩振腐蚀：又称磨损氧化，发生在大气中。多发又称磨损氧化，发生在大气中。多发部件：引擎、机车、螺栓部件：引擎、机车、螺栓冲击腐蚀：冲击腐蚀：湍流对金属突出部位冲击。泵出口处、湍流对金属突出部位冲击。泵出口处、管路弯头管路弯头空泡腐蚀：空泡腐蚀：水泡水锤作用去除保护膜。螺旋桨叶水泡水锤作用去除保护膜。螺旋桨叶片、内燃机活塞套片、内燃机活塞套第11页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.1 腐蚀基本概念腐蚀基本概念2.1.2 金属腐金属腐蚀蚀分分类类3.按腐蚀环境分类：按腐蚀环境分类：1）自自然然环环境境腐腐蚀蚀：大大气气腐腐蚀蚀、海海水水腐腐蚀蚀、土土壤壤腐蚀、微生物腐蚀腐蚀、微生物腐蚀2）工业环境介质中腐蚀：）工业环境介质中腐蚀：（1）化化工工介介质质中中腐腐蚀蚀：酸酸碱碱盐盐溶溶液液、有有机机化化合合物、含水有机溶剂介质等物、含水有机溶剂介质等（2）熔融介质中腐蚀：熔融盐、高温液体金属）熔融介质中腐蚀：熔融盐、高温液体金属4.按腐蚀温度分类：按腐蚀温度分类：1）常温腐蚀：）常温腐蚀：2）高温腐蚀）高温腐蚀5.按腐蚀时是否有水存在分类：按腐蚀时是否有水存在分类：1）湿腐蚀；）湿腐蚀；2）干腐蚀）干腐蚀第12页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理 金属与环境介质发生电化学作用而引发破坏过程称为金属与环境介质发生电化学作用而引发破坏过程称为电化学腐蚀电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海水、。主要是金属在电解质溶液、天然水、海水、土壤、熔盐及潮湿大气中引发腐蚀。它土壤、熔盐及潮湿大气中引发腐蚀。它特点特点是在腐蚀过程是在腐蚀过程中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应阳极过程和阴中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应阳极过程和阴极过程是分区进行。极过程是分区进行。金属电化学腐蚀基本上是原电池作用结果。金属电化学腐蚀基本上是原电池作用结果。金属电化学腐蚀基本上是原电池作用结果。金属电化学腐蚀基本上是原电池作用结果。第13页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.1 腐腐蚀蚀原原电电池池将将锌锌片片和和铜铜片片浸浸入入稀稀硫硫酸酸水水溶溶液液中中，再再用用导导线线把把它它们们连连接接起起来来组组成成原原电电池池(图图2-1)。这这时时因因为为锌锌电电位位较较低低，铜铜电电位位较较高高，它它们们各各自自在在电电极极溶溶液液界界面面上上建建立立电电极极过过程程平平衡衡遭遭到到破破坏坏，并并在在两两个个电电极极上上分分别别进进行行电电极极反反应应，这这时时就就有有电电流流产产生生。电电子子自自负负极极经经过过外外导导线线流流向向正正极极，即即从从锌锌片片流流向向铜铜片片，电电流流则则从从正正极极流向负极，即从铜片流向锌片。流向负极，即从铜片流向锌片。锌电极（阳极）：锌电极（阳极）：ZnZn2+2e （氧化反应）（氧化反应）铜电极（阴极）：铜电极（阴极）：2H+2eH2（还原反应）（还原反应）Zn+2H+Zn2+H2（整个（整个电电极反极反应应）第14页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.1 腐腐蚀蚀原原电电池池铜锌电池作用结果：铜锌电池作用结果：锌溶解了，即锌在电解质溶液中受到了腐蚀。锌溶解了，即锌在电解质溶液中受到了腐蚀。所以，电化学腐蚀是原电池作用结果，所以，电化学腐蚀是原电池作用结果，这种原电池称为腐蚀原电这种原电池称为腐蚀原电池或称腐蚀电池。池或称腐蚀电池。铜铜锌锌电电池池中中锌锌电电极极，因因为为它它是是一一个个较较活活泼泼金金属属，电电位位较较负负，轻轻易易失失去去电电子子而而溶溶解解成成为为正正离离子子，就就遭遭到到腐腐蚀蚀；而而铜铜电电位位较较正正，不不易易失失去去电电子子，不不溶溶解解而而不不腐腐蚀蚀。阳阳极极锌锌与与阴阴极极金金属属电电位位差差愈愈大大，锌锌腐腐蚀蚀速速度度愈愈快快。假假如如我我们们将将铜铜和和锌锌直直接接接接触触，并并一一起起浸浸入入稀稀硫硫酸酸水水溶溶液液中中，也也将将发发生生与上述原电池一样反应与上述原电池一样反应第15页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.1 腐腐蚀蚀原原电电池池直接接触腐蚀与原电池区分：直接接触腐蚀与原电池区分：锌溶解后所提供剩下电子锌溶解后所提供剩下电子不是经过外不是经过外电路电路，而是流入与它直接接触铜，并在铜表面为溶液中，而是流入与它直接接触铜，并在铜表面为溶液中氢离子所吸氢离子所吸收收，氢气在铜表面形成并逸出。只要溶液中有氢离子存在，阴极反，氢气在铜表面形成并逸出。只要溶液中有氢离子存在，阴极反应就会继续进行，应就会继续进行，锌就会继续溶解。锌就会继续溶解。上述铜锌腐蚀电池铜电极和锌电上述铜锌腐蚀电池铜电极和锌电极尺寸较大，肉眼可见，属于极尺寸较大，肉眼可见，属于宏宏观腐蚀电池观腐蚀电池。不过，通常我们见。不过，通常我们见到，即使是一块金属，浸入腐蚀到，即使是一块金属，浸入腐蚀介质中，如一块工业用锌放入硫介质中，如一块工业用锌放入硫酸溶液中，也会发生溶解。酸溶液中，也会发生溶解。原因：工业锌中含有铁杂质，杂质电位普通较锌电位高，于是组成了锌为原因：工业锌中含有铁杂质，杂质电位普通较锌电位高，于是组成了锌为阳极，杂质为阴极许许多多微小腐蚀电池。这种腐蚀电池称为阳极，杂质为阴极许许多多微小腐蚀电池。这种腐蚀电池称为微观腐蚀电微观腐蚀电池池。第16页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.2 腐蚀电池电极过程腐蚀电池电极过程金属电化学腐蚀由以下三个过程组成：金属电化学腐蚀由以下三个过程组成：（1）阳极过程，即金属溶解：）阳极过程，即金属溶解：M+nneMn+ne（2）电子从阳极区流入阴极区，）电子从阳极区流入阴极区，（3）阴极过程，从阳极区来电子被去极化剂）阴极过程，从阳极区来电子被去极化剂(如酸性溶液中氢离如酸性溶液中氢离子或中性和碱性溶液中溶解氧等子或中性和碱性溶液中溶解氧等)所吸收。所吸收。氢离子还原反应：氢离子还原反应：H+eH H+H H2第17页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.2 腐蚀电池电极过程腐蚀电池电极过程发生金属电化学腐蚀必须具备发生金属电化学腐蚀必须具备三个条件三个条件：(1)金属表面上不一样区域或不一样金属在腐蚀介质中存在着金属表面上不一样区域或不一样金属在腐蚀介质中存在着电极电极电位差，电位差，(2)含有电极电位差两电极处于含有电极电位差两电极处于短路状态短路状态，(3)金属两极都处于金属两极都处于电解质溶液中电解质溶液中。阳极：阳极：金属离子从阳极转入溶液，在阳极溶液界面上发生氧化反应而释金属离子从阳极转入溶液，在阳极溶液界面上发生氧化反应而释放放电子电子电子电子；阴极：阴极：在溶液电极界面上发生接收在溶液电极界面上发生接收电子电子电子电子还原反应。还原反应。这两种反应除有分子、离子外，还有这两种反应除有分子、离子外，还有电子电子电子电子参加反应，故叫参加反应，故叫电化学反应电化学反应电化学反应电化学反应第18页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型1.宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池(1)异金属电池异金属电池这是两种或两种以上不一样金属相接触，在电解质溶液中组成腐蚀电池，又这是两种或两种以上不一样金属相接触，在电解质溶液中组成腐蚀电池，又称腐蚀电偶。在实际金属结构中经常有不一样金属相接触，可观察到电位较称腐蚀电偶。在实际金属结构中经常有不一样金属相接触，可观察到电位较负金属负金属(阳极阳极)加速腐蚀，而电位较正金属加速腐蚀，而电位较正金属(阴极阴极)腐蚀减慢，甚至得到保护。腐蚀减慢，甚至得到保护。组成异金属电池两种金属电极电位相差愈大，引发局部腐蚀愈严重。这种腐组成异金属电池两种金属电极电位相差愈大，引发局部腐蚀愈严重。这种腐蚀破坏称为电偶腐蚀。蚀破坏称为电偶腐蚀。比如，舰船推进器是用青铜制，舰船在海洋中航行时，比如，舰船推进器是用青铜制，舰船在海洋中航行时，因为青铜电位较高，钢制船体电位较低，由此组成腐蚀电池，钢制船体成为因为青铜电位较高，钢制船体电位较低，由此组成腐蚀电池，钢制船体成为阳极而遭受腐蚀。阳极而遭受腐蚀。第19页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型1.宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池(2)浓差电池浓差电池同一个金属浸入同一个电解质溶液中，同一个金属浸入同一个电解质溶液中，若局部浓度不一样若局部浓度不一样，即可形成腐蚀电，即可形成腐蚀电池。如船舷及海洋工程结构水线区域，在水线上面钢铁表面水膜中含氧量较池。如船舷及海洋工程结构水线区域，在水线上面钢铁表面水膜中含氧量较高；在水线下面氧溶解量较少，加上扩散慢，钢铁表面处含氧量较水线上要高；在水线下面氧溶解量较少，加上扩散慢，钢铁表面处含氧量较水线上要低得多。含氧量高区域，因为氧还原作用而成为阴极，溶氧量低区域成为阳低得多。含氧量高区域，因为氧还原作用而成为阴极，溶氧量低区域成为阳极而遭到腐蚀。因为溶液电阻影响，通常严重腐蚀部位离开水线不远，极而遭到腐蚀。因为溶液电阻影响，通常严重腐蚀部位离开水线不远，故称故称水线腐蚀水线腐蚀。第20页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型1.宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池(3)温差电池温差电池浸入电解质溶液中金属各部位因为温度不一浸入电解质溶液中金属各部位因为温度不一样可能形成样可能形成温差电池温差电池。温差电池腐蚀常发生。温差电池腐蚀常发生在热交换器、锅炉等设备中，比如碳钢热交在热交换器、锅炉等设备中，比如碳钢热交换器，高温部位碳钢电位低，成为腐蚀电池换器，高温部位碳钢电位低，成为腐蚀电池阳极；低温部位碳钢电位高，成为阴极，形阳极；低温部位碳钢电位高，成为阴极，形成了温差电池。成了温差电池。第21页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型2.微观腐蚀电池微观腐蚀电池在同一金属表面上因为电化学在同一金属表面上因为电化学不均匀性不均匀性而产生许多微小电极，形成微观腐而产生许多微小电极，形成微观腐蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个：(1)金属化学成份不均匀性。金属化学成份不均匀性。普通工业纯金属含有杂质，而工业用普通工业纯金属含有杂质，而工业用金属材料绝大部分为合金，属多相金金属材料绝大部分为合金，属多相金属，如碳钢中属，如碳钢中Fe3C，不一样相化学成不一样相化学成份不一样，电化学性质就不一样份不一样，电化学性质就不一样，在，在电解质溶液中形成阴极，则加速基体电解质溶液中形成阴极，则加速基体金属溶解。合金成份偏析也会引发电金属溶解。合金成份偏析也会引发电化学不均匀性，形成微电池。化学不均匀性，形成微电池。第22页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型2.微观腐蚀电池微观腐蚀电池在同一金属表面上因为电化学在同一金属表面上因为电化学不均匀性不均匀性而产生许多微小电极，形成微观腐而产生许多微小电极，形成微观腐蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个：(2)金属组织不均匀性。金属组织不均匀性。现现在在工工业业用用金金属属绝绝大大部部分分为为合合金金，是是多多晶晶体体金金属属，表表面面存存在在无无数数晶晶粒粒边边界界。晶晶界界存存在在成成份份不不均均晶晶体体缺缺点点，在在电电解解质质溶溶液液中中因因为为晶晶格格畸畸变变，能能量量较较高高显显得得不不稳稳定定，因因而而先先行行溶溶解解腐腐蚀蚀，如如不不锈钢晶间腐蚀即属这类。锈钢晶间腐蚀即属这类。第23页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型2.微观腐蚀电池微观腐蚀电池在同一金属表面上因为电化学在同一金属表面上因为电化学不均匀性不均匀性而产生许多微小电极，形成微观腐而产生许多微小电极，形成微观腐蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个：(3)金属物理状态不均匀性。金属物理状态不均匀性。金属在加工和装配过程中常受到局部塑金属在加工和装配过程中常受到局部塑性变形及应力不均匀性。性变形及应力不均匀性。普通变形较大普通变形较大部位成为阳极部位成为阳极，如钢板弯曲较大部位总，如钢板弯曲较大部位总是首先受到腐蚀。金属构件在使用中往是首先受到腐蚀。金属构件在使用中往往受力不均。经验证实，应力集中部位往受力不均。经验证实，应力集中部位通常为阳极，首先遭到破坏。通常为阳极，首先遭到破坏。第24页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.2 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理2.2.3 腐蚀电池类型腐蚀电池类型2.微观腐蚀电池微观腐蚀电池在同一金属表面上因为电化学在同一金属表面上因为电化学不均匀性不均匀性而产生许多微小电极，形成微观腐而产生许多微小电极，形成微观腐蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个蚀电池。引发金属表面电化学不均匀原因很多，主要有以下几个：(4)金属表面防护膜不完整性。金属表面防护膜不完整性。金属表面防护膜不均匀、不完整或金属表面防护膜不均匀、不完整或有孔隙，则表面膜与孔隙下基体金有孔隙，则表面膜与孔隙下基体金属形成微观腐蚀电池。多数憎况下属形成微观腐蚀电池。多数憎况下基体金属电位较负，成为微电池阳基体金属电位较负，成为微电池阳极，形成孔膜电池，常造成点蚀。极，形成孔膜电池，常造成点蚀。铝表面点蚀机理铝表面点蚀机理第25页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.3 金属电极电位金属电极电位2.3.1 双电层理论双电层理论金属在腐蚀介质中产生电化学腐蚀基本条件之一是金属表面不一样区域金属在腐蚀介质中产生电化学腐蚀基本条件之一是金属表面不一样区域存在着电极电位差而形成腐蚀原电池，有腐蚀电流产生。原电池产生电存在着电极电位差而形成腐蚀原电池，有腐蚀电流产生。原电池产生电流机理可用双电层理论说明：流机理可用双电层理论说明：金属浸入电解质溶液中，其表面上金属正金属浸入电解质溶液中，其表面上金属正离子因为受到极性水分子吸引，发生水化离子因为受到极性水分子吸引，发生水化作用，有进入溶液而形成离子倾向，将电作用，有进入溶液而形成离子倾向，将电子留在金属表面。假如水化时所产生水化子留在金属表面。假如水化时所产生水化能足以克服金属晶格中金属离子与电子间能足以克服金属晶格中金属离子与电子间引力，则金属离子脱离金属表面进入与金引力，则金属离子脱离金属表面进入与金属表面相接触溶液层中形成水化离子，金属表面相接触溶液层中形成水化离子，金属晶格上电子受水分子电子壳层同性电荷属晶格上电子受水分子电子壳层同性电荷排斥，不能进入溶液，依然留在金属内。排斥，不能进入溶液，依然留在金属内。第26页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.3 金属电极电位金属电极电位2.3.1 双电层理论双电层理论类型类型A：金属水化离子带正电，留在金金属水化离子带正电，留在金属表面电子带负电，因为正负电荷相互属表面电子带负电，因为正负电荷相互吸引，于是在与溶液接触金属表面聚集吸引，于是在与溶液接触金属表面聚集一定数量电子，形成了负电层；在与金一定数量电子，形成了负电层；在与金属接触溶液层中聚集一定数量金属离子，属接触溶液层中聚集一定数量金属离子，形成了正电层。即在金属溶液界面上形成了正电层。即在金属溶液界面上形成了双电层。形成了双电层。类型类型B：假如金属离子键合能超出金属假如金属离子键合能超出金属离子水化能，则金属表面可能从溶液中离子水化能，则金属表面可能从溶液中吸附一部分正离子，结果在金属表面带吸附一部分正离子，结果在金属表面带正电，与金属表面相接触液层带负电，正电，与金属表面相接触液层带负电，形成了另一个双电层。形成了另一个双电层。因为双电层形成，在金属和溶液界面上产生了电位差因为双电层形成，在金属和溶液界面上产生了电位差第27页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.3 金属电极电位金属电极电位2.3.1 双电层理论双电层理论金属电极电位大小是由金属表面双电层金属电极电位大小是由金属表面双电层电荷密度电荷密度(单位面积上电荷数单位面积上电荷数)决定。决定。金属表面电荷密度与很多原因相关。首先它取决于金属性质。另外，金属金属表面电荷密度与很多原因相关。首先它取决于金属性质。另外，金属表面状态、温度以及溶液中金属离子浓度等都对金属电极电位有影响。它表面状态、温度以及溶液中金属离子浓度等都对金属电极电位有影响。它们之间关系可用们之间关系可用能斯特方程式能斯特方程式来表示来表示:EM/Mn+金属离子活度为 时金属平衡电极电位；E0M/Mn+金属离子活度为1时金属平衡电极电位(金属标准电极电位)，R气体常数；T绝对温度；F法拉第常数，n参加反应电子数，Mn+溶液中金属离子活度第28页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.3 金属电极电位金属电极电位2.3.1 双电层理论双电层理论金属实际腐蚀过程中，电极上可能同时存在两个或两个以上电极过程，电极金属实际腐蚀过程中，电极上可能同时存在两个或两个以上电极过程，电极上不可能出现物质交换和电荷交换都到达平衡情况，这种情况下电极电位称上不可能出现物质交换和电荷交换都到达平衡情况，这种情况下电极电位称为非平衡电极电位，或称为不可逆电极电位。为非平衡电极电位，或称为不可逆电极电位。这里尤其指出，非平衡电极电这里尤其指出，非平衡电极电位不服从能斯特方程式，它只能由试验来测定。在研究金属腐蚀时，非平衡位不服从能斯特方程式，它只能由试验来测定。在研究金属腐蚀时，非平衡电极电位含有很主要实际意义。电极电位含有很主要实际意义。金属电极电位绝对值，不论是平金属电极电位绝对值，不论是平衡还是非平衡，都无法用试验来衡还是非平衡，都无法用试验来测定。不过它测定。不过它相对值相对值则可用比较则可用比较方法准确地测定。为此，要求标方法准确地测定。为此，要求标淮氢电极电极电位为零。在测定淮氢电极电极电位为零。在测定金属电极电位时，将待测电极与金属电极电位时，将待测电极与标准氢电极组成原电池，此原电标准氢电极组成原电池，此原电池电动势就是待测电极电位值。池电动势就是待测电极电位值。第29页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.3 金属电极电位金属电极电位2.3.2 金属标准电动序金属标准电动序当金属浸当金属浸入含有本入含有本身离子电身离子电解质溶液解质溶液中，且离中，且离子活度等子活度等于于1时所时所测定电极测定电极电位称为电位称为该金属该金属标标准电极电准电极电位位。金属金属-金属离子平衡金属离子平衡（单位活度）（单位活度）电极电位（相对电极电位（相对于标准氢电极于标准氢电极25 oC，V）金属金属-金属离子平衡金属离子平衡（单位活度）（单位活度）电极电位（相对电极电位（相对于标准氢电极于标准氢电极25 oC，V）钝钝性性金金属属或或阴阴极极Au-Au3+1.498 钝钝性性金金属属或或阴阴极极Co-Co2+0.277Pt-Pt2+1.2Cd-Cd2+0.403Pd-Pd2+0.987Fe-Fe2+0.440Ag-Ag+0.799Cr-Cr3+0.744Hg-Hg2+0.788Zn-Zn2+0.763Cu-Cu2+0.337Al-Al3+1.662H2-2H+0.000Mg-Mg2+2.363Pb-Pb2+0.126Na-Na+2.714Sn-Sn2+0.136K-K+2.925Ni-Ni2+0.250表表2-1 金属标准电动序金属标准电动序第30页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.3 金属电极电位金属电极电位2.3.2 金属标准电动序金属标准电动序氢电极实际制作和携带使用都很不方便，在实际使用中广泛使用表氢电极实际制作和携带使用都很不方便，在实际使用中广泛使用表2-2所列所列参比电极。参比电极。电极电极电位（相对于标准氢电极电位（相对于标准氢电极25 oC，V）电极电极电位（相对于标准氢电位（相对于标准氢电极电极25 oC，V）铜铜/硫酸铜硫酸铜+0.32甘汞（当量甘汞（当量KCl）+0.28银银/氯化银氯化银/饱和饱和KCl+0.20甘汞（饱和甘汞（饱和KCl）+0.25银银/氯化银氯化银/海水海水+0.25锌锌/海水海水0.78表表2-2 惯用参比电极及其电位（惯用参比电极及其电位（25oC）第31页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.4 电极极化作用电极极化作用金属发生电化学腐蚀原因是因为形成了腐蚀原电池。而任一个腐金属发生电化学腐蚀原因是因为形成了腐蚀原电池。而任一个腐蚀原电池反应包活蚀原电池反应包活两个电极过程及一个液相传质过程两个电极过程及一个液相传质过程。电极过程。电极过程包括电极包括电极/溶液之间电荷传递，即在界面上必定发生电极反应。电溶液之间电荷传递，即在界面上必定发生电极反应。电极反应速度决定于金属溶解快慢和腐蚀电流大小。因而我们要搞极反应速度决定于金属溶解快慢和腐蚀电流大小。因而我们要搞清影响电极反应速度亦即金属电化学腐蚀速度各种原因和改变规清影响电极反应速度亦即金属电化学腐蚀速度各种原因和改变规律，从而提出控制反应速度有效办法。金属电化学腐蚀过程中所律，从而提出控制反应速度有效办法。金属电化学腐蚀过程中所发生发生极化作用和去极化作用极化作用和去极化作用是影响金属腐蚀速度主要原因。是影响金属腐蚀速度主要原因。第32页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二章第二章 金属电化学腐蚀原理金属电化学腐蚀原理2.4 电极极化作用电极极化作用2.4.1 电极极化电极极化一块孤立金属上同时进行两个电极反应时，能得到某一个稳定电位。它数值一块孤立金属上同时进行两个电极反应时，能得到某一个稳定电位。它数值既不等于阳极反应平衡电位，也不等于阴极反应平衡电位，而是介于二者之既不等于阳极反应平衡电位，也不等于阴极反应平衡电位，而是介于二者之间。这个现象就是因为间。这个现象就是因为电极极化作用电极极化作用引发结果。引发结果。因为电流流过而引发腐蚀电池两电极间电位差减小现象称为电池极因为电流流过而引发腐蚀电池两电极间电位差减小现象称为电池极化化，阳极电位向正方向移动现象称为，阳极电位向正方向移动现象称为阳极极化阳极极化，阴极电位向负方向，阴极电位向负方向移动现象称为移动现象称为阴极极化阴极极化。腐蚀电池极化可使腐蚀电流强度降低，从。腐蚀电池极化可使腐蚀电流强度降低，从而降低了金属腐蚀速度。假如没有极化现象发生，电化学腐蚀速度而降低了金属腐蚀速度。假如没有极化现象发生，电化学腐蚀速度要比实际观察到快几十倍甚至几百倍。所以从电化学保护观点看，要比实际观察到快几十倍甚至几百倍。所以从电化学保护观点看，极化作用是非常有利极化作用是非常有利，探讨产