电化学腐蚀动力学课件.ppt

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1、电化学腐蚀动力学腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位极化现象对一个宏观腐蚀电池，当电路未接通时，阳极开路电位为EA0，阴极的开路电位为EK0，腐蚀系统的电阻为R。电池回路接通后，由欧姆定律，电路接通后的电流为：实验发现，仅在回路接通的瞬间，I0相当大，之后迅速下降，逐渐达到一稳定值I。实验证明，在电路接通后，EK0和EA0都改变了。这种电池工作过程由于电流流动而引起电位偏离初始值的现象，称为极化现象腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位极化现象阳极极化通阳极电流后，阳极电位向正方向偏离，称阳极极化阴极极化通阴极电流后，阴极电位向负方向偏离，称阴极极化I0I数秒数分数小时电流接通后

2、接通前时间-EEKEA0EK0ΔEKEAΔE0ΔEΔEA腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位阳极极化与阴极极化产生极化现象的根本原因是阳极或阴极的电极反应与电子迁移速度存在差异引起的。电子在金属导体中的速度非常快，而任何物质的化学反应或电化学反应速度由于各种动力学因素的影响，比电子迁移速度要慢得多。由此，阴、阳极之间的电流流动，必然出现极化现象极化现象的存在对腐蚀电池的工作强度降低有很大的意义。了解极化作用的原因及其影响因素，对防腐蚀工程有十分重要的意义腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位阳极极化与阴极极化电化学极化（活化极化）阴极上由于去极剂结合电子的速度迟缓，来不及全部消耗

3、来自阳极的电子，形成电子堆集，造成阴极电子密度增高，电位向负方向移动阳极上金属失去电子成为水化离子的反应速度落后于电子流出阳极的速度，破坏了双电层的平衡，使双电层电子密度减少，阳极电位向正方向移动这种由于电化学反应与迁移速度差异而引起电位的降低或升高称为电化学极化。因阳极或阴极的电化学反应需较高的活化能，电极反应必须电极电位正移或负移到某一值才得以进行腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位阳极极化与阴极极化浓差极化溶液中的去极剂由于浓度差向阴极扩散速度低于去极剂与电子的反应速度或阴极表面形成的反应物不能及时离开电极表面，造成阴极电子堆积，电位负移阳极反应产生的金属离子从金属-溶液界

4、面附近向溶液深处扩散，如果迁移速度比金属离子化反应速度慢，造成阳极表面附近金属离子浓度很快增高而使阳极电位正移这种阴极或阳极的极化作用称为浓差极化腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位阳极极化与阴极极化膜阻极化电镀或生成的钝化膜对金属形成保护。阳极过程受到强烈的阻滞，使阳极电位急剧正移。同时由于保护膜的存在，系统的电阻增高，造成很大电压降。这种保护膜的存在引起的极化，称为膜阻极化或电阻极化。一般溶液在流速较大时，浓差极化较弱；金属处于活性状态下，电化学极化较小；由于钝化形成保护膜，膜阻极化成为主要阻力腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位过电位定义腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极

5、电位降低或阳极电位升高，其偏离初始电位的绝对值，称为过电位，即：过电位直接从量上反映出极化的程度，对研究腐蚀速度十分重要腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位过电位电化学过电位ηa定义：由电化学极化引起的电位偏离值称为电化学过电位或活化过电位影响因素：材料种类、电极上的电流密度、溶液的组成、温度电流密度很小时的ηa过电位与电流密度成线性关系：式中：RF—法拉第电阻，随电极材料、溶液种类及温度而异的常数腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位过电位电化学过电位ηa电流密度较高时的ηa过电位与电流密度的关系将遵循Tafel公式式中：a—与电极材料、表面状态、溶液组成及温度有关的常

6、数；b，β—与电极材料无关的常数，分别为常用对数和自然对数的Tafel斜率，b=2.3βTafel公式是一个经验式，与电极动力学推导的结果基本一致腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位过电位扩散过电位ηd定义：由浓差极化引起的电位偏离值称为扩散过电位扩散过程特点：参与阴极或阳极反应的物质依靠电极表面附近和溶液本体中的浓度梯度而进行的扩散运动，一般它的速度远比阴、阳极电极反应建立平衡的速度缓慢得多，因此可以将电化学反应过程始终看作处于平衡状态。因此可以用Nerst方程计算发生浓差极化前后的电极电位腐蚀速度-电化学腐蚀动力学扩散过电位ηd的计算设回路中电流为零时，在电极表面附近和溶

7、液本体中参与电极反应的物质浓度相同，等于CM（阳极反应物质的浓度）或CD（阴极反应物质的浓度），则阳极或阴极的电位为电池工作后，由于浓差极化作用，阳极表面附近的金属离子浓度由CM升高到CM′；阴极表面附近的去极剂浓度由CD降到CD′，此时阳极或阴极的电位为腐蚀速度-电化学腐蚀动力学极化与过电位过电位膜阻过电位ηr金属表面生成的保护膜具有较大的电阻值，ηr实际上就是电流通过膜时的欧姆电位降，即：式中：Re—保护膜的电阻值电极过程的控制因素在阴极或阳极过程中，电极反