腐蝕陰極過(guò)程電化學(xué)方法ppt課件.ppt

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1、第四章金屬腐蝕陰極過(guò)程電化學(xué)研究方法4.1氫去極化腐蝕：氫離子還原并有氫氣析出陰極過(guò)程的腐蝕。4.1.1氫去極化腐蝕的必要條件與特征4.1.1.1必要條件電解質(zhì)溶液中有氫離子存在；腐蝕電池中陽(yáng)極金屬電位必須低于氫析出電位；25C，時(shí)，有利于氫去極化腐蝕過(guò)程，強(qiáng)電負(fù)性金屬Al，Mg能在中，堿性溶液中發(fā)生氫去極化腐蝕，中電負(fù)性金屬Fe，Cd只能在酸性溶液中發(fā)生氫去極化腐蝕。4.1.1.2氫去極化腐蝕特征①不存在其他氧化還原電位較正的去極化劑的酸性溶液中，金屬腐蝕過(guò)程為典型氫去極化腐蝕。②金屬表面不存

2、在鈍化膜或其他成相膜時(shí)，酸溶液中氫去極化腐蝕是活性陽(yáng)極溶解反應(yīng)。③金屬在酸溶液中的氫去極化腐蝕隨pH值下降而增強(qiáng)。④酸溶液中氫離子濃度較高時(shí)氫去極化反應(yīng)為電化學(xué)控制，濃差極化可以忽略。⑤金屬在酸溶液中的氫去極化腐蝕為宏觀均勻腐蝕。氧化性酸和非氧化性酸影響。4.1.2氫去極化腐蝕基本步驟4.1.2.1酸性溶液中氫去極化過(guò)程基本步驟總反應(yīng)水化H+向陰極表面擴(kuò)散并脫水；H+放電后吸附在金屬表面上；化學(xué)復(fù)合脫附；或電化學(xué)復(fù)合脫附；分子形成氣泡析出。4.1.2.2中堿性溶液中氫去極化過(guò)程基本步驟總反應(yīng)水分

3、子電離和H+還原，形成吸附氫；化學(xué)復(fù)合脫附；電化學(xué)復(fù)合分子形成氣泡析出。對(duì)于大多金屬來(lái)說(shuō)，控制步驟；遲緩放電；對(duì)于低析氫過(guò)電位金屬Pt，Pd，控制步驟；遲緩復(fù)合。對(duì)于Fe，Ni，H原子會(huì)向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，造成氫脆現(xiàn)象。4.1.3氫去極化的陰極極化曲線與氫過(guò)電位氫去極化過(guò)程中，緩慢步驟成為反應(yīng)阻力，因而在氫電極平衡電位下不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。只有克服這一阻力，析氫電位負(fù)于平衡電位，發(fā)生陰極極化，才能發(fā)生析氫反應(yīng)。4.1.3.1氫去極化的陰極極化曲線4.1.3.2影響氫過(guò)電位的主要因素①電流密度：電極材料和溶

4、液的組成與溫度不變，②電極材料：體現(xiàn)在a項(xiàng)；i．高氫過(guò)電位金屬：a=1.0~1.5V；Pb，Cd，Hg，Tl，Zn，Be，Sn等；遲緩放電；ii．中氫過(guò)電位金屬：a=0.5~1.0V；Fe，Co，Ni，Cu，Ag，Ti等；遲緩電化學(xué)復(fù)合脫附；iii．低氫過(guò)電位金屬：a=0.1~0.5V；Pt，Pd，Au，W等；催化H+放電步驟，高交換電流密度，吸附氫原子能力強(qiáng)，遲緩復(fù)合脫附。交換電流密度評(píng)價(jià)催化能力；粗糙表面真實(shí)表面積大，過(guò)電位小。③溶液的組成與溫度金屬陽(yáng)離子的還原會(huì)改變析氫電位；Pt離子析出加

5、速鐵的腐蝕；As，Sb，Bi的析出能提高析氫過(guò)電位，降低腐蝕速度。表面活性物質(zhì)吸附能夠增加析氫過(guò)電位，緩蝕作用。pH值增加，析氫過(guò)電位增加；溫度增加，析氫過(guò)電位降低，-2mV/?C。4.1.4氫去極化腐蝕的控制腐蝕極化圖（Evans圖）為腐蝕電池極化中腐蝕電流~電位關(guān)系。4.1.4.1陰極控制的析氫腐蝕陰極析氫反應(yīng)極化率大于陽(yáng)極溶解反應(yīng)的極化率。4.1.4.2陽(yáng)極控制的析氫腐蝕4.1.4.3混合控制的析氫腐蝕大多數(shù)鋼鐵在析氫腐蝕中為混合控制；碳鋼極化低于純鐵，腐蝕速度更大高硫鋼中含有FeS，具有

6、良好的導(dǎo)電性和低析氫過(guò)電位，腐蝕速度最大。4.2氧去極化腐蝕在中堿性溶液中占優(yōu)勢(shì)，氧還原的電極電勢(shì)>>析氫電勢(shì)，氧還原陰極反應(yīng)比析氫陰極反應(yīng)普遍。4.2.1氧去極化的必要條件和特征4.2.1.1必要條件溶液中存在溶解氧；腐蝕電池中陽(yáng)極金屬電位低于氧離子化電位：氧離子化電位：25C，；溶液中只要有氧存在，首先發(fā)生的是氧去極化腐蝕；通常受濃差極化控制。4.2.1.2氧去極化腐蝕特征電解質(zhì)溶液中，只要有氧，無(wú)論酸，中，堿性溶液中，都有可能首先發(fā)生氧去極化腐蝕。氧在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)，其氧去極化腐蝕速度受濃差極

7、化的控制。氧加速非鈍性金屬腐蝕，但阻滯鈍性金屬腐蝕過(guò)程。4.2.2氧去極化過(guò)程的基本步驟4.2.2.1氧輸運(yùn)過(guò)程空氣中氧溶解進(jìn)入電解質(zhì)溶液；借助于對(duì)流作用向金屬表面移動(dòng)；在距離金屬表面0.1mm處，向金屬表面擴(kuò)散移動(dòng)，到達(dá)金屬表面。擴(kuò)散速度取決于濃度差。4.2.2.2氧還原反應(yīng)的氧離子化基本步驟：2電子反應(yīng)途徑（1）在堿性溶液中：或（催化分解）（2）酸性溶液中：或（催化分解）；4.陰極極化電位達(dá)到析氫電位后，同時(shí)發(fā)生氧去極化和氫去極化。2.電化學(xué)與擴(kuò)散混合控制，4.2.3氧還原過(guò)程的陰極極化曲線

8、陰極極化不大，陰極表面供氧充分時(shí)遵守Tafel關(guān)系—P段；回到Tafel式；3.極限電流區(qū)兩者比例取決于金屬電極性質(zhì)和溶液pH值。電流達(dá)到極限電流，不再增加；電位迅速負(fù)移。完全氧濃差極化控制。4.2.4氧去極化腐蝕的控制4.2.4.1氧還原過(guò)程電化學(xué)控制的氧去極化腐蝕如果金屬的電位較正，氧傳輸速度較大，則腐蝕速度取決于氧還原過(guò)電位。例，M1銅在開口容器中性鹽溶液中的腐蝕。如果金屬電位較負(fù)，M2，M3處于活性溶解狀態(tài)，氧傳輸速度較小，腐蝕速度由氧擴(kuò)散控制，腐蝕速度=氧擴(kuò)散速度；鋅，碳鋼，低合金鋼在