金属钝化现象的电子理论研究 李连杰挂赤斌 (海军工程大学船拍与动力工程学院，湖北武汉430033) 摘要本文提出导致金属纯化的本质原因是在金届表面形成起保护作用的平衡电层，并使表面的电化学电位升高 从面抽了金离子水化过程的行 关键词：金属纯化电化学平衡电层 中图分类号：TG172.5 文献标识码：A 文章编号：1008-7818(2009y08-0024-03 Electron theory explaining and analysis of metal passivation LI Lian-jie.GUI Chi-bin College ofinNavaUnivenion Wh China) result in metal sof metal on hvdrat 1问题的提出 被人们所发现，并应用于生产实我 第一，铁在浓硝酸中发生钝 中。但是由于钝化现象的复杂性，化，但是在稀硝酸中几平不发牛钝 铁在硝酸中一般会遗到强烈的 对于钝化的机理，至今仍没有一个 化，假设是因为浓硝酸氧化性比稀 腐蚀，但是当硝酸的浓度达到35% 很完整的理论米解释所有的金属钝 硝酸强的原因，然而，金属除了可 以上时，铁的腐蚀速度显著诚小，硝 化现象。目前，有两种金届钟化的用一些氧化剂处理使之使化外， 酸浓度达到60%时，铁反而几乎不 理论 些非氧化剂也可以使其钝化，例如 腐蚀。如果将经过浓硝酸处理过的 第一种是博膜理论。认为钝化 浓疏酸并非强氧化剂，却依然可以 铁再放入稀硝酸中，则其腐蚀速度 是金属表面上生成一层非常薄而且 使铁发生钝化。因此，说明钝化并 也比未处理前有显著下降。这种现 致密、覆盖性良好的保护膜（通常 不是（至少不完全是）形成氧化膜 象叫做铁的纯化现象。其它一些金 是氧化膜)，使金属与腐蚀介质隔 的原因。也不能用表面吸附一层单 届，例如敏、综、铝、组、组、他的 开，金届离子难以进入溶液，从而分子层的氧来解释。 在适当的条件下都可以发生钝化四 使金属基本上停止或大大诚小其融 第二，按照传统理论，电极电 金属在发生钝化时，基体的性质并 解（腐蚀）速度。 位不同的金届置于电解液中组成的 没有改变，只是金屋表面在溶液中 第二种是吸附氧理论。认为金原电池，除了阴极会受到保护，阳 的稳定性发生了变化，是在某种环 属表面吸附了一层单分子层的氧， 极也会因发生钝化而受到保护，因 境条件下丧失了化学活性的行为。 使金属本身的反应能力显著降低， 为阳极也会生成保护膜或吸附氧 2传统理论 从而使金届被钝化。 而实际不然。例如铝置于电解质中 金属的钝化早在200多年前就 用上述两种理论并不能很好地 会生成致密的氧化铝保护膜，而在 解释一些金属的钝化现象： 牺牲阳极保护法中，铝作为铁的保 作者简介：李连杰(1979)男，船用材料与应用专业博士研究生，主要从事船的金属材料的焊接和表面处理研究. 24 VOUONRO 01994 China Academic Journal Eleetronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.neTOTAL CORROSION CONTROL VOL.23 No.8 Aug. 2009 24 1 问题的提出 铁在硝酸中一般会遭到强烈的 腐蚀，但是当硝酸的浓度达到 35％ 以上时，铁的腐蚀速度显著减小，硝 酸浓度达到 60％时，铁反而几乎不 腐蚀。如果将经过浓硝酸处理过的 铁再放入稀硝酸中，则其腐蚀速度 也比未处理前有显著下降。这种现 象叫做铁的钝化现象。其它一些金 属，例如铬、镍、铝、钼、钽、钨等 在适当的条件下都可以发生钝化[1]。 金属在发生钝化时，基体的性质并 没有改变，只是金属表面在溶液中 的稳定性发生了变化，是在某种环 境条件下丧失了化学活性的行为。 2 传统理论 金属的钝化早在200多年前就 被人们所发现，并应用于生产实践 中。但是由于钝化现象的复杂性， 对于钝化的机理，至今仍没有一个 很完整的理论来解释所有的金属钝 化现象。目前，有两种金属钝化的 理论： 第一种是薄膜理论。认为钝化 是金属表面上生成一层非常薄而且 致密、覆盖性良好的保护膜(通常 是氧化膜)，使金属与腐蚀介质隔 开，金属离子难以进入溶液，从而 使金属基本上停止或大大减小其融 解（腐蚀）速度。 第二种是吸附氧理论。认为金 属表面吸附了一层单分子层的氧， 使金属本身的反应能力显著降低， 从而使金属被钝化。 用上述两种理论并不能很好地 解释一些金属的钝化现象： 第一，铁在浓硝酸中发生钝 化，但是在稀硝酸中几乎不发生钝 化，假设是因为浓硝酸氧化性比稀 硝酸强的原因，然而，金属除了可 用一些氧化剂处理使之钝化外，一 些非氧化剂也可以使其钝化，例如 浓硫酸并非强氧化剂，却依然可以 使铁发生钝化。因此，说明钝化并 不是（至少不完全是）形成氧化膜 的原因。也不能用表面吸附一层单 分子层的氧来解释。 第二，按照传统理论，电极电 位不同的金属置于电解液中组成的 原电池，除了阴极会受到保护，阳 极也会因发生钝化而受到保护，因 为阳极也会生成保护膜或吸附氧， 而实际不然。例如铝置于电解质中 会生成致密的氧化铝保护膜，而在 牺牲阳极保护法中，铝作为铁的保 金属钝化现象的电子理论研究 李连杰 桂赤斌 （海军工程大学 船舶与动力工程学院，湖北 武汉 430033 ) 摘 要：本文提出导致金属钝化的本质原因是在金属表面形成起保护作用的平衡电层，并使表面的电化学电位升高， 从而抑制了金属离子水化过程的进行。 关键词：金属钝化 电化学 平衡电层 中图分类号：TG172.5 文献标识码：A 文章编号：1008-7818(2009)08-0024-03 Electron theory explaining and analysis of metal passivation LI Lian-jie, GUI Chi-bin (College of Ship & Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China) Abstract: Traditional theories of metal passivation phenomenon are lack. The article raises the essential reason result in metal passivation is forming balance charge shell on the metal. The electrochemistry potential is increased. So the process of metal ion hydrate is restrained. Keywords: metal passivation; electrochemistry; balance charge shell 作者简介：李连杰（1979-），男，船用材料与应用专业博士研究生，主要从事船舶金属材料的焊接和表面处理研究。 Corrosion Research 腐蚀研究