对于工程技术而言,金属的腐蚀与防护是一个 重要问题 §4-7金属的腐蚀与防护 据统计,全世界每年由于腐蚀而遭受破坏报废的金属 设备和材料的重量约为金属年产量的20~30% 其中还未计算由此引起的间接损失 如设备出事故 人员伤亡 停工停产等等
对于工程技术而言, 金属的腐蚀与防护是一个 重要问题 §4-7 金属的腐蚀与防护 • 据统计，全世界每年由于腐蚀而遭受破坏报废的金属 设备和材料的重量约为金属年产量的20~30%！ • 其中还未计算由此引起的间接损失 • 如 设备出事故 • 人员伤亡 • 停工停产等等
M的腐蚀:M与外界介质接触、发生相互作用而受到破 坏的现象 分类:1)按介质:酸、碱性腐蚀 2)按破坏程度 3)按化学机制分 化学腐蚀电化学腐蚀 化学腐蚀:M与介质直接作用发生化学反应 如P129习题27Fe+CO2FeO+CO等 又如:A+O2→Al2O3经常发生于电子仪器设备 计算机等,导致接触不良,工作失常⑧⑧ 特点:发生化学腐蚀时,无电流产生 化学腐蚀的规律已经在第一章讨论,如计算Q,用△Gm 判断,这里不再赘述,而我们关心的是
• M的腐蚀：M与外界介质接触、发生相互作用而受到破 坏的现象 • 分类：1) 按介质：酸、碱性腐蚀 • 2) 按破坏程度 • 3) 按化学机制分 化学腐蚀 电化学腐蚀 • 化学腐蚀：M与介质直接作用发生化学反应 • 如P129习题27 Fe + CO2 ➔ FeO + CO 等 • 又如：Al + O2 ➔ Al2O3 经常发生于电子仪器设备、 计算机等，导致接触不良，工作失常 • 特点：发生化学腐蚀时，无电流产生 • 化学腐蚀的规律已经在第一章讨论，如计算Q, 用rGm 判断，这里不再赘述，而我们关心的是
)电化学腐蚀 因为电化学腐蚀更常见、危害更严重 尤其是在现代工业发达的社会中,空气中含有更多的 CO2、SO2、H2S等气体 它们溶解在空气中的水雾中,或者与水蒸气一起被金属 表面吸附后,都形成酸性溶液,充当原电池的电解质溶液 不分场合、地点和时间,形成无数个原电池,日夜不停 地发生电池反应 H H2∠H2 F Fe 内电路 R内≠0 H H*+H e e 外电路 Cu Fe,C Rbk=0 Fe Cu FeC的较高(形成微电池)
• (一) 电化学腐蚀 • 因为电化学腐蚀更常见、危害更严重 • 尤其是在现代工业发达的社会中，空气中含有更多的 CO2、SO2、H2S等气体 • 它们溶解在空气中的水雾中, 或者与水蒸气一起被金属 表面吸附后, 都形成酸性溶液, 充当原电池的电解质溶液 • 不分场合、地点和时间，形成无数个原电池，日夜不停 地发生电池反应: 内电路 R内≠0 外电路 R外=0 Fe2+ Fe3C Fe3C 的 较高 (形成微电池) Cu Fe Cu Fe2+ e H+ H2 e H+ H2 e e H2 H+
与原电池比较,负极Fe失去e:Fe-2e==Fe2+ 氧化反应电解池中的阳极反应 正极Cu/Fe3C得e:2H++2e=H2 还原反应电解池中的阴极反应 因此,腐蚀电池的名称:阳极、阴极 故阳极上都是:Fe-2e=Fe(+O2→Fe3O4) 阴极上有:酸性介质:2H+2e=H 析H腐蚀 微酸性、碱性介质:O2+2H2O+4e=4OH OH进一步+Pe2→Fe(OH)2+O2→Fe2Ol吸O2魔蚀 由此可见,腐蚀过程所经历的三个环节 1)阳极失去e被腐蚀 总是较活泼的M作为阳极,失去e被腐蚀消耗 2)与另外—种α较高的阴极导电物质直接接触,转移e 3)e被H或O2吸收
• 与原电池比较，负极 Fe失去e：Fe – 2e == Fe2+ 氧化反应——电解池中的阳极反应 • 正极 Cu/Fe3C 得e：2H+ + 2e == H2 • 还原反应——电解池中的阴极反应 因此，腐蚀电池的名称：阳极、阴极 • 故 阳极上都是：Fe – 2e == Fe2+ (+ O2➔Fe3O4 ) • 阴极上有：酸性介质： 2H+ + 2e == H2 析H2腐蚀 • 微酸性、碱性介质：O2 + 2H2O + 4e == 4OH- • OH- 进一步[+ Fe2+ ➔ Fe(OH)2 +O2 ➔ Fe3O4 ] 吸O2腐蚀 • 由此可见，腐蚀过程所经历的三个环节 • 1) 阳极失去e被腐蚀 总是较活泼的M作为阳极，失去e被腐蚀消耗 • 2) 与另外一种较高的阴极导电物质直接接触，转移e • 3) e被H+或O2吸收
对腐蚀电池,这三个过程缺一不可 任意环节被终止,都可使腐蚀停止/慢 因此可以限制任意过程,达到防腐的目的③ 也可进一步分析腐蚀电池的突出特点 有电流产生,直接接触→外电路短路R外=0! 由欧姆定律:FER(R>0)或”魔蚀=o 而实际情况尚非如此,Wy? ∵(1)内电路电池内阻R内0,R总一R内十尺外0 (2)电动势E=阳,随腐蚀的发生变不变? Yes.通常要变,使得E—称 (〓)腐蚀电池的极化
• 对腐蚀电池，这三个过程缺一不可 • 任意环节被终止，都可使腐蚀 停止/减慢 • 因此可以限制任意过程，达到防腐的目的 ☺ 也可进一步分析腐蚀电池的突出特点 • 有电流产生，直接接触 ➔ 外电路 短路 R外=0 ! • 由欧姆定律： I=E/R (R→0) 或 v腐蚀= ∞! • 而实际情况尚非如此，Why? • ∵ (1) 内电路/电池内阻 R内≠0, R总= R内+ R外≠0 • (2) 电动势E = 阴-阳，随腐蚀的发生变/不变？ Yes. 通常要变，使得E ——称 • (二) 腐蚀电池的极化
,{一 都是难溶沉淀 FeCO、覆盖电极表面 使M表面上m(M)↑,Fe溶解受阻。沉积趋势增大 导致阳极数少→细→E,如图 (阴理 腐电池的q实 7 极化曲线 阳实 }E实际E理论 (阳理 上0平衡40时 阴极:2H++2e=H2不是形成就离开,而是覆盖 O2+2H2Q+4e=4OH电极表面使进一步放电困难 导致阴极上过剩如图w→E
• OH- Fe(OH)2 • 阳极：Fe2+ + S 2- FeS • CO3 2- FeCO3 • 阴极：2H+ + 2e == H2 不是一形成就离开，而是覆盖 • O2 + 2H2O +4e == 4OH- 电极表面, 使进一步放电困难 导致 阴极上e过剩 如图: 阴 ➔ E 阴实 I=0 平衡 I≠0时 阴 阳 阳实 阴理 阳理 E实际 E理论 腐蚀电池的 极化曲线： 都是难溶沉淀 覆盖电极表面 • 使M表面上m(Mn+ ), Fe溶解受阻。沉积趋势增大 导致 阳极e数少 ➔ 阳 ➔ E，如图
腐蚀电池两极极化的结果,都使腐蚀速率减慢 此对防腐有?比较电解池极化? 事实上,影响腐蚀的因素还很多,除上述极化、金属活 泼性以外,还如成分杂质含量、晶粒大小、表面状态、 介质、温度等既多又复杂 根据腐蚀发生的原因,可以总结一些防腐的一般方法 (三)金属防腐的主要方法如 1)阳极氧化/表面处理:Fe的表面钝化,生成致密的 FeO膜,如用浓H2SO处理 对黑色金属,一般都可以做到,称发黑处理 还有用强碱性介质处理 2)改善金属本身性能:如Fe中加Cr,形成不锈钢 Cr18 Ni9T1 Cr crc3致密膜,覆盖表面
• 腐蚀电池两极极化的结果，都使腐蚀速率减慢 • 此对防腐 有? 比较电解池极化 ? • 事实上，影响腐蚀的因素还很多，除上述极化、金属活 泼性以外，还如成分/杂质含量、晶粒大小、表面状态、 介质、温度等——既多又复杂 • 根据腐蚀发生的原因，可以总结一些防腐的一般方法 • (三) 金属防腐的主要方法——如： • 1) 阳极氧化/表面处理：Fe的表面钝化，生成致密的 Fe3O4膜，如用浓H2SO4处理 对黑色金属，一般都可以做到，称 发黑处理 还有用强碱性介质处理 • 2) 改善金属本身性能：如Fe中加Cr，形成不锈钢 1Cr18Ni9Ti Cr ➔ Cr2O3 致密膜，覆盖表面
3)增加防护层:渡层:Zn(白)、Sn(马口)、Cu、Cr等 [实验:Zn(阳极被腐蚀)-Fe] [如果:Sn-Fe(阳极被腐蚀〗 搪瓷隔离,油漆(最简单等 4)外接直流电源:提供e,使金属(称阴极保护不易失去 电子进入溶液被消耗—教材P1l 5)牺牲阳极∶接电势较低的金属,提供e被腐蚀 6)处理介质加入有阻碍延缓腐蚀进行的介质缓蚀剂 因为缓蚀剂常有-NH2可以增加极化 -NH2+Ht2-NH3 R-NH3被M表面e吸引,阻止H放电,从而阻止M的溶解 习题:28,29
• 3) 增加防护层：渡层：Zn(白)、Sn(马口)、Cu、Cr等 [实验：Zn(阳极被腐蚀)-Fe] [如果：Sn-Fe(阳极被腐蚀)] 搪瓷隔离; 油漆(最简单)等 • 4) 外接直流电源：提供e, 使金属(称阴极保护)不易失去 电子进入溶液/被消耗 ——教材P111 • 5) 牺牲阳极：接电势较低的金属，提供e被腐蚀 • 6) 处理介质: 加入有阻碍/延缓腐蚀进行的介质: 缓蚀剂 因为缓蚀剂常有–NH2 , 可以增加极化： –NH2 + H+ ➔ –NH3 + R–NH3 + 被M表面e吸引, 阻止H+放电, 从而阻止M的溶解 习题: 28, 29