电化学腐蚀工艺及原理研究

1、电化学腐蚀工艺及原理研究电化学腐蚀工艺及原理研究引言：电化学外表加工技术中材料的增加或减少都是以离子的形式进展的，由于金属离子的尺寸非常微小10-1n，因此，以离子方式去除材料的微去除方式使电化学加工技术在微细制造领域、纳米制造领域存在着极大优势，只要精细地控制电流密度和电化学发生区域，就能实现电化学的微细溶解或微细沉积。一、电化学腐蚀原理金属外表由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被复原物质的粒子在与金属外表碰撞时获得金属原子的价电子而被复原，与失去价电子的被氧化的金属就地形成腐蚀产物覆盖在金属外表上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。由于金属是电子的良导

2、体，假如介质是离子导体的话，金属被氧化与介质中被复原的物质获得电子这两个过程可以同时在金属外表的不同部位进展。金属被氧化成为正价离子包括配合离子进入介质或成为难溶化合物一般是金属的氧化物或含水氧化物或金属盐留在金属外表。这个过程是一个电极反响过程，叫做阳极反响过程。被氧化的金属所失去的电子通过作为电子良导体的金属材料本身流向金属外表的另一部位，在那里由介质中被复原的物质所承受，使它的价态降低，这是阴极反响过程。在金属腐蚀学中，习惯地把介质中承受金属材料中的电子而被复原的物质叫做去极化剂。经这种途径进展的腐蚀过程，称为电化学腐蚀。在腐蚀作用中最为严重的是电化学腐蚀，它只有在介质中是离子导体时才能

3、发生。即便是纯水，也具有离子导体的性质。在水溶液中的腐蚀，最常见的去极化剂是溶于水中的氧2。二、电化学腐蚀的分类上述金属腐蚀现象，都是假定阳极和阴极反响是在金属外表一样的位置发生的，这样引起的金属腐蚀是均匀的，称为均匀腐蚀，见本文由论文联盟搜集整理图6.1a。实际上，金属中总是或多或少含有杂质，是不均匀的。有些金属中还有目的地参加其他成分以改善其机械性能或耐腐蚀性，例如合金，但也因此引进了一定程度的不均匀性。有些金属构件在加工过程中产生了内应力，同样造成不均匀性。另外，腐蚀介质也可能因浓度差等原因产生部分的不均一性。这种金属/溶液界面的不均一性是产生部分腐蚀的原因。部分腐蚀的危害比均匀腐蚀要严

4、重得多，因为金属腐蚀的阳极反响和共扼阴极反响，由于金属/溶液界面的不均一而产生了空间别离，阳极反响往往在极小的部分范围内发生，此时总的阳极溶解速率虽然仍旧等于总的共扼阴极反响速率，但是阴极电流密度单位面积内的反响速率却大大增加了，即部分的腐蚀强度大大加剧了。例如一根均匀腐蚀的铁管可以连续使用很长时间而无大碍，但如部分腐穿就只能报废。典型的部分腐蚀有孔蚀、晶间腐蚀、脱成分腐蚀、冲蚀和应力腐蚀破裂腐蚀，它容易发生在含有氯离子的高温水中，机理终究是锌溶解而铜不被腐蚀，还是Zn和u同时溶解，然后铜又析出，尚未搞清楚。家用热水器所用的黄铜制龙头，经几年使用后变成铜色，这就是我们身边发生的这种腐蚀的实例。

5、冲蚀是在冲击的机械作用下，材料外表发生磨损的同时又参加腐蚀作用，两者互相促进，产生严重的侵蚀。气相流体中的液滴、液相流体中的固体粉末、液体中旋涡产生的空穴、弯管等部位发生的涡流等，都能破坏外表膜，加速腐蚀。应力腐蚀破裂是一种在特定环境组合下，如铝合金和不锈钢与氯化物水溶液、铜合金与氨水、碳钢和碱性水溶液等，由于低的拉应力导致金属材料破裂的现象。破裂有沿晶晶界破裂和穿晶晶粒破裂两种。它们对于受应力的器械危害最大，如高压锅炉、飞机上侧面薄壁、钢索、机器的轴等，假如发生这类腐蚀就可能突然崩裂而酿成事故。孔蚀是在材料外表，形成直径小于1并向板厚方向开展的孔。介质发生泄漏，大多是孔蚀造成的，而且它的开展

6、速度也是很快的，大多为每年数毫米。晶间腐蚀是沿着金属材料的晶界产生的选择性腐蚀，尽管晶粒几乎不发生腐蚀，但仍然导致材料破坏。例如，不锈钢贫铬区产生的晶间腐蚀，是由r236等碳化物在晶界析出，使晶界近旁的铬含量降到百分之几以下，故这部分耐蚀性降低。铝合金、锌、锡、铝等，也存在由于在晶界处不纯物偏析，导致晶界溶解速度增加的情况。三、金属的电化学防腐蚀从腐蚀角度保护金属材料最简单易行的方法是将材料与腐蚀环境隔离。例如有机涂料、无机物的搪瓷等涂覆金属外表以使材料与腐蚀环境隔绝。当这些保护层完好时是能起到保护作用的。这里主要介绍已广为人们采用的电化学防腐蚀方法。1.金属镀层用电镀法在金属的外表涂一层别的

7、金属或合金作为保护层。例如自行车上镀铜锡合金当底，然后镀铬，铁制自来水管镀锌以及某些机电产品镀银或金等都可以到达防腐蚀目的。电镀是借助于电解作用，在金属制件外表上沉积一薄层其他金属的方法。包括镀前处理除油、去锈、镀上金属层和镀后处理钝化、去氢等过程。电镀时，将金属制件作为阴极，所镀金属作为阳极，浸人含有镀层成分的电解液中，并通人直流电，经过一段时间即得沉积镀层。2.阳极保护它是指用阳极极化的方法使金属钝化，并用微弱电流维持钝化状态，从而保护金属。此法是基于对金属钝化现象的研究提出的。因此，要弄清阳极保护的原理，首先要明白金属钝化的原理。金属阳极溶解时，在一般情况下，电极电势愈正，阳极溶解速度愈

8、大。但在有些情况下，当正向极化超过一定数值后，由于外表某种吸附层或新的成相层的形成，金属的溶解速度非但不增加，反而急剧下降。在金属被化学溶解时也有类似情形。例如铁浸在硝酸溶液中，随着硝酸浓度的升高，铁的溶解速度加快。但当硝酸浓度超过某一临界值后，铁的溶解速度反而显著降低。这种在强化条件下金属正常溶解反而受到阻抑的现象叫做金属的钝化用控制电势法测定阳极极化曲线，可以清楚地理解金属的钝化过程。如下图就是典型的恒电势阳极极化曲线。曲线分为四个区域AB段为活性溶解区，金属进展正常的阳极溶解。当电势到达时，金属发生了钝化过程。金属的溶解速度剧烈降低，故为临界钝化电势。B段是过渡钝化区，金属外表由活化状态过渡到钝化状态。D段是稳定钝化区，这一段电势区通常达12V，有的金属甚至可达几十伏，在此电势范围内金属的钝化到达稳定状态，金属的溶解速度到达最低值，在整个D段溶解速度几乎保持不变。DE段是过钝化区，当进入DE段，这时金属溶解速度又得新加快，造成这一现象有两种可能的原因，一是金属的高价态溶解，另一种可能是发生了其他的阳极反响，例如氧的析出。根据以上分析可知，假如把浸在介质中的金属构件和另一辅助电极组成电池，用恒电位仪把金属构件的电势控制在D段内，那么可以把金属在介质中的腐蚀降低到最小限度。这种用阳极