金属腐蚀的控制方法

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。

防腐技术措施防腐技术措施是一种用于保护材料免受腐蚀和腐败的方法。

腐蚀是指材料由于与外界环境发生化学反应而失去稳定性的过程。

腐败是指有机物质在湿热条件下被微生物分解的过程。

防腐技术措施是为了延长材料的寿命，减少维护和更换的成本。

表面涂层1. 漆膜涂层漆膜涂层是最常见的防腐技术之一。

涂层可以通过形成一层保护性的屏障来防止环境中的腐蚀剂与材料接触。

一些广泛使用的涂层材料包括油漆、涂料、聚合物等。

这些材料在涂层表面形成一个保护性的屏障，防止湿气、化学品和其他有害物质侵入材料。

2. 金属涂层金属涂层是一种将金属材料作为保护性层涂在其他材料表面的方法。

常见的金属涂层包括锌涂层和铝涂层。

这些金属具有良好的防腐性能，可以防止材料暴露在潮湿的环境中。

3. 防腐蚀涂层防腐蚀涂层是一种特殊的涂料，其成分中含有特殊的化学物质，可以抑制腐蚀的发生。

这些化学物质可以与材料表面的金属发生化学反应，形成一层具有防腐性能的保护膜。

阴极保护技术阴极保护技术是一种通过降低金属的电位来抑制腐蚀的方法。

它通过在金属表面添加一种阴极保护剂，使金属表面成为一个电流通过的路径，从而降低金属的电位。

这样可以减少腐蚀的发生。

阴极保护技术主要包括以下几种方法：1. 阴极保护涂层阴极保护涂层是在金属表面涂覆一层阴极保护性涂层的方法。

这种涂层通常含有一种活性物质，如锌粉或锌盐，可以提供阴极保护作用。

2. 阴极保护电流阴极保护电流是通过外部电源向金属表面施加一定电流，使金属表面成为一个阴极，从而减少腐蚀的发生。

这种方法通常适用于较大的金属结构，如船舶、桥梁、油罐等。

3. 物理隔离物理隔离是一种将金属结构与环境隔离的方法。

这可以通过使用塑料或橡胶等非金属材料来实现。

物理隔离可以防止金属结构与潮湿环境接触，从而减少腐蚀的发生。

环境调控环境调控是一种通过控制环境参数来减少腐蚀的发生。

这些参数包括温度、湿度、氧气浓度等。

环境调控可以通过以下几种方法来实现：1. 保持干燥保持干燥是一种常用的环境调控方法。

东莞理工学院金属腐蚀原因及常用的防腐方法化学与环境工程学院08化工工艺2班200841511208王东贤2011-5-30金属腐蚀的原因及常用的防腐方法摘要：在当今工业生产中，金属腐蚀已变的越来越严重，造成的损失也越来越大，所以研究防腐的方法就显得尤为重要。

本文简单介绍了一些金属腐蚀的机理，在此基础上着重从改善金属本质、把金属和腐蚀介质分开、改善腐蚀环境、电化学保护这四方面介绍了防止金属腐蚀的措施及方法，为以后的研究和探索防腐方法打下基础。

关键词：腐蚀防腐防腐方法金属引言当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。

从热力学观点看，除少数贵金属（如Au、Pt）外，各种金属都有转变成离子的趋势，就是说金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。

金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。

据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5％～4.2％，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。

有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨！因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。

本文探讨化工生产中发生腐蚀的原因以及采取合适的防腐方法防止金属腐蚀。

1.引起金属表面腐蚀的多种原因1.1季节性腐蚀腐蚀可以发生在一年内的任何时候。

一般来说，7～9月的温度和相对湿度较高，在美国东部和中西部更容易发生腐蚀。

干旱地区，如克罗拉多州、新墨西哥州、亚利桑那州、犹他州及加州，这些地方的相对湿度较低，腐蚀情况就很少发生。

1.2手印腐蚀当工件接触人手后，就容易发生腐蚀。

搬运过程中新机床和金属工件表面留下的手印，会导致腐蚀。

这种情况普遍存在于皮肤呈酸性的人群，以及表面光洁度高的工件。

使用手印中和剂能防止类似的手印腐蚀。

随着温度上升，包括腐蚀在内的化学反应速度就会更快。

在金属相邻的区域内，温度不同，就会加剧点蚀 ，热的部位为阳极，冷的部位为阴极。
金属相对面积 （面积效应）
腐蚀速率与阴极和阳极面积的比例成正比关系。 不同金属：镍-钢结合时，镍为阴极。采用管-管板连接，钢-镍则腐蚀 加剧 镍-钢增腐蚀小得多。 同一金属：钝化膜破坏。（点蚀）
流速
一般情况下流速增加使腐蚀速度增加。在高流速区域，层流区的厚度减 少，
孤立的金属腐蚀时，在金属表面上同时以相等速度进行着 一个阳极反应和一个阴极反应的现象，称为电极反应的耦合。互 相耦合的反应称为共轭反应，而相应的腐蚀体系则称为共轭体系 。在共扼体系中，总的阳极反应速度与总的阴极反应速度相等。 此时，阳极反应释放出的电子恰好为阴极反应所消耗，金属表面 没有电荷的积累，故其电极电位也不随时间而变化。
二、 影响腐蚀的因素
pH值
pH值对金属腐蚀速度的影响取决于该金属的氧化物在水中的 溶解度对pH值的依赖关系。
温度: 22OC 腐 蚀 率
13 10
7
4
P
H
腐蚀和PH的关系
阴离子
金属的腐蚀速度与水中阴离子的种类有密切 关系。
NO3- ＜ CH3COO-＜ SO4-＜Cl- ＜ClO4-
冷却水中的Cl-、Br-、I-、 SO4-等活性离子能 破坏碳钢，不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化 膜，曾加其腐蚀的阳极过程的速度，引起金属的 局部腐蚀。
氧容易达到金属表面，氧的去极化作用导致腐蚀加速进行。 高速流水会冲走可能成为钝化层的腐蚀产物，从而加剧腐蚀。
不同金属 不同金属的接触而引起的腐蚀称为电偶腐蚀。电偶腐蚀
的驱动力是金属间的电位差，电偶中的阳极腐蚀。（阴极保 护） 冶金学方面
金属的均匀性：非均相金属的夹杂区、晶粒结构的金属 化合物上的夹杂区