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第2章腐蚀电化学原理简介PPT课件

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2材料腐蚀原理ppt课件

2材料腐蚀原理ppt课件
2021/6/27
2.3电极电位与电化学腐蚀倾向判别
一、电极和电极电位
1、电极： 电化学腐蚀中电极的含义普通是指电子导体〔金属〕 和离子导体(电解质溶液或熔融盐等)组成的体系，常 以金属／溶液表示。锌电极Zn／ZnSO4和铜电极 Cu/CuSO4。此外，习惯上有时也将电极资料，即电 子导体(如金属、石墨等)称为电极，此时“电极〞不 代表电极体系，而只是电极体系中电极资料本身。
宏观电池
• 2.不同的金属与同一电解质溶液构成的腐蚀电池：舰船的 推进器是用青铜制造的，由于青铜的电位较高，钢制船壳 体成为阳极而遭到腐蚀：
2021/6/27
宏观电池
• 3.同一种金属进入同一种电解质溶液中，当部分 的浓度或温度不同时，构成的腐蚀电池通常称作 浓差电池，可用Nernst方程计算：
2021/6/27
参比电极
参比电极
参比电极是一个半电池 E = E试样-E参比
或E试样= E +E参比
规范氢电极
铜/硫酸铜 电极
甘汞电极
银/氯化银 电极
2021/6/27
参比电极本身必需是稳定的和可逆的
•
O2+2H2O+4e==4OH-
• 这种电极称为氧电极，类似地还有氢电极，这类电极常统 称为气体电极。
• 气体电极的特点是，作为电极的导体本身不参与反响，仅 起电子的导通和反响Leabharlann 载体作用。2021/6/27
经过上述三种方式建立起的金属(或导体)与溶液之间的双电 层，使金属与溶液之间产生电位差，这种电位差称之为该 金属／溶液体系的绝对电极电位(Electrode Potential)。绝 对电极电位日前尚无法直接测得。为此．国际上一致规定 了用规范氢电极为参照(参比电极)、并规定其电位值为零， 丈量其他电极的电位，由此测得的电极电位称为氢标电位 (以SHE表示standard hydrogen electrode ).规定在任何温度 下，规范氢电极的电极电位都为零。

第二章 金属腐蚀电化学理论基础

第二章 金属腐蚀电化学理论基础
(E=0.00V)
(Pt (镀铂黑)H2(1atm)， H+(aH+=1)) 标准氢电极的电极反应为 (Pt) H2 = 2H+ + 2e 规定标准氢电极的电位为零。以 标准氢电极为参考电极测出的电位值 称为氢标电位，记为E(vs SHE) 。 SHE是最基准的参考电极，但使用 不方便，实验室中常用的参考电极有：
1.宏观腐蚀电池
铜铆钉
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 氧浓度低电位低，更容易腐蚀。 3. 温差电池 如金属所处环境温度不同， 高温电位低，更容易腐蚀。
铝板
粘 土
沙 土
2. 微观腐蚀电池 （1）材料本身的不均匀性
也可以简单地说，绝对电极电位是电子导体和离子导体接 触时的界面电位差。
双电层：
由于金属和溶液的内电位不同，在电极系统的金属相和
溶液相之间存在电位差，因此，两相之间有一个相界区，叫做
双电层。 电极系统中发生电极反应，两相之间有电荷转移，是形成 双电层的一个重要原因。 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+ 。
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。 构成腐蚀原电池的基本要素（*） • • • • 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
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。 从金属腐蚀历程也可看出化学腐蚀与电化学腐蚀的区别。
盐水滴实验
3%NaCl+铁氰化钾+酚酞

《电化学腐蚀动力学》课件

《电化学腐蚀动力学》课件
ERA
电化学腐蚀的定义
总结词
电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生 电化学反应，导致金属逐渐被破坏的过 程。
VS
详细描述
电化学腐蚀是指金属与电解质溶液接触时 ，由于金属内部电子分布不均匀，形成电 位差，从而引发电化学反应。在反应过程 中，金属原子逐渐失去电子成为阳离子， 而电子则被电解质溶液中的阴离子所接受 ，形成电流。随着时间的推移，金属逐渐 被破坏，表现为金属表面的腐蚀现象。
电化学腐蚀动力学是研究电化学腐蚀过程中反应速率和反应机制的学科，对于预防和控制金属腐蚀具有 重要意义。
经过多年的研究和发展，电化学腐蚀动力学在理论和实践方面取得了一系列重要成果，包括电化学反应 动力学模型、腐蚀速率预测、腐蚀产物形成机制等方面。
电化学腐蚀研究的展望
未来电化学腐蚀动力学的研究将更加注重实际应 用和工业生产中的问题，如高强度钢、铝合金等 新型材料的腐蚀行为和防护技术。
环境因素的影响
氧气浓度
氧气是电化学腐蚀过程中重要的氧化剂，因此环境中的氧气浓度 对腐蚀速率有很大影响。
pH值
pH值影响溶液的电导率和腐蚀产物的溶解度，从而影响腐蚀速 率。一般来说，酸性环境更容易促进腐蚀。
温度和压力
温度和压力的变化会影响化学反应速率，从而影响电化学腐蚀速 率。
电化学腐蚀的防护措施
电化学腐蚀的机理
总结词
电化学腐蚀的机理主要包括阳极反应和阴极反应两个 过程，其中阳极反应是金属失去电子的过程，阴极反 应则是氧化剂得到电子的过程。
详细描述
电化学腐蚀的机理主要包括阳极反应和阴极反应两个 过程。阳极反应是金属失去电子的过程，通常表现为 金属原子失去电子成为阳离子，进入电解质溶液中。 这个过程释放出的电子则流向阴极反应区域。阴极反 应则是氧化剂得到电子的过程，通常表现为电解质溶 液中的氧化剂接受来自阳极反应的电子，发生还原反 应。阳极反应和阴极反应共同构成了电化学腐蚀的完 整过程。

第2章―电化学腐蚀原理(三)概要PPT课件

第2章―电化学腐蚀原理(三)概要PPT课件

2.9 耗氧腐蚀
2.9.1 发生耗氧腐蚀的必要条件与特征
特征： （1）电解质溶液中，只要有氧存在，无论在酸性、中性还是碱 性溶液中都有可能首先发生耗氧腐蚀。 （2）氧在稳态扩散时，耗氧腐蚀速度将受氧浓差极化的控制。 （3）氧的双重作用主要表现在，对于易钝化金属，可能起着腐 蚀剂作用，也可能起着阻滞剂的作用。
EC
EOe
blg1iiLC
（4）在耗氧与析氢共存时，SQG段：
iC iO2 iH2
不同金属上氧的离子化过电位
金属
Pt Au Ag Cu Fe Ni 石墨 不锈钢 Cr
电流密度ic/(mA·cm-2)
0.5
1
0.65
0.70
0.77
0.85
0.87
0.97
0.99
1.05
1.00
1.07
1.04
1.09
～2.94
2.9.4 耗氧腐蚀的影响因素： （1）溶解氧浓度的影响 （2）溶液流速的影响
氧浓度影响，电位升高
附面层厚度降低，极限 扩散电流密度增大
2.9.4 耗氧腐蚀的影响因素：
（3）盐浓度的影响 （4）温度的影响
2.9.5 耗氧腐蚀与析氢腐蚀的比较
比较项目
析氢腐蚀
耗氧腐蚀
去极化剂的性质
氢离子，可以对流、扩散和电迁移 三种方式传质，扩散系数很大
速度等于还原反应的总速度，阳极电流等于阴极电流。
金属M在溶液中的腐蚀，阳极存在如下氧化还原过程：
Fe → Fe2+ + 2e
阳极净电流： iAi1i1
含有去极化剂O的阴极发生如下氧化还原过程：
H2 → 2H+ + 2e
阴极净电流 ：iCi2i2

DC_第二章_电化学腐蚀的理论基础ppt课件

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最新版整理ppt
15
5. Standard Electrochemical Series and Galvanic Series — 标准电位序和腐蚀电位序
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16
Section 2
Thermodynamic Conditions of Metal Electrochemical Corrosion
❖ 1.Electrochemical Corrosion—是指金属与介质发 生电化学反应而引起的变质和损坏的现象。
❖ 2.Difference between Electrochemical Corrosion and
Chemical Corrosion
▪ 2.1电化学腐蚀介质为能电离、可导电的电解质，且大多 为水溶液。
Standard Hydrogen Electrode 标准氢电极
4.1.3 Measurement of Potential — 电极电位的测量
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12
4. Specification Of Electric Potential—电极电位的确定
4.2 Calculation — 计算法
Z n H 2 S4O Zn 4 S H 2O
最新版整理ppt
4
1. The Phenomenon of Electrochemical Corrosion — 金属的电化学腐蚀现象
为什么铜能够加速锌与稀 硫酸的作用呢？
铜之所以会加速锌片在稀 硫酸中的溶解速度，是因 为铜和锌以及稀硫酸组成 了一个原电池，而且铜的 析氢电位较低。
3.1.1 Single Electrode — 单电极 在金属-溶液的界面上只发生单一 的电极反应的电极。

第二章 金属电化学腐蚀原理

第二章 金属电化学腐蚀原理

第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.3 腐蚀电池的类型
1. 宏观腐蚀电池 (2)浓差电池 同一种金属浸入同一种电解质溶液中，若局部的浓度不同，即可形成腐蚀 电池。如船舷及海洋工程结构的水线区域，在水线上面钢铁表面的水膜中 含氧量较高；在水线下面氧的溶解量较少，加上扩散慢，钢铁表面处含氧 量较水线上要低得多。含氧量高的区域，由于氧的还原作用而成为阴极， 溶氧量低的区域成为阳极而遭到腐蚀。由于溶液电阻的影响，通常严重腐 蚀的部位离开水线不远，故称水线腐蚀。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.1 腐蚀的基本概念
2.1.2 金属腐蚀的分类
2. 按腐蚀的形式分类：
2）局部腐蚀（localized corrosion） （2）有应力条件下的腐蚀形态：
b. 腐蚀疲劳（corrosion fatigue）:金属在交变循环应力和腐蚀介质共同作用下 发生的破坏。 特点：最易发生在能产生孔蚀的环境中，蚀孔引起应力集中；对环境没有选择性， 氧含量、温度、pH值、溶液成分均可影响腐蚀疲劳 实例：海水中高铬钢的疲劳强度只有正常性能的30%--40%。 c. 氢损伤（hydrogen damage）：由于氢的存在或氢与材料相互作用，导致材 料易于开裂或脆断，并在应力作用下发生破坏的现象。 氢损伤的三种形式：氢鼓泡、氢脆、氢蚀。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏过程称 为电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海
水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。它的特点
是在腐蚀过程中，金属上有腐蚀电流产生，而且腐蚀反应 的阳极过程和阴极过程是分区进行的。 金属的电化学腐蚀基本上是原电池作用的结果。

第2章—电化学腐蚀原理(二)

第2章—电化学腐蚀原理(二)

2.8.1 析氢腐蚀的阴极过程步骤 在酸性溶液中，析氢过程步骤： （1）水合氢离子向阴极表面扩散并脱水： H3O+ → H+ + H2O （2）H+与电极表面的电子结合放电，形成吸附氢原子： H+ + e→Hads （3）吸附态氢原子通过复合脱附，形成H2分子： Hads + Hads → H2 或发生电化学脱附，形成H2分子： Hads + H+ + e → H2 （4）H2分子形成氢气泡，从电极表面析出。 各过程连续进行，最慢的过程控制整个反应过程。 通常（2）过程为控制过程。
电流通过腐蚀电池时，阳极的电极电位向正方向移动（升 高）的现象，称为阳极极化。 电流流过腐蚀电池时，阴极的电极电位向负方向移动（降 低）的现象，称为阴极极化。 （1）电化学极化或活化极化 在金属阳极溶解过程中，由于电子从阳极流向阴极的速度 大于金属离子放电离开晶格进入溶液的速度，因此阳极的正 电荷将随着时间发生积累，使电极电位向正方向移动，发生 电化学阳极极化。 由于电子进入阴极的速度大于阴极电化学反应放电的速度， 因此电子在阴极发生积累，结果使阴极的电极电位降低，发 生电化学阴极极化。
（1）构成腐蚀电池，即阴、阳极区之间存在电位差；
（2）存在着维持阴极过程进行的物质，即阴极去极化剂。
2.6 腐蚀电池的电极过程
2.6.1 阳极过程
（1）金属原子离开晶格转变为表面吸附原子：
M晶格 → M吸附 （2）表面吸附原子越过双电层进行放电转变为水化阳离子： M吸附+mH2O → Mn+•mH2O + ne （3）水化金属离子Mn+•mH2O从双电层溶液侧向溶液深处迁移。
2.8.2 析氢腐蚀发生的条件与特征

电化学腐蚀动力学

电化学腐蚀动力学
20
§2.3 腐蚀电池及工作历程
工业用的金属总是含有少量的杂质，其电位常与金属不同。工业中常用 的合金往往是多相组成，不同相的电位往往也不一样。 当含杂质的金属或多相合金浸在某种电解质溶液中时，其表面会形成许
多由微小的阴极和阳极组成的短路原电池，常称为腐蚀微电池。
21
§2.3 腐蚀电池及工作历程
同时将等量的电子留在金属上；
通式： [ne-·Mn+] → [Mn+] + [ne-]
产物有两种：
可溶性离子，如
不溶性固体，如
➢ 阴极过程：从阳极通过外电路流过来的电子被来自电解质溶液且吸附
于阴极表面能够接受电子的物质，即氧化性物质吸收；
通式： [D] + [ne-] → [D· ne-]
常见的去极化剂（氧化剂）是 H+和O2
没有电流产生
Zn + H2SO4=ZnSO4 + H2
5
§2.1 引言
➢ 电化学腐蚀：是指金属材料和电解质溶液接触时，由于腐蚀电池作用而引 起的金属材料腐蚀破坏。其腐蚀规律遵循电化学腐蚀原理。
阳极：Zn-2e- =Zn2+ 阴极：2H+ +2e- =H2 ↑ 总反应：Zn+2H+ =Zn2+ +H2 ↑
36
§2.4 腐蚀电池的类型
如果微电池的阴、阳极位置不断变化，腐蚀形态是 全面腐蚀； 如果微电池的阴、阳极位置固定不变，腐蚀形态是 局部腐蚀。
37
§2.4 腐蚀电池的类型
亚微观腐蚀电池：亚微观(10-100Å) - 金属表面结构的 显微不均匀性， 阴、阳极无序，统计分布，交替变化
• 成分差异 • 晶体取向差异 • 晶界、异种夹杂物 • 晶格不完整、位错 • 界面溶液涨落 • 亚微观电化学不均匀 • 应力作用形成位错定向移动 – SCC • 交变力场作用 - 腐蚀疲劳等。

第2章—电化学腐蚀原理(二)讲解

第2章—电化学腐蚀原理(二)讲解

O2 + e →
O
2
O
2
+ H+ → HO2
HO2
HO
2
+
e
→
HO
2
+ H+ → H2O2
H2O2 + H+ + e → H2O + HO
HO + H+ + e → H2O
2.9.2 扩散控制——浓差极化
J


D(
dC dx
)x0
id nFJ
id＝nFD(
dC dx
)
x0

nFD
化腐蚀，或称析氢腐蚀。
析氢腐蚀反应类型： 在酸性溶液中，反应物来源于水合氢离子（H3O+），它在阴极 上放电，析出氢气：H3O+ + 2e → H2 + 2H2O
在中性或碱性溶液中，则是水分子直接接受电子析出氢气： 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
2.8.1 析氢腐蚀的阴极过程步骤
在酸性溶液中，析氢过程步骤： （1）水合氢离子向阴极表面扩散并脱水： H3O+ → H+ + H2O （2）H+与电极表面的电子结合放电，形成吸附氢原子： H+ + e→Hads （3）吸附态氢原子通过复合脱附，形成H2分子： Hads + Hads → H2 或发生电化学脱附，形成H2分子： Hads + H+ + e → H2 （4）H2分子形成氢气泡，从电极表面析出。 各过程连续进行，最慢的过程控制整个反应过程。
2.9.2 耗氧腐蚀的步骤
耗氧腐蚀可分为两个基本过程：氧

电化学腐蚀(第一讲)

电化学腐蚀(第一讲)
Men++e——Me(n-1)+ Me++e——Me 电极上可能同时发生多个电极反应
6
在金属和合金的实际腐蚀中，可以发 生一个以上氧化反应。例如合金中有几个 组元，他们的离子可分别进入溶液中。还 可产生一个以上的还原反应。
7
3、腐蚀的次生过程
例如：在中性的3%NaCl 溶液中，铁、 铜的接触腐蚀行为: 阴极反应 O2+2H2O+4e——4OH阳极反应 Fe-2e —— Fe2+
第二章 电化学腐蚀基础
第一节 腐蚀原电池过程 第二节 电极电位
1
1、腐蚀原电池过程 （1）原电池 电极反应：
阳极：2H＋ + 2e —— H2 阴极：Zn - 2e —— Zn 2+ 反应速度： V=ΔM/St； （Q=ΔM·F/N ）=N·Q/S·t·F
=k·i
I
碳棒 锌片
NH4Cl
2
（2）腐蚀原电池
4
2、腐蚀电池的化学反应
腐蚀电池由四部分构成：阳极，阴极， 外回路，电解液；
阳极过程： Me —— Men+ + ne 阴极过程： D + ne —— [D·ne] 电流流动： 溶液中离子迁移, 在回路上电
子运动
5
常见一些阴极反应
O2+4H++4e——2H2O O2+2H2O+4e——4OH 2H++2e——H2
度为1，进行1/2H2——H+ + e的可逆反应的电极 体系。人为规定氢电极的标准电位为0。
20
（2）平衡电极电位：指当金属电极与溶液界面的电极过 程建立起平衡反应：
Men+ ne + mH2O — Men+mH2O + ne 该电极反应的电量和物质量在氧化、还原反应中都 达到平衡时的电极电位(E)。 若仅仅是电量平衡，而无物 质的平衡则称做稳态电位（ER）。 平衡电极电位 (电量，物质量平衡)是在可逆电池中，可 逆反应建立起来的电位。

《电化学腐蚀原理》课件

《电化学腐蚀原理》课件

电化学腐蚀的机理
1
离子迁移
电化学腐蚀过程中，离子在电解质中的迁移导致了金属表面的反应和损坏。
2
金属氧化还原
金属表面与电解质发生氧化还原反应，导致腐蚀产物的生成和金属原子的丧失。
影响电化学腐蚀的因素
电解质浓度
高浓度电解质导致更 快的离子迁移和更严 重的腐蚀。
电位
金属表面的电位与电 解质之间的电位差可 以决定腐蚀速率。
电化学腐蚀的实际应用
1 生产工艺中的电化学腐蚀控制
通过控制工艺参数和材料选择来减少腐蚀对生产设备的损坏。
2 环境保护中的电化学腐蚀控制
采用电化学方法来处理工业废水和废气，减少对环境的污染。
3 其他应用场景
电化学腐蚀也被应用于电池、防腐涂料和金属加工等领域。
总结与展望
电化学腐蚀的重要性
电化学腐蚀对工业生产和环境保护都具有重要影响，需要引起足够的重视。
温度
高温环境下，电化学 腐蚀速率通常更高。
气体影响
氧气、二氧化碳等气 体可以加速电化学腐 蚀的发生。
如何避免电化学腐蚀
1
进行防护处理
2
通过涂层、电镀等方式对金属表面进行
保护。
3
材料选择
选择抗腐蚀性能好的材料，如不锈钢或 高耐蚀合金。
确定合适的工作条件
调整电解质浓度、电位和温度等参数来 研究新材料、新工艺和新方法来进一步提高电化学腐蚀的控制效果。
《电化学腐蚀原理》PPT 课件
在这个PPT课件中，我们将介绍电化学腐蚀的原理，探讨电化学腐蚀的机理 以及影响因素，并讨论如何避免和应用电化学腐蚀。
什么是电化学腐蚀
定义
电化学腐蚀是一种通过离子迁移和金属氧化还原 反应导致金属表面遭受损坏的过程。

第二章,电化学腐蚀原理

第二章,电化学腐蚀原理

一、基本概念
电位：真空中将单位正电荷从无穷远处移至该处所做的功（Фa 、Фb ） 电位差： △Фab = Фa -Фb 电极： 1、指在相互接触的两个导体相中，一个是电子导电相，另一个是离子
导电相，并且在相界面上有电荷转移，这样的一个体系，叫电极体系， 常简称电极（如：某参比电极）。 2、习惯上专指与离子导体接触的电子导体即电极材料（如石墨电极、 铂电极等）； 3、专指某一特定电极反应(或)（如：氢电极（H+-e---1/2H2）,氧电极 （O2+2H2O+4e---4OH-）,铁电极（Fe-2e---Fe2+）等） 电极电位：金属/溶液之间的相间电位，即电极电位。 平衡电极电位/非平衡电极电位
阳极产物和阴极产物进一步相互作用的过程，结果生成沉淀
或腐蚀产物膜。
腐蚀电池工作示意图
4、腐蚀电池类型（types of cells）
（1）宏观腐蚀电池
（a）不同金属的接触电池（dissimilar electrode cells）----电偶腐蚀
（b）浓差电池（concentration cells）---盐浓 差、氧浓差等
1、电极电位（绝对的；无法测量）---金属浸在电解质溶 液中，会建立起双电层，使金属/溶液之间产生电位差，这 种电位差称为该金属/溶液系统的绝对电极电位。
2、电极电位（相对的；氢标电位SHE，可以测量，）： 在任何温度下，任何一个电极与标准氢电极（Pt(镀铂 黑)/H2（1atm）,H+(aH+=1)）组成一个原电池，这个原电 池的电动势值即为该电极的相对电极电位值。
电化学腐蚀原理
1、金属自溶解； 2、腐蚀（微）电池； 3、电极电势；EMF （电动序）；电偶序 4、E-pH图; 5、Nernst-方程; 6、腐蚀电位

2024年度第二章金属电化学腐蚀原理ppt课件

2024年度第二章金属电化学腐蚀原理ppt课件

使用方法
可将缓蚀剂直接添加到腐蚀介质中，或通过浸泡 、涂刷等方式应用于金属表面。
效果评价
通过失重法、电化学测试等方法对缓蚀剂的效果 进行评价，确保防护措施的有效性。
2024/2/3
22
06
实验方法与技术手段在金属电化学腐蚀研 究中应用
2024/2/3
23
实验室模拟加速试验方法介绍
盐雾试验
通过模拟海洋大气环境，加速金属腐蚀过程，评估金属材料的耐腐 蚀性。
能和腐蚀行为。
2024/2/3
16
环境因素影响
2024/2/3
介质性质
01
介质的酸碱度、氧化还原电位、离子浓度等性质会影响金属的
电化学腐蚀过程。
溶解氧含量
02
溶解氧是金属电化学腐蚀过程中的重要氧化剂，其含量直接影
响腐蚀速率。
温度
03
温度会影响介质的离子活度、电极反应速率和扩散速率，从而
影响金属的电化学腐蚀过程。
2024/2/3
7
阳极反应过程
金属溶解
金属原子失去电子，转化 为金属离子进入溶液，同 时释放出电子。
2024/2/3
阳极氧化
金属离子与溶液中的阴离 子结合，形成金属氧化物 或氢氧化物。
阳极极化
阳极电位向正方向移动， 使得金属溶解速度减缓。
8
阴极反应过程
溶液中的氧化剂接受电子
溶液中的氧化剂（如氧气、氢离子等 ）在阴极接受电子，被还原。
01
02
03
经济损失
电化学腐蚀会导致金属材 料的失效和破坏，给工业 生产和日常生活带来巨大 经济损失。
2024/2/3
安全隐患
电化学腐蚀会降低金属材 料的机械性能和耐腐蚀性 能，增加设备故障和安全 事故的风险。

第二章 金属电化学腐蚀原理

第二章 金属电化学腐蚀原理

第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.2 腐蚀电池的电极过程 金属电化学腐蚀由下列三个过程组成： （1）阳极过程，即金属溶解： M+n· ne→Mn+ + ne （2）电子从阳极区流入阴极区， （3）阴极过程，从阳极区来的电子被去极化剂(如酸性溶液中的 氢离子或中性和碱性溶液中的溶解氧等)所吸收。 氢离子的还原反应： H++e→H H+H → H2
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.3 腐蚀电池的类型
1. 宏观腐蚀电池 (1)异金属电池 这是两种或两种以上不同金属相接触，在电解质溶液中构成的腐蚀电池， 又称腐蚀电偶。在实际金属结构中常常有不同金属相接触，可观察到电位 较负的金属(阳极)加速腐蚀，而电位较正的金属(阴极)腐蚀减慢，甚至得到 保护。构成异金属电池的两种金属电极电位相差愈大，引起的局部腐蚀愈 严重。这种腐蚀破坏称为电偶腐蚀。例如，舰船推进器是用青铜制的，舰 船在海洋中航行时，由于青铜的电位较高，钢制船体的电位较低，由此构 成腐蚀电池，钢制船体成为阳极而遭受腐蚀。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.1 腐蚀的基本概念
2.1.2 金属腐蚀的分类
1. 按腐蚀过程的历程分类： 1）化学腐蚀（chemical corrosion） 金属表面与非电解质发生纯化
学反应而引起的损坏。通常在干燥气体及非电解质溶液（如石油、苯、
醇等）中进行。特点：在腐蚀过程中，电子的传递在金属与氧化剂之间 进行，腐蚀不产生电流。例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化亚铁。
第二章 金属电化学腐蚀原理
§2.2 电化学腐蚀原理
2.2.2 腐蚀电池的电极过程 发生金属的电化学腐蚀必须具备三个条件： (1)金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电
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形成腐蚀电池并不是造成腐蚀的根本原因，只要材料与环境 介质接触，形成热力学不稳定的体系，就会在释放化学能的 推动下，使金属转变为离子溶解（即发生腐蚀）。
腐蚀反应中释放的化学能又是从何而来的？
形成腐蚀电池确实对腐蚀有加速作用。在腐蚀控制工作中仍 然要注意防止形成腐蚀电池，或减小腐蚀电池的推动力。
Zn+2H+→Zn2++H2↑
电流的流动
金属中：电子从阳极流向阴极。
形 溶液中：离子迁移。阳离子从阳极区向阴极区迁移，阴离子从
成
阴极区向阳极区迁移。
回 路
阳极：发生氧化反应
阴极：发生还原反应
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A
k
e
-
+
化学 Zn
Cu
势能2H+
Zn2+
SO42-
电池工作的推动力是电池反应的化学势能，即反应物和反应 产物之间的化学势差。
化学势能与构成电池的两个电极的电位差成正比。
ΔrGm=-nFE
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2.1 腐蚀电池
-+
Zn Cu e
Zn2+
2H+ SO42-
◦ 把Zn-Cu原电池短路，电池仍可以持续工作。
电池工作的结果仅造成Zn被溶解（腐蚀），不能输出有用的 电功
形成了腐蚀原电池（可简称腐蚀电池）。电化学腐蚀是以腐 蚀电池工作的方式完成的
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2.1 腐蚀电池
2.1.2 腐蚀电池的类型
◦ 按组成腐蚀电池的阴极、阳极的大小：
宏观腐蚀电池：阳极区和阴极区尺寸较大，区分明显，多数 情况下肉眼可辨。
1. 电偶电池：两种不同的金属短路接触，浸入连续的电解质溶液中。 如钢铁部件用铜铆钉连接，连接区存有积水的情况。
反应的中间产物——离子与水分子形成水合离子，降低了离 子的能量，降低了反应的活化能。
电化学腐蚀比化学腐蚀更容易发生。大多数的腐蚀现象都属 于电化学腐蚀。
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2.1 腐蚀电池
◦ 几个要点
腐蚀电池是电极短路的电池。腐蚀电池不能对外输出电能， 电池反应释放的化学能全部以热能的形式散失。腐蚀电池工 作的结果只造成材料的损失。
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2. 浓差电池：同一金属浸入同一种溶液中，不同局部的氧化剂浓度 不同，也可形成腐蚀电池。如“水线腐蚀”。
空气
氧浓度高 电位高
氧浓度低 电位低
水
腐蚀
钢 铁
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2.1 腐蚀电池
3. 温差电池：金属两端的温度不同，也会在两端产生电位差，使金 属腐蚀。如“热偶腐蚀”。
飞机腐蚀与防护
第2章 腐蚀电化学原理简介
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第2章 腐蚀电化学原理简介
飞机结构的常见腐蚀现象，都属于电化学腐蚀。解 释这种腐蚀发生的机理，研究影响腐蚀发生和发展 的影响因素，必须应用电化学原理。应用电化学原 理研究金属材料的腐蚀问题，就产生了腐蚀电化学。
腐蚀电化学的基础包括热力学和动力学两部分内容。
SO42-
2H+
Zn2+
e
Zn FeZn7
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2.1 腐蚀电池
2. 金属组织结构不均匀产生的微电池。金属的晶粒与晶界之间、 各种不同相之间电位有差异。一般来说，晶界的电位较低， 形成微电池的阳极区，产生晶间腐蚀。
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2.1 腐蚀电池
Zn上发生氧化反应，是阳极： Zn→Zn2++2e
Cu上发生还原反应，是阴极： 2H++2e→H2↑
什么是正极和负极，什么是阴极和阳极？ 什么情况下正极是阳极，什么情况下正 极是阴极？
A
k
e
-
+
Zn
Cu
2H+ Zn2+
SO42-
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2.1 腐蚀电池
总反应（电池反应） = 阳极反应 + 阴极反应
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热力学
研究推动力、 趋势、可能 H 性等问题
动力学
研究反应
过程、机
H
理、影响
因素、阻 力等问题
H
H
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2.1 腐蚀电池
2.1.1 腐蚀电池及其工作历程
◦ Zn-Cu原电池模型
现象：电池中Zn的溶解速度比孤立的 Zn片快；外电路中有电流，Cu上有氢 气析出。
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2.1 腐蚀电池
◦ 总结：
形成腐蚀电池的原因：
电化学不均匀性是形成腐蚀电池的根本原因：金属表面上的物理 性质或化学性质、金属各部位所接触的介质的物理性质或化学性 质不同，使表面各点的电极电位不等。
4. 杂散电流腐蚀（stray current corrosion）：地铁线路等直流 电源漏电会使与之相邻的金属发生腐蚀。
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2.1 腐蚀电池
微观腐蚀电池
1. 金属化学成分不均匀产生的微电池。常用的金属材料大多是 合金。合金中存在各种化学成分不同的相（析出相或杂质 相），不同的相在电解质溶液中会形成微阴极和微阳极。微 阴极加快金属的腐蚀。
应是环境中的氧化剂（习惯上称去极化剂）的还原反应。 两个电极反应是共轭关系，即阳极失去的电子等量地被阴极
反应消耗。 金属的腐蚀速度、阴极去极化剂的还原速度和通过的电流之
间符合法拉第定律。
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2.1 腐蚀电池
◦ 电化学腐蚀的特点
金属材料失去电子的反应，和氧化剂得到电子的反应在不同 位置分别发生，氧化-还原反应所需的电子通过金属导体传 递——不需要金属原子与氧化剂原子发生直接碰撞。
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2.1 腐蚀电池
◦ 腐蚀电池：电化学腐蚀是通过一种阴阳极短路的原电池反 应发生的，这种特殊的原电池称为腐蚀电池。
腐蚀电池不做有用功，只造成金属的腐蚀。 腐蚀电池的电极反应、电池反应和推动力与一般原电池相同。 两个电极反应，阳极反应造成金属溶解（或腐蚀），阴极反
3. 金属表面物理状态不均匀构成的微电池。机械加工过程中，局 部形变的不均匀或应力的不均匀，引起局部微电池产生腐蚀。 变形较大或受力较大的部分面膜不完整构成微电池。氧化膜、沉淀物膜、漆膜等上 的孔隙、裂纹等处裸露出金属本体，相对膜完整处电位较低， 形成微电池的阳极。