均勻腐蝕和金屬鈍化ppt課件

1、第4章 均勻腐蝕和金屬鈍化4.1 均勻腐蝕的概念4.2 均勻腐蝕速度的表示4.3 金屬的鈍化4.1 均勻腐蝕的概念 按照腐蝕的形狀可將金屬分為全面腐蝕和部分腐蝕兩大類。全面腐蝕是最長(zhǎng)見(jiàn)的一種腐蝕形狀，在金屬與介質(zhì)接觸的整個(gè)外表上都發(fā)生腐蝕，全面腐蝕可以是均勻腐蝕，也可以是不均勻腐蝕。均勻腐蝕的特征是腐蝕破壞地發(fā)生在整個(gè)金屬外表上，金屬由于腐蝕而普遍地減薄。金屬的陽(yáng)極溶解溶解和去極化試劑的陰極復(fù)原反響在整個(gè)金屬外表上是宏觀地、均勻地發(fā)生。均勻腐蝕中的均勻含義是相對(duì)于不均勻腐蝕或部分腐蝕而言的，在金屬全面的腐蝕的研討中，運(yùn)用均勻腐蝕的概念更容易和方便，也不失全面腐蝕的普通特征，因此這里對(duì)全面腐蝕的

2、討論限于均勻腐蝕的范圍。 活化形狀是腐蝕和鈍化形狀下的腐蝕。 與全面腐蝕相對(duì)應(yīng)的另一種腐蝕形狀是部分腐蝕，即在金屬部分的區(qū)域上發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，而外表的其他部分未蒙受腐蝕破壞或破壞程度相對(duì)較少。雖然金屬外表發(fā)生部分腐蝕時(shí)腐蝕破壞區(qū)域小，腐蝕的金屬總量也小，但是由于具有腐蝕破壞的忽然性和破壞時(shí)間的難以預(yù)見(jiàn)性，因此部分腐蝕往往會(huì)成為工程技術(shù)運(yùn)用中危害最大的腐蝕類型。全面腐蝕那么是按金屬腐蝕損失的數(shù)量來(lái)計(jì)算的最重要的腐蝕類型，但由于全面腐蝕相對(duì)于部分腐蝕來(lái)說(shuō)比較容易丈量和預(yù)測(cè)，運(yùn)用防護(hù)涂層、進(jìn)展外表處置、合理選擇耐腐蝕資料以及運(yùn)用緩釋劑等普通性很容易對(duì)全面腐蝕進(jìn)展有效防護(hù)，故呵斥災(zāi)難性失效事故相對(duì)較少

3、，但是全面腐蝕的開(kāi)展可以為部分腐蝕的構(gòu)成發(fā)明條件，導(dǎo)致嚴(yán)重的部分腐蝕類型的發(fā)生。 構(gòu)成均勻腐蝕過(guò)程的腐蝕原電池是微觀腐蝕電池，而構(gòu)成部分腐蝕過(guò)程的原電池是宏觀腐蝕電池。均勻腐蝕時(shí)，陽(yáng)極溶解和陰極復(fù)原的共軛反響在金屬外表一樣的位置發(fā)生，陽(yáng)極和陰極沒(méi)有空間和時(shí)間上的區(qū)別。因此，金屬在全面腐蝕時(shí)整個(gè)外表呈現(xiàn)一個(gè)均一的電極電位，即自然腐蝕電位。在此電位下的金屬的溶解在整個(gè)電極外表上均勻地進(jìn)展，陽(yáng)極電位且等于陰極電位，且等于金屬的自然腐蝕電位；陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)在同一位置，且陽(yáng)極區(qū)面積等于陰極區(qū)面積。全面腐蝕的腐蝕產(chǎn)物對(duì)于基體金屬能夠產(chǎn)生一定維護(hù)作用，導(dǎo)致外表的鈍化或降低腐蝕速度。部分腐蝕由于金屬外表存在電

4、化學(xué)不均勻性，腐蝕介質(zhì)中構(gòu)成宏觀腐蝕原電池，并且陽(yáng)極電位小于陰極電位，引起金屬腐蝕的陽(yáng)極條件下陽(yáng)極反響和共軛陰極反響主要分別集中在陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)發(fā)生，陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)發(fā)生空間分別。 普通情況下，陽(yáng)極面積很小，陰極區(qū)面積相對(duì)很大，陽(yáng)極區(qū)面積遠(yuǎn)小于陰極面積。由于陽(yáng)極反響在極小的部分陽(yáng)極區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)生，而總的陽(yáng)極電流必需等于總的陰極電流，因此陽(yáng)極電流密度大大添加，金屬外表上的部分腐蝕大大加劇，產(chǎn)生嚴(yán)重的部分腐蝕形狀。部分腐蝕的腐蝕產(chǎn)物普通起不到維護(hù)的作用，往往起到加速金屬部分腐蝕的作用。4.2 均勻腐蝕速度的表示 4.2.1 平均腐蝕速度 分量法 可用失重法和增重法 根據(jù)質(zhì)量變化評(píng)定腐蝕速度的方法習(xí)慣

5、上仍稱為“失重法或“增重法。 失重法就是根據(jù)腐蝕后試樣質(zhì)量的減小量，用下式計(jì)算腐蝕速度： v失重=(W0-W1 )/St v失重=(W2-W0 )/St 式中v增為腐蝕速度(gm2h)，W2為帶有腐蝕產(chǎn)物的試樣的質(zhì)量(g)，S表示試樣的外表積，t表示腐蝕時(shí)間。 厚度法 工程上，腐蝕深度或構(gòu)件腐蝕變薄的程度直接影響該部件的壽命，更具有實(shí)踐意義。在衡量不同密度的金屬的腐蝕程度時(shí)，更適宜用這種方法。將金屬失重腐蝕速度換算為腐蝕深度的公式為：vd= v失8.76/式中vd為以腐蝕深度表示的腐蝕速度，單位為mm/年；v失為失重腐蝕速度，單位為gm2h；為金屬的密度，單位為gcm3；8.76為單位換算系數(shù)

6、(36524/106m=1000 36524/106mm=8.76)容量法 對(duì)于金屬在不含溶解氧的非氧化性酸中的均勻腐蝕，也可用析出腐蝕產(chǎn)物氫氣的體積變化來(lái)表示金屬平均腐蝕速度。 v容量=V0/(St) 式中， v容量表示析出產(chǎn)物的氫氣的體積變化表示平均腐蝕速度目的，cm3/(cm2h) ; V0表示規(guī)范情況下腐蝕氣體的體積，cm3。S表示試樣的面積，m2；t表示腐蝕時(shí)間，h。 對(duì)于不同的腐蝕情況，可采用不同的腐蝕速度表示方法。如對(duì)于密度相近的金屬，常用失重的腐蝕速度目的表示，而對(duì)于密度不同的金屬，那么常用厚度變化目的表示。 對(duì)于電化學(xué)腐蝕，當(dāng)無(wú)其他副反響存在時(shí)，金屬的腐蝕速度可用陽(yáng)極電流密度

7、來(lái)表示。在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，金屬不斷地進(jìn)展陽(yáng)極溶解，同時(shí)釋放出電子，放出電子越多，即輸出的電量越多，溶解的金屬也越多。 4.3 金屬的鈍化 4.3.1 鈍化景象 電動(dòng)序中一些較活潑的金屬，在某些特定的環(huán)境介質(zhì)中，變?yōu)槎栊孕螤?。例如，鐵在稀硝酸中腐蝕很快，其腐蝕速度隨硝酸濃度的添加而迅速增大，當(dāng)硝酸濃度添加到3040時(shí)，溶解速度到達(dá)最大值。假設(shè)繼續(xù)增大硝酸濃度(40)，鐵的溶解速度卻忽然急劇下降，直到反響接近停頓(圖4-6)。這時(shí)金屬變得很穩(wěn)定，即使再放在稀硝酸中也能堅(jiān)持一段時(shí)間的穩(wěn)定。鐵在濃硝酸中或經(jīng)過(guò)濃硝酸處置后失去了原來(lái)的化學(xué)活性，這一異常景象稱為鈍化。鐵在濃硝酸中的鈍化景象，早在19世紀(jì)

8、30年代就被發(fā)現(xiàn)了。 鈍化：在一定條件下，受腐蝕金屬外表形狀發(fā)生突變而使其耐蝕性添加的景象。 鈍化的發(fā)生與鈍化劑的氧化才干的強(qiáng)弱沒(méi)有必然的聯(lián)絡(luò)。 經(jīng)過(guò)對(duì)鈍化景象的研討，歸納出鈍化的金屬腐蝕過(guò)程有如下幾個(gè)特點(diǎn)。 1. 金屬處在鈍化形狀時(shí)，腐蝕速度非常的低。普通減少104-106數(shù)量級(jí)。 2. 金屬發(fā)生鈍化伴隨著電位的較大的正移。但應(yīng)留意鈍化的加強(qiáng)和電位的正移沒(méi)有必然聯(lián)絡(luò)。不能以為具有較高的電位的金屬就處于更加穩(wěn)定的鈍化形狀。 3. 金屬發(fā)生鈍化景象只是金屬外表性質(zhì)的改動(dòng)，是金屬的界面景象。 4.3.2 陽(yáng)極鈍化 外加電流陽(yáng)極極化使金屬腐蝕速度迅速降低。 陽(yáng)極鈍化和化學(xué)鈍化之間沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，在

9、一定條件下，當(dāng)金屬的電位由于外加陽(yáng)極電流或由于運(yùn)用部分陽(yáng)極電流向正方向挪動(dòng)而超越某一電位時(shí)，原先活潑地溶解著的金屬外表形狀發(fā)生某種突變，這種突變使陽(yáng)極溶解過(guò)程不再服從塔費(fèi)爾方程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，陽(yáng)極溶解速度急劇下降，使金屬外表進(jìn)入鈍化形狀。金屬外表的突變使金屬溶解速度急劇下降的過(guò)程稱為金屬的鈍化，金屬鈍化后所獲得的高耐蝕性質(zhì)，稱為鈍性，金屬外表鈍化后所處的形狀，稱為鈍態(tài)。 圖中的整條陽(yáng)極極化曲線被四個(gè)特征電位值即金屬自腐電位corr、致鈍電位pp 、維鈍電位p及過(guò)鈍化電位pt分成四個(gè)區(qū)域。 1. AB區(qū) A點(diǎn)為金屬的自腐蝕電位，以此作為起始電位開(kāi)場(chǎng)外加電流陽(yáng)極極化，電流隨著電位的升高而逐漸增大，此

10、時(shí)金屬處于活化溶解形狀。 2. BC區(qū) 過(guò)渡區(qū) 3. CD區(qū) 維鈍電位 4. DE區(qū) 過(guò)鈍化區(qū)4.3.3 弗拉德電位與金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定性 對(duì)采用陽(yáng)極極化法而使金屬處于鈍態(tài)的非金屬自動(dòng)鈍化金屬，假設(shè)采用中斷外加電流，那么金屬的鈍態(tài)會(huì)遭到破壞。 金屬中斷電流后電位很快下降，轉(zhuǎn)變?yōu)樵罨瘧B(tài)時(shí)的電位，這個(gè)特征電位稱為佛萊德Flade電位，用F表示。佛萊德電位越正，闡明該金屬喪失鈍態(tài)傾向大；反之，F(xiàn)越負(fù)，該金屬越容易堅(jiān)持鈍態(tài)。F與維鈍電位p接近，但并不相等。弗拉德電位表示金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定性。4.3.3 弗拉德電位與金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定性4.3.4 腐蝕金屬的自鈍化 腐蝕過(guò)程中，在沒(méi)有任何外加極化情況下，由于腐蝕介

11、質(zhì)中氧化性的去極化劑的復(fù)原而促使金屬發(fā)生鈍化，稱為金屬的自鈍化。自鈍化產(chǎn)生的條件： 1. 氧化劑的氧化復(fù)原平衡電位要高于該金屬的陽(yáng)極致鈍電位，即0pp； 2. 氧化劑的復(fù)原反響的相應(yīng)的陰極電流密度或陰極分散電流密度必需大于金屬的致鈍電流密度，即i(iL)ipp。 隨著介質(zhì)的氧化性和濃度的不同有如下情況: 氧化劑的氧化性很弱，陰極、陽(yáng)極極化曲線只能交于點(diǎn)a或點(diǎn)b，該點(diǎn)處于活化溶解區(qū)，因此金屬不能進(jìn)入鈍態(tài)。 氧化劑的氧化性較弱或者濃度不高，陰極、陽(yáng)極極化曲線有三個(gè)交點(diǎn)。c點(diǎn)位于活化溶解區(qū)，d點(diǎn)位于活化鈍化區(qū)，e點(diǎn)位于穩(wěn)態(tài)鈍化區(qū)。有交點(diǎn)意味著在三個(gè)點(diǎn)上都滿足氧化速度和復(fù)原速度相等的條件，但它們對(duì)金屬

12、的腐蝕影響卻不大一樣。 中等濃度的氧化劑，陰極、陽(yáng)極極化曲線交于f點(diǎn)，該點(diǎn)處于穩(wěn)定的鈍化區(qū)。 強(qiáng)氧化劑 陰極、陽(yáng)極極化曲線交于g點(diǎn)過(guò)鈍化區(qū)。此時(shí)，鈍化膜被溶解，產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。 假設(shè)金屬的陰極過(guò)程由分散控制，那么金屬自鈍化不僅與進(jìn)展陰極復(fù)原的氧化劑的濃度有關(guān)，而且還與影響分散的多種要素有關(guān)，如介質(zhì)流動(dòng)和攪拌有關(guān)。 電流密度、溫度以及金屬外表形狀對(duì)金屬的鈍化也有顯著的影響。4.3.5 鈍化實(shí)際兩種鈍化的本質(zhì): 一致 鈍化特征： 1金屬發(fā)生鈍化時(shí)，電極電位正移 2鈍化時(shí)，只是金屬外表形狀發(fā)生變化，整體性質(zhì)不變 3鈍化發(fā)生后，腐蝕速度出現(xiàn)大幅度降低研討鈍化景象的意義：利用鈍化景象控制金屬的腐蝕Ex:

13、 鋼鐵外表鈍化處置、冶煉時(shí)參與易鈍化合金元素 4.3.5 鈍化實(shí)際 金屬鈍化是一種界面景象，它沒(méi)有改動(dòng)金屬本體的性能，只是使金屬外表在介質(zhì)中的穩(wěn)定性發(fā)生了變化。產(chǎn)生鈍化的緣由較為復(fù)雜，目前對(duì)其機(jī)理還存在著不同的看法，還沒(méi)有一個(gè)完好的實(shí)際可以解釋一切的鈍化景象。下面扼要引見(jiàn)目前以為能較稱心地解釋大部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí)的兩種實(shí)際，即成相膜實(shí)際和吸附實(shí)際。 4.3.5.1 成相膜實(shí)際 這種實(shí)際以為，當(dāng)金屬陽(yáng)極溶解時(shí)，可以在金屬外表生成一層致密的、覆蓋得很好的固體產(chǎn)物薄膜。這層產(chǎn)物膜構(gòu)成獨(dú)立的固相膜層，把金屬外表與介質(zhì)隔分開(kāi)來(lái)，妨礙陽(yáng)極過(guò)程的進(jìn)展，導(dǎo)致金屬溶解速度大大降低，使金屬轉(zhuǎn)入鈍態(tài)。 4.3.5.2 吸

14、附實(shí)際 吸附實(shí)際以為：金屬鈍化是由于外表生成氧或含氧粒子的吸附層，改動(dòng)了金屬溶液界面的構(gòu)造，并使陽(yáng)極反響的活化能顯著提高的緣故。即由于這些粒子的吸附，使金屬外表的反響才干降低了，因此發(fā)生了鈍化。 4.3.5.3 兩種實(shí)際的比較 這兩種鈍化實(shí)際都能較好地解釋大部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí)，然而無(wú)論哪一種實(shí)際都不能較全面、完好地解釋各種鈍化機(jī)理。這兩種實(shí)際的一樣之處是都以為由于在金屬外表生成一層極薄的鈍化膜妨礙了金屬的溶解，至于對(duì)成膜的解釋，卻各不一樣。吸附實(shí)際以為，只需構(gòu)成單分子層的二維膜就能導(dǎo)致金屬產(chǎn)生鈍化，而成相膜實(shí)際以為，要使金屬得到維護(hù)、不溶解，至少要構(gòu)成幾個(gè)分子層厚的三維膜，而最初構(gòu)成的單分子吸附膜只

15、能細(xì)微降低金屬的溶解，增厚的成相膜才干到達(dá)完全鈍化。此外，兩個(gè)實(shí)際的差別，還有吸附鍵和化學(xué)鍵之爭(zhēng)?，F(xiàn)實(shí)上金屬在鈍化過(guò)程中，在不同的條件下，吸附膜和成相膜可分別起主要作用。有人企圖將這兩種實(shí)際結(jié)合起來(lái)解釋一切的金屬鈍化景象，以為含氧粒子的吸附是構(gòu)成良好鈍化膜的前提，能夠先生成吸附膜，然后開(kāi)展成成相膜。以為鈍化的難易主要取決于吸附膜，而鈍化形狀的維持主要取決于成相膜。膜的生長(zhǎng)也服從對(duì)數(shù)規(guī)律，吸附膜的控制要素是電子隧道效應(yīng)，而成相膜的控制要素那么是離子經(jīng)過(guò)勢(shì)壘的運(yùn)動(dòng)。4.3.6 影響金屬鈍化的要素 1. 金屬及合金成分的影響 2. 鈍化劑的性質(zhì)、濃度影響 3. 活化離子對(duì)鈍化膜的破壞作用 4. 介質(zhì)

16、溫度對(duì)金屬鈍化有很大的影響 其中金屬及合金成分的影響可以以為的內(nèi)因，其他三個(gè)緣由可以以為是外因。 4.3.6.1、金屬及合金成分對(duì)鈍化的影響： 不同的金屬具有不同的鈍化趨勢(shì)。容易被鈍化的金屬成為自鈍化金屬，最具有代表性的金屬是鐵、鋁、鉻等，它們?cè)诳諝饣蛘吆醯娜芤褐凶园l(fā)鈍化。這類金屬有著穩(wěn)定的鈍化態(tài)，這時(shí)由于鈍化膜被破壞時(shí)可以重新恢復(fù)鈍化形狀。 合金化是使金屬提高耐腐蝕性的有效方法。提高合金耐腐蝕性的合金通常是一些穩(wěn)定性的元素，這些穩(wěn)定元素的參與提高了合金的耐腐蝕性。 耐腐蝕合金上的鈍化膜構(gòu)造也可以用成膜實(shí)際和吸附實(shí)際解釋，成膜實(shí)際以為只需穩(wěn)定金屬到達(dá)一定臨界值，才干構(gòu)成致密膜，起到防腐作用。而吸附實(shí)際以為是合金吸附了氧才構(gòu)成了維護(hù)膜。4.3.6.2 鈍化劑的性質(zhì)、濃度影響 鈍化劑的分為氧化型和非氧化性，氧化性的鈍化劑很容易使金屬鈍化，鈍化的發(fā)生不能簡(jiǎn)單地取決于氧化性的強(qiáng)弱，同時(shí)還與陰離子的性質(zhì)有關(guān)。 氧化劑的濃度金屬發(fā)生鈍化，典型的例子就是鐵和鋁在不同硝酸和硫酸下的鈍化。4.3.6.3 活化離子對(duì)鈍化膜的破壞作用 成相膜實(shí)際的觀念以為,由于氯離子半徑小,穿透才干強(qiáng),故它最容易穿透氧化膜內(nèi)極小的孔隙,到達(dá)金屬外表,并與金屬相互作用構(gòu)成了可溶性化合物,使氧化膜的構(gòu)造發(fā)生變化,金屬產(chǎn)生腐蝕。 吸附實(shí)際那么以為,氯離子破壞氧化膜的根本緣由是