金属腐蚀与防护ppt课件

1、特点：特点： (a) 无电流。无电流。(b) 腐蚀介质：非电解质溶液或枯燥气体。腐蚀介质：非电解质溶液或枯燥气体。温度影响：温度影响：温度升高，腐蚀速率加快。温度升高，腐蚀速率加快。 例如例如 在轧钢过程中，当在轧钢过程中，当 T 700时，会发生氧化脱碳：时，会发生氧化脱碳： Fe3C (s) + O2 (g) Fe (s) + CO2 (g) Fe3C (s) + CO2 (g) Fe (s) + CO (g) Fe3C (s) + H2O (g) Fe (s) + CO (g) + H2(g)CC脱碳景象脱碳景象CH2OCO2O2Fe 当金属与周围的介质接触时，由于化学或电化学作用当金属

2、与周围的介质接触时，由于化学或电化学作用而引起的资料性能的退化与破坏，称为金属的腐蚀。而引起的资料性能的退化与破坏，称为金属的腐蚀。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀 定义定义:由金属、金属中的杂质、电解质溶液由金属、金属中的杂质、电解质溶液组成的部分电池引起的腐蚀。组成的部分电池引起的腐蚀。特点特点:部分构成短路小电池部分构成短路小电池 (腐蚀电池腐蚀电池)腐蚀类型腐蚀类型阴极阴极阳极阳极正极正极负极负极 电极反响：电极反响： 阳极阳极 Fe ： Fe (s)Fe2+ (aq) + 2e-阴极杂质：阴极杂质： 2H+ (aq) + 2e-H2 (g)总反响：总反响：Fe (s) + 2H+ (

3、aq)Fe2+ (aq) + H2 (g)条条 件：件：酸性介质酸性介质析氢腐蚀经常发生在：析氢腐蚀经常发生在：1酸洗或酸侵蚀某种活泼金属的加工过程中；酸洗或酸侵蚀某种活泼金属的加工过程中；2潮湿的空气，特别含有较多的酸性气体潮湿的空气，特别含有较多的酸性气体 CO2、SO2和和NO2等的空气中。等的空气中。在酸性介质中，金属及其在酸性介质中，金属及其制品发生析出制品发生析出H2H2的腐蚀。的腐蚀。 电极反响：电极反响： Fe(s) Fe2+ (aq) + 2e-2OH- (aq) 1/2 O2 + H2O + 2e-总反响：总反响：Fe(s) + 1/2O2 (g) + H2OFe(OH)2

4、 (s) 条条 件：件：弱酸性、中性或碱性介质弱酸性、中性或碱性介质阳极阳极 Fe ：阴极杂质：阴极杂质：在一定的腐蚀介质中，由于溶解氧的作用而引起的腐蚀。2Fe(OH)2 (s) Fe(OH)3 (s) H2O+O2 吸氧腐蚀的一种方式，是因金属外表的吸氧腐蚀的一种方式，是因金属外表的氧气分布不均匀而引起的。氧气分布不均匀而引起的。 P(O2)大大 P(O2) 小小+-22/1222C/ )OH(CP/ )O(Plg205917. 0)OH/O()OH/O( 小小大大)O(P)O(Plg05917. 0E22 4OH- (aq) O2(g) + 2H2O + 4e-1、正确选材、正确选材2、

5、覆盖维护层、覆盖维护层 要要 求：求： a. 膜层致密，完好无孔，不透介质；膜层致密，完好无孔，不透介质； b. 与基体金属结合强度高，附着力强；与基体金属结合强度高，附着力强； c. 高硬度，耐磨；高硬度，耐磨； d. 均匀分布。均匀分布。 金属维护层金属维护层 镀层镀层 基体基体 例如：例如： 铜上镀银、金，铁上镀锡，主铜上镀银、金，铁上镀锡，主要起要起 隔离和装饰作用。隔离和装饰作用。 镀层镀层 基体基体 例如：铁上镀锌，主要起防腐例如：铁上镀锌，主要起防腐作用。作用。 非金属维护层非金属维护层 常用的有：涂料、油漆、搪瓷、塑料等常用的有：涂料、油漆、搪瓷、塑料等。 钝化膜维护层钝化膜维

6、护层 a. 氧化膜氧化膜 ( 发蓝、发黑发蓝、发黑 ) 原理原理: 在碱性溶液中，在碱性溶液中，150条件：条件： Fe + NaNO3 + NaNO2 Fe3O4 特点特点: 很薄很薄 ( 0.55m) ； 蓝黑色。蓝黑色。 用途用途: 装饰、防腐。装饰、防腐。 缺陷缺陷: 抗蚀力较低。常用肥皂液浸渍封孔和涂油抗蚀力较低。常用肥皂液浸渍封孔和涂油处置。处置。 开展开展: 常温下进展的无碱发蓝：常温下进展的无碱发蓝： Fe + Ca(NO3)2 + H3PO4 + MnO2 Ca3(PO4)2 + Fe3O4 ( 发蓝液发蓝液 )( 黑色黑色 ) b. 磷化膜磷化膜 原理原理: 在磷酸锰铁盐俗

7、称马日夫盐、硝酸锌在磷酸锰铁盐俗称马日夫盐、硝酸锌盐的盐的 溶液中，在一定溶液中，在一定pH值、值、5070条件下条件下处置金处置金 属工件，使金属外表构成一层难溶的复属工件，使金属外表构成一层难溶的复合磷酸合磷酸 盐盐-磷化膜，其组成为：磷化膜，其组成为： Fe3(PO4)2 xH2O + M3(PO4)2 x H2O 特点特点: 外观暗灰色，膜厚约外观暗灰色，膜厚约5 15m，抗腐蚀，抗腐蚀才干才干 为发蓝膜的为发蓝膜的5 10倍；有较高的绝缘性倍；有较高的绝缘性。 用途用途: 抗蚀、油漆基底。抗蚀、油漆基底。 缺陷缺陷: 不耐强酸碱、性脆、机械强度较差。不耐强酸碱、性脆、机械强度较差。c

8、. 阳极氧化阳极氧化: 借助电解过程将金属外表氧化，产生氧借助电解过程将金属外表氧化，产生氧化膜。化膜。2H+ + 2e-H2阳阳 极：极：2Al + 6OH-Al2O3 (s)+3H2O +6e- 4OH- O2 + 2H2O + 4e- (主主)(次次)特点特点:氧化膜厚氧化膜厚5300m、抗蚀性好。、抗蚀性好。电解液电解液无孔型无孔型:难以溶解难以溶解Al和和Al2O3的柠檬酸的柠檬酸 、硼酸等。、硼酸等。多孔型多孔型: 硫酸、硫酸、 磷酸、草酸磷酸、草酸 、铬酸等。、铬酸等。阐明：氧化铝膜的性质与电解液组成有关，根据用阐明：氧化铝膜的性质与电解液组成有关，根据用 途不同，可分为多孔型和

9、无孔型两种。途不同，可分为多孔型和无孔型两种。阴阴 极：极：比如比如 Ca(HCO3)2能与阴极附近所构成的能与阴极附近所构成的OH-进展如下反响：进展如下反响： Ca2+ + 2HCO3- + 2OH- CaCO3(s) + 2H2O + CO32-难溶性碳酸钙覆盖于阴极外表，使电极的极化电势降低，阻滞难溶性碳酸钙覆盖于阴极外表，使电极的极化电势降低，阻滞阴极反响继续进展，从而减缓金属的腐蚀速率。阴极反响继续进展，从而减缓金属的腐蚀速率。a. 无机缓蚀剂无机缓蚀剂氧氧 化化 性性非氧化性非氧化性如如 CrO42- 、CrO4-、NaNO3、NaNO2等等在溶液中能使钢铁钝化构成钝化膜。在溶液

10、中能使钢铁钝化构成钝化膜。能与金属离子作用生成难溶物，覆盖在能与金属离子作用生成难溶物，覆盖在金属外表上构成维护膜。金属外表上构成维护膜。3、缓蚀剂法、缓蚀剂法如如 Na2CO3、Na2SiO3、Ca(HCO3)2等等b. 有机缓蚀剂有机缓蚀剂 琼脂琼脂 、糊精、糊精 、动物胶、胺类及含、动物胶、胺类及含N、S、三键的、三键的有机物质如二甲苯硫脲、乌洛托品、假设丁等。有机物质如二甲苯硫脲、乌洛托品、假设丁等。通常在酸性介质下通常在酸性介质下运用条件：运用条件：防腐原理：防腐原理： 金属刚开场溶解时，外表带负电，吸附缓蚀剂金属刚开场溶解时，外表带负电，吸附缓蚀剂的离子或分子于外表，构成一层难溶而

11、致密的维护的离子或分子于外表，构成一层难溶而致密的维护膜，妨碍氢离子放电膜，妨碍氢离子放电 ，从而到达维护金属的目的。，从而到达维护金属的目的。 常用的有机缓蚀剂有：常用的有机缓蚀剂有：(C6H11)2NH2NO2 + H2O (C6H11)2NH2OH + H+NO2- c. 气相缓蚀剂气相缓蚀剂例如：亚硝酸二环己胺被吸附后发生水解反响：例如：亚硝酸二环己胺被吸附后发生水解反响：(C6H11)2NH2OH (C6H11)2NH2+ + OH-可以挥发到空间，与空气中的水蒸气一同被吸可以挥发到空间，与空气中的水蒸气一同被吸附在金属外表上，从而到达维护金属的目的。附在金属外表上，从而到达维护金属

12、的目的。其中有机阳离子与金属以配位键结合，构成延续保其中有机阳离子与金属以配位键结合，构成延续保护层，有效的阻止护层，有效的阻止H+的复原；再加上的复原；再加上NO2- 的氧化作的氧化作用，维持金属外表钝化，使金属抗蚀才干大为提高。用，维持金属外表钝化，使金属抗蚀才干大为提高。5、改善环境、改善环境 4、电化学维护法、电化学维护法阴极维护法阴极维护法阳极维护法阳极维护法牺牲阳极维护法牺牲阳极维护法外加电流维护法外加电流维护法CoCl26H2O CoCl22H2O CoCl2H2O CoCl2 粉粉 红红 紫紫 红红 蓝蓝 紫紫 蓝蓝 色色空气中因含有水蒸气，易使金属零件生锈腐蚀，我空气中因含有

13、水蒸气，易使金属零件生锈腐蚀，我们可用控制相对湿度法枯燥空气封存法或放置们可用控制相对湿度法枯燥空气封存法或放置枯燥剂等方法，改善环境。枯燥剂等方法，改善环境。 常用的枯燥剂是浸入少量常用的枯燥剂是浸入少量CoCl2的硅胶枯燥剂。的硅胶枯燥剂。利用外加电源，使被维护的利用外加电源，使被维护的金属氧化生成钝化膜。金属氧化生成钝化膜。钢材的锈蚀与防护钢材的锈蚀与防护钢材的锈蚀钢材的锈蚀 钢材外表与其周围介质发生化学反响而遭到的破坏，钢材外表与其周围介质发生化学反响而遭到的破坏，称为钢材的锈蚀。称为钢材的锈蚀。化学锈蚀化学锈蚀电化学锈蚀电化学锈蚀钢材直接与周围介质发生化学反响产生锈蚀，多数钢材直接与

14、周围介质发生化学反响产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材外表构成疏松氧化物。在枯燥环境是由氧化作用在钢材外表构成疏松氧化物。在枯燥环境中反响缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀那么开展迅速。中反响缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀那么开展迅速。钢材本身组成上的缘由和杂质的存在，在外表介质钢材本身组成上的缘由和杂质的存在，在外表介质的作用下，各成分电极电位的不同，构成微电池，铁元的作用下，各成分电极电位的不同，构成微电池，铁元素失去了电子成为素失去了电子成为Fe2+Fe2+进入介质溶液，与溶液中的进入介质溶液，与溶液中的OH-OH-离离子结合生成子结合生成FeFeOHOH2 2。锈蚀的结果：在钢材外表构成疏松的氧

15、化物，使钢构造断面减小，锈蚀的结果：在钢材外表构成疏松的氧化物，使钢构造断面减小， 降低钢材的性能，因此承载力降低。降低钢材的性能，因此承载力降低。钢材的防护钢材的防护 三个方面：从改动钢材本身的易腐蚀性、隔离环境三个方面：从改动钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改动钢材外表的电化学过程。中的侵蚀性介质或改动钢材外表的电化学过程。1 1采用耐候钢耐大气腐蚀钢采用耐候钢耐大气腐蚀钢2 2金属覆盖金属覆盖 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材电镀或喷镀的方法覆盖在钢材外表。外表。3 3非金属覆盖非金属覆盖 在钢材外表用金属资料做为在钢材外表用金属资料做为维护膜维护膜, , 如喷涂涂料、如喷涂涂料、

16、 搪瓷和塑料等。搪瓷和塑料等。4 4混凝土用钢筋的防锈混凝土用钢筋的防锈 b. 酸洗酸洗 电镀液种类繁多，成分复杂，它的选择电镀液种类繁多，成分复杂，它的选择是电镀质量优劣的关键。是电镀质量优劣的关键。 以电镀锌为例，阐明电镀液的选择：以电镀锌为例，阐明电镀液的选择：简单的锌盐如简单的锌盐如ZnSO4溶液不宜作电镀液。由溶液不宜作电镀液。由于于 ZnSO4 是强电解质，溶液中是强电解质，溶液中Zn2+浓度过大，浓度过大，电镀时锌堆积过快，使镀层粗糙、厚薄不匀，电镀时锌堆积过快，使镀层粗糙、厚薄不匀，与基体金属结合力差。与基体金属结合力差。Zn 2+ + 2e-Zn 阴极阴极:Zn(OH)42-

17、Zn2+ + 4OH-故采用碱性锌酸盐作电镀液：故采用碱性锌酸盐作电镀液： 为了提高锌镀层的抗蚀性，往往将镀锌后为了提高锌镀层的抗蚀性，往往将镀锌后的零件放入钝化液，进展钝化处置，使其外表的零件放入钝化液，进展钝化处置，使其外表构成一层致密而稳定的薄膜，这种方法叫镀锌构成一层致密而稳定的薄膜，这种方法叫镀锌钝化，构成的薄膜为钝化膜。钝化，构成的薄膜为钝化膜。电镀与电铸的区别：电镀与电铸的区别：电镀层厚度电镀层厚度 较薄较薄 (0.010.05 mm)电铸镀层厚度电铸镀层厚度 较厚较厚 (0.055 mm) 电铸与电镀都是指镀液中的金属离子在电场作用电铸与电镀都是指镀液中的金属离子在电场作用下，

18、堆积到阴极上的过程。由于加工目的不同，就使下，堆积到阴极上的过程。由于加工目的不同，就使加工方法等有了明显差别。电铸目的主要是复制模具、加工方法等有了明显差别。电铸目的主要是复制模具、工艺品以及加工高精度的空心、薄壁零件及导管等。工艺品以及加工高精度的空心、薄壁零件及导管等。电铸加工原理：电铸加工原理： 如下图如下图电铸表示图电铸表示图+阳极原模阴极1) 定义定义: 利用腐蚀原理进展金属定域利用腐蚀原理进展金属定域“切削切削的的 加加 工方法。工方法。2) 原理原理: 化学落料或化学铣切化学落料或化学铣切涂胶涂胶腐蚀腐蚀去胶去胶工件工件耐蚀胶膜耐蚀胶膜腐蚀深度腐蚀深度化学抛光：化学抛光：依托纯化学作用与微电池的腐蚀作用，依托纯化学作用与微电池的腐蚀作用，使资料外表平滑和光泽化使资料外表平滑和光泽化电解抛光：电解抛光：依托外加电源的电解作用，使资料外表依托外加电源的电解作用