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金屬的腐蝕原理
發(fā)布時間:2023-11-13 15:25:25 | 瀏覽次數(shù):


金屬的腐蝕原理

腐蝕是指材料與環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)所造成的破壞。這種破壞導(dǎo)致材料性能的損失與失效,造成資源浪費乃至引發(fā)設(shè)備事故。金屬材料和非金屬材料均可以和環(huán)境介質(zhì)發(fā)生作用而腐蝕。

 

對金屬材料而言,腐蝕是一種自發(fā)的過程。除了少數(shù)貴金屬(金、鉑等)外,各種金屬都有轉(zhuǎn)變成離子的趨勢。這種向離子化或化合物狀態(tài)變化的過程,伴隨著自由能的降低。

 

從熱力學(xué)來理解,物質(zhì)總是從高能不穩(wěn)定向低能穩(wěn)定轉(zhuǎn)變,所以,腐蝕雖然破壞了材料的性能,實際上卻使金屬處于更穩(wěn)定的狀態(tài)。

 

按腐蝕反應(yīng)機(jī)理,腐蝕分為化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕。

 

>>化學(xué)腐蝕

金屬與周圍介質(zhì)直接的化學(xué)作用,不伴隨電流發(fā)生的腐蝕叫化學(xué)腐蝕。

 

例如,化工廠里的氯氣與鋼鐵表面反應(yīng)生成氯化鐵:3Cl+ 2Fe=2FeCl3,這個反應(yīng)無電流的產(chǎn)生,屬于化學(xué)腐蝕。

 

金屬在干燥的氣體介質(zhì)中和不導(dǎo)電的液體介質(zhì)(如酒精、石油)中發(fā)生的腐蝕,都屬于化學(xué)腐蝕。 

 

>>電化學(xué)腐蝕

金屬與周圍導(dǎo)電介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕叫電化學(xué)腐蝕。大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕等都屬于電化學(xué)腐蝕。

 

電化腐蝕過程中有原電池形成并可分為析氫腐蝕吸氧腐蝕。

 

原電池形成條件:

①有兩種活性不同的金屬(或非金屬)作電極;

②兩電極同時插入電解質(zhì)溶液中;

③構(gòu)成閉合回路。

 

以鋼鐵生銹舉例。鋼鐵暴露在空氣中,表面吸附水汽形成一層薄薄的水膜,O2、CO2SO2氣體溶于其中,使之成為電解液。有了這層電解液,鋼鐵表面的鐵和滲碳體由于電勢的高低,形成兩個電極,鐵為陽極(負(fù)極),滲碳體為陰極(正極)。條件全部具備,無數(shù)個微小原電池形成。

 

當(dāng)鋼鐵表面水溶液為酸性(PH<5.6),鐵和水發(fā)生析氫反應(yīng),最終生成氫氣及Fe2O3;當(dāng)水溶液為中性或弱酸性(PH≥5.6),鐵和水及氧氣發(fā)生吸氧反應(yīng),最終生成Fe2O3。共同的產(chǎn)物是Fe2O3,鐵銹的主要成分。

 

電化學(xué)腐蝕化學(xué)反應(yīng)式

類型

析氫腐蝕

吸氧腐蝕

負(fù)極

Fe

Fe-2e=Fe2+

2Fe-4e=2Fe2+

正極

C

2H2O+2e=H2+2OH-

O2+2H2O+4e=4OH-

反應(yīng)

Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2

2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3·nH2O

 

由于O2的氧化能力比較強(qiáng),故在大氣中金屬的電化學(xué)腐蝕一般以吸氧腐蝕為主,甚至在酸性較強(qiáng)的溶液中,金屬發(fā)生析氫腐蝕的同時,也有吸氧腐蝕的產(chǎn)生。

 

化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕有時候很難明確地區(qū)分開來。例如鐵在水蒸氣中一般發(fā)生電化學(xué)腐蝕,但在高溫時卻轉(zhuǎn)化為化學(xué)腐蝕,而且很難明確區(qū)分其溫度界限??傮w而言,金屬的腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕,而且其腐蝕速度比化學(xué)腐蝕快很多。 

 

 
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