金属腐蚀与防护课件 第二章 腐蚀热力学
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金属腐蚀与防护
第一章绪论腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。
腐蚀控制的方法：1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计5）、电化学保护均匀腐蚀速率的评定方法：失重法和增重法；深度法；容量法(析氢腐蚀)；电流密度；机械性能(晶间腐蚀)；电阻性.第二章电化学腐蚀热力学热力学第零定律状态函数(温度)热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能)热力学第二定律状态函数(熵)热力学第三定律绝对零度不可能达到2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理腐蚀反应自发性及倾向性的判据：∆G：反应自发进行<∆G：反应达到平衡=∆G：反应不能自发进行>注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大.热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀.2.2、腐蚀电池2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏.腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电池.注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接；2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池.丹尼尔电池：(只要有电势差存在)a)、电极反应具有热力学上的可逆性；b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行；c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的.电极电势略高者为阴极电极电势略低者为阳极电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀2.2.2、金属腐蚀的电化学历程腐蚀电池：四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路)三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动)1)、阳极过程氧化反应++-M nM→ne金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移.2)、阴极过程还原反应[]--⋅DDne+ne→电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质.(即去极化剂)3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方阳极——[]+n M(金属阳离子浓度)(形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高2.3、腐蚀电池类型宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池2.3.1、宏观腐蚀电池特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到；b)、阴、阳极区能长时间保持稳定；c)、产生明显的局部腐蚀1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同eg：碳钢——高温阳极低温阴极铜——高温阴极低温阳极2.3.2、微观腐蚀电池特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)；b)、阴、阳极区能长时间保持稳定；c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)原因：a)、化学成分的不均匀性；b)、金属组织结构的不均匀性；多项合金不同相的电位不同c)、金属物理状态的不均匀性——应变、内应力不均匀；d)、金属表面膜(涂层)的不完整性.由于以上原因而形成的微观电池并不是金属发生电化学腐蚀的充分条件，还应在溶液中具有去极化剂才可发生2.3.3、超微观腐蚀电池特点：a)、电极用肉眼和普通显微镜难以分辨(100-1000nm)；b)、阴、阳极区随时间不断变化；c)、引起均匀腐蚀2.4、电极电位与电化学腐蚀倾向性的判断2.4.1、电极和电极电位电极：指电子导体和离子导体组成的体系，常以金属/溶液表示注：腐蚀中的电极只指电子导体电极电位的表示：1)、金属浸入溶液中经水化作用而形成双电层 负点性金属水化后金属阳离子进入溶液——水化能 > 金属键能难溶性金属水化后从溶液中吸附阳离子——水化能 < 金属键能2)、形成气体电极——极难溶金属(Pt)和非金属导体(石墨)特点：电极导体本身不参与反应，仅起导电和反应载体作用2.4.2、平衡电极电位和非平衡电极电位平衡电极电位：水合与脱水达到动态平衡时的电极电位能斯特方程：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=R a a nF RT e e 0ln θ其中：e θ为标准电极电位； F 为法拉第常数；R aa 0为氧化态物质与还原态物质的活化比 注：浓度对电极电位有影响对于非平衡电极电位，其电极反应是不可逆的，因为电极过程中，即使阴极与阳极过程反应速率相等，达到了电子交换的平衡，但物质交换达不到平衡. 非平衡电极电位可以是稳定的也可以是不稳定的.电荷转移速率相等时即为稳定点位，也称开路电位或自腐蚀电位，即外电流为零时的电位.非平衡电极电位不服从能斯特方程，只能实验测得.2.4.3、电化学腐蚀倾向性的判断和电动序∵nFE G P T -=∆, e A e C E E E -=其中：F 为法拉第常数，F =96500 C/mol ； n 为参与反应的电子数；e C E 、e A E 分别为阴、阳极反应的平衡电位e A e C E E <：电位为e A E 的金属不会发生腐蚀 ∴电极电位判据 e A e C E E =：平衡状态e A e C E E >：电位为e A E 的金属自发进行腐蚀电动序：按金属在标准电极电位值E e 由低(负)值到高(正)值逐渐增大的次序排 列，得到的次序表称电动序.标准氢电极电位为零，电位比其低的为负电性金属，比其高的为正点性金属. 金属负电性越强，其在酸性溶液中越易发生析氢腐蚀.在可自发发生的反应中，电极电位较负的反应是氧化反应，较正的反应是还原反应.电偶序：金属或合金在一定电解质溶液中测得的稳定电位的相对大小排列而成的 次序表.电偶序比电动序更能反映金属实际腐蚀的性质.2.5、电位-pH 图及其应用2.5.1、水的E-pH 图要素：两条直线三个区域：a ---氢电极反应平衡电位-pH 关系的直线；b ---氧电极反应平衡电位-pH 关系的直线.b 线以上: 水被阳极电解为氧气;a 线以下: 水被阴极电解为氢气;a 、b 线之间: 水稳定区.2.5.2、电位-pH 图的绘制A 、列出可能发生的反应方程；B 、列出每个反应相应的Nernst 公式；C 、在水的电位-pH 图上绘制平衡关系。
金属的腐蚀与防护课件
监测方法
采用生物膜观测、微生物计数、电化学测试等手 段进行监测。
评估指标
包括生物膜厚度、微生物数量、腐蚀速率等，用 于评估腐蚀程度和防治效果。
在线监测技术
利用传感器和自动化仪表对微生物腐蚀进行实时 监测，提高监测准确性和时效性。
案例分析：成功解决微生物腐蚀问题
案例一
某油田注水系统微生物腐蚀治理。通过投加杀菌剂、清洗管道、优化注水工艺等措施，成功解决了注水系统微生 物腐蚀问题，提高了注水效率和油田开发效益。
01
依据使用环境选择
根据金属所处环境的腐蚀性、温度、湿度等因素，选择具有相应耐腐蚀
性能的涂层材料。
02
依据使用要求选择
根据金属的用途和使用要求，选择具有相应装饰性、耐磨性、耐高温等
性能的涂层材料。
03
建议进行小样试验
在选择涂层材料前，建议进行小样试验，以验证涂层材料的适用性和施
工效果。
施工前准备工作和注意事项
智能自修复技术
研发具有自感知、自诊断和自修复功能的智能防护材料，实现金属腐蚀的实时监测和自动修 复。
行业发展趋势预测
绿色环保 随着环保意识的提高，未来金属防护行业将更加注重环保 和可持续发展，推广使用低毒、低污染、可回收的防护材 料和工艺。
高效节能 提高金属防护技术的能效比，降低能耗和生产成本，满足 节能减排的要求。
04 微生物腐蚀原理 及防治方法
微生物腐蚀概述及过程描述
微生物腐蚀定义
指微生物在特定环境下与金属表面发生相互作用，导致金属破坏 的现象。
腐蚀过程
微生物附着在金属表面，形成生物膜，通过代谢活动产生腐蚀性物 质，进而引发金属腐蚀。
影响因素
包括微生物种类、金属材质、环境条件（如温度、湿度、pH值） 等。
采用生物膜观测、微生物计数、电化学测试等手 段进行监测。
评估指标
包括生物膜厚度、微生物数量、腐蚀速率等，用 于评估腐蚀程度和防治效果。
在线监测技术
利用传感器和自动化仪表对微生物腐蚀进行实时 监测，提高监测准确性和时效性。
案例分析：成功解决微生物腐蚀问题
案例一
某油田注水系统微生物腐蚀治理。通过投加杀菌剂、清洗管道、优化注水工艺等措施，成功解决了注水系统微生 物腐蚀问题，提高了注水效率和油田开发效益。
01
依据使用环境选择
根据金属所处环境的腐蚀性、温度、湿度等因素，选择具有相应耐腐蚀
性能的涂层材料。
02
依据使用要求选择
根据金属的用途和使用要求，选择具有相应装饰性、耐磨性、耐高温等
性能的涂层材料。
03
建议进行小样试验
在选择涂层材料前，建议进行小样试验，以验证涂层材料的适用性和施
工效果。
施工前准备工作和注意事项
智能自修复技术
研发具有自感知、自诊断和自修复功能的智能防护材料，实现金属腐蚀的实时监测和自动修 复。
行业发展趋势预测
绿色环保 随着环保意识的提高，未来金属防护行业将更加注重环保 和可持续发展，推广使用低毒、低污染、可回收的防护材 料和工艺。
高效节能 提高金属防护技术的能效比，降低能耗和生产成本，满足 节能减排的要求。
04 微生物腐蚀原理 及防治方法
微生物腐蚀概述及过程描述
微生物腐蚀定义
指微生物在特定环境下与金属表面发生相互作用，导致金属破坏 的现象。
腐蚀过程
微生物附着在金属表面，形成生物膜，通过代谢活动产生腐蚀性物 质，进而引发金属腐蚀。
影响因素
包括微生物种类、金属材质、环境条件（如温度、湿度、pH值） 等。
材料腐蚀与防护-金属的电化学腐蚀原理(2)
已测知Zn和Cu在质量分数为0.03的NaCl水 溶液中的开路电位分别为EZn= -0.83V和 ECu=0.05V，回路电阻R=250。
此时，两电极的稳定电位差0.05+0.83=0.88V，
铜-锌腐蚀原电池示意图
电池刚接通时，毫安表指示的起始瞬间电流 值
电流变化
瞬间电流很快下降，经过一段时间 后，达到一个比较稳定的电流值， I2=0.15mA ？？？
腐蚀极化图
+E EeC
β
假定任何电流下，阴极阳极的极 化率为常数，称为Evans图（U. R. Evans）。 S所对应的电位Emix，称为混合电 位。由于Emix电位下的金属处于 腐蚀状态，故混合电位就是金属 的自腐蚀电位Ecorr，对应的电流 称为腐蚀电流，用Icorr表示。 I 腐蚀电位是一种不可逆非平 衡电位，需由实验测得，腐蚀 电流表示金属腐蚀的速率，对 于均匀腐蚀和局部腐蚀都适用。
CA
PA E A E A 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
PR ER ER 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
S2O62 +2e 2SO42
3．溶液中中性分子的还原反应 吸氧反应 氯的还原反应
如：
O2 +H2O+4e 4OH Cl2 2e 2Cl
4．不溶性化合物的还原反应
如：
Fe(OH)3 +e Fe(OH)2 OH
电路接通
腐蚀电池接通前后电位变化
过电位
电极电位的偏离值称为极化值。 通常引入一新术语--过电位或超电位(取正值)来表征电 极极化的程度。
此时，两电极的稳定电位差0.05+0.83=0.88V，
铜-锌腐蚀原电池示意图
电池刚接通时，毫安表指示的起始瞬间电流 值
电流变化
瞬间电流很快下降，经过一段时间 后，达到一个比较稳定的电流值， I2=0.15mA ？？？
腐蚀极化图
+E EeC
β
假定任何电流下，阴极阳极的极 化率为常数，称为Evans图（U. R. Evans）。 S所对应的电位Emix，称为混合电 位。由于Emix电位下的金属处于 腐蚀状态，故混合电位就是金属 的自腐蚀电位Ecorr，对应的电流 称为腐蚀电流，用Icorr表示。 I 腐蚀电位是一种不可逆非平 衡电位，需由实验测得，腐蚀 电流表示金属腐蚀的速率，对 于均匀腐蚀和局部腐蚀都适用。
CA
PA E A E A 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
PR ER ER 100% 100% 100% e e PC PA PR EC E A ER EC E A
S2O62 +2e 2SO42
3．溶液中中性分子的还原反应 吸氧反应 氯的还原反应
如：
O2 +H2O+4e 4OH Cl2 2e 2Cl
4．不溶性化合物的还原反应
如：
Fe(OH)3 +e Fe(OH)2 OH
电路接通
腐蚀电池接通前后电位变化
过电位
电极电位的偏离值称为极化值。 通常引入一新术语--过电位或超电位(取正值)来表征电 极极化的程度。
腐蚀与防护-第二章电化学腐蚀热力学资料
微观腐蚀电池是造成潮湿大气中洁净金属表 面腐蚀的主要原因。特点：尺寸小，间距近。
由于几方面的不均匀性造成。
① 材料本身相的不均匀性
化学成分、组织结构、物理状态、表面膜的不 完整性 ② 液相的不均匀性 ③ 系统外界条件的不均匀性
温度、光能
微观腐蚀电池
• 化学成分不均匀性。如：金属中杂质。 • 杂质的组成、性质不同于基体，有的相对
2.1 电池过程
➢原电池
把化学能转化为电能的装置
原电池的组成
(c) 电极： 电池中发生 氧化还原反 应的场所。
(a)外电路：负载， 电流的外部通路
(b)盐桥： 电流的内 部通路
()Zn ZnSO4(水溶液) CuSO4(水溶液)Cu()
阳极反应： Zn Zn2 2e 阴极反应： Cu2 2e Cu 总反应： Zn Cu2 Zn2 Cu
电位、位于不同位置； （2）阳极和阴极之间要有电性连接（电子导体
通道）；
（3）阳极与阴极均处于有导电能力的腐蚀环 境内（离子导体通道）。 总之，要有两种电极（阳极、阴极）和 两种通道（电子通道、离子通道）。
以锌在酸溶液中腐蚀为例，腐蚀电池工作过 程如图2-1所示。
• 腐蚀电池的工作历程 （电化学腐蚀的过程）
（1）以（+）表示原电池的正极，正极总是写在右边；以（-）表示原电池的 负极，负极总是写在左边。
（2）正、负极中总是有一种导电的物质，如Zn、Cu、Ag、等还原态物质可 作为电极导体，导体总是写在紧邻（+）、（-）的最旁边的位置。如果 电对中的还原态物质不是导体，如Fe3+/Fe2+、 H+/ H2 、Cl2/Cl- 等，就需 要加惰性电极，如：C（石墨）、Pt等。
构成温差电池。
由于几方面的不均匀性造成。
① 材料本身相的不均匀性
化学成分、组织结构、物理状态、表面膜的不 完整性 ② 液相的不均匀性 ③ 系统外界条件的不均匀性
温度、光能
微观腐蚀电池
• 化学成分不均匀性。如：金属中杂质。 • 杂质的组成、性质不同于基体，有的相对
2.1 电池过程
➢原电池
把化学能转化为电能的装置
原电池的组成
(c) 电极： 电池中发生 氧化还原反 应的场所。
(a)外电路：负载， 电流的外部通路
(b)盐桥： 电流的内 部通路
()Zn ZnSO4(水溶液) CuSO4(水溶液)Cu()
阳极反应： Zn Zn2 2e 阴极反应： Cu2 2e Cu 总反应： Zn Cu2 Zn2 Cu
电位、位于不同位置； （2）阳极和阴极之间要有电性连接（电子导体
通道）；
（3）阳极与阴极均处于有导电能力的腐蚀环 境内（离子导体通道）。 总之，要有两种电极（阳极、阴极）和 两种通道（电子通道、离子通道）。
以锌在酸溶液中腐蚀为例，腐蚀电池工作过 程如图2-1所示。
• 腐蚀电池的工作历程 （电化学腐蚀的过程）
（1）以（+）表示原电池的正极，正极总是写在右边；以（-）表示原电池的 负极，负极总是写在左边。
（2）正、负极中总是有一种导电的物质，如Zn、Cu、Ag、等还原态物质可 作为电极导体，导体总是写在紧邻（+）、（-）的最旁边的位置。如果 电对中的还原态物质不是导体，如Fe3+/Fe2+、 H+/ H2 、Cl2/Cl- 等，就需 要加惰性电极，如：C（石墨）、Pt等。
构成温差电池。
第二节 金属的腐蚀和防护 ppt课件
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2.保护层法:在金属表面覆盖保护层，使金属制
品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。 1).在钢铁制件表面涂上机油、 凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料 等耐腐蚀的非金属材料。
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2).用电镀、热镀、喷镀等 方法，在钢铁表面镀上一 层不易被腐蚀的金属，如 锌、锡、铬、镍等。
这些金属常因氧化而形 成一层致密的氧化物薄 膜，从而阻止水和空气 等对钢铁的腐蚀。
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金属防护方法总结
1)、改变金属的内部结构
2)、在金属表面覆盖保护层
3)、电化学保护法
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课堂练习
1. 下列现象与电化学腐蚀无关的是 ( D ) A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B.生铁比纯铁更易生锈 C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生锈 D银质奖牌久置表面变暗 2.铁钉和碳棒用导线连接后,浸入到食盐溶液中,可能 发生的反应是 ( BD ) A.碳棒上放出Cl2 B.碳棒附近产生OHC.碳棒上放出H2 D.铁钉被氧化
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第二节 金属的腐蚀和防护
• 1 2
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知识总结
一、金属腐蚀
1、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发 生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
失 e金属阳离子 2、金属腐蚀的本质： 金属原子 氧化反应 M – ne-→Mn+ 化学腐蚀 析氢腐蚀 3、金属腐蚀的类型 电化学腐蚀 （常见普遍） 吸氧腐蚀
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交流与讨论
请大家根据铁生锈的原理， 思考应采取什么措施防止铁生锈？
金属腐蚀与防护ppt课件
阳极 （Fe） ：Fe(s)
Fe2+ (aq) + 2e-
阴极（杂质）： 1/2 O2 + H2O + 2e-
2OH- (aq)
总反应： Fe(s) + 1/2O2 (g) + H2O
Fe(OH)2 (s)
2Fe(OH)2 (s) H2O+O2 Fe(OH)3 (s)
条 件： 弱酸性、中性或碱性介质
原理，将工件加工成型的一种技术。
电解液的要求：
有良好的导电性 不使阳极产生钝化 有利于阳极溶解
电流
—
直流电源 电压
+
阴极（模件） 阳极（工件）
泵
电解液
电解加工示意图
2. 金属的防腐
1、正确选材 2、覆盖保护层
要 求：
a. 膜层致密，完整无孔，不透介质； b. 与基体金属结合强度高，附着力强； c. 高硬度，耐磨； d. 均匀分布。
① 金属保护层
镀层 > 基体
例如： 铜上镀银、金，铁上镀锡，主要起 隔离和装饰作用。
镀层 < 基体
例如：铁上镀锌，主要起防腐作用。
1. 金属的腐蚀
当金属与周围的介质接触时，由于化学或电化学作用 而引起的材料性能的退化与破坏，称为金属的腐蚀。
1) 化学腐蚀
O2 CO2
Fe C
H2O 脱碳现象
特点：(a) 无电流。
CC
(b) 腐蚀介质：非电解质溶液或干燥气体。
温度影响： 温度升高，腐蚀速率加快。
例如 在轧钢过程中，当 T >700℃时，会发生氧化脱碳：
难溶性碳酸钙覆盖于阴极表面，使电极的极化电势降低，阻滞 阴极反应继续进行，从而减缓金属的腐蚀速率。
金属的腐蚀与防护2.ppt
（水蒸汽）同时接触
知识回忆 将化学能转化为电能的装置叫做原电池。
在原电池中，电子流出的一极是
负极（如锌片），电极被氧化。 电子流入的一极是正极（如铜
片），氢离子在正极上被还原。
原电池的构成条件：
（1）活泼性不同的两种金属（或金属与
非金属导体）作电极
（2）电极材料均插入电解质溶液中 （3）形成闭合回路（用导线连接或直接
接触）
（4）自发进行的氧化还原反应
2、电化学腐蚀：
钢铁在潮湿的空气中易被腐蚀的主要原因：
（1）钢铁是合金（具备电极材料的条件） （2）表面吸附了水膜（具有电解质的条件）
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
不纯金属（或合金）跟电解质溶液接触 时，会发生原电池反应，活泼金属矢电子被 氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
（2）水膜呈酸性（ H+得电子）
2H++2e- =H2↑ （还原反应）
金属腐蚀的本质：
金属腐蚀是金属原子失去电子变 成金属阳离子的过程；
即：金属被氧化的过程。
M - n e- =M n+
在一般情况下，化学腐蚀和电化学腐蚀同时 发生，但电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍的多。
二、金属的防护：
影响金属腐蚀的因素包括金属本性 和介质两个方面。
根据发生腐蚀的化学原理不同，金 属的腐蚀一般分为：化学腐蚀和电化学 腐蚀。
1、化学腐蚀： 金属与接触到的物质直接发生化学
反应而引起的腐蚀。 即：金属与氧化剂直接反应（金属失电子）
温度越高，化学腐蚀的速度越快
科学探究 不同条件下铁钉的腐蚀
铁钉腐蚀的程度： 5，4，3，2，1 铁生锈的必要条件：铁与空气（O2）和水
知识回忆 将化学能转化为电能的装置叫做原电池。
在原电池中，电子流出的一极是
负极（如锌片），电极被氧化。 电子流入的一极是正极（如铜
片），氢离子在正极上被还原。
原电池的构成条件：
（1）活泼性不同的两种金属（或金属与
非金属导体）作电极
（2）电极材料均插入电解质溶液中 （3）形成闭合回路（用导线连接或直接
接触）
（4）自发进行的氧化还原反应
2、电化学腐蚀：
钢铁在潮湿的空气中易被腐蚀的主要原因：
（1）钢铁是合金（具备电极材料的条件） （2）表面吸附了水膜（具有电解质的条件）
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
不纯金属（或合金）跟电解质溶液接触 时，会发生原电池反应，活泼金属矢电子被 氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
（2）水膜呈酸性（ H+得电子）
2H++2e- =H2↑ （还原反应）
金属腐蚀的本质：
金属腐蚀是金属原子失去电子变 成金属阳离子的过程；
即：金属被氧化的过程。
M - n e- =M n+
在一般情况下，化学腐蚀和电化学腐蚀同时 发生，但电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍的多。
二、金属的防护：
影响金属腐蚀的因素包括金属本性 和介质两个方面。
根据发生腐蚀的化学原理不同，金 属的腐蚀一般分为：化学腐蚀和电化学 腐蚀。
1、化学腐蚀： 金属与接触到的物质直接发生化学
反应而引起的腐蚀。 即：金属与氧化剂直接反应（金属失电子）
温度越高，化学腐蚀的速度越快
科学探究 不同条件下铁钉的腐蚀
铁钉腐蚀的程度： 5，4，3，2，1 铁生锈的必要条件：铁与空气（O2）和水
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金属腐蚀与防护（ 学年) 金属腐蚀与防护（2011-2012学年 学年 5
阴离 子
紧密层－
相间电荷转 移
分散层－
粒子热运 动
• 在紧密层外侧还有一个分散层，即双电层由紧密层和分 在紧密层外侧还有一个分散层，即双电层由紧密层和 紧密层 散层两个部分组成。 散层两个部分组成。 两个部分组成
金属腐蚀与防护（ 学年) 金属腐蚀与防护（2011-2012学年 学年
电解池：电能→化学能
electrons BATTERY + Anode Cathode
阳极 Anode (+) 正极
ClNa+ H2O
2 Cl-
→ Cl2(g) + 2e
阴极 Cathode (-)负极 2 H2O + 2e金属腐蚀与防护（ 学年) 金属腐蚀与防护（2011-2012学年 学年
→
H2 + 2 OH54
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2. 阴极反应 通式： 通式：D+me＝[D.me] ＝
常见的去极化剂（氧化剂） 常见的去极化剂（氧化剂）是 H+和 O2 2H++2e＝H2 析氢腐蚀或氢去极化腐蚀 ＝ O2+4H++4e＝2H2O （酸性溶液中） ＝ 酸性溶液中） O2+2H2O+4e＝4OH-（中性或碱性溶液中） 中性或碱性溶液中） ＝
金属腐蚀与防护（ 学年) 金属腐蚀与防护（2011-2012学年 学年 15
A
K Cu Zn Cu
Zn
Cu
Cu
Cu
HCl溶液
(a)Zn块和 块通 块和Cu块通 块和 过导线联接 阳极Zn: 阳极 阴极Cu: 阴极
HCl溶液
块和Cu块直 （b)Zn块和 块直 块和 接接触（短路） 接接触（短路） Zn → Zn2++2e （氧化反应） 氧化反应） 2H++2e → H2 ↑（还原反应） （还原反应）
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4
电极电位 • 双电层 由于金属和溶液的内电位不同， 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， 系统的金属相和溶液相之间存在电位差，因 两相之间有一个相界区，叫做双电层 双电层。 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， 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。 电荷转移，是形成双电层的一个重要原因。 例如： 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+
7
电动序
将各种金属的标准电位ϕ 的数值从小到大排列起来， 将各种金属的标准电位ϕ 0 的数值从小到大排列起来， 电动序” 就得到 “电动序” 。 电动序可以清楚地表明各种金属转变为氧化状态的倾 向。在氢之前的金属的ϕ 0为负值，称负电性金属；在氢之 在氢之前的金属的ϕ 为负值，称负电性金属； 后的金属的E 为正值，称正电性金属。 后的金属的 0为正值，称正电性金属。 ※电动序可以用来粗略地判断金属的腐蚀倾向
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10
2.2 腐蚀电池
1. 原电池 原电池(Cell) 2. 腐蚀电池 腐蚀电池(Corrosion Cell) 腐蚀电池 (Corrosion Cell) 3. 腐蚀电池的电化学历程 (Electrochemistry Process of Corrosion Cell) 4. 电化学腐蚀的次生过程 (Secondary Process of Electrochemistry Corrosion)
22
腐蚀过程的产物
初生产物：阳极反应和阴极反应的生成物。 初生产物：阳极反应和阴极反应的生成物。 次生产物：初生产物继续反应的产物。 次生产物：初生产物继续反应的产物。
初生和次生产物都有可溶和不可溶性产物。 初生和次生产物都有可溶和不可溶性产物。 ★只有不溶性产物才能产生保护金属的作用。 只有不溶性产物才能产生保护金属的作用。 只有不溶性产物才能产生保护金属的作用
6
电极电位
• 金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的 绝 金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的绝 对电极电位，简称电位，记为ϕ 对电极电位，简称电位，记为ϕ。 • 电位的绝对值ϕ 无法测量。 电位的绝对值ϕ 无法测量。 • 电极电位的相对值可以测量。 电极电位的相对值可以测量。
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5. 腐蚀电池的类型 (Type of Corrosion Cell)
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原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、 原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、阴 极的还原过程、离子的迁移、电子流动过程组成， 极的还原过程、离子的迁移、电子流动过程组成， 整个电池体系形成一个回路。 整个电池体系形成一个回路。 电池中离子的迁移和电子的流动， 电池中离子的迁移和电子的流动，其动力是电 池电动势。金属发生电化学腐蚀的难易， 池电动势。金属发生电化学腐蚀的难易，在热力学 上取决于腐蚀原电池的电动势。 上取决于腐蚀原电池的电动势。 电动势
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《
原电池：化学能→电能
阳极 Anode (-) 阴极 Cathode (+)
负极 Zn →Zn2+ + 2e 正极 2NH4+ +2e→2 NH3 + H2
13
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在某些情况下，腐蚀的次生过程更为复杂， 在某些情况下，腐蚀的次生过程更为复杂，若 金属有更高价态时，则腐蚀产物可能被进一步氧化。 金属有更高价态时，则腐蚀产物可能被进一步氧化。 4 Fe(OH)2+O2+2H2O→4 Fe(OH)3 4 Fe(OH)2+O2→2Fe2O3• H2O+2H2O 产物脱水后即为铁锈。 产物脱水后即为铁锈。 腐蚀次生产物并不直接生成在金属表面遭受腐 蚀的阳极区，而是在溶液中阴、 蚀的阳极区，而是在溶液中阴、阳极一次产物相遇 处形成。 处形成。
第二章
• • • •
腐蚀热力学
电极电位 腐蚀电池 金属电化学腐蚀倾向的判据 电位－ 图及其应用 电位－pH图及其应用
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1
2.1电极系统和电极电位 电极系统和电极电位 • 电极系统 金属浸于电解质溶液中所组成的系统。 金属浸于电解质溶液中所组成的系统。 • 电极反应 在电极系统金属和溶液界面上发生的 化学反应。 化学反应。
9
属 在 25 度 时 的 标 准 电 极 电 位 EO VS SHE
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非平衡电位 当电极反应不处于平衡状态， 当电极反应不处于平衡状态，电极系统的电位称为非平衡 电位。 电位。 偏离平衡的原因： 偏离平衡的原因： (1)有外电流流入或流出，使平衡状态被打破。 有外电流流入或流出，使平衡状态被打破。 有外电流流入或流出 (2)电极表面不只一个电极反应，它们的电位都将偏离平衡电 电极表面不只一个电极反应， 电极表面不只一个电极反应 位。 金属腐蚀的电极反应必然偏离平衡， 金属腐蚀的电极反应必然偏离平衡， 故非平衡电位的讨论十分重要。 故非平衡电位的讨论十分重要。
金属电极反应的特点 ：
• 金属材料是电极反应进行的场所和参与者。 金属材料是电极反应进行的场所和参与者。 场所和参与者 阳极反应。 • 金属电极的氧化是腐蚀电池的阳极反应。 金属电极的氧化是腐蚀电池的阳极反应 • 气体电极反应和氧化还原电极反应都可能作为腐蚀 电池的阴极反应。 电池的阴极反应。 阴极反应 • 氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极。 氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极。
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3. 电流回路
金属部分： 金属部分：电子由阳极流向阴极 溶液部分： 溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移
以上三个环节既相互独立，又彼此制约， 以上三个环节既相互独立，又彼此制约，其中任何 个受到抑制，都会使腐蚀电池工作强度减少。 一 个受到抑制，都会使腐蚀电池工作强度减少。
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金
电 极 反 应 K=K++e Na=Na++e Mg=Mg2++2e Al=Al3++3e Ti=Ti2++2e Mn=Mn2++2e Cr=Cr2++2e Zn=Zn2++2e Cr=Cr3++3e Fe=Fe2++2e Cd=Cd2++2e Mn=Mn3++3e Co=Co2++2e Eo -2.925 -2.714 -2.37 -1.66 -1.63 -1.18 -0.913 -0.762 -0.74 -0.440 -0.402 -0.283 -0.277 电 极 反 应 Ni=Ni2++2e Mo=Mo3++3e Sn=Sn2++2e Pb=Pb2++2e Fe=Fe3++3e H2=2H++2e Cu=Cu2++2e Cu=Cu++e 2Hg=Hg22++2e Ag=Ag++e Hg=Hg2++2e Pt=Pt2++2e Au=Au3++3e Eo -0.250 -0.2 -0.136 -0.126 -0.036 0.000 +0.337 +0.521 +0.189 +0.799 +0.854 +1.19 +1.50
阴离 子
紧密层－
相间电荷转 移
分散层－
粒子热运 动
• 在紧密层外侧还有一个分散层，即双电层由紧密层和分 在紧密层外侧还有一个分散层，即双电层由紧密层和 紧密层 散层两个部分组成。 散层两个部分组成。 两个部分组成
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电解池：电能→化学能
electrons BATTERY + Anode Cathode
阳极 Anode (+) 正极
ClNa+ H2O
2 Cl-
→ Cl2(g) + 2e
阴极 Cathode (-)负极 2 H2O + 2e金属腐蚀与防护（ 学年) 金属腐蚀与防护（2011-2012学年 学年
→
H2 + 2 OH54
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2. 阴极反应 通式： 通式：D+me＝[D.me] ＝
常见的去极化剂（氧化剂） 常见的去极化剂（氧化剂）是 H+和 O2 2H++2e＝H2 析氢腐蚀或氢去极化腐蚀 ＝ O2+4H++4e＝2H2O （酸性溶液中） ＝ 酸性溶液中） O2+2H2O+4e＝4OH-（中性或碱性溶液中） 中性或碱性溶液中） ＝
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A
K Cu Zn Cu
Zn
Cu
Cu
Cu
HCl溶液
(a)Zn块和 块通 块和Cu块通 块和 过导线联接 阳极Zn: 阳极 阴极Cu: 阴极
HCl溶液
块和Cu块直 （b)Zn块和 块直 块和 接接触（短路） 接接触（短路） Zn → Zn2++2e （氧化反应） 氧化反应） 2H++2e → H2 ↑（还原反应） （还原反应）
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电极电位 • 双电层 由于金属和溶液的内电位不同， 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， 系统的金属相和溶液相之间存在电位差，因 两相之间有一个相界区，叫做双电层 双电层。 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， 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。 电荷转移，是形成双电层的一个重要原因。 例如： 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+
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电动序
将各种金属的标准电位ϕ 的数值从小到大排列起来， 将各种金属的标准电位ϕ 0 的数值从小到大排列起来， 电动序” 就得到 “电动序” 。 电动序可以清楚地表明各种金属转变为氧化状态的倾 向。在氢之前的金属的ϕ 0为负值，称负电性金属；在氢之 在氢之前的金属的ϕ 为负值，称负电性金属； 后的金属的E 为正值，称正电性金属。 后的金属的 0为正值，称正电性金属。 ※电动序可以用来粗略地判断金属的腐蚀倾向
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2.2 腐蚀电池
1. 原电池 原电池(Cell) 2. 腐蚀电池 腐蚀电池(Corrosion Cell) 腐蚀电池 (Corrosion Cell) 3. 腐蚀电池的电化学历程 (Electrochemistry Process of Corrosion Cell) 4. 电化学腐蚀的次生过程 (Secondary Process of Electrochemistry Corrosion)
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腐蚀过程的产物
初生产物：阳极反应和阴极反应的生成物。 初生产物：阳极反应和阴极反应的生成物。 次生产物：初生产物继续反应的产物。 次生产物：初生产物继续反应的产物。
初生和次生产物都有可溶和不可溶性产物。 初生和次生产物都有可溶和不可溶性产物。 ★只有不溶性产物才能产生保护金属的作用。 只有不溶性产物才能产生保护金属的作用。 只有不溶性产物才能产生保护金属的作用
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电极电位
• 金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的 绝 金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的绝 对电极电位，简称电位，记为ϕ 对电极电位，简称电位，记为ϕ。 • 电位的绝对值ϕ 无法测量。 电位的绝对值ϕ 无法测量。 • 电极电位的相对值可以测量。 电极电位的相对值可以测量。
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5. 腐蚀电池的类型 (Type of Corrosion Cell)
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原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、 原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、阴 极的还原过程、离子的迁移、电子流动过程组成， 极的还原过程、离子的迁移、电子流动过程组成， 整个电池体系形成一个回路。 整个电池体系形成一个回路。 电池中离子的迁移和电子的流动， 电池中离子的迁移和电子的流动，其动力是电 池电动势。金属发生电化学腐蚀的难易， 池电动势。金属发生电化学腐蚀的难易，在热力学 上取决于腐蚀原电池的电动势。 上取决于腐蚀原电池的电动势。 电动势
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《
原电池：化学能→电能
阳极 Anode (-) 阴极 Cathode (+)
负极 Zn →Zn2+ + 2e 正极 2NH4+ +2e→2 NH3 + H2
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在某些情况下，腐蚀的次生过程更为复杂， 在某些情况下，腐蚀的次生过程更为复杂，若 金属有更高价态时，则腐蚀产物可能被进一步氧化。 金属有更高价态时，则腐蚀产物可能被进一步氧化。 4 Fe(OH)2+O2+2H2O→4 Fe(OH)3 4 Fe(OH)2+O2→2Fe2O3• H2O+2H2O 产物脱水后即为铁锈。 产物脱水后即为铁锈。 腐蚀次生产物并不直接生成在金属表面遭受腐 蚀的阳极区，而是在溶液中阴、 蚀的阳极区，而是在溶液中阴、阳极一次产物相遇 处形成。 处形成。
第二章
• • • •
腐蚀热力学
电极电位 腐蚀电池 金属电化学腐蚀倾向的判据 电位－ 图及其应用 电位－pH图及其应用
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2.1电极系统和电极电位 电极系统和电极电位 • 电极系统 金属浸于电解质溶液中所组成的系统。 金属浸于电解质溶液中所组成的系统。 • 电极反应 在电极系统金属和溶液界面上发生的 化学反应。 化学反应。
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属 在 25 度 时 的 标 准 电 极 电 位 EO VS SHE
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非平衡电位 当电极反应不处于平衡状态， 当电极反应不处于平衡状态，电极系统的电位称为非平衡 电位。 电位。 偏离平衡的原因： 偏离平衡的原因： (1)有外电流流入或流出，使平衡状态被打破。 有外电流流入或流出，使平衡状态被打破。 有外电流流入或流出 (2)电极表面不只一个电极反应，它们的电位都将偏离平衡电 电极表面不只一个电极反应， 电极表面不只一个电极反应 位。 金属腐蚀的电极反应必然偏离平衡， 金属腐蚀的电极反应必然偏离平衡， 故非平衡电位的讨论十分重要。 故非平衡电位的讨论十分重要。
金属电极反应的特点 ：
• 金属材料是电极反应进行的场所和参与者。 金属材料是电极反应进行的场所和参与者。 场所和参与者 阳极反应。 • 金属电极的氧化是腐蚀电池的阳极反应。 金属电极的氧化是腐蚀电池的阳极反应 • 气体电极反应和氧化还原电极反应都可能作为腐蚀 电池的阴极反应。 电池的阴极反应。 阴极反应 • 氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极。 氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极。
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3. 电流回路
金属部分： 金属部分：电子由阳极流向阴极 溶液部分： 溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移
以上三个环节既相互独立，又彼此制约， 以上三个环节既相互独立，又彼此制约，其中任何 个受到抑制，都会使腐蚀电池工作强度减少。 一 个受到抑制，都会使腐蚀电池工作强度减少。
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金
电 极 反 应 K=K++e Na=Na++e Mg=Mg2++2e Al=Al3++3e Ti=Ti2++2e Mn=Mn2++2e Cr=Cr2++2e Zn=Zn2++2e Cr=Cr3++3e Fe=Fe2++2e Cd=Cd2++2e Mn=Mn3++3e Co=Co2++2e Eo -2.925 -2.714 -2.37 -1.66 -1.63 -1.18 -0.913 -0.762 -0.74 -0.440 -0.402 -0.283 -0.277 电 极 反 应 Ni=Ni2++2e Mo=Mo3++3e Sn=Sn2++2e Pb=Pb2++2e Fe=Fe3++3e H2=2H++2e Cu=Cu2++2e Cu=Cu++e 2Hg=Hg22++2e Ag=Ag++e Hg=Hg2++2e Pt=Pt2++2e Au=Au3++3e Eo -0.250 -0.2 -0.136 -0.126 -0.036 0.000 +0.337 +0.521 +0.189 +0.799 +0.854 +1.19 +1.50