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1、1关于电化学腐蚀原理和电化学保护的讨论摘要：电化学腐蚀现象是由于金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐） ；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程 1。关键字：电化学腐蚀原理 电化学保护 阴极保护 阳极保护 电池金属的电化学腐蚀是发生电化学反应而引起的。这种腐蚀现象最为普遍，造成的危害也最为严重，因此，我们对此进行了广泛深入的研究。本文就电化学腐蚀的原理、电化学腐蚀的种类以及金属的电化学保护几点进行讨论。1.电化学腐蚀的原
2、理金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质和损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被还原物质的粒子在于金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原，与失去价电子的被氧化的金属形成产物覆盖在金属表面上，这样一种过程称为化学腐蚀。由于金属是电子的良导体，如果介质是离子导体的话，金属被氧化与介质中被还原的物质获得电子的这两个过程可以同时发生在金属表面的不同部位。金属被氧化成正价离子（包括配合离子）进入介质或成为难溶化合物留在金属表面，这个过程是一个电极反应过程，称为阳极反应过程；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表面的另一部位，在那里由介质中被还原的物质所接受，使它的
3、价态降低，这是阴极反应过程 2。在金属腐蚀学中，习惯上把介质中接受金属材料的电子而被还原的物质称为去极化剂。经这种途径进行的腐蚀过程称为电化学腐蚀。电化学腐蚀只有在不纯金属和合金跟电解质溶液接触时才发生。电化学腐蚀在我们生活中随处可见，例如钢铁腐蚀，它是在常温下的中性溶液中，以氧为去极化剂进行的：阳极： Fe Fe 2+十 2e 阴极：1/2O 2+H2O+2e2OH - 总反应：Fe+1/2O 2+H2OFe （OH） 2如果氧供应充足 Fe（OH） 2 会进一步氧化成含水的 Fe3O4.mH2O 或 Fe2O3.nH2O。钢铁在大气中生锈，就是一个亿氧为极化剂的电化学腐蚀过程，直接与金属表
4、面接触的离2子介质导体是凝聚在金属表面的水膜，最后形成的铁锈是成分复杂的铁的含水氧化物或铁盐。在水溶液中电化学腐蚀的另一重要的去极化剂是 H+，对 Fe 而言在酸性条件下以 H+为去极化剂的腐蚀过程是：阳极： Fe Fe 2+十 2e 阴极：2H +2e H 2总反应：Fe +2H + Fe 2+H2故此时腐蚀反应产物是氢气和留在溶液中的二价铁离子。除了氧和氢离子这两种主要的去极化剂，在水溶液中往往还有由其他去极化剂引起的电化学腐蚀。例如在酸性溶液中+3 的铁离子就可以作为去极化剂。当然还有许多其他的物质，这里就不详细说明。2.电化学腐蚀的种类2.1 析氢腐蚀 在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时
5、放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。 在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的 H 增多。是就构成无数个如图1 的以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池 3。图 1 析氢腐蚀 图 2 钢铁析氢腐蚀示意图如图 2 钢铁在水膜酸性较强的情况下，即 H2O+CO2 H 2CO3H +HCO3- 会发生的如下析氢腐蚀过程： 负极（Fe）：Fe Fe 2+十 2e 正极（C）：2H +2e H22.2 吸氧腐蚀吸氧腐蚀是指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜3中而发生的电化腐蚀。如
6、图 4 是金属在海水中吸氧腐蚀的情况。例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，反应过程如图 3 所示 ，其电极反应如下：负极（Fe）：2Fe - 4e = 2Fe2+ 正极（C）：2H 2O + O2 + 4e = 4OH- 图 3 图 43.金属的电化学保护3.1 阴极保护法阴极保护法，又称为阳极牺牲法保护。是一种防止金属腐蚀的方法。具体方法为：将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀 4。因这种方法牺牲了阳极（原电池的负极）保护了阴极，因而叫做牺牲阳极（原电池的负极）保护法。例如：钢
7、闸门的保护，有的就应用这种方法。它是用一种更为活泼的金属，如锌等，连接在钢闸门上。这样，当发生电化学腐蚀时，被腐蚀的就是那种比铁更活泼的金属，而铁被保护了。通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳等的腐蚀，就是应用的这种方法。目前，电化学保护法的应用除海水或河道中钢铁设备的保护外，还应用于防止电缆、石油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀。实质是一种原电池反应，如图 5 所示是牺牲阳极的阴极保护法。 图5 43.2 阳极保护法阳极保护法是利用外加直流电，将被保护金属接到正极上，电极电势向正的方向移动，使金属钝化(在金属表面形成金属氧化物组成的钝化膜)，这种通过提高可钝
8、化金属的电位，使其进人钝态而达到保护目的的防腐方法。阳极保护是利用阳极极化电流使金属处于稳定的钝态，其保护系统类似于外加电流阴极保护系统，只是极化电流的方向相反 5。只有具有活化一钝化转变的腐蚀体系才能采用阳极保护技术，例如浓硫酸储罐、氨水贮槽等。4.小结金属的腐蚀与防护关系到国计民生，值得研究的问题很多。本文只是通过其中的几方面作了简单的探讨，初步了解了金属电化学腐蚀与防护的基本知识以及一些在生活中的常见应用。参考文献1 印永嘉，奚正楷，张树永等.物理化学简明教程(第四版 ).北京：高等教育出版社，2007.2 黄永昌.金属腐蚀与保护.上海：上海交通大学出版社 ,1999. 3 张秋霞.材料腐蚀与防护.冶金工业出版社,2000.4 水工钢闸门的腐蚀与防护措施.作者：李峰，费小霞，李华，期刊 2007 第 01 期.5 张宝宏.金属电化学腐蚀与保护.化学工业出版社,2005.
