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金屬腐蝕之電化學腐蝕的原理與防護

發布時間:2018-04-11 14:04:36

本文主要講述了金屬腐蝕的定義及分類,理解金屬腐蝕的化學原理,分清化學腐蝕與電化學腐蝕的區別和聯系,金屬防護的常用方法,以及防止金屬腐蝕的重要意義。

金屬電化學腐蝕防護


金屬的腐蝕現象非常普遍: 

1、鋼鐵生銹: 鐵銹的主要成分: Fe2O3·XH2O

2、銅器表面生成銅綠: 銅綠的主要成分: Cu2(OH)2CO3



金屬腐蝕的危害有哪些?

中國航天工業總公司第三十一研究所近日公布了一組數據:

◆全球每一分鐘就有1噸鋼腐蝕成鐵銹.

◆全球每年鋼鐵腐蝕的經濟損失約100000億美元,占各國國民生產總值的2%~4%,我國鋼鐵腐蝕經濟損失高達2800億人民幣,約占國民生產總值的4%,每年約有30%的鋼鐵因腐蝕而報廢。腐蝕給人類造成的損失是驚人的。

◆全世界每年因為金屬腐蝕造成的直接經濟損失約達7000億美元,是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的6倍。


一、金屬的腐蝕 

1、什么是金屬腐蝕? 

指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。

2、金屬腐蝕的本質是什么?

是金屬本身失去電子變成陽離子的過程 (發生氧化反應)。 M - ne- = Mn+

升溫可加速金屬腐蝕

升溫可加速金屬腐蝕


潮濕的環境可促進金屬腐蝕

潮濕的環境可促進金屬腐蝕



3、金屬腐蝕的類型有哪些?——根據與金屬接觸的介質不同

化學腐蝕: 金屬跟接觸到的干燥氣體(如SO2、Cl2、 O2等)或非電解質溶液(石油)等直接發生化學反應而引起的腐蝕。

電化學腐蝕:不純的金屬與電解質溶液接觸時,發生原電池反應,比較活潑的金屬失去電子被氧化。

金屬的腐蝕以電化學腐蝕為主


金屬電化學腐蝕



電化學腐蝕


鐵釘腐蝕生銹的條件探究

在潮濕的空氣里,鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜。水膜中溶解有來自大氣中的CO2、SO2、H2S等氣體,使水膜中含有一定量的H+

H2O + CO2 → H2CO3 → H+ + HCO3-     H2O  → H+ + OH-

這樣在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液的薄膜,它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳構成無數微小的原電池。

鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較


析氫腐蝕

吸氧腐蝕

條件

水膜呈酸性

水膜呈堿性、中性或弱酸性

電極反應

負極

正極

總反應

Fe-2e-=Fe2+

2H++2e-=H2

Fe+2H+=Fe2++H2

2Fe-4e-=2Fe2+

O2+2H2O+4e-=4OH-

2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=

       4Fe(OH)3    

                    ↓

        Fe2O3·nH2O(鐵銹)


聯系

通常以電化學腐蝕為主,其中又以吸氧腐蝕更普遍。


二、金屬的防護

1、原理 防止金屬失電子

2、電化學防護

   (1)犧牲陽極保護法

    形成原電池反應時,負極材料很快被腐蝕,而正極材料不容易被腐蝕(被保護)。

金屬防腐-電化學保護-犧牲陽極保護法

   (2)外加電流的陰極保護法

     將被保護金屬作為電解池的陰極,另一導電物質作為陽極,在外加直流電的作用下使陰極得到保護

金屬電化學腐蝕-外加電流陰極保護法


在同一電解質溶液中,金屬腐蝕的快慢:

電解池的陽極 > 原電池的負極 > 化學腐蝕 > 原電池的正極 > 電解池的陰極


防腐措施由好到壞的順序如下:

外接電源的陰極保護法 > 犧牲陽極的陰極保護法 > 有一般防腐條件保護 > 無防腐條件


以Fe片為例,不同的防腐措施下腐蝕變化速度是不同的:

Fe片在不同保護方式下的腐蝕速度

Fe片腐蝕由快到慢的順序


3、金屬的常見防護方法

(1)在金屬表面覆蓋保護層。

例如:噴涂漆;涂油脂;表面鈍化;電鍍(在鋼鐵表面形成鉻等耐腐蝕性較強的金屬鍍層)等。


(2)改變金屬內部的組成結構,制成合金。

在鋼鐵中加入一定比例的鉻和鎳,改變鋼鐵內部的組成和結構,可極大程度地提高鋼鐵抗腐蝕性能,這就是常見的“不銹鋼”(合金)。


比如自行車車身部件通常都采用了以下的防腐措施:

自行車車身鋼鐵防腐措施


Zn片在不同防護措施下的腐蝕速度對比

Zn片的腐蝕速度對比

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