防腐教案1 (2)

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1、 绪 论目的 掌握腐蚀的定义，腐蚀与防护的重要性及其研究的内容和任务，并了解腐蚀的本质及其类型。内容 一 、腐蚀的定义 腐蚀与防护科学是本世纪三十年代发展的一门综合性技术科学。 在化工生产中，腐蚀损失是项极为普遍布并十分严重的破坏因素。 人们最早是从腐蚀产物感性地认识腐蚀，这个术语起源于“corrdere”，本意是腐蚀、糜烂的意思，意即损坏、腐烂 （1）从导致设备或零件损坏的原因看，有三个方面即机械破裂，磨损和腐蚀，表面看似乎是纯粹的物变化，实际上大多数破坏形式中都有腐蚀产生 的作用，即就是后面说明的应力腐蚀破裂。 （2）这里所讲的腐蚀也是包括非金属材料。 腐蚀：就是指材料或材料的性质因与所处

2、的环境发生反应而恶习化变质的现象 注：材料的腐蚀应明确指出材料和环境两者在内的一个体系，一定的材料只能适应一定的环境。二、 腐蚀与防护学科的内容和任务 腐蚀与防护是研究结构材料的腐蚀过程和腐蚀控制机理，采取措施延长结构材料使用寿命的一门学科。 主要任务：选用材料和采取防护措施 内容：着重于研究结构材料的腐蚀机理及其在各种条件下的防腐方法。三 、金属腐蚀过程的本质 从热力学观点看，绝大多数金属的腐蚀产物都是回复到它的自然状态一化合物状态。 可用下式概括腐蚀过程 金属材料腐蚀过程腐蚀产物能量 显而易见；金属铁和化合物的铁存在着能量的差异。金属铁具有更高的自由能。 能量高的差异是产生腐蚀反应的推动力

3、。 能量差异大，腐蚀易，能量差异小，腐蚀难，当然也存在着不少例外的情况，因为腐蚀一般情况下仅是一种表面反应。 腐蚀的特点 （1）腐蚀造成破坏一般先从金属表面开始，然后伴随着腐蚀蚀过程的进一步扩展而向材料内部发展。（2）金属材料的表面状态对腐蚀过和的进行有显著影响。四、 腐蚀的分类 1、按腐蚀反应的机理分 （1）化学腐蚀 指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起破坏。 特点：氧化一还原反应进行特别迅速，电子的传递是直接的没有电流产生。 Exp.铝在无水酒精中的腐蚀 (2) 电化学腐蚀 指金属表面与电介质溶液因发生电化学作用而产生的破坏。 特点：反应过程中包括阳极反应和阴极反应，有电流流动。（

4、电化学腐蚀是最普遍的府蚀） 2、按腐蚀的环境分类 可分大气腐蚀，土壤腐蚀，水的腐蚀，蒸气腐蚀，高温气体的腐蚀。3、 按照腐蚀的外观特证分 全面腐蚀：腐蚀发生在整个金属表面，可以是均匀的，也可以是不均匀的。 局部腐蚀：腐蚀主要集中在金属表面某一区域。 常见的局部腐蚀有以下几种形式 A、应力腐蚀破坏:在应力局部腐蚀中发现得最多,裂收特征呈数枝状.若裂纹之间与所受拉力的方向均呈垂直。 B、点蚀（小孔腐蚀）：破坏主要集中在某些活性点上。 C、品间腐蚀 D、 电倡腐蚀 E、 缝隙腐蚀等。 五、 腐蚀与防护的重要性 材料的腐败蚀遍及国民经济各个部分。据国外统计每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料材料，约相当

5、于金属年产量的2030%，全世界每年因腐蚀而损耗的金属达亿吨以上，据些工业发达国家统计，每年加腐蚀造成的损失约占国民生产总值的34%。1997年，状美国为150亿美元。1974年日本92化美元。 因此，为了减轻因腐蚀而带来的损失，研究腐蚀发生的原因及其方法。对于国民经济的发展，有特别重要的意义。 第一章 电化学腐蚀的基本概念第一节 概述目的 学会正确书写金属的电化学反应式及了解其腐蚀实质内容 电化学腐蚀最常见，最普遍的腐蚀形式，它是金属在电解质溶液中的腐蚀，金属产生电化学腐蚀的基本条件是电介质溶液。 一、金属腐蚀的电化学反应式 金属腐蚀虽然是一个复杂的过程，但金属在电解质溶液中发生的电化学腐蚀

6、也可以满足地看作一个氧化还原反应过程，也可用化学反应式表示。Exp. Fe + HCl = FeCl2 + H2 阳极反应：氧化反应即放出电子的反应。 阴极反应：还原反应即接受电子的反应。 阳极：Fe Fe2+ + 2e 阴极：2H+ + 2e H2因此，金属腐蚀是由至少一个阳极反应和一个阴极反应的电化学反应。Exp. 铁在酸中产腐蚀二、腐蚀电化学反应的实质 腐蚀电化学反应实质是发生在金属和溶液界面上的多相界而反应。从阳极传递电子到阴极，再由阴极进入电解质溶液。 电化学腐蚀中的阳极反应，总是金属被氧化成金属离子，并放出电子，电化学反应腐蚀过程中的阴极反应，总是由溶液中能够接受电子的物质移支从阳

7、极流来的电子。 常见的去极剂分为三类 （1） 去极剂是氢离子，还原成氢气，这种反应又称为析氢反应。2H+ + 2e H2 （2）去极剂是溶解质在溶液中的氧在中性碱性条件下：O2 + 2H2O + 4e 4OH一在酸性条件下：O2 + e 2H2O （3）去极剂是金属高价离子。一般有二种情况 一是直接还原成金属，称为沉积反应。 Cu2+ + 2e Cu 一是还原成较低价态的金属离子。 Fe3+ + e Fe2+ 上述三类去极剂的共同点都是消耗电子。 注意：所有的腐蚀反应都是一个或几个阳极与一个或几个阴极反应的综合。Exp.铁在潮湿大气中的生锈阳极：阴极：O2 + 2H2O + 4e 4OH一Ex

8、p.铁在工业盐酸中的腐蚀阳极：2Fe Fe2+ + 4e阴极：2H+ +2e H2 Fe3+e Fe2+ 第二节 金属电化学腐蚀倾向的判断目的 掌握双电层结构和平衡电极电位的概述，了解腐蚀倾向的判断和电位pH图内容 一、 电极电位（一）、双电层结构与电极电位当金属浸入溶液中，在金属和溶液界面可能发生带电粒子的转移，电荷从一相通过界面进入另一相内。结果都会出现剩余电荷形成一边带正电，一边带负电荷双电层。原因是当将金属浸入含有自身离子的溶液中时，存在两种运动倾向a、 金属表面的离子有向溶液迁移的倾向b、 溶液中的金属离子有在金属表面沉积的倾向讨论：（1）当ab时，金属表面带负电，附近溶液带正电 (

9、2) 当ab时，金属表面带正电，附近溶液带负电 除了以上所讲离子双电层外，由于某些离子，极性分子或原子在金属表面上的吸附还可形成另一种类型的双电层，称为吸附双电层。 由于双电层的存在，使得金属与溶液之间产生电位差。 电极：指金属/电解质溶液体系。 电极电位：体系中金属与溶液之间的电位差。 在电化学中，电极有两种不同的含义，第一种含义是指电子导体（金属）和离子导体（电解溶汇成溶融盐）组成的体系。 电位，根据静电学理论，定义为把另位正电荷自无；穷远处移至该点。因反抗电场作用力所作的电功。 电位差：是指静电场中两点的电位之差。 电极的电极电位是指一端是金属相，另一端是电解质溶液相的的两个端相间的电位

10、差。 注意：从电化学角度扑看，它应是组成电极的各个相间电位差之总和。（一） 平衡电极电位与能斯特（Nemst）方程 Mn+ + ne Mn+ne 当这一过程达到平衡时，电荷和金属离子在睛式中从左至右与自至左两个过程的迁移速度相等，即电荷和物质都达到了平衡。 平衡电极电位：在电荷和物质都达到平衡时，建立的不随时间变化的电极电位，也可称为可逆电位。 如果平衡是建立在标准状态纯金属、气体、1atm 、25度、单位活度下测得的，则是该电极的标准电极电位。 由于电极电位的绝对值无法直接测出，因此采用标准氢电极作为比较比标准。 标准氢电极：把镀有一层铂黑的铂片放在氢离子为等位活度的盐酸溶液中，在25度时不

11、断通入压力为1atm 的氢气。氢气被铂片吸附，并与盐酚中的氢离子建立平衡。 标准氢电极的电极电位：把吸附氢气达到饱和的铂和氢离子为另位活度的盐酸溶液间所产生的电位差。测定电极电位的装置见书图（P10图1-3），只要将待测电极与标准氢电极组成原电池，测得电动势可得。电动势（） （）阴 阳 电动序：测出的电极电位由小到大排列的顺序，有时也叫标准电极电位序。 注：电位值越小，所对应的物质的还原性越小，电位值越大，所对应氧化态的氧化性强。由于标准氢电极在实际的测定中往往受条件的限制因而使用权用参比电极。待测电极 参比电极 标准氢电极 某电极相对于饱和甘汞电极的电位为+0.5v，则待测电极为+0.741

12、5v。当一个电极体系是建立在平衡状状下则，但非标准状态要确定该电极的平衡电位可以用能斯特方程。平衡电极与标准电极之间的关系如下：Ee=E0 + 讨论：（1）对于固体金属而言，还=1 （2）对于气态物质而言，还=气体的分压 （3）对于液态物质而言，=液体的有效浓度 这里需要指出的是，在实际腐蚀问题中，经常遇到的是非平衡电位，电极的同时存在两个或两个以上不同物质参加的电化学反应。电极上不可能出现物质与电荷都达到平衡的情况。 失电子是一个电极过程完成的，而获得电子靠的另一个电极过程。这时的电位就是非平衡电位，非平衡电位不服从能斯特方程式，它可能是稳定的，也可能不是稳定的，电荷的平衡是形成稳定电位的必

13、要条件。二、腐蚀倾向的判断 由氢的置换反应可知，凡金属的电极电位比氢更负时，它在酸溶液中会腐蚀。 讨论：在任何电化学反中，电位较负的电极进行氧化反应，电位较正的电极则进行还原反应。 注：（1）运用电动顺序表只能预测标准状态下腐蚀体系的反应方向，对于非标准状下的平衡体系，在预测时必须按能斯特方程式进行计算。 （2）金属的标疚电极电位是在金属表面裸露的状态下测行的，如果金属表面有覆盖存在则不能运用电动顺序表。 三 电位pH图 金属腐蚀不仅与溶液中离子浓度有关，而且还与溶液的pH值有关。为简化起见，将浓度变数指定一个数值，得到电位-pH图，该图是比利时学者布拜（pourbaix)首先提出的，以称布拜图。电位pH图某一元素（含氧和含氢化合物）与水构成人体系，它表明对下标准氢电极的电极电位为纵坐标，以溶液的pH值为横坐标。 电位pH图分成三个区域 1、 免蚀区稳定区 在此区域内金属铁处于稳定状态 2、 腐蚀区 3、 钝化区 该区内由于具有保护性氧化膜处于热力学稳定状态，故金属层腐蚀不明显。 通过简化的电位pH图，我们可以从理论上预测金属的腐蚀倾向和选取择控制的途径。 作图可采取三种措施 尽管电位pH图有很多局限性，在许多情况下，它们能预示金属腐蚀倾向的大致情况。