电化学腐蚀的基本原理

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1、材料腐蚀与防护贵州大学材料与冶金学院第三章电化学腐蚀的基本原理3.1腐蚀电池3.2腐蚀原电池类型3.3电极与电极电位3.4腐蚀过程热力学判据3.5电位-pH图金属的腐蚀在生活中非常普遍3.1.1电化学腐蚀（湿腐蚀）1.现象各种介质中的腐蚀现象。2.定义金属材料与电解质溶液接触时，在界面上有自由电子参加的氧化和还原反应，致使接触面处的金属离子化，从而破坏金属材料特性的过程称为电化学腐蚀，也称为湿腐蚀。除了极度干燥的情况（如干燥沙漠），一般在常温下发生的均是电化学腐蚀。3.1腐蚀电池3.1.2腐蚀原电池原电池原电池：

2、能把化学能转为电能，做有用功的装置。原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程，阴极的还原过程以及电子和离子的输送过程组成。其中电子和离子的运动构成了电回路。原电池的来源：1800年，Volta发现用一对锌盘和银盘固定在含有盐水的硬纸板上，当用双手接触锌盘和银盘时，感觉有微电流通过。1836年，英国化学家Daniel发明以其名字命名的丹聂尔电池腐蚀电池（腐蚀原电池）只导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路原电池称为腐蚀电池。(a)Zn块和Cu块通（b)Zn块和Cu块直c)Cu作为杂质分过导线连接接接触（短路）布在Z

3、n表面阳极Zn:Zn→Zn2++2e（氧化反应）阴极Cu:2H++2e→H2↑（还原反应）图3-1腐蚀电池的构成腐蚀原电池腐蚀原电池工作的三个必须的环节:(1)阳极过程(2)阴极过程(3)电流的流动(其中电子和离子的运动构成了电回路)腐蚀原电池过程阳极过程：金属溶解以离子形式溶液，同时把等量电子留在金属中。阴极过程：阳极迁移过来的电子与溶液中可以接受电子的物质D反应。电极反应的重要特点：电极反应是伴随着两类不同导体相之间的电荷转移过程发生的，也就是说电极反应进行时，电极材料必须释放或接纳电子。电极反应必须发生在电

4、极材料表面上，因此具有表面反应特点不管有几个阳极反应或阴极反应在进行，腐蚀时总的氧化速度等于总的还原速度。阳极阴极电解质溶液（*）电池反应的推动力-电池两个电极的电位差构成腐蚀原电池的基本要素（*）腐蚀原电池产生的电流是由于它的两个电极在电解质中的电位不同产生的电位差引起的，该电位差是电池反应的推动力电流流动：在金属中靠电子从阳极流向阴极；在溶液中靠离子迁移；在阳、阴极区界面上分别发生氧化还原反应，实现电子的传递。Fig.3－3。从金属腐蚀历程也可看出化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，Fig.3－4。金属腐蚀的实质金属

5、的腐蚀种类原理区别腐蚀速度联系金属原子失去电子被氧化而消耗的过程：M-ne-=Mn+化学腐蚀电化学腐蚀金属和其它物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀直接发生氧化还原反应发生原电池反应腐蚀过程无电流产生有电流产生金属直接被腐蚀较活泼金属被腐蚀电化学腐蚀>化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大电化学腐蚀的次生反应腐蚀过程中，阳极和阴极反应的直接产物称为一次产物(PrimaryProduct)。一次产物在浓差作用下扩散和迁移，当阴、阳极

6、产物相遇时，可能生成难溶的金属氢氧化物，称为二次产物或次生产物(SecondaryProduct)。如，当pH＞5.5时，钢铁在水溶液中的腐蚀：Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓pH＞5.2时，锌在水溶液中的腐蚀：Zn2++2OH-→Zn(OH)2↓若金属有更高价态时，则腐蚀产物可能被进一步氧化。4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3蓝色：显示Fe2+(阳极区)红色：显示OH-（阴极区）棕色：铁锈[初始外观][其后外观]3%NaCl+铁氰化钾+酚酞Fe盐水滴实验形成腐蚀电池的原因金属方面环境方面成分

7、不均匀金属离子浓度差异组织结构不均匀氧含量的差异表面状态不均匀温度差异应力和形变不均匀热处理差异腐蚀电池形成原因举例应力集中砂土粘土铜器上的铁铆钉为什么特别容易生锈？腐蚀电池和原电池的异同1.相同点（1）电化学过程腐蚀电池和原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、阴极的还原过程、离子的迁移、电子流动过程组成，整个电池体系形成一个回路。电池中离子的迁移和电子的流动，其动力是电池电动势。金属发生电化学腐蚀的难易，在热力学上取决于腐蚀原电池的电动势。（2）组成阳极、阴极、电解质溶液、电路。2.不同点原电池：电子在外电路中

8、；化学能转为电能，对外做有用功。腐蚀原电池：电子自耗于腐蚀电池内；不对外做有用功。3.2腐蚀原电池类型1.宏观腐蚀电池——电极尺寸相对较大（肉眼可以分辨阴极和阳极）微观腐蚀电池——电极尺寸微小根据构成腐蚀电池的电极尺寸大小，可以把腐蚀电池分为两类：宏观腐蚀电池1.异种金属相接触如电偶腐蚀2.浓差电池(1)金属离子浓度不同，浓度低电位低，容易腐蚀(2)氧浓度不同氧浓度低电位