第六章 化学反应和材料保护

1、第六章 化学反应和材料保护6.1金属腐蚀的发生金属腐蚀金属和周围介质接触时，由于发生化学或电化学作用而引起的破坏叫金属腐蚀。危害：钢铁年产量的1/4 应用：化学铣削一、化学腐蚀单纯由化学作用引起的腐蚀。非电解质溶液介质、干燥、高温(高温下水蒸气对钢铁的腐蚀)例如：钢铁的高温脱碳和氢脆。Fe3C + O2 = 3Fe + CO2Fe3C + CO2 = 3Fe + 2 COFe3C +H2O = 3Fe + CO +H2钢铁脱碳致使硬度减小，抗疲劳极限降低。 由脱碳反应及其他氧化还原反应生成的氢因扩散渗入钢铁内部，使钢铁产生脆性,称氢脆。 钢的脱碳和氢脆会造成钢的表面硬度和内部强度的降低,这是非

2、常有害的现象。二、电化学腐蚀的极化作用1.电化学腐蚀 由于形成原电池（腐蚀电池）发生电化学作用而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。阳极 金属溶解发生氧化反应(阳极)M(s) = Mn+(aq) + ne阴极2H+ + 2e- = H2O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-析氢腐蚀吸氧腐蚀电极电势小的电对还原态易失去电子电极电势大的电对氧化态易得到电子 极化电势与平衡电势p平衡电势没有电流（或无限缓慢的微电流）通过电极时的电势。p极化电势当电极上有电流通过时，电极电势将偏离平衡电势值。这种现象称为电极的极化。这时的电极电势值称为极化电势。极化电势与平衡电势地差称为过电势。过电势为正值。p过电势产生

3、极化的原因1.浓差极化由于离子扩散速率低于离子在电极上放电速率所引起的。阳极：还原态物质失电子，电极附近氧化态浓度比溶液本体中大，还原态浓度比溶液本体中小。阴极：氧化态物质得电子，电极附近还原态浓度比溶液本体中大，氧化态浓度比溶液本体中小。极化的结果使阳极的实际电势高于平衡电势。极化的结果使阴极的实际电势低于平衡电势。baccccn/ )()/(lg05917. 0还原态氧化态2.电化学极化 电极反应（离子放电、原子结合等）缓慢造成电极上带电程度改变，使电极电势偏离平衡电势。 阳极上，当还原态物质的氧化反应（失电子）进行得较慢时，则电极的正电荷过剩，而使阳极实际电势高于其平衡电势。 阴极上，当

4、氧化态物质的还原反应（得电子）进行得较慢时，则电极的负电荷过剩，而使阴极实际电势低于平衡电势。3.电阻极化 无论那种极化原因，极化的结果都使阴极（正极）电势值减小，阳极（负极）电势值增大，最终使腐蚀电池的电动势减小。三、析氢腐蚀和吸氧腐蚀 1.析氢腐蚀阴极反应 2H+ + 2e- = H2 在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的工艺过程中常发生。若工厂附近空气中有较多的CO2，SO2等酸性气体，钢铁制件也会遭受析氢腐蚀。 2.吸氧腐蚀阴极反应 O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 故 更容易发生吸氧腐蚀。甚至在酸性较强的溶液中，金属发生析氢腐蚀的同时，也有吸氧腐蚀产生。一般说来，在pH值4时

5、，铁已不可能发生析氢腐蚀。 因 E（ O2 /OH-） E （ H+/ H2 ） 差异充气腐蚀因为金属表面氧气分布不均匀而引起的。O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- O2浓度大的地方，电势值大，为阴极（得电子）；O2浓度小的地方，电势值小，为阳极（失电子）。一根钢管穿过粘土和沙土，问哪部分被腐蚀？被液滴覆盖的钢铁，腐蚀发生在液滴周边还是在液滴的中部？四、金属的腐蚀速率金属越活泼，电极电势越小，越易被腐蚀。影响金属腐蚀速率的外界因素1.大气相对湿度对腐蚀速率的影响 大气相对湿度超过金属的临界相对湿度（与金属的种类、表面状态有关）时，金属表面很快会吸附水蒸气形成水膜而腐蚀。 钢铁生锈的临界相对湿度约75%水膜厚度对腐蚀的影响p10nm时，腐蚀几乎不发生。不能提供足够的电解质溶液。p106nm时，O2分子通过水膜困难，阴极反应迟缓p10106nm时：腐蚀速率大。 5.其他因素的影响 介质的酸碱性、表面的清洁度等。 2.环境温度的影响 当相对湿度在临界相对湿度以上时，温度每升高10，锈蚀速率