第三章 电化学腐蚀的基本原理

电化学腐蚀的原理及应用1. 什么是电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生氧化反应和还原反应，导致金属表面发生物理和化学变化的过程。

在电化学腐蚀过程中，金属表面被腐蚀掉，在金属内部生成电化学腐蚀产物，从而导致金属的退化和破坏。

2. 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是由以下三个基本要素组成的：- 金属：作为电极参与电化学反应。

- 电解质溶液：提供导电性和溶解氧的介质。

- 环境：包括温度、压力、湿度等因素，会对腐蚀过程产生影响。

电化学腐蚀的过程可以分为两种基本反应： 1. 氧化反应（阳极反应）：金属表面发生氧化反应，将金属原子转化为正离子并释放电子。

2. 还原反应（阴极反应）：导电的电解质溶液中的阳离子被还原为金属或者其他物质。

通过以上两种反应，金属表面发生物理和化学变化，导致腐蚀和金属破坏。

3. 电化学腐蚀的应用电化学腐蚀的原理和机制在工业和科学研究中有广泛的应用。

以下是一些主要的应用领域。

3.1 金属腐蚀研究电化学腐蚀的研究对于理解金属的腐蚀行为和机制至关重要。

通过研究不同金属在不同环境下的电化学腐蚀行为，可以评估金属的腐蚀性能，选择合适的材料用于特定的应用，以延长金属的使用寿命。

3.2 防腐蚀技术电化学腐蚀的原理为防腐蚀技术的研发和应用提供了理论基础。

通过使用合适的涂层、阻隔层或者中和剂等物质，可以降低金属的腐蚀速率，延长金属的使用寿命。

例如，在航空航天工业中，通过电镀技术给金属表面添加一层保护性的金属镀层，可以防止金属在高温和高湿环境下的腐蚀。

3.3 腐蚀监测和控制电化学腐蚀的研究还为腐蚀监测和控制提供了方法和工具。

通过使用电化学腐蚀监测技术，可以实时监测金属的腐蚀速率和腐蚀产物的生成情况。

这对于设备的维护、预测设备的寿命和做出合理的维修计划非常重要。

3.4 腐蚀改良和治理电化学腐蚀的原理还可应用于腐蚀改良和治理。

通过了解腐蚀的原因和机制，可以研发出适用的腐蚀治理方法，以减少或避免金属材料的腐蚀。

电化学腐蚀原理
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，是由于金属表面与溶
液中的电化学物质发生作用而引起的腐蚀现象。

电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，对许多工业设备和设施造成了严重的损害。

了解电化学腐蚀的原理对于防止和控制腐蚀至关重要。

电化学腐蚀的原理可以通过腐蚀电池的形式来理解。

在电化学腐蚀中，金属表
面的微观区域存在着阳极和阴极两种反应。

阳极区域发生氧化反应，金属原子失去电子形成阳离子；而阴极区域则发生还原反应，金属离子接受电子还原成金属原子。

这种电化学反应导致了金属表面的腐蚀。

电化学腐蚀的速率取决于许多因素，包括金属的种类、溶液中的离子浓度、温度、氧气浓度等。

一般来说，金属在酸性溶液中的腐蚀速率比在碱性溶液中的要快，因为酸性溶液中氢离子的浓度高，可以加速金属的氧化反应。

此外，温度的升高也会加快电化学腐蚀的速率，因为高温可以促进电化学反应的进行。

为了防止电化学腐蚀，可以采取一些措施。

首先，可以选择耐腐蚀性能好的金
属材料，如不锈钢、镍基合金等。

其次，可以通过涂层、镀层等方式在金属表面形成保护膜，阻止金属与电解质溶液接触。

此外，控制溶液的pH值、氧气浓度等也
可以有效减缓电化学腐蚀的发生。

总之，电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，对工业生产和设备设施造成了
严重的损害。

了解电化学腐蚀的原理和影响因素，对于预防和控制腐蚀至关重要。

通过选择合适的材料、采取有效的防护措施，可以有效减缓电化学腐蚀的发生，延长金属设备的使用寿命。

金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀是指金属与环境中的化学物质发生反应而遭受损害的过程。

其基本原理可以概括为以下几点：
1. 金属的电化学性质：金属具有导电性质，其内部存在自由电子，可以形成电流。

不同金属的电化学性质有所差异，会影响金属的耐腐蚀性能。

2. 电化学反应：金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。

在电解质溶液中，金属表面会发生氧化和还原反应。

这些反应中，金属作为阴极或阳极参与电子传递过程，从而导致金属的腐蚀。

3. 电化学腐蚀过程：在电解质溶液中，当金属表面存在局部缺陷（如划痕、裂缝等）时，就会形成阳极和阴极的区域差异。

阳极区域发生氧化反应，金属通过失去电子被溶解成阳离子进入溶液中；而阴极区域则发生还原反应，一些物质被还原成金属。

在这个过程中，金属的一部分被腐蚀，组成金属的原子被离子替代，最终导致金属的损坏。

4. 影响腐蚀速率的因素：金属电化学腐蚀速率受多种因素影响，包括溶液中的电导率、氧含量、温度等。

此外，金属的合金成分、微观结构和表面处理等也会对腐蚀速率产生影响。

5. 防腐措施：为了减缓金属电化学腐蚀的发生，可以采取多种防腐措施，例如使用防腐涂层、合金化、电镀、阳极保护等方法，以提高金属的耐腐蚀性能。

第三章电化学腐蚀基础金属材料与电解质溶液接触时，会发生电化学腐蚀或称湿腐蚀，它是以金属为阳极的腐蚀原电池过程。

工业用金属一般都是还有杂质的，当其浸在电解质溶液中时，发生电化学腐蚀的实质就是在金属表面上形成了许多以金属为阳极，以杂质为阴极的腐蚀电池。

它的工作特点是只能导致金属材料的破坏而不能对外做有用电功的短路原电池。

§3-1 腐蚀原电池一、原电池P33图1是一个最常见的原电池。

中心碳棒是电池的正极，外围的锌皮是负极。

电解质是NH4Cl溶液。

当外电路接通时，灯泡亮。

电极反应为：阳极锌皮上发生氧化反应（使锌原子离子化）：Zn→Zn2++2e阴极碳棒是发生还原反应：2H++2e→H2电池总反应为：Zn+2H+→Zn2++H2在反应过程中，电池的锌皮不断被离子化，并放出电子，在外电路中形成电流。

金属锌的离子化结果就是腐蚀破坏。

一个腐蚀电池必须包括阳极、阴极、电解质溶液和外电路四个部分，缺一不可。

这四个组成部分构成腐蚀电池工作的三个必需的环节。

1 阳极过程金属进行阳极溶解，以金属离子或水化离子形式转入溶液，同时将等量电子留在金属上。

2 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，即氧化性物质所吸收，在金属腐蚀中将溶液中的电子接受体称为阴极去极化剂。

3 电流的流动电流的流动在金属中依靠电子从阳极经导线流向阴极，在电解质溶液中则是依靠离子的迁移。

腐蚀电池的三个环节既相互独立又彼此紧密联系和相互依存。

只要其中一个环节受阻或停止工作，则整个腐蚀过程也就停止。

电池中离子的迁移和电子流动的驱动力是电极电位差——电池电动势。

在电化学作用下，单位时间，单位面积上发生变化的物质量称腐蚀速度。

可以证明，腐蚀速度V与腐蚀电流密度i呈正比。

因此可用腐蚀电流密度i来表示腐蚀速度大小。

二、腐蚀原电池腐蚀原电池实质上是一个短路的原电池。

如P33图2，将锌与铜接触并置于盐酸水溶液中，就构成了以锌为阳极，铜为阴极的原电池。

一电化学腐蚀原理1．腐蚀电池(原电池或微电池)金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。

在这个过程中金属被氧化，所释放的电子完全为氧化剂消耗，构成一个自发的短路电池，这类电池被称之为腐蚀电池。

腐蚀电池分为三（或二）类：（1）不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。

例如：在铜板上有一铁铆钉，其形成的腐蚀电池。

铁作阳极（负极）发生金属的氧化反应：Fe → Fe2+ + 2e-；（Fe → Fe2+ + 2e）＝－0.447V.阴极（正极）铜上可能有如下两种还原反应：(a) 在空气中氧分压 =21 kPa 时：O2+4H＋＋4e- →2H2O；( O2+4H＋＋4e- →2H2O )＝1.229 V ,(b) 没有氧气时，发生2H+ + 2e- → H2；（2H+ + 2e- → H2）＝0V，有氧气存在的电池电动势 E1=1.229－(-0.447)＝1.676V; 没有氧气存在时，电池的电动势E2＝0-(-0.447)=0.447V。

可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。

铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。

Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极上，在铜极上O2与H＋发生还原反应，消耗电子，并且消耗了H＋，使溶液的pH值增大。

在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2，接着又被空气中氧继续氧化，即：Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。

这样不断地进行下去，机械部件就受到腐蚀。

（2）电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。

例如工业用钢材其中含杂质(如碳等)，当其表面覆盖一层电解质薄膜时，铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。

该微型电池中铁是阳极： Fe → Fe2+ + 2e-碳作为阴极：如果电解质溶液是酸性，则阴极上有氢气放出（2H+ + 2e- → H2 ）；如果电解质溶液是碱性，则阴极上发生反应 O2+2H2O+4e- →4OH- 。

简述电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是指在电解质溶液中，当金属与电解质接触时，由于电化学反应而导致金属表面的损失。

其原理是金属在电解质中发生氧化还原反应，形成正离子和电子，其中正离子溶解在电解质中，而电子则在金属表面留下，最终导致金属的腐蚀。

电化学腐蚀的原理可以分为两个主要过程：阳极溶解和阴极反应。

首先是阳极溶解过程。

当金属与电解质接触时，金属表面的原子或离子会失去电子，形成正离子。

这些正离子会进入电解质溶液中，并与溶液中的阴离子结合形成溶解物。

这个过程被称为阳极溶解，也是金属腐蚀的主要过程。

阳极溶解的速率取决于金属的活性和电解质的性质，如溶液的酸度、温度和氧气浓度等。

其次是阴极反应过程。

当金属腐蚀时，电解质中的电子会在金属表面聚集，形成阴极区域。

在阴极区域，电子与电解质中的正离子结合形成原子或分子，并还原成金属。

这个过程被称为阴极反应，它减缓了金属的腐蚀速率。

阴极反应的速率取决于电解质中的正离子浓度和金属表面的电位。

除了阳极溶解和阴极反应，电化学腐蚀还受到其他因素的影响。

第一个因素是电解质的浓度。

当电解质浓度较高时，阳极溶解和阴极反应的速率都会增加，导致金属腐蚀加剧。

相反，当电解质浓度较低时，金属腐蚀减缓。

第二个因素是温度。

温度的升高会加速阳极溶解和阴极反应的速率，从而增加金属的腐蚀速度。

这是因为温度的升高会提高电化学反应的速率常数，使电子和离子的迁移更加迅速。

第三个因素是氧气浓度。

氧气是金属腐蚀的重要因素之一，特别是在水中。

氧气的存在会加速阴极反应，从而增加金属的腐蚀速率。

因此，在含氧溶液中，金属的腐蚀速度通常比不含氧溶液中要快。

除了上述因素，金属的活性也是影响电化学腐蚀的重要因素。

活性金属的电极电位较低，更容易发生阳极溶解。

而惰性金属的电极电位较高，不容易发生阳极溶解。

因此，活性金属更容易腐蚀。

总结来说，电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生氧化还原反应导致金属表面损失的过程。

它受到阳极溶解、阴极反应以及电解质浓度、温度、氧气浓度和金属活性等因素的影响。

电化学腐蚀的原理
左右
电化学腐蚀是一种持续、渐进的衰减，通常指金属结构中阴极反应所造成的结构中金
属衰减，也称为阴极保护。

这种过程往往是在电解液中，由电压驱动得到的化学反应，电
流的强度和测定的时间会影响腐蚀的结果，但这种影响是有延迟的，对外界有较大的受累。

电化学腐蚀的原理是电流的作用，当通过金属时，电流会把金属上面的电荷迁移到电
解质中，金属表面上缺乏电荷，使金属产生一定的腐蚀。

结构中有两个端点，一个是阳极，另一个是阴极，由阳极电子通过外部路径流向阴极，金属阴极发生电化学反应。

阴极反应是通过氧化还原反应造成，也就是电子通过外界路径流向阴极，它在金属表
面上的氧化物层会分解，金属的原子半价会溶入溶液中。

此时，溶液中氧化剂会把氧原子
从其氧化物中取出，引起结构中金属的腐蚀，而释放出的氧流回和消耗掉溶液中的还原剂。

电化学腐蚀受到环境温度、pH 值、浓度大小、外观面积大小等影响，在受限温度范
围内，腐蚀速率越高，腐蚀从最高到最低的温度范围也不同；盐溶液中的 pH 值变化会影
响游离电子的数量，氧化剂的浓度有越高腐蚀速率就越大的趋势；而外观面积大小也会影
响电流的密度，表面多凹凸越多，电流密度越大，腐蚀越剧烈。

这样，当原子以及液体中的氧在电极上，并被可用电力所驱动后，氧原子就会被激活，它们会把金属上化学和物理性质的变化，以致于金属结构衰竭。

因此，如果金属表面把电
压和电流集中在一起，则会加速其腐蚀，导致衰竭。

电化学腐蚀的原理一、电化学反应在金属表面，以铁为例，当金属与电解质溶液接触时，金属表面释放出金属离子，并且失去电子。

这个过程被称为金属的氧化反应。

Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-在溶液中，释放的金属离子与电解质中的阴离子结合形成一种离子化合物。

Fe2+(aq) + 2Cl-(aq) → FeCl2(aq)同时，在金属表面接触到氧气时，金属表面上的氧气被还原为水，并且接受电子。

这个过程被称为金属的还原反应。

O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)这个氧化还原反应形成的水会与金属离子进行进一步的反应，生成含有铁离子的氢氧化铁沉淀。

Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe(OH)2(s)在这个过程中，氢氧化铁沉淀会继续吸引其他金属离子以及氢氧根离子，形成更稳定的化合物，如铁氧体等。

这些化合物的生成会导致金属表面出现腐蚀的现象。

二、电池反应电池反应是电化学腐蚀产生的另一个重要原理。

当金属表面存在着金属溶液和金属内部时，就会形成一个电池。

在金属表面，电荷丧失的铁离子会向金属内部的电极进行迁移，并丧失掉电荷，而导致金属表面带有剩余的负电荷。

这个过程被称为阳极反应。

Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-而在金属内部，金属离子则会接受电子，并向金属表面的电极进行迁移。

这个过程被称为阴极反应。

Fe2+(aq) + 2e- → Fe(s)由于这种电子的迁移，金属表面形成电势的差异，从而引起了电流的流动。

这个电流的流动就会导致金属离子在金属表面上产生丧失电荷的反应。

总结来说，电化学腐蚀的原理主要包括电化学反应和电池反应两个方面。

电化学反应是指金属表面发生的氧化还原反应，而电池反应是指电荷的迁移过程。

通过这两个过程，金属与电解质溶液之间产生的化学反应会导致金属表面发生腐蚀的现象。

电化学腐蚀的原理的深入研究对于腐蚀的防治和金属材料的保护具有重要的意义。