《DC-第二章-电化学腐蚀的理论基础(1)PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DC-第二章-电化学腐蚀的理论基础(1)PPT（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 电化学腐蚀的理论基础电化学腐蚀的理论基础v第一节第一节 电极与电极电位电极与电极电位 v第二节第二节 金属电化学腐蚀的热力学条件金属电化学腐蚀的热力学条件 v第三节第三节 电位电位-pH-pH图图 v第四节第四节 腐蚀电池腐蚀电池 v第五节第五节 极化与去极化极化与去极化v第六节第六节 腐蚀极化图腐蚀极化图 v第七节第七节 金属的钝化金属的钝化 v第八节第八节 析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀与吸氧腐蚀 v第九节第九节 影响电化学腐蚀的因素影响电化学腐蚀的因素 1引引 言言v1.Electrochemical 1.Electrochemical CorrosionCorrosion是是
2、指指金金属属与与介介质质发发生电化学反应而引起的变质和损坏的现象。生电化学反应而引起的变质和损坏的现象。v2.Difference between Electrochemical Corrosion and Chemical Corrosion2.12.1电电化化学学腐腐蚀蚀介介质质为为能能电电离离、可可导导电电的的电电解解质质，且且大大多多为为水溶液。水溶液。2.22.2电电化化学学腐腐蚀蚀中中，金金属属失失去去电电子子的的氧氧化化反反应应和和介介质质中中的的氧氧化化剂剂得得到到电电子子的的还还原原反反应应在在不不同同的的部部位位相相对对独独立立地地进进行行，而不是直接地进行电子交换。而不是
3、直接地进行电子交换。2.32.3电电化化学学反反应应的的阴阴、阳阳极极之之间间有有腐腐蚀蚀电电流流产产生生，腐腐蚀蚀电电流流的大小与腐蚀速度的快慢有直接关系。的大小与腐蚀速度的快慢有直接关系。2.42.4电化学腐蚀与电极电位的关系密切。电化学腐蚀与电极电位的关系密切。2.52.5电电化化学学腐腐蚀蚀具具有有次次生生过过程程，使使得得腐腐蚀蚀产产物物最最终终离离开开发发生生腐蚀的原始部位。腐蚀的原始部位。2Section 1 Electrode and Electric Potential 电极与电极电位电极与电极电位1. 1. 金属的电化学腐蚀现象金属的电化学腐蚀现象2. 2. 双电层双电层3
4、. 3. 电极与电极电位电极与电极电位4. 4. 电极电位的确定电极电位的确定31. The Phenomenon of Electrochemical Corrosion 金属的电化学腐蚀现象金属的电化学腐蚀现象41. The Phenomenon of Electrochemical Corrosion 金属的电化学腐蚀现象金属的电化学腐蚀现象图图2-2 Cu-ZnCu-Zn原电池模型原电池模型 为什么铜能够加速锌与稀为什么铜能够加速锌与稀硫酸的作用呢？硫酸的作用呢？铜之所以会加速锌片在稀铜之所以会加速锌片在稀硫酸中的溶解速度，是因硫酸中的溶解速度，是因为铜和锌以及稀硫酸组成为铜和锌以及稀
5、硫酸组成了一个原电池，而且铜的了一个原电池，而且铜的析氢电位较低。析氢电位较低。 52. Double Electric Layer 双电层双电层（金属与溶液的界面特性）（金属与溶液的界面特性）2.1 Foundation of Three Type Double Electric Layer 三三类类双电层的建立双电层的建立 金属离子、极性分子、电解质离子金属离子、极性分子、电解质离子 2.1.1第第一一类类双双电电层层：金金属属侧侧荷荷负负电电、溶溶液液侧侧荷荷正正电电。金金属属离离子子和和极极性性水水分子之间的分子之间的水化力大于金属离子与电子之间的结合力水化力大于金属离子与电子之间的结
6、合力。 金属溶液界面金属溶液界面 溶液侧溶液侧 金属侧金属侧锌、镉（锌、镉（Cd）、镁、铁等浸入水、酸、碱、盐溶液）、镁、铁等浸入水、酸、碱、盐溶液2.1.2第第二二类类双双电电层层：金金属属侧侧荷荷正正电电，溶溶液液侧侧荷荷负负电电。金金属属离离子子和和极极性性分分子之间的水化力小于金属离子与电子的结合力。子之间的水化力小于金属离子与电子的结合力。铂浸在铂盐溶液中、铜浸在铜盐的溶液中等等。铂浸在铂盐溶液中、铜浸在铜盐的溶液中等等。2.1.3第三类双电层：第三类双电层：金属侧荷正电、溶液侧荷负电的双电层金属侧荷正电、溶液侧荷负电的双电层。金属离子金属离子不能进入溶液，溶液中的金属离子也不能沉积
7、到金属表面。不能进入溶液，溶液中的金属离子也不能沉积到金属表面。 62. Double Electric Layer 双电层双电层 （金属与溶液的界面特性）（金属与溶液的界面特性）图图2-3 2-3 双电层双电层(a)(a)第一类双电层：第一类双电层：金属侧负电，溶液侧正电金属侧负电，溶液侧正电(b)(b)第二类双电层：第二类双电层：金属侧正电，溶液侧负电金属侧正电，溶液侧负电(c)(c)第三类双电层：第三类双电层：金属侧正电，溶液侧负电金属侧正电，溶液侧负电72.2 Stern Model of Double Electric Layer-斯特恩双电层模型斯特恩双电层模型 “平板电容器平板电
8、容器”的双电层结构模型：的双电层结构模型：紧密双电层模型紧密双电层模型 -赫姆霍兹（赫姆霍兹（Helmholtz）分散双电层模型分散双电层模型-古伊（古伊（Gouy）和奇普曼（）和奇普曼（Chipman）紧密紧密-分散双电层模型分散双电层模型- 斯特恩斯特恩2.3 The Characteristics of Double Electric Layer 2.3.1双电层两层双电层两层“极板极板”分处于不同的两相分处于不同的两相 2.3.2双双电电层层的的内内层层有有过过剩剩电电子子或或阳阳离离子子，当当系系统统形形成成回回路路时时，电电子子即可沿导线流入或流出电极即可沿导线流入或流出电极 2.
9、3.3双电层犹如平板电容器，电场强度非常高双电层犹如平板电容器，电场强度非常高2. Double Electric Layer 双电层双电层（金属与溶液的界面特性）图图2-4双双电电层层结结构构的的几几种种模模型型83. Electrode and Electric Potential 电极与电极电位电极与电极电位电电极极定定义义：电电子子导导体体和和离离子子导导体体组组成成的的体体系系称称为为电电极极；如如Cu|CuSO4称称铜铜电电极极，Zn|ZnSO4称锌电极。称锌电极。电极电位电极电位是指电极两侧的电位差。是指电极两侧的电位差。3.1 Classification of Electro
10、de 电极的分类电极的分类3.1.1 Single Electrode 单单电电极极 在在金金属属-溶溶液液的的界界面面上上只只发发生生单单一一的电极反应的电极的电极反应的电极。3.1.1.1 Metal Electrode 金金属属电电极极：金金属属在在含含有有该该金金属属离离子子的的电电解质溶液中构成的而且发生解质溶液中构成的而且发生 电极反应的电极。电极反应的电极。3.1.1.2 Gas Electrode 气气体体电电极极：金金属属在在含含有有气气体体和和气气体体离离子子的的溶液中构成的而且发生气体参与电极反应的电极。溶液中构成的而且发生气体参与电极反应的电极。Hydrogen Ele
11、ctrode氢电极：氢电极：Oxygen Electrode氧电极：氧电极：Chlorine氯电极：氯电极：3.1.1.3 Oxidationreduction Electrode氧氧化化-还还原原电电极极：电电极极界界面面上只有电子交换，而不发生金属离子在相间迁越的电极称为氧化上只有电子交换，而不发生金属离子在相间迁越的电极称为氧化-还原电极。还原电极。 93.1.2Metal Corrosion Electrode金属腐蚀电极金属腐蚀电极 在在一一个个电电极极上上同同时时发发生生多多于于一一个个电电极极反反应应的的电电极极。二二重重电极和多重电极。电极和多重电极。3.1.3 Reversi
12、ble Electrode and Irreversible Electrode 可可逆电极与不可逆电极逆电极与不可逆电极 3.1.3.1 Reversible Electrode 可逆电极可逆电极还原反应：还原反应：氧化反应：氧化反应：3.1.3.2 Irreversible Electrode 不可逆电极不可逆电极3. Electrode and Electric Potential 电极与电极电位电极与电极电位103.2 Electric Potential 电极电位电极电位3.2.1 Equilibrium Potential and Standard Potential平衡电极平衡电
13、极电位与标准电极电位电位与标准电极电位 平衡电极电位平衡电极电位：电极反应正逆过程的电荷和物质都达到了平衡，所以将：电极反应正逆过程的电荷和物质都达到了平衡，所以将这种电位称为平衡电极电位或可逆电位。这种电位称为平衡电极电位或可逆电位。 标准电极电位标准电极电位：参加电极反应的物质处于标准状态下，即溶液中含该种：参加电极反应的物质处于标准状态下，即溶液中含该种金属的离子的活度为金属的离子的活度为1、温度为、温度为298K、气体的分压为、气体的分压为1atm时，金属的平衡时，金属的平衡电极电位称为标准电极电位。电极电位称为标准电极电位。3.2.2 Non-equilibrium Potentia
14、l and Stable Potential 非平衡非平衡电极电位与稳定电极电位电极电位与稳定电极电位 非平衡电极电位非平衡电极电位：电极上同时存在两种或两种以上不同物质参与的电化：电极上同时存在两种或两种以上不同物质参与的电化学反应，正逆过程的物质始终不能达到平衡状态，又称为不可逆电位。学反应，正逆过程的物质始终不能达到平衡状态，又称为不可逆电位。 稳定电位稳定电位：非平衡电位当电荷反应达到平衡时达到的一个稳定数值的电位：非平衡电位当电荷反应达到平衡时达到的一个稳定数值的电位3. Electrode and Electric Potential 电极与电极电位电极与电极电位114. Spec
15、ification Of Electric Potential电极电位的确定电极电位的确定 4.1 Measurement 测量法测量法4.1.1 Reference Electrode 参比电极参比电极 作作为为参参比比电电极极要要满满足足的的条条件件：电电极极反反应应是是可可逆逆的的，电电位位稳稳定定而而不不随随时时间间变变化化；交交换换电电流流密密度度大大，不不极极化化或或难难极极化化；参参比比电电极极内内溶溶液液与与腐腐蚀蚀介介质互不渗污，溶液界面的电位小；质互不渗污，溶液界面的电位小；温度系数低。温度系数低。4.1.2 Standard Electrode 标标准电极准电极Stand
16、ard Hydrogen Electrode标准氢电极标准氢电极 4.1.3 Measurement of Potential 电极电位的测量电极电位的测量124.2 Calculation 计算法计算法 能斯特公式：能斯特公式：式中式中 Ve、V0 电极的平衡电位及标准电位；电极的平衡电位及标准电位； R 通用气体常数，通用气体常数，8.313J/(molK)； n 参加电极反应的电子数；参加电极反应的电子数； F 法拉第常数，等于法拉第常数，等于96500C/mol； a 平均活度（有效浓度）。平均活度（有效浓度）。4. Specification Of Electric Potentia
17、l电极电位的确定电极电位的确定 135.1 Standard Electrochemical Series 标准电位序标准电位序5.1.1定义：将各种金属电极的标准电位依其代数值的大小排列起来，就得到各定义：将各种金属电极的标准电位依其代数值的大小排列起来，就得到各种金属的标准电位序，简称作电位序。种金属的标准电位序，简称作电位序。5.1.2标准电位序的作用：标准电位序的作用： 标准电位序指出了一定条件下金属的活泼程度。标准电位序指出了一定条件下金属的活泼程度。 电极电位是判断金属溶解变为金属离子倾向的依据。电极电位是判断金属溶解变为金属离子倾向的依据。5.1.3电位序应用的局限性电位序应用的
18、局限性 金属的标准电位属热力学数据，只反映金属腐蚀的倾向性，不涉及腐蚀的速度问题。金属的标准电位属热力学数据，只反映金属腐蚀的倾向性，不涉及腐蚀的速度问题。 金属的标准电位是在溶液中只含自身金属离子的情况下测定的，没有考虑到溶液中其它金属离金属的标准电位是在溶液中只含自身金属离子的情况下测定的，没有考虑到溶液中其它金属离子的存在会影响该金属的电位，进而影响到电位序的变化。子的存在会影响该金属的电位，进而影响到电位序的变化。 工程中使用的材料多数为合金，在腐蚀介质中往往属于腐蚀金属电极而形成腐蚀电池，根本没工程中使用的材料多数为合金，在腐蚀介质中往往属于腐蚀金属电极而形成腐蚀电池，根本没有标准电
19、位可言。有标准电位可言。 当介质的条件发生变化，金属的电极电位要发生变化，相应的电位序可能发生变化。当介质的条件发生变化，金属的电极电位要发生变化，相应的电位序可能发生变化。5.2 Galvanic Series腐蚀电偶序腐蚀电偶序腐蚀电位序腐蚀电位序，就是把多种金属在某种介质中的稳定电位（腐蚀电位）值按其代就是把多种金属在某种介质中的稳定电位（腐蚀电位）值按其代数值的大小排列次序。数值的大小排列次序。5. Standard Electrochemical Series and Galvanic Series 标准电位序和腐蚀电位序标准电位序和腐蚀电位序 145. Standard Elect
20、rochemical Series and Galvanic Series 标准电位序和腐蚀电位序标准电位序和腐蚀电位序 155. Standard Electrochemical Series and Galvanic Series 标准电位序和腐蚀电位序标准电位序和腐蚀电位序 16Section 2 Thermodynamic Conditions of Metal Electrochemical Corrosion 金属电化学腐蚀的热力学条件金属电化学腐蚀的热力学条件171. The Condition of Anode Dissolution 阳极溶解反应自发进行的条件阳极溶解反应自发
21、进行的条件 阳极阳极：发生氧化反应的电极；发生氧化反应的电极；阴极阴极：发生还原反应的电极。发生还原反应的电极。阳极氧化反应阳极氧化反应 相相应应的的金金属属的的平平衡衡电电极极电电位位为为VAe 。显显然然，若若使使金金属属的的电电极极电电位位偏偏离离VAe值值，则则动动态态平平衡衡就就遭遭到到破破坏坏。如如果果金金属属的的电电极极电电位位能能够够保保持持在在等等于于或或负负于于VAe值值，则则金金属属成成为为金金属属离离子子的的溶溶解解反反应应实实际际上上是是处处于于从从低低能能位位到到高高能能位位的的条条件件下下，过过程程不不可可能能自自动动发发生生。反反之之，如如果果由由于于溶溶液液中
22、中其其它它离离子子或或溶溶解解气气体体的的存存在在，使使金金属属的的电电极极电电位位VA维维持持在在比比VAe更更正正的的水水平平上上，那那么么发发生生金金属的溶解反应在热力学上就是可能的了。属的溶解反应在热力学上就是可能的了。 自发进行的条件是：自发进行的条件是： VA VAe 182.The Condition of Cathode Reaction 阴极反应自发进行的条件阴极反应自发进行的条件 去极化反应：去极化反应：去极化反应：去极化反应：阴极上吸收电子的还原反应。阴极上吸收电子的还原反应。阳离子还原：阳离子还原：中性分子离子化：中性分子离子化： 阴离子还原：阴离子还原：192.The
23、 Condition of Cathode Reaction 阴极反应自发进行的条件阴极反应自发进行的条件 与与阳阳极极反反应应同同样样的的道道理理，当当电电极极实实际际电电位位Vk偏偏离离阴阴极极的的平平衡衡电电位位Vke时时，上上述述的的阴阴极极反反应应的的平平衡衡亦亦将将遭遭到到破破坏坏。如如果果 Vk Vke反反应应朝朝氧氧化化方方向向（向向左左）进进行行, 而而Vk Vke 时时反反应应朝朝还还原原方方向向（向向右右 ）进进行行。因因此此阴阴极极去去极极化化反反应应自自发发进进行行的的条条件件为：为： Vk VAe。3.2去去极极化化剂剂从从金金属属上上取取走走电电子子的的去去极极化
24、化反反应应要要持持续续不不断断地地进进行行，金金属属的的电电极极电电位位要要维维持持在在比比去去极极化化剂剂的的氧氧化化还还原原电电位位更更负负的数值上，即的数值上，即V V V Vkeke。即：金属的电位值即：金属的电位值V必须维持在既比必须维持在既比VAe正而又比正而又比Vke负的数值负的数值上，上，VAe V Vke。3. Thermodynamic Condition of Metal Electrochemical Corrosion 金属电化学腐蚀的热力学条件金属电化学腐蚀的热力学条件21Section 3 PotentialpH Diagram 电位电位-pH图图 2222 1.
25、 The Structure of Pourbaix DiagramPourbaix图的组成图的组成1.1 Three Types of Curve in Pourbaix Diagram电位电位-pH图的三类曲线图的三类曲线1.1.1 电极反应只与电极电位有关，而与溶液的电极反应只与电极电位有关，而与溶液的pHpH值无关，在电位值无关，在电位-pH-pH图图上为一水平线。反应特点是只有电子交换，而不产生氢离子（或氢上为一水平线。反应特点是只有电子交换，而不产生氢离子（或氢氧根离子）。其平衡电位氧根离子）。其平衡电位( (能斯特方程能斯特方程) )分别为：分别为：当当t=25t=25时时232
26、3 1. The Structure of Pourbaix DiagramPourbaix图的组成图的组成1.1.2 反应只与反应只与pHpH值有关，而与电极电位无关，在电位值有关，而与电极电位无关，在电位-pH-pH图图上为一垂直线。上为一垂直线。 （沉淀反应沉淀反应） （水解反应水解反应）沉淀反应的平衡常数：沉淀反应的平衡常数：对于水解反应：对于水解反应：2424 1. The Structure of Pourbaix DiagramPourbaix图的组成图的组成 1.1.3 既既同同电电极极电电位位有有关关，又又与与溶溶液液的的pHpH值值有有关关，在在电电位位-pH-pH图上为一
27、组斜线。图上为一组斜线。25252.1 The Plotting of Potential-pH Diagram of Hydrogen Electrode and Oxygen Electrode 氢电极和氧电极的电位氢电极和氧电极的电位-pH图的绘制图的绘制 氢电极反应氢电极反应 氧电极反应氧电极反应 由能斯特方程由能斯特方程2. Potential-pH Diagram of Hydrogen Electrode and Oxygen Electrode氢电极和氧电极的电位氢电极和氧电极的电位-pH图图2626当当 则有则有2. Potential-pH Diagram of Hydro
28、gen Electrode and Oxygen Electrode氢电极和氧电极的电位氢电极和氧电极的电位-pH图图27272.2 The Analysis of Potential-pH Diagram of Hydrogen Electrode and Oxygen Electrode 氢电极和氧电极氢电极和氧电极的电位的电位-pH图的分析图的分析 和和 分别表示分别表示上述析氢反应和氧还原反上述析氢反应和氧还原反应在溶液中某应在溶液中某-pH值的平值的平衡电位。可以看出衡电位。可以看出 比比 正正1.23伏，当伏，当pH值升高一值升高一个单位，则个单位，则 和和 都都减小减小0.059
29、伏。因此上图中伏。因此上图中画出两条斜率均为画出两条斜率均为0.059的的平行斜线，平行斜线，a线为氢平衡线为氢平衡线，线，b线为氧平衡线。线为氧平衡线。2. Potential-pH Diagram of Hydrogen Electrode and Oxygen Electrode氢电极和氧电极的电位氢电极和氧电极的电位-pH图图28282.2.12.2.1 氢平衡线氢平衡线 由图可见，若反应由图可见，若反应 的电位偏离的电位偏离a a线向上移动，线向上移动，即电位升高。为了达到新的平衡，或在一定即电位升高。为了达到新的平衡，或在一定 下，下， 增大（增大（pHpH值值减小）；或在一定的减
30、小）；或在一定的 下，减小下，减小 。若在某一水溶液中，。若在某一水溶液中，pHpH值值一定，氢电极的电极电位低于一定，氢电极的电极电位低于 =1atm =1atm时的电极电位，根据式时的电极电位，根据式 达到平衡时的达到平衡时的 就应大于就应大于1atm1atm，因此水溶液就会分解出氢来。，因此水溶液就会分解出氢来。所以所以a a线以下是氢稳定区（还原态稳定区）。反之，如果电极电位高线以下是氢稳定区（还原态稳定区）。反之，如果电极电位高于于 =1atm =1atm时的电极电位，根据上式，反应向减小的方向进行。就时的电极电位，根据上式，反应向减小的方向进行。就可能使分解成可能使分解成H H+
31、+的趋势，所以的趋势，所以a a线上方为线上方为H H+ +稳定区，即氧化态稳定区。稳定区，即氧化态稳定区。2. Potential-pH Diagram of Hydrogen Electrode and Oxygen Electrode氢电极和氧电极的电位氢电极和氧电极的电位-pH图图29292.2.2 氧平衡线氧平衡线氧平衡线的情况与氢平衡线类似，氧平衡线的情况与氢平衡线类似，b线上方为线上方为 稳定区（氧稳定区（氧化态稳定区），化态稳定区），b线下方为线下方为 的稳定区（还原态稳定区）的稳定区（还原态稳定区）。由于氧反应体系的电位比氢反应体系的电位高，所以当氧反由于氧反应体系的电位比氢
32、反应体系的电位高，所以当氧反应体系加入到氢反应体系中时，就要使氢反应体系的电位升应体系加入到氢反应体系中时，就要使氢反应体系的电位升高，促使反应朝生成高，促使反应朝生成 的方向进行，而氧反应体系的电位的方向进行，而氧反应体系的电位要降低，从而使反应朝生成水的方向进行。要降低，从而使反应朝生成水的方向进行。总结：总结：在氢电极和氧电极的电位在氢电极和氧电极的电位-pH图上，氢平衡线和氧平图上，氢平衡线和氧平 衡线把该图分成三部分。衡线把该图分成三部分。 氢平衡线氢平衡线a a以下为析氢区，即为氢气的稳定区；以下为析氢区，即为氢气的稳定区； 氧平衡线氧平衡线b b以上，氧气的稳定区；以上，氧气的稳
33、定区； a a和和b b之间为水的稳定区。之间为水的稳定区。2. Potential-pH Diagram of Hydrogen Electrode and Oxygen Electrode 氢电极和氧电极的电位氢电极和氧电极的电位-pH图图30303.1 The Plotting Step of Potential-pH Diagram 电位电位-pH-pH图的绘制步骤图的绘制步骤 列出有关物质的各种存在状态以及它们的标准生成自由能列出有关物质的各种存在状态以及它们的标准生成自由能和标准化学位值；和标准化学位值； 列出各有关物质之间可能发生的相互反应的方程式，写出列出各有关物质之间可能发生
34、的相互反应的方程式，写出平衡方程式；平衡方程式； 作出各类反应的平衡关系对应的电位作出各类反应的平衡关系对应的电位pHpH曲线，最后会总成曲线，最后会总成综合的电位综合的电位-pH-pH图。图。3. Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H2O系的理论电位系的理论电位-pH图图31313.2 Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H Fe-H2 2O O系的理论电位系的理论电位-pH-pH图图 3. Theoretical Potential-pH Diagr
35、am of Fe-H2O System Fe-H2O系的理论电位系的理论电位-pH图图32323.2 Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H Fe-H2 2O O系的理论电位系的理论电位-pH-pH图图 线表示线表示Fe转变为转变为Fe2+的反应：的反应： 线表示线表示Fe2+与与Fe2O3的相互反应：的相互反应： 线代表线代表Fe2+与与Fe3+间的相互反应：间的相互反应：3. Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H2O系的理论电位系的理论电位-pH图图
36、33333.2 Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H Fe-H2 2O O系的理论电位系的理论电位-pH-pH图图 线表示线表示Fe3+与与Fe2O3的相互反应：的相互反应： 线表示线表示Fe3O4与与Fe2O3的相互反应：的相互反应： 线表示线表示Fe与与Fe3O4间的相互反应：间的相互反应：3. Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H2O系的理论电位系的理论电位-pH图图34343.2 Theoretical Potential-pH Diagram
37、 of Fe-H2O System Fe-H Fe-H2 2O O系的理论电位系的理论电位-pH-pH图图 线表示线表示Fe2+与与Fe3O4间的相互反应间的相互反应3. Theoretical Potential-pH Diagram of Fe-H2O System Fe-H2O系的理论电位系的理论电位-pH图图35354.1 Three Types of Zone in Potential-pH Diagram 电位电位-pH图的三类图的三类区域区域稳定区稳定区 腐蚀区腐蚀区 钝化区钝化区4. The Applications of Potential-pH Diagram in Cor
38、rosion Field 电位电位-pH-pH图在腐蚀研究中的应用图在腐蚀研究中的应用36364.2 The Application of Potential-pH Diagram in Corrosion Technology 电位电位-pH-pH图在腐蚀科学中的应用图在腐蚀科学中的应用4. The Applications of Potential-pH Diagram in Corrosion Field 电位电位-pH-pH图在腐蚀研究中的应用图在腐蚀研究中的应用4.2.14.2.1 预言一定（预言一定（V V、pHpH）条）条件下的腐蚀行为件下的腐蚀行为4.2.2 4.2.2 反映金
39、属自发腐蚀的反映金属自发腐蚀的热力学倾向热力学倾向 金属的稳定区位于相对低金属的稳定区位于相对低电位的范围内，电位越高金电位的范围内，电位越高金属的热力学稳定性越差，越属的热力学稳定性越差，越容易发生腐蚀。容易发生腐蚀。 金属的腐蚀区往往在金属的腐蚀区往往在V-pHV-pH图的左、右两侧，而钝化区图的左、右两侧，而钝化区位于图的中部位于图的中部。金属的标准电位越正，稳金属的标准电位越正，稳定区越大，耐蚀性越好。定区越大，耐蚀性越好。37374.2 The Application of Potential-pH Diagram in Corrosion Technology 电位电位-pH-pH
40、图在腐蚀科学中的应用图在腐蚀科学中的应用 4.2.34.2.3指明对金属实行腐蚀保护的方向指明对金属实行腐蚀保护的方向4. The Applications of Potential-pH Diagram in Corrosion Field 电位电位-pH-pH图在腐蚀研究中的应用图在腐蚀研究中的应用38385.15.1绘制电位绘制电位-pH-pH图时，是以金属与溶液中的离子之间，溶液中图时，是以金属与溶液中的离子之间，溶液中的离子和含有这些离子的腐蚀产物之间的平衡作为先决条件的，的离子和含有这些离子的腐蚀产物之间的平衡作为先决条件的，而忽略了溶液中其他离子对平衡的影响。而忽略了溶液中其他离
41、子对平衡的影响。5.25.2理论电位理论电位-pH-pH图中所表示的钝化区是指金属氧化物，或氢氧图中所表示的钝化区是指金属氧化物，或氢氧化物，或其它微溶的金属化合物以稳定相存在为依据的，而未化物，或其它微溶的金属化合物以稳定相存在为依据的，而未对它们的保护性进行讨论。对它们的保护性进行讨论。5.35.3理论电位理论电位-pH-pH图只考虑图只考虑OH-OH-这种阴离子对平衡的影响。这种阴离子对平衡的影响。5.45.4理论电位理论电位-pH-pH图中所示的图中所示的pHpH值，是处于平衡状态的值，及腐值，是处于平衡状态的值，及腐蚀体系表面整体的蚀体系表面整体的pHpH值。而实际腐蚀体系中，金属表
42、面上各点值。而实际腐蚀体系中，金属表面上各点的的pHpH值可能是不同的值可能是不同的。5.55.5因为电位因为电位-pH-pH图是根据热力学数据作出的，所以它只能说明图是根据热力学数据作出的，所以它只能说明金属在本体系中的被腐蚀倾向性大小，而不可能预示腐蚀速度金属在本体系中的被腐蚀倾向性大小，而不可能预示腐蚀速度的大小。的大小。5. Limitation of Potential-pH Diagram 应用电位应用电位-pH-pH图的局限性图的局限性3939Section 4 Corrosion Cell腐蚀电池腐蚀电池 4040本节主要内容本节主要内容1. 1. 腐蚀电池腐蚀电池2. 2.
43、腐蚀电池的类型腐蚀电池的类型3. 3. 原电池与腐蚀电池的区别与联系原电池与腐蚀电池的区别与联系4141 伏特电池所产生的电流，是由于它的两个伏特电池所产生的电流，是由于它的两个电极电极 锌片与铜片在稀硫酸溶液中的电位不锌片与铜片在稀硫酸溶液中的电位不同，存在着一定的电位差所引起的。同，存在着一定的电位差所引起的。 在伏特电池中，锌的电位较负，铜的电位在伏特电池中，锌的电位较负，铜的电位较正。用导线将它们连接起来时，在电极溶较正。用导线将它们连接起来时，在电极溶液界面所建立起来的电极平衡遭到破坏，而在液界面所建立起来的电极平衡遭到破坏，而在两个电极上分别进行如下反应：两个电极上分别进行如下反应
44、： 锌电极电位较负，失去电子被氧化。锌电极电位较负，失去电子被氧化。 Zn ZnZn Zn2 2 2e 2e 铜片上，酸中的氢离子接受电子被还原，铜片上，酸中的氢离子接受电子被还原，有氢气逸出。有氢气逸出。 2H2H 2e 2H H 2e 2H H2 2 整个电池反应为整个电池反应为: : Zn Zn 2H2H Zn Zn2 2 H H2 2 由于锌的氧化反应放出电子，而电子通过由于锌的氧化反应放出电子，而电子通过导线流到铜电极后，在铜上被氢离子的还原所导线流到铜电极后，在铜上被氢离子的还原所消耗，这样就构成了一个电池回路，其结果是消耗，这样就构成了一个电池回路，其结果是电极电位较负的金属锌不
45、断溶解成锌离子进入电极电位较负的金属锌不断溶解成锌离子进入溶液，使锌遭到腐蚀。因此，上面所说的原电溶液，使锌遭到腐蚀。因此，上面所说的原电池实际上就是一个腐蚀电池。池实际上就是一个腐蚀电池。 42421.1 Definition 1.1 Definition A combination of two electrodes Which A combination of two electrodes Which have different potential immersed in an electrolyte is have different potential immersed in an
46、 electrolyte is called a corrosion cell called a corrosion cell ( ( ( (两种电极电位不同的金属互相接两种电极电位不同的金属互相接两种电极电位不同的金属互相接两种电极电位不同的金属互相接触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池) ) ) ) 注意此定义是针对宏观的伏特腐蚀原电池而言。注意此定义是针对宏观的伏特腐蚀原电池而言。注意此定义是针对宏观的伏特腐蚀原电池而言。注意此定义是针对宏观
47、的伏特腐蚀原电池而言。 阳极阳极阳极阳极：发生氧化反应的电极：发生氧化反应的电极：发生氧化反应的电极：发生氧化反应的电极 阴极阴极阴极阴极：发生还原反应的电极：发生还原反应的电极：发生还原反应的电极：发生还原反应的电极 在腐蚀电池中，电流是从阴极流向阳极的（与电子流动的方向在腐蚀电池中，电流是从阴极流向阳极的（与电子流动的方向在腐蚀电池中，电流是从阴极流向阳极的（与电子流动的方向在腐蚀电池中，电流是从阴极流向阳极的（与电子流动的方向相反）。相反）。相反）。相反）。 金属电化学腐蚀的本质金属电化学腐蚀的本质金属电化学腐蚀的本质金属电化学腐蚀的本质：就是浸在电解质溶液中的金属表面上，就是浸在电解质
48、溶液中的金属表面上，就是浸在电解质溶液中的金属表面上，就是浸在电解质溶液中的金属表面上，形成了以金属为阳极的腐蚀电池。形成了以金属为阳极的腐蚀电池。形成了以金属为阳极的腐蚀电池。形成了以金属为阳极的腐蚀电池。1. Corrosion Cell腐蚀电池腐蚀电池43431.2 Makeup Conditions of Corrosion Cell1.2 Makeup Conditions of Corrosion Cell腐蚀电池的组腐蚀电池的组腐蚀电池的组腐蚀电池的组成条件成条件成条件成条件1.2.11.2.11.2.11.2.1不同金属或同一金属不同部位之间要存在电位差；不同金属或同一金属不同
49、部位之间要存在电位差；不同金属或同一金属不同部位之间要存在电位差；不同金属或同一金属不同部位之间要存在电位差；1.2.21.2.21.2.21.2.2具有不同电位的金属或金属部位要短路相接；具有不同电位的金属或金属部位要短路相接；具有不同电位的金属或金属部位要短路相接；具有不同电位的金属或金属部位要短路相接；1.2.31.2.31.2.31.2.3相互短接的金属或金属部位要共存于电解液中相互短接的金属或金属部位要共存于电解液中相互短接的金属或金属部位要共存于电解液中相互短接的金属或金属部位要共存于电解液中。1.3 The working Process of Corrosion Cell 1.
50、3 The working Process of Corrosion Cell 腐蚀电池的腐蚀电池的腐蚀电池的腐蚀电池的工作历程工作历程工作历程工作历程1.3.1 Anodic Reaction 1.3.1 Anodic Reaction 阳极过程阳极过程阳极过程阳极过程 1.3.2 Cathodic Reaction 1.3.2 Cathodic Reaction 阴极过程阴极过程阴极过程阴极过程1.3.3 Flow of Current 1.3.3 Flow of Current 电流的流动电流的流动电流的流动电流的流动1. Corrosion Cell腐蚀电池腐蚀电池4444uu2.1
51、Macro-corrosion Cell 宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池2.1.1 Galvanic Cell 2.1.1 Galvanic Cell 腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶2.1.1.1 2.1.1.1 不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池2. Types of Corrosion Cell腐蚀电池的类型腐蚀电池的类型轮船船尾部分结构轮船船尾部分结构1-船壳（钢板）船壳（钢板） 2- 推进器（青铜）推进器（青铜）4545uu2.1 Macro
52、-corrosion Cell 宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池2.1.1 Galvanic Cell 2.1.1 Galvanic Cell 腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶2.1.1.1 2.1.1.1 不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池不同的金属浸于不同的电解质溶液中，如丹聂尔电池2.1.1.22.1.1.2不同的金属与同一电解质溶液相接触。不同的金属与同一电解质溶液相接触。不同的金属与同一电解质溶液相接触。不同的金属与同一电解质溶液相接触。2. Types of Corrosion Cell
53、腐蚀电池的类型腐蚀电池的类型2.1.2 Concetration Cell 2.1.2 Concetration Cell 浓差电池浓差电池2.1.2.1 Salt Concentration 2.1.2.1 Salt Concentration Cell Cell 盐浓差电池盐浓差电池盐浓差电池盐浓差电池2.1.2.2 Oxygen 2.1.2.2 Oxygen Concentration Cell Concentration Cell 氧浓氧浓氧浓氧浓差电池差电池差电池差电池2.1.3 Differential 2.1.3 Differential Temperature Cell Tem
54、perature Cell 温差温差电池电池4646uu2.2 Micro-corrosion Cell 2.2 Micro-corrosion Cell 微观腐蚀电池微观腐蚀电池微观腐蚀电池微观腐蚀电池 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 金属化学成分的不均匀性金属化学成分的不均匀性金属化学成分的不均匀性金属化学成分的不均匀性 （FeFeFeFe3 3 3 3C C C C和石墨；和石墨；和石墨；和石墨；FeZnFeZnFeZnFeZn7 7 7 7） 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 组织结构的不均匀性组织结构的不均匀性组织结构的不均匀性组织结构的不均匀性 2.2
55、.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 金属表面膜的不完整性金属表面膜的不完整性金属表面膜的不完整性金属表面膜的不完整性 2.2.4 2.2.4 2.2.4 2.2.4 金属表面物理状态的不均匀性金属表面物理状态的不均匀性金属表面物理状态的不均匀性金属表面物理状态的不均匀性2. Types of Corrosion Cell腐蚀电池的类型腐蚀电池的类型47473. 原电池与腐蚀电池的区别与联系原电池与腐蚀电池的区别与联系电极：阴极、阳极；电极：阴极、阳极； 正极、负极正极、负极Zn Zn2 2e2H 2e 2H H2本质：原电池就是腐蚀电池本质：原电池就是腐蚀电池功能与作用：功能与作用：原电池是把化学能转化为电原电池是把化学能转化为电能并可以对外做功的装置；能并可以对外做功的装置；腐蚀电池只能导致金属腐蚀腐蚀电池只能导致金属腐蚀破坏，不能对外做有用的短破坏，不能对外做有用的短路原电池，其释放电能不被路原电池，其释放电能不被利用，而变成热能散失。利用，而变成热能散失。4848 刚才的发言，如刚才的发言，如有不当之处请多指有不当之处请多指正。谢谢大家！正。谢谢大家！49
