金属腐蚀原理.ppt

1、 ChapterChapter 2 2 金属腐蚀原理金属腐蚀原理金属腐蚀原理金属腐蚀原理Section Section 2.1 2.1 金属腐蚀概述金属腐蚀概述金属腐蚀概述金属腐蚀概述1.1 1.1 金属的腐蚀过程金属的腐蚀过程金属的腐蚀过程金属的腐蚀过程金属材料金属材料金属材料金属材料+腐蚀介质腐蚀介质腐蚀介质腐蚀介质 腐蚀产物腐蚀产物腐蚀产物腐蚀产物HH+(包括各种酸包括各种酸包括各种酸包括各种酸)析氢腐析氢腐析氢腐析氢腐蚀蚀蚀蚀O O2 2吸氧腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀COCO2 2二氧化碳腐蚀二氧化碳腐蚀二氧化碳腐蚀二氧化碳腐蚀HH2 2S S硫化氢腐蚀硫化氢腐蚀硫化氢腐蚀硫化氢腐蚀

2、细菌细菌细菌细菌(SRBSRB)微生物腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀HH2 2O O是一种载体，而是一种载体，而是一种载体，而是一种载体，而ClCl-是促进剂。是促进剂。是促进剂。是促进剂。通常的腐蚀性物质：通常的腐蚀性物质：通常的腐蚀性物质：通常的腐蚀性物质：金属为什么很容易受腐蚀？从热力学观点看，是因为金属金属为什么很容易受腐蚀？从热力学观点看，是因为金属金属为什么很容易受腐蚀？从热力学观点看，是因为金属金属为什么很容易受腐蚀？从热力学观点看，是因为金属处于不稳定状态，有与周围介质发生作用转变成金属离子的倾处于不稳定状态，有与周围介质发生作用转变成金属离子的倾处于不稳定状态，有与周围介

3、质发生作用转变成金属离子的倾处于不稳定状态，有与周围介质发生作用转变成金属离子的倾向。在热力学上，可以用进行相应的腐蚀反应时吉布斯函数变向。在热力学上，可以用进行相应的腐蚀反应时吉布斯函数变向。在热力学上，可以用进行相应的腐蚀反应时吉布斯函数变向。在热力学上，可以用进行相应的腐蚀反应时吉布斯函数变 G G来衡量。来衡量。来衡量。来衡量。金属矿物金属矿物金属矿物金属矿物(氧化物、硫化物等氧化物、硫化物等氧化物、硫化物等氧化物、硫化物等)纯金属纯金属纯金属纯金属金属冶炼吸收能量金属冶炼吸收能量金属冶炼吸收能量金属冶炼吸收能量金属腐蚀释放能量金属腐蚀释放能量金属腐蚀释放能量金属腐蚀释放能量 能量的差

4、异是产生腐蚀反应的推动力，而腐蚀过程就是能量的差异是产生腐蚀反应的推动力，而腐蚀过程就是能量的差异是产生腐蚀反应的推动力，而腐蚀过程就是能量的差异是产生腐蚀反应的推动力，而腐蚀过程就是释放能量的过程。伴随着腐蚀过程的进行，将导致腐蚀体系释放能量的过程。伴随着腐蚀过程的进行，将导致腐蚀体系释放能量的过程。伴随着腐蚀过程的进行，将导致腐蚀体系释放能量的过程。伴随着腐蚀过程的进行，将导致腐蚀体系自由能的减少，故它是一个自发过程。自由能的减少，故它是一个自发过程。自由能的减少，故它是一个自发过程。自由能的减少，故它是一个自发过程。化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀：单纯由于化学作用而引起的腐蚀。如高温腐

5、蚀单纯由于化学作用而引起的腐蚀。如高温腐蚀单纯由于化学作用而引起的腐蚀。如高温腐蚀单纯由于化学作用而引起的腐蚀。如高温腐蚀和无导电性的非水溶液中的腐蚀。和无导电性的非水溶液中的腐蚀。和无导电性的非水溶液中的腐蚀。和无导电性的非水溶液中的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触时，由金属与电解质溶液接触时，由金属与电解质溶液接触时，由金属与电解质溶液接触时，由电化学氧化还电化学氧化还电化学氧化还电化学氧化还原作用原作用原作用原作用而引起的腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体内以而引起的腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体内以而引起的腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体

6、内以而引起的腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体内以及绝大多数工业介质中的腐蚀都是电化学腐蚀。及绝大多数工业介质中的腐蚀都是电化学腐蚀。及绝大多数工业介质中的腐蚀都是电化学腐蚀。及绝大多数工业介质中的腐蚀都是电化学腐蚀。阴极阴极阳极阳极e还原反应还原反应氧化反应氧化反应1.2 1.2 金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度的表示方法(1)(1)重量指标重量指标重量指标重量指标v vg g：单位面积、单位时间内的重量损失单位面积、单位时间内的重量损失单位面积、单位时间内的重量损失单位面积、单位时间内的重量损失(失重失重失重失重)。v vg g=-=-(g

7、g mm-2-2 h h-1-1)w w0 0 -w-wstst重量指标重量指标重量指标重量指标深度指标深度指标深度指标深度指标电流指标电流指标电流指标电流指标非均匀腐蚀（非均匀腐蚀（非均匀腐蚀（非均匀腐蚀（腐蚀深度和腐蚀面积腐蚀深度和腐蚀面积腐蚀深度和腐蚀面积腐蚀深度和腐蚀面积）均匀腐蚀（均匀腐蚀（均匀腐蚀（均匀腐蚀（平均腐蚀速率平均腐蚀速率平均腐蚀速率平均腐蚀速率）(3)(3)电流指标电流指标电流指标电流指标i ia a：金属电化学腐蚀过程的金属电化学腐蚀过程的金属电化学腐蚀过程的金属电化学腐蚀过程的阳极电流密度阳极电流密度阳极电流密度阳极电流密度。可以用。可以用。可以用。可以用 法拉第定

8、律将电流指标和重量指标联系起来。法拉第定律将电流指标和重量指标联系起来。法拉第定律将电流指标和重量指标联系起来。法拉第定律将电流指标和重量指标联系起来。i ia a=-=-v vg g 26.8 26.8 1010-4-4(A/cmA/cm-2-2)n nA AA A：摩尔质量；摩尔质量；摩尔质量；摩尔质量；n n：离子电荷数。离子电荷数。离子电荷数。离子电荷数。(2)(2)深度指标深度指标深度指标深度指标v vL L：单位时间、单位面积的金属厚度的减少。单位时间、单位面积的金属厚度的减少。单位时间、单位面积的金属厚度的减少。单位时间、单位面积的金属厚度的减少。vL=-10=-(mm a-1)

9、vg 24 3651002 vg 8.76(gcm-3)我国部颁标准：我国部颁标准：我国部颁标准：我国部颁标准：v vL L0.0760.076mmmm/a aSection Section 2 2.2 2 腐蚀原电池腐蚀原电池腐蚀原电池腐蚀原电池2.1 2.1 腐蚀原电池腐蚀原电池腐蚀原电池腐蚀原电池 金属在电解质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机理进行的，金属在电解质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机理进行的，金属在电解质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机理进行的，金属在电解质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机理进行的，即在金属表面形成了即在金属表面形成了即在金属表面形成了即在金属表面形成了腐蚀原电池腐蚀原电池腐

10、蚀原电池腐蚀原电池。腐蚀原电池定义：腐蚀原电池定义：腐蚀原电池定义：腐蚀原电池定义：只能导致金属材料破坏而不能对外界做只能导致金属材料破坏而不能对外界做只能导致金属材料破坏而不能对外界做只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。有用功的短路原电池。有用功的短路原电池。有用功的短路原电池。腐蚀原电池包括三个基本过程：阳极过程、阴极过程、电腐蚀原电池包括三个基本过程：阳极过程、阴极过程、电腐蚀原电池包括三个基本过程：阳极过程、阴极过程、电腐蚀原电池包括三个基本过程：阳极过程、阴极过程、电流流动。流流动。流流动。流流动。(1)(1)阳极过程阳极过程阳极过程阳极过程：金属的溶解，以金属离子

11、的形式进入介质，：金属的溶解，以金属离子的形式进入介质，：金属的溶解，以金属离子的形式进入介质，：金属的溶解，以金属离子的形式进入介质，并将电子留在金属表面。并将电子留在金属表面。并将电子留在金属表面。并将电子留在金属表面。M M MMn n+nene (2)(2)阴极过程阴极过程阴极过程阴极过程：从阳极流过来的电子被电解质中能够吸收电从阳极流过来的电子被电解质中能够吸收电从阳极流过来的电子被电解质中能够吸收电从阳极流过来的电子被电解质中能够吸收电子的子的子的子的氧化性物质氧化性物质氧化性物质氧化性物质D D(称为称为称为称为去极化剂去极化剂去极化剂去极化剂)接收接收接收接收 ，通常为，通常为

12、，通常为，通常为O O2 2、HH+。D D+nene-DneDne (3)(3)电流的流动电流的流动电流的流动电流的流动：在在在在金属内部金属内部金属内部金属内部（相当于短接的导线）以电子（相当于短接的导线）以电子（相当于短接的导线）以电子（相当于短接的导线）以电子为载体，电流由正极流向负极；为载体，电流由正极流向负极；为载体，电流由正极流向负极；为载体，电流由正极流向负极；电解质中电解质中电解质中电解质中以带电粒子为载体，以带电粒子为载体，以带电粒子为载体，以带电粒子为载体，由阳极流向阴极（负极由阳极流向阴极（负极由阳极流向阴极（负极由阳极流向阴极（负极正极），构成一个电流回路。正极），构

13、成一个电流回路。正极），构成一个电流回路。正极），构成一个电流回路。阳极区阳极区阳极区阳极区(负极负极负极负极)阴极区阴极区阴极区阴极区(正极正极正极正极)iMn+DDnenene电电电电解解解解质质质质 低低低低 高高高高eM-ne+ne金属基体金属基体金属基体金属基体 三个过程既相互独立又互相依存，任何一个过程受到抑制，三个过程既相互独立又互相依存，任何一个过程受到抑制，三个过程既相互独立又互相依存，任何一个过程受到抑制，三个过程既相互独立又互相依存，任何一个过程受到抑制，整个腐蚀过程都将受到抑制。整个腐蚀过程都将受到抑制。整个腐蚀过程都将受到抑制。整个腐蚀过程都将受到抑制。以上三个过程构

14、成了一个完整的腐蚀电池过程。一般金以上三个过程构成了一个完整的腐蚀电池过程。一般金以上三个过程构成了一个完整的腐蚀电池过程。一般金以上三个过程构成了一个完整的腐蚀电池过程。一般金属的腐蚀破坏集中于阳极区，属的腐蚀破坏集中于阳极区，属的腐蚀破坏集中于阳极区，属的腐蚀破坏集中于阳极区，阴极区一般为金属中电位较正阴极区一般为金属中电位较正阴极区一般为金属中电位较正阴极区一般为金属中电位较正的杂质的杂质的杂质的杂质，不会发生可察觉的金属损失。，不会发生可察觉的金属损失。，不会发生可察觉的金属损失。，不会发生可察觉的金属损失。注意：注意：注意：注意：电化学腐蚀发生的本质原因在于电解质中存在可以电化学腐蚀

15、发生的本质原因在于电解质中存在可以电化学腐蚀发生的本质原因在于电解质中存在可以电化学腐蚀发生的本质原因在于电解质中存在可以氧化金属的氧化性物质，即氧化金属的氧化性物质，即氧化金属的氧化性物质，即氧化金属的氧化性物质，即去极化剂去极化剂去极化剂去极化剂，与金属构成了热力学不，与金属构成了热力学不，与金属构成了热力学不，与金属构成了热力学不稳定体系。稳定体系。稳定体系。稳定体系。腐蚀原电池的特点腐蚀原电池的特点腐蚀原电池的特点腐蚀原电池的特点：(1)(1)导致金属材料的溶解、破坏；导致金属材料的溶解、破坏；导致金属材料的溶解、破坏；导致金属材料的溶解、破坏；(2)(2)不能对外界作有用功；不能对外

16、界作有用功；不能对外界作有用功；不能对外界作有用功；(3)(3)腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉；腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉；腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉；腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉；(4)(4)腐蚀反应以最大程度的不可逆方式进行。腐蚀反应以最大程度的不可逆方式进行。腐蚀反应以最大程度的不可逆方式进行。腐蚀反应以最大程度的不可逆方式进行。注意：注意：注意：注意：有一些原电池，尽管其中的氧化还原反应的结果也有一些原电池，尽管其中的氧化还原反应的结果也有一些原电池，尽管其中的氧化还原反应的结果也有一些原电池，尽管其中的氧化还原反应的结果也会导致金属材料的破坏，但由于它可以提供有用功，仍然不能会导致金属材料的破坏，但由于它可以提供有用功，仍然不能会导致金属材料的破坏，但由于它可以提供有用功，仍然不能会导致金属材料的破坏，但由于它可以提供有用功，仍然不能叫做腐蚀电池。叫做腐蚀电池。叫做腐蚀电池。叫做腐蚀电池。2.2 2.2 腐蚀原电池的类型腐蚀原电池的类型腐蚀原电池的类型腐蚀原电池的类型 (1)(1)宏观腐蚀电池宏观腐蚀电