热处理对AZ91D的腐蚀和电行为的影响

E?ect of heat treatment on corrosion and electrochemical behaviour of AZ91D magnesium alloy

N.N.AUNG 1and W.ZHOU 2,*1

School of Mechanical and Production Engineering,Nanyang Technological University,Singapore 639798;2

Division of Engineering and Applied Sciences,Harvard University,9Oxford Street,Cambridge,MA 02138-2901,USA

(*author for correspondence,e-mail:wzhou@https://www.wendangku.net/doc/0211302175.html,)

Received 11July 2001;accepted in revised form 28August 2002

Key words:ageing,corrosion,heat treatment,magnesium alloy,precipitation

Abstract

An AZ91D ingot in the as-cast condition was homogenized by solution treatment and then aged for various periods oftime.The microstructures produced were studied in detail and the b phase volume fraction was measured quantitatively.The Corrosion resistance ofall the di?erent microstructures was studied in 3.5%NaCl solution through weight loss measurement in constant immersion conditions and potentiodynamic polarization experiments.The corroded surfaces were analysed using SEM and XRD.The volume fraction of the b phase was found to have a signi?cant in?uence on the corrosion behaviour.The T4condition improved the corrosion resistance ofAZ91D alloy compared to the T6heat treatment.The results support the idea ofmicrogalvanic coupling between cathodic b phase and anodic a matrix.

1.Introduction

Homogenization and subsequent ageing treatment of AZ91D alloy are known to o?er considerable improve-ment in mechanical properties [1–3].Early studies on ageing ofmagnesium alloys showed improved strength with increasing re?nement ofprecipitates and the conditions for producing ?ner precipitates were lower ageing temperature,shorter ageing time and lower Al content [1,2].

However,such heat treatment may have a great impact on corrosion behaviour due to the modi?cation ofmicrostructures.Ageing treatment ofhomogenized AZ91D alloy leads to the precipitation of b phase along the grain boundaries.The size and morphology ofthe precipitates depend on the ageing temperature,time and speci?c processing route.As b phase may act either as an e?ective cathode or a physical barrier to corrosion,depending on its volume fraction,it is important to study the in?uence ofthis phase on corrosion and electrochemical behaviour.

Clark [4]reported an age hardening mechanism in an AZ91series magnesium alloy and found that both discontinuous and continuous b precipitation occurred during ageing.The discontinuous precipitation was made up ofalternating lamellae of b phase and equilibrium composition matrix growing behind a mi-grating grain boundary.Crawley and Milliken [5]studied the ageing behaviour ofAZ91and f ound that

the orientation relationship ofthe continuous precipi-tation is consistent with that reported by Clark.Lunder

[6]and Beldijoudi et al.[7]studied the relationship between the microstructure and the corrosion behaviour ofAZ91alloys in the solution-treated (T4)and 16h arti?cially aged (T6)conditions.According to their work,ageing to T6precipitates b phase,which improves the corrosion resistance.

Although several studies have been reported in relation to heat-treated microstructures and the e?ect ofheat treatment on corrosion behaviour,the role of b volume fraction on corrosion and electrochemical be-haviour is still not well understood.The present study aimed to examine the microstructures and corrosion behaviour ofan AZ91D alloy under a wide range of conditions (as-cast,T4,and T6with di?erent ageing times)in order to understand the role ofthe b volume fraction on the corrosion and electrochemical behaviour in this important ultralight structural material.

2.Experimental procedures 2.1.Material

An AZ91D ingot was used and it was sectioned to sample size of10mm ·10mm ·2mm for all the experiments.The Chemical composition ofthe alloy is given in Table 1.

Journal of Applied Electrochemistry 32:1397–1401,2002.

1397

ó2003Kluwer Academic Publishers.Printed in the

Netherlands.

2.2.Heat treatment

According to ASM standard the recommended solution-treating for AZ91casting is16–24hr at413°C and ageing time is16h at168°C[8].In this work homo-genization heat treatment(T4)was performed at420°C for24h in argon atmosphere followed by water quench at25°C.The solution treated alloy was aged arti?cially (T6)in a vacuum oven at200°C for8h,16h,and26h, respectively,to produce microstructures ofvarying b volume fractions.

2.3.Corrosive medium

The3.5%NaCl solution test medium was made with AR grade NaCl and distilled water.The pH value was measured to be7.25.All corrosion tests were carried out at room temperature.

2.4.Constant immersion testing

The specimens were ground on progressively?ner emery papers up to1000grade and then polished using6l m diamond paste.All the specimens were initially cleaned following the procedure of ASTM standard G-I-72[9]. The polished and preweighed specimens were exposed to 150ml of3.5%NaCl solution f or a constant time.At the end ofthe experiment,?nal cleaning ofthe specimen was carried out by dipping it in a solution of15% CrO3+1%AgCrO4in100ml ofboiling water.An acetone washing followed this.The weight loss was measured after each experiment and duplicate experi-ments were conducted.The corrosion rate in millimetre per year(mm y)1)was calculated using the weight loss measurements.

2.5.Electrochemical testing

Electrochemical polarization experiments were carried out using a potentiostat/galvanostat model263A cor-rosion measurement system.Electrodes for this study were prepared by connecting a wire to one side of the sample that was covered with cold setting resin.The opposite surface of the specimen was exposed to the solution.The exposed area was about1cm2.The speci-mens were given a metallographic polish prior to each experiment,followed by washing with distilled water and acetone.Polarization measurements were carried out in a corrosion cell containing150ml of3.5%NaCl solution using a standard three-electrode con?guration: saturated colomel as a reference with a platinum elec-trode as counter and the sample as the working electrode.Specimens were immersed in the3.5%NaCl solution.A polarisation scan was carried out towards more noble values at a rate of1mV s)1,after allowing a steady state potential to develop.

2.6.Surface morphology

The microstructure and surface morphology of the corroded surfaces were characterized using optical microscopy(Zeiss model)and scanning electron micro-scopy(SEM,Jeol model5600LV)coupled with energy dispersed spectroscopy(EDS)system to identify the b phase.An image analyser(Image-Pro Plus)software was used to capture the images and calculate the percentage covered by the b phase on as-polished samples.X-ray di?raction(XRD,Philips,model PW1830)was performed on the bulk specimens to con?rm the new secondary phases.

3.Results and discussion

3.1.E?ect of heat treatment on microstructures

The microstructure ofthe ingot in the as-cast condition was observed to contain primary a,eutectic a,and b precipitates,as reported earlier[3,10].The homogeni-zation heat treatment at420°C for24h was found to be e?ective in dissolving the b precipitates in the as-cast ingot,as shown in Figure1(a).Arti?cial ageing causes precipitation ofthe b phase,as shown in Figure1(b)–(d).For the8h ageing,b particles precipitated mainly along grain boundaries(Figure1(b)).When the ageing time was increased to16h and26h,b phase was found to increase in amounts and grow through the grain discontinuously,as can be seen in Figure1(c)and(d). The longer the ageing time the larger the amount of b volume fraction observed,and this trend is shown more clearly in Figure2.It should be mentioned that the quantitative image analysis ofthe b volume fraction was carried out under the SEM,since some b precipitates are too?ne to be resolvable by light microscopy[11].

3.2.E?ect of ageing on corrosion rates

The corrosion behaviour ofthe heat treated AZ91D alloy depends on how the microconstituents interact with the aqueous environments to which they are exposed.In the current study,the variation ofcorrosion rate as a function of ageing time after exposure for a period of8h was studied.As shown in Table2, homogenization ofthe as-cast ingot leads to the best corrosion resistance,but the corrosion rate became higher after the microstructure was aged for8h,16h or 26h.

The deterioration ofcorrosion resistance in the aged microstructures is related to the b phase.The b phase is known to play a dual role in corrosion processes of magnesium alloys[12,14].On the one hand,b phase itselfhas a high resistance to corrosion,so it may play

Table1.Chemical composition ofthe AZ91D alloy(in wt%)

Al Mn Ni Cu Zn Ca Si K Fe Mg 9.10.170.0010.0010.64<0.01<0.01<0.01<0.001Bal 1398

the role ofreducing corrosion rate by f orming a barrier of b once the less noble phase is dissolved [5,6,13].On the other hand,b phase is highly cathodic to the matrix

and can thus act as an e?ective cathode to cause galvanic corrosion in anodic a matrix [12].The obser-vation ofpoorer corrosion resistance in the aged microstructures indicates that b acted as cathode to cause galvanic corrosion.

According to our previous study [12],the size and morphology of b phase have signi?cant in?uence on corrosion behaviour ofAZ91D alloy and corrosion is usually initiated in regions containing less than 8%aluminium.Therefore,the aluminium content of the AZ91D matrix is another important factor that must be considered.Higher corrosion rate in aged conditions appeared to be in?uenced by the b phase in relation to lower aluminium content in the matrix.A lower amount ofcathodic b phase and homogeneity ofhigher alumi-nium content matrix in T4alloy prevented severe corrosion attack and the result therefore showed the best corrosion resistance for T4condition.

The above results were con?rmed by SEM micro-graphs for the di?erent corroded surfaces of AZ91D ingot in the T4and T6conditions,as shown in Figure 3.The T4condition exhibited a few deep pits distributed uniformly on the surface (Figure 3(a)).For the same alloys in the 8h,16h and 26h ageing conditions,localized attack zones were found to be more severe than with T4condition (Figure 3(b)–(d)).The attack was found to increase with increasing ageing time (i.e.,increasing b volume

fraction).

Fig.1.Scanning electron micrographs showing the e?ect ofageing time on precipitation of b phase along the grain boundaries ofAZ91D ingot alloy (a)homogenization,(b)ageing for 8h,(c)ageing for 16h and (d)ageing for 26h.Magni?cations:(a)·500,(b)·300,(c)·300and (d)·

300.

Table 2.E?ect ofheat treatment on corrosion rate ofAZ91D ingot Heat treatment Corrosion rate/mm y à1As-Cast

4.0Homogenization 1.68h ageing 3.216h ageing 2.526h ageing

2.8

1399

3.3.Corrosion product

XRD patterns were taken on specimens tested under constant immersion for 48h,as shown in Figure 4.The Figure shows the intensities ofthe peaks corresponding to Mg,b phase and MgO ?Al 2O 3.The study con?rms that corrosion products ofthe heat treated AZ91D microstructures contain mixed

magnesium–aluminium

Fig.3.Scanning electron micrographs showing the corroded surfaces of AZ91D ingot at di?erent ageing time after (a)homogenization,(b)ageing for 8h,(c)ageing for 16h and (d)ageing for 26h.Magni?cations:(a)–(d)·

300.

oxides,as do the corrosion products ofthe as-cast AZ91D ingot [10].

3.4.E?ect of heat treatment on electrochemical behaviour The electrochemical behaviour ofthe T6AZ91D ingot at di?erent ageing times was investigated by comparing with that ofthe homogenized microstructure (T4).The potentiodynamic polarization curves ofthese micro-structures in 3.5%NaCl solution are shown in Figure 5.No microstructures showed any passivity in this solu-tion.

Table 3shows the E corr ,Tafel slope and I corr values for all the microstructures.The Tafel slope is similar for all the three ageing times,indicating similar electrochemical reactions in the aged microstructures.The overpotential for the cathodic reaction was lower on T6specimens than on T4.It is interesting to note that I corr for the 26h ageing specimen is very low (Table 3)though the corrosion rate for the aged microstructures are higher than for the T4condition (Table 2).The decrease of I corr value for the T6condition is thought to be due to the larger b volume fraction.In the electrochemical beha-viour ofthe T6condition it has been generally agreed that the larger volume fraction of b phase is bene?cial in improving the corrosion behaviour ofmagnesium alloys because the b phase along the grain boundary acts as a physical barrier to corrosion [5,6,13].

The main reason for the discrepancy between the electrochemical behaviour and weight loss corrosion rate is that the inhibiting e?ect ofthe b phase in the T6alloy predominated during short interval ofelectro-chemical testing but the accelerating e?ect ofthe decrease in Al content in the matrix predominated in the long period immersion testing.Another point to note is that b phase particles might break away from the

matrix during the long period ofimmersion testing and fall into the chemical solution [10,12,14]and this also tends to increase the corrosion rate ofthe T6specimens.

4.Conclusions

(i)Homogenization treatment ofan AZ91D ingot at 420°C for 24h was found to be e?ective in dissolving the b precipitates.Arti?cial ageing at 200°C caused precipitation of b phase mainly along the grain boundaries.The volume fraction of b phase was observed to increase with ageing time.(ii)Homogenization treatment improves corrosion re-sistance ofthe AZ91D ingot,but ageing ofthe microstructure for 8h,16h or 26h lowers corro-sion resistance.The results support the suggestion that there exists microgalvanic coupling between cathodic b phase and anodic a matrix.The XRD study indicates the presence ofmixed magnesium–aluminium oxides in the corrosion products ofthe heat treated AZ91D microstructures.

(iii)The volume fraction of the b phase was observed to

a?ect the corrosion behaviour ofAZ91D alloy.The inhibiting e?ect ofthe b phase in the arti?cially aged alloy predominated during the short interval of electrochemical testing but the accelerating e?ect of the decrease in aluminium content in the matrix predominated in the long period immersion testing.During immersion testing,b phase may fall into the chemical solution and this also tends to accelerate the corrosion rate.

References

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Table 3.I corr ,E corr and b c values for T4and T6AZ91D ingot in 3.5%NaCl solution Material I corr /mA cm à2E corr /V b c /mV Homogenization 0.8à1.551818h ageing 0.05à1.5041116h ageing 0.085à1.5648026h ageing

0.0015

à1.66

360

1401

金属的电化学腐蚀与防护测试题(含答案)

金属的电化学腐蚀与防护测试题(含答案) 《金属的电化学腐蚀与防护》 一、选择题 1. 为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是 A. 在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B. 在排放海水的钢铁阀门上用导线 连接一块石墨，一同浸入海水中 C. 在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D. 在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极 2. 以下现象 与电化学腐蚀无关的是 A. 黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B. 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C. 铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈 D. 银制奖牌久置后表面变暗 3. 埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀的速度最慢的是 A. 在含铁元素较多的酸性土壤中 B. 在潮湿疏松透气的土壤中 C. 在干燥 致密不透气的土壤中 D. 含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中 4. 下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是①金属表面涂抹油漆②改变金属的内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜 A．①②③④ B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．全部 5. 下列对金属及其制品的防护措施中，错误的是 A. 铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置于潮湿处 B. 通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜 C. 对于易生锈的铁制品要定期刷防护漆 D. 把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢 6. 为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是 A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升 B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 7. 下列关于金属腐蚀正确的是： A. 金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：M + n H2O === M(OH)n + n/2 H2↑ B. 金属的化学腐蚀的实质是：M ?C ne- ＝ Mn+ ，电子直接转移给氧化剂 C. 金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D. 在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 8. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程，其首要原因是 A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C．不使电池

金属的电化学腐蚀与防腐

金属的电化学腐蚀与防腐 李泽升 宁夏大学资源环境学院 12级环境科学1班 摘要：腐蚀现象都是由于金属与一种电解质（水溶液或熔盐）接触，因此有可能在金属／电解质界面发生阳极溶解过程（氧化）。这时如果界面上有相应的阴极还原过程配合，则电解质起离子导体的作用，金属本身则为电子导体，因此就构成了一种自发电池，使金属的阳极溶解持续进行，产生腐蚀现象。 关键词：电化学腐蚀原理晶间腐蚀均匀腐蚀应力腐蚀防护与应用镀层阳极保护 一、引言 随着社会生产力的发展，人民生活水平的提高，金属的使用在日常生活中应用的越来越普遍，由金属腐蚀所带来的损失也越来越严重，这样研究金属的腐蚀与防护便显得非常的重要，本论文主要综合讲述了金属的电化学腐蚀的基本原理和分类，以及讨论了有关现实生产生活中具体的防护措施，以更好的指导现实实践。 二、电化学腐蚀原理 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及损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被还原物质的粒子在与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“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。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这两个过程可以同时在金属表面的不同部位进行。金属被氧化成为正价离子（包括配合离子）进入介质或成为难溶化合物（一般是金属的氧化物或含水氧化物或金属盐）留在金属表面。这个过程是一个电极反应过程，叫做阳极反应过程。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，使它的价态降低，这是阴极反应过程。在金属腐蚀学中，习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的物质叫做去极化剂。经

电化学腐蚀与防护

电化学腐蚀与防护 姓名：吴三（09化学） 学号：0909401069金属腐蚀现象在日常生活中是司空见惯的，在腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态.这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故.美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元,占当年国民经济生产总值的 4.2％.据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10~20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算.所以金属的防腐蚀意义重大。 1.金属腐蚀的分类 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及损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被还原物质的粒子在与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“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀；不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。在金属腐蚀中最为严重的就是电化学腐蚀。 金属电化学腐蚀一般分为两种：（1）析氢腐蚀；（2）吸氧腐蚀。 (1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时) 负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe2+ Fe2++2H2O= Fe(OH)2+2H+ 正极(杂质)：2H++2eˉ=H2 电池反应：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑ 由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时) 负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe2+ 正极：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉ 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。 析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成的4Fe(OH)3脱水生成Fe2O3铁锈。 反应式：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。 Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑ O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 2H++2eˉ→H2 析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。 2.金属腐蚀的防护 从腐蚀角度保护金属材料最简单易行的方法是将材料与腐蚀环境隔离。 例如有机涂料、无机物的搪瓷等涂覆金属表面以使材料与环境隔绝。当这些保护层完整时是能起到保护作用的。这里主要介绍已经广为人们采用的电化学防腐蚀的方法。 （1）.金属镀层 在钢铁底层上常用电镀一薄层更耐腐蚀的金属（如Cr、Ni、Pb等）的方法来保护钢铁制品。如果用金属Zn、Cd等作镀层，构成腐蚀电池的极性则与上述相反，镀层微孔内裸露的钢为阴极，Zn或Cd的镀层为阳极，通过牺牲阳极，使钢得到阴极保护。镀Sn的Fe（马口铁）广泛用于食品罐头，虽然Sn的标准电极电位高于Fe，但在食品有机酸中却低于Fe,也可起牺牲阳极的作用。镀层如为贵金属（Au、Ag等）、易钝化金属（Cr、Ti）

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金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。

探究金属的电化学腐蚀

探究金属的电化学腐蚀 一、设计理念 “金属的腐蚀与防护”始终是一个世界性异常棘手的科技难题。本节课着重讨论金属的电化学腐蚀机理，阐述吸氧腐蚀和析氢腐蚀的反应原理，指出金属电化学腐蚀的本质是金属表面形成了微型原电池，使金属失去电子而被氧化。通过模型建构促进学生对金属电化学腐蚀原理的理解；通过实验探究，帮助学生主动建构，促进认知发展。设计过程体现“从具体性知识传授到核心观念建构、从知识为本到基于学生认识发展”的理念，让学生体验科学探究的过程，转变学习方式。同时借助手持技术，控制变量、数据采集、绘制成图，师生通过“观察-讨论-解释”曲线变化趋势来分析判断金属腐蚀类型，更准确的得出不同环境条件下金属的电化学腐蚀类型不同。全课从“宏观-微观-符号-曲线”四重表征引导学生学习金属电化学腐蚀的工作原理，实现教学既定目标。 二、教学背景 （一）教材分析 金属的电化学腐蚀是人教版选修4《化学反应原理》第4章第四节内容。人教版教材必修1已经重点介绍了氧化还原反应原理，必修2学习了简单原电池的工作原理和形成条件。选修4第四章前3节重点学习原电池、化学电源、电解池知识。本节知识是对前面所学知识的重组、加工、细化的过程，也是将前面学习过的理论知识，在具体社会生活环境中进行实践应用的过程。 学生对金属腐蚀的现象和危害，对金属防腐措施，有着较为丰富的生活经验，但存在的主要问题是对知识的学习只注重表面现象，缺乏一定的综合思维能力。通过本节内容的学习，有助于学生将所学知识整合、应用，指导生产、生活和社会实践，达到学以致用的目的，体会化学学习的价值，更有利于培养学生发现问题、分析问题、联系实际解决问题的能力。 （二）学情分析 本节内容紧密联系实际，学生学习兴趣浓厚，具备了主动探究的原动力。高二学生具备了一定的实验设计能力、实验操作能力，具备了一定的分析问题、解决问题能力和比较归纳能力。根据教材所呈现的内容和学生学习的思维规律及特点，学生虽然有一定的生活经验，但要将感性认识与相关理论联系起来，清晰区分钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理及发生条件，并用化学用语准确表达出来，仍存有一定困难。针对学生实际，制定了以下教学目标。 三、教学目标 1．认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件，掌握其原理，学会书写电极反应式和总反应式。 2．设计实验定性探究钢铁在不同条件下发生电化学腐蚀的类型，提升对实验现象的观察能力和分析解决问题能力。

极化曲线在电化学腐蚀中的应用

极化曲线在电化学腐蚀中的应用 娄浩 (班级：材料化学13-1 学号：120133202059) 关键词：电化学腐蚀；极化；极化曲线；极化腐蚀图 据工业发达国家统计，每年由于腐蚀造成的损失约占国民生产总值的l～4％，世界钢铁年产量约有十分之一因腐蚀而报废，因此研究金属腐蚀对于国民经济发展和能源的合理利用具有重大意义。其中电化学腐蚀是金属腐蚀的一种最普遍的形式。论文分析了电化学腐蚀的机理以及极化曲线的理论基础。利用测量极化曲线的方法，研究金属腐蚀过程，已经得到广泛的应用。 1.金属腐蚀的电化学原理 金属腐蚀学是研究金属材料在其周围环境作用下发生破坏以及如何减缓或防止这种破坏的一门科学[1]。通常把金属腐蚀定义为：金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学而引起的破坏或变质。所以，可将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀[2]。 化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其反应的特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物[3]。腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。 电化学腐蚀是指金属表面与电子导电的介质(电解质)发生电化学反应而引起的破坏。任何以电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成回路[4]。阳极反应是氧化过程，即金属离子从金属转移到介质中并放出电子；阴极反应为还原过程，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的过程。例如，碳钢[5]在酸中腐蚀，在阳极区Fe被氧化成Fe2+所放出的电子自阳极Fe流至钢表面的阴极区(如Fe3C)上，与H+作用而还原成氢气，即 阳极反应：Fe - 2e →Fe2+ 阴极反应：2H+ + 2e →H2 总反应：Fe + 2H+ →Fe2+ + H2 与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于，它的腐蚀历程可分为两个相对独立并可

电化学腐蚀力学

电化学腐蚀动力学 20世纪40年代末50年代初发展起来的电化学动力学是研究非平衡体系的电化学行为及动力学过程的一门科学，它的应用很广，涉及能量转换(从化学能、光能转化为电能)、金属的腐蚀与防护、电解以及电镀等领域，特别在探索具有特殊性能的新能源和新材料时更突出地显示出它的重要性，其理论研究对腐蚀电化学的发展也起着重要作用。 电化学动力学中的一些理论在金属腐蚀与防护领域中的应用就构成了电化学腐蚀动力学的研究内容，主要研究范围包括金属电化学腐蚀的电极行为与机理、金属电化学腐蚀速度及其影响因素等。例如，就化学性质而论，铝是一种非常活泼的金属，它的标准电极电位为-1．662V。从热力学上分析，铝和铝合金在潮湿的空气和许多电解质溶液中，本应迅速发生腐蚀，但在实际服役环境中铝合金变得相当的稳定。这不是热力学原理在金属腐蚀与防护领域的局限，而是腐蚀过程中反应的阻力显著增大，使得腐蚀速度大幅度下降所致，这些都是腐蚀动力学因素在起作用。除此之外，氢去极化腐蚀、氧去极化腐蚀、金属的钝化及电化学保护等有关内容也都是以电化学腐蚀动力学的理论为基础的。电化学腐蚀动力学在金属腐蚀与防护的研究中具有重要的意义。 第一节腐蚀速度与极化作用 电化学腐蚀通常是按原电池作用的历程进行的，腐蚀着的金属作为电池的阳极发生氧化（溶解）反应，因此电化学腐蚀速度可以用阳极电流密度表示。 例如，将面积各为10m2的一块铜片和一块锌片分别浸在盛有3%的氯化钠溶液的同一容器中，外电路用导线连接上电流表和电键，这样就构成一个腐蚀电池，如2-1。 图2-1 腐蚀电池及其电流变化示意图

查表得知铜和锌在该溶液中的开路电位分别为+0.05伏和-0.83伏，并测得外 电路电阻R 外=110欧姆，内电路电阻R 内=90欧姆。 让我们观察一下该腐蚀电池接通后其放电流随时间变化的情况。 外电路接通前，外电阻相当于无穷大，电流为零。 在外电路接通的瞬间，观察到一个很大的起始电流，根据欧姆定律其数值为 o o 3k a -0.05(0.83)= 4.41011090 I R ??---==?+始安培 式中o k ?-——阴极（铜）的开路电位，伏； o a ?——阳极（锌）的开路电位，伏； R ——电池系统的总电阻，欧姆 在达到最大值I 始 后，电流又很快减小，经过数分钟后减小到一个稳定的电 流值I 稳=1.5×10-4 安培，比I 始 小约30倍 。 为什么腐蚀电池开始作用后，其电流会减少呢？根据欧姆定律可知，影响电 流强度的因素是电池两极间的电位差和电池内外电路的总电阻。因为电池接通后 其内外电路的电阻不会随时间而发生显著变化，所以电流强度的减少只能是由于 电池两极间的电位差发生变化的结果。实验测量证明确实如此。 图2-2表示电池电路接通后，两极电位变化的情况。从图上可以看出，当电 路接通后，阴极(铜)的电位变得越来越小。最后，当电流减小到稳定值I 稳时两 极间的电位差减小到（k ?-a ?），而k ?和a ? 分别是对应于稳定电流时阴极和阳极 的有效电位。由于k a -??（）比(o o k a -??)小很多，所以，在R 不变的情况下， I 稳 = k a -R ?? 必然要比I 始小很多。

金属的电化学腐蚀与防护习题

金属的电化学腐蚀与防 护习题 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

训练5 金属的电化学腐蚀与防护 一、金属的腐蚀 1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是 ( ) A ．金属被腐蚀的本质是M ＋n H 2O===M(OH)n ＋n 2 H 2↑ B ．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化 C ．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D ．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 2．下列事实与电化学腐蚀无关的是 ( ) A ．光亮的自行车钢圈不易生锈 B ．黄铜(Cu 、Zn 合金)制的铜锣不易生锈 C ．铜、铝电线一般不连接起来作导线 D ．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈 3．出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu 2(OH)3Cl 覆盖在其表面。下列说 法不正确的是( ) A ．锡青铜的熔点比纯铜低 B ．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用 C ．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快 D ．生成Cu 2(OH)3Cl 覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程 二、铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 4．下列关于钢铁的析氢腐蚀的说法中正确的是 ( ) A ．铁为正极 B ．碳为正极 C ．溶液中氢离子浓度不变 D ．析氢腐蚀在任何溶液中都会发生 5．在铁的吸氧腐蚀过程中，下列5种变化可能发生的是 ( ) ①Fe 由＋2价转化成＋3价 ②O 2被还原 ③产生H 2 ④Fe(OH)3失水 形成Fe 2O 3·x H 2O ⑤杂质C 被氧化除去 A ．①②④ B ．③④ C ．①②③④ D ．①②③④⑤ 6．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe ＋2H 2O ＋ O 2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是 ( ) A ．负极发生的反应为Fe －2e －===Fe 2＋

电化学腐蚀

2）电化学腐蚀速率的测定 金属的腐蚀速度可用腐蚀失重或腐蚀深度表示，也可用腐蚀电流密度表示。在电化学腐蚀过程中，一般以自腐蚀电流密度i corr的大小来衡量金属的腐蚀速度。测定腐蚀电流密度的方法很多，本实验用塔费尔直线外推法来测定金属电化学腐蚀过程中的腐蚀电流密度，来衡量金属的腐蚀速度。如图2-1为塔费尔直线。 图2-1极化曲线外延法测得金属腐蚀速度 极化曲线的这一区段称为塔费尔区，也叫强极化区。在极化曲线中，塔费尔直线延长线的交点处，金属阳极溶解的速度和阴极的去极化反应的速度相等。金属的腐蚀达到相对稳定，这时的电位即是自腐蚀电位，自腐蚀电位的高低反应了材料发生腐蚀的难易程度，自腐蚀电位越高，材料越不容易发生腐蚀，自腐蚀电位越低，材料就越容易发生腐蚀；所对应的电流就是金属腐蚀电流，腐蚀电流反应了金属发生腐蚀的快慢程度，腐蚀电流越大，金属发生腐蚀的速度就越大，腐蚀电流越小，金属发生腐蚀的速度就越小。根据这一原理，测定金属的极化曲线。将阳极或者阴极的塔费尔直线外推到与过电位为零的直线相交，交点对应的电流为腐蚀速度。 3）实验设备及条件 ①实验设备 实验采用电化学测量系统对各试样进行电化学腐蚀性能测试实验。其装置如图2-2所示：

图2-2 电化学极化曲线测量装置示意图 实验装置中三电极体系中以饱和甘汞（SCE）电极作为参比电极（reference electrode）；Pt 电极作为辅助电极（auxiliary electrode）；代测试样为研究电极（research electrode）。参比电极和研究电极间用盐桥连接，鲁金毛细管（capiliary）距研究电极1～2毫米。 电化学工作站部分参数如下： 初始电位(V)：-2；终止电位(V)：2.2；扫描段数：1；终止电位处保持时间：0；静置时间：2s；电流灵敏度(A/V)：1.e-0.04。 ②实验条件 a．腐蚀试样：对1#到12#试样进行蜡封，即：在试样上用油性笔取1cm×1cm 的面积，并在其上放置橡皮，而后将烧化的蜡汁快速滴于试样表面，即蜡封处理。 b．腐蚀溶液：3.5%的NaCl水溶液（与浸泡实验相对应）

高中化学复习知识点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀

高中化学复习知识点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 一、单选题 1．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护，下列说法正确的是（） A．钢管道表面发生了还原反应 B．该方法将电能转化为了化学能 C．该方法称为外加电流阴极保护法 D．镁块上发生的电极反应：O2+2H2O+4e→4OH- 2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（） A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的负极 3．美籍华裔化学家钱永健获得诺贝尔化学奖。少年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣。16岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目，荣获有“少年诺贝尔”

之称的著名奖项。下列说法正确的是 A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程 B．合金都比纯金属易被腐蚀 C．将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀。D．镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀 4．各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（） A．④②①③B．④③①②C．②①③④D．③②④①5．关于金属腐蚀和防护原理的叙述中，错误的是（） A．镀锌铁皮发生电化腐蚀时，锌发生还原反应 B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀 C．钢铁析氢腐蚀的正极反应：2H+＋2e → H2↑ D．埋在地下的钢管与电源负极连接可以减缓腐蚀 6．埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下被腐蚀得最慢的是 A．在潮湿疏松的碱性土壤中B．在干燥致密的酸性土壤中 C．将输油管道与电源负极相连D．在输油管道接口处包上铜皮 7．每年由于腐蚀造成的钢铁损失约占年产量的10~20%，金属的防腐十分重要。钢铁防腐方法有许多种，图—1与图—2是两个典型的例子。对其中原理的描述正确的是（） A．图—1：a为电源正极B．图—1：辅助电极上发生氧化反应C．图—2：电流方向d→c D．图—2：金属A可以是耐腐蚀的金属铜8．关于金属腐蚀和防护原理的叙述中，错误的是( ) A．埋在地下的钢管与电源负极连接可以减缓腐蚀 B．原电池负极和电解池阳极发生的都是氧化反应 C．钢铁析氢腐蚀的正极反应：2H+＋2e → H2↑ D．为了避免青铜器生成铜绿，将青铜器放在银质托盘上 9．有关金属腐蚀的叙述正确的是

电化学腐蚀和防护

电化学腐蚀和防护 1、金属腐蚀内容：金属的腐蚀是指金属或者合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程 2、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应 3、金属腐蚀的类型： (1)化学腐蚀——金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生 (2)电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生 (3)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型化学腐蚀电化学腐蚀 条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象无电流产生有微弱电流产生 本质金属被氧化较活泼金属被氧化 联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 4、电化学腐蚀的分类————以钢铁的腐蚀为例进行分析 类型析氢腐蚀(腐蚀过程中不断有氢气放出) 吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气) 条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性 电极反 应 负极Fe－2e－===Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋ 正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应 式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O4Fe(OH)3 Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O (铁锈主要成分) 联系吸氧腐蚀更普遍 5 (1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀 (2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中 (3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快 6、金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属 b．正极：被保护的金属设备 c．应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备，负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护 ②外加电流的阴极保护法—电解原理 a．阴极：被保护的金属设备 b．阳极：惰性金属或石墨 c．应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法 7、两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法 【课后作业】 1、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀() (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样() (3)干燥环境下金属不被腐蚀() (4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物() (5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋() (6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用() (7)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀() 2、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为() A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥ 3、下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是()

电化学腐蚀

电化学腐蚀 编辑 电化学腐蚀就就是金属与电解质组成两个电极,组成腐蚀原电池。例如铁与氧,因为铁的电极电位总比氧的电极电位低,所以铁就是阳极,遭到腐蚀。特征就是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包,次层就是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。 1基本介绍 2相关原理 3方程式 4现象危害 5解决办法 6电化学 7除氧方法 ?热力除氧 ?真空除氧 ?铁屑除氧 ?解吸除氧 ?树脂除氧 ?化学药剂除氧 基本介绍编辑 不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀就是电化学腐蚀最突出的例子。 我们知道,钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀,但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。原来,在潮湿的空气里,钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子,还溶解了氧气等气体,结果在钢铁表面形成了一层

电解质溶液,它跟钢铁里的铁与少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁就是负极,碳就是正极。铁失去电子而被氧化、电化学腐蚀就是造成钢铁腐蚀的主要原因。 金属材料与电解质溶液接触, 通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应就是一种氧化还原反应。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,反应产物就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。在阴极反应过程中,获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。 在均匀腐蚀时,金属表面上各处进行阳极反应与阴极反应的概率没有显著差别,进行两种反应的表面位置不断地随机变动。如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应,其余表面区域主要进行阴极反应,则称前者为阳极区,后者为阴极区,阳极区与阴极区组成了腐蚀电池。 直接造成金属材料破坏的就是阳极反应,故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接,以使腐蚀发生在电位较低的金属上。 相关原理编辑 金属的腐蚀原理有多种,其中电化学腐蚀就是最为广泛的一种。当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气 电化学腐蚀 中,金属表面会形成一种微电池,也称腐蚀电池(其电极习惯上称阴、阳极,不叫正、负极)。 阳极上发生氧化反应,使阳极发生溶解,阴极上发生还原反应,一般只起传递电子的作用。腐蚀电池的形成原因主要就是由于金属表面吸附了空气中的水分,形成一层水膜,因而使空气中 , , 等溶解在这层水膜中,形成电解质溶液,而浸泡在这层溶液中的金属又总就是不纯的,如工业用的钢铁,实际上就是合金,即除铁之外,还含有石墨、渗碳体( )以及其它金属与杂质,它们大多数没有铁活泼。这样形成的腐蚀电池的阳极为铁,而阴极为杂质,又由于铁与杂质紧密接触,使得腐蚀不断进行。 方程式编辑

电化学腐蚀的种类和金属

电化学腐蚀的种类和金属 金属是以稳定状态的氧化物、硫化物、碳酸盐等物质存在于大自然的矿石之中，经开采、冶炼得到较纯金属。金属不是十分稳定的，它与大自然中的水、氧接触，会使其表面发生氧化还原反应，生成多种金属氧化物或氢氧化物。氧、水与金属反应生成的这些金属氧化物有固态的、液态的和气态的，其物理化学性质对金属都是有害的，因为它们存在与金属表面可以加快金属的腐蚀过程。即使给金属提供各种较好的存放条件，若不采取防腐措施，也是无济于事的。金属在干燥条件中或理想环境中，只能降低或减缓腐蚀的进程。因此，必须认真研究金属腐蚀的机理，了解金属遭受腐蚀过程、腐蚀的种类及表现形式，以便有针对性地采取有效的防腐措施。 金属腐蚀的种类很多，依据腐蚀过程中表现的不同特点，可分化学腐蚀、电化学腐蚀两大类。其腐蚀分类的含义如下： 化学腐蚀顾名思义，化学腐蚀就是金属表面在各种化学介质作用下所受到的腐蚀，称为化学腐蚀。化学腐蚀又分为在气体中腐蚀和在下导电溶液中的腐蚀。气体腐蚀是指干燥气体同金属相接触，使金属表面生成化合物，例如氧化物、氯化物、硫化物等。又如钢材在扎制、焊接、热处理过程中，因高温氧化而生成氧化皮。有时在常温下，放置一段时间后的电镀件表面光泽发暗等也属此类腐蚀。金属在不导电溶液中的腐蚀是指金属在诸如石油、乙醇等有机液体中受到腐蚀（是硫化物作用的结果）。 电化学腐蚀电化学腐蚀是金属与周围的电解质溶液相接触时，由于电流作用而产生的腐蚀。电化学腐蚀是很普遍的，为人们所常见，其腐蚀原理与原电池一样。电化学腐蚀的表面形式很多，又可分为：空气腐蚀、导电介质中的腐蚀和其它条件下的腐蚀。空气腐蚀，是金属在潮湿的空气中的腐蚀。导电介质中的腐蚀，是金属在受到雨水浇淋，或在各种酸、碱、盐类的水溶液中的腐蚀。其它条件下的腐蚀，是指地下铺设的金属管道、构件等，长期受到潮湿土壤中的多种腐蚀介质的侵蚀而遭到的腐蚀破坏。 我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：3000亿元（ 2005年我国国内生产总值将达15万亿元）。 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。

近代电化学研究方法论文

9存档日期：存档编号: 课程名称：近代电化学研究方法 课程代号： 任课教师： 完成日期：2010 年6 月18日 专业：材料科学与工程 学号： 姓名： 成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

电化学腐蚀与防护 金属的腐蚀原理有多种，其中电化学腐蚀是最为广泛的一种，一般是金属在介质中组成微观原电池，其中金属作为阳极遭到腐蚀破坏的过程[1]。当不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应[2]，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；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。 当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气电化学腐蚀中[3]，金属表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池。阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，因而使空气中的CO2，SO2，NO2等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体(Fe3C)以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。 腐蚀介质中的氧[4]是造成金属腐蚀的一个主要原因，氧和金属形成两个电极，金属的电极电位比氧的电极电位低，所以金属作为阳极，遭到腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。这是因为在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化，所以电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。在均匀腐蚀时，金属表面上各处进行阳极反应和阴极反应的概率没有显著差别，进行两种反应的表面位置不断地随机变动。 如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应，其余表面区域主要进行阴极反应，则称前者为阳极区，后者为阴极区，阳极区和阴极区组成了腐蚀电池，直接造成金属材料破坏的是阳极反应。故常采用外接电源

第四节 金属的电化学腐蚀与防护

第四节 金属的电化学腐蚀与防护 教学目标： 1、了解金属的化学腐蚀和电化学腐蚀。 2、了解金属电化学腐蚀的原理及其防护。 教学重点 金属的电化学腐蚀 教学难点 电极反应式的写法 教学过程 【学生看书讨论】 1. 什么是金属的腐蚀?金属腐蚀的本质是什么? 2. 化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点是什么? 一、金属腐蚀的本质: M – xe - = M x+ 二、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别 化学腐蚀 电化学腐蚀 共同点 M – xe - = M x+ M – xe - = M x+ 不同点 (1)金属与氧化剂直接得失电子 利用原电池原理得失电子 (2)反应中不伴随电流的产生 反应中伴随电流的产生 (3)金属被氧化 活泼金属被氧化 三、金属的电化学腐蚀 (以钢铁为例) 1.析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: Fe – 2e - = Fe 2+ 正极: 2H + + 2e - = H 2 ↑ 总式：Fe + 2H + = Fe 2+ + H 2 ↑ 2. 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) 负极: 2Fe – 4e - = 2Fe 2+ 正极: O 2+4e - +2H 2O = 4OH - 总式：2Fe + O 2 +2H 2O =2 Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O = 4Fe(OH)3 四、金属的电化学防护 1． 影响金属腐蚀快慢的因素

本性：（1）金属的活动性（2）纯度（3）氧化膜 介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液） 2．金属的电化学防护 （1）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法 【练习】:如图所示,试管中的铁钉如果在酸性溶液或在食盐溶液中的腐蚀的现象有何不同?

电化学腐蚀的种类和金属防护常用的方法

电化学腐蚀的种类和金属防护常用的方法 在日常生活中，学生对于金属的腐蚀较为熟悉，但只停留在简单的对于金属腐蚀的条件的理解，知道金属腐蚀需要水和氧气，但是对于电化学腐蚀的原理还不了解，电化学反应也是比较难以理解和掌握的，因此，要使学生能够掌握电化学腐蚀的种类和金属防护常用的方法需要我们联系实际，从生活中的实际入手，提高学生的化学素养。 例如，首先介绍金属腐蚀会导致国民经济的巨大损失，美国在20世纪80年代初期的统计年损失达1千多亿美元；估计我国的年损失在300亿元以上。电化学腐蚀与防护问题既有我们日常生活常见到的钢铁生锈、电池的点蚀等问题，也与当前新能源、新材料等领域密切相关，使学生了解金属防护的重要性，树立节约保护的意识。 根据学生的了解知道在有氧气和水的条件下，金属容易腐蚀，铁会生成四氧化三铁，铜会生成硫酸铜，再通过阅读课本内容，了解一般化学腐蚀和电化学腐蚀的区别，金属腐蚀的本质是电子的得失，并使学生考虑环境的影响是否对金属的腐蚀有所影响，引导学生分析酸性环境和碱性环境下，电化学腐蚀的反应原理。以钢铁为例，经过分析后，分别写出在酸性环境下和碱性环境下的反应原理。归纳出电化学腐蚀的种类： 1.析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: Fe – 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H 2 ↑ 总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H 2 ↑ 2. 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) 负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+ 正极: O 2+4e- +2H 2 O = 4OH- 总式：2Fe + O 2 +2H 2 O =2 Fe(OH) 2 离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 进而，根据金属腐蚀的条件分析出影响金属腐蚀快慢的因素一是本性（1）金属的活动性（2）纯度（3）氧化膜；二是介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液），最后根据影响因素思考金属防护的方法： 1、改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬） 2、覆盖保护膜。在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，

电化学腐蚀试验

实验九极化曲线的测定 【目的要求】 1. 掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法。 2. 了解极化曲线的意义和应用。 3. 掌握恒电位仪的使用方法。 【实验原理】 1. 极化现象与极化曲线 为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，其中极化曲线的测定是重要方法之一。我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线，如图2-19-1所示。 图2-19-1 极化曲线 A-B：活性溶解区；B：临界钝化点B-C：过渡钝化区；C-D：稳定钝化区D-E： 超(过)钝化区 金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示： M→M n+＋n e 此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。图2-19-1中曲线表明，从A点开始，随着电位向正方向移动，电流密度也随之增加，电势超过B点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。B点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。电势到达C点以后，

c03-电化学腐蚀动力学

第三章电化学腐蚀动力学 §3-1 电化学腐蚀过程——电极过程动力学基础 一. 电极过程的特征[1] 电化学腐蚀本质上是一种电极过程。 电化学反应是在两类导体界面上发生的有电子参加的氧化反应或还原反应。电极本身既是传递电子的介质，又是电化学反应的反应点。为了使这个反应在一定电位下得以在电极与溶液界面间顺利进行，不可避免地会涉及到某些与之有联系的物理和化学变化。通常将电流通过电极与溶液界面时所发生的一连串变化的总和，称为电极过程。 在两类导体界面上发生的电极过程是一种有电子参加的异相氧化还原反应。电极相当于异相反应的催化剂。因此，电极过程应当服从异相催化反应的一般规律。首先，反应是在两相界面上发生的，反应速度与界面面积的大小和界面的特性有关。其次，反应速度在很大程度上受电极表面附近微薄液层中反应物和产物的传质过程（溶液中朝着一定方向输送某种物质的过程）的影响。如果没有传质过程，则反应物来源断绝或产物疏散不出去，反应自然不能持续地进行。此外，这类反应还与新相（气体、晶体等）生成过程密切相关。但是，电极过程除了具有一般异相催化反应的共性外，还有它自己的特殊性。界面电场对电极过程速度具有重大作用。界面间电位差只要改变0.1V左右，就足以使反应速度成十倍地增加。 根据对电极反应历程的分析研究得知，它是由一系列性质不同的单元步骤组成的。除了接续进行的步骤之外，还可能由平行的步骤存在。其中包括三个必不可少的接续进行的单元步骤。1. 反应物粒子自溶液内部或自液态电极内部向电极表面附近输送的单元步骤，称为液相传质步骤；2. 反应物粒子在电极与溶液界面间得电子或失电子的单元步骤，称为电子转移步骤；3. 产物粒子自电极表面向溶液内部或向液态电极内部疏散的单元步骤，这也是个液相传质步骤；或者是电极反应生成气态或晶态（例如形成金属晶体）的产物，这个步骤称为新相生成步骤。 有时在步骤1与步骤2之间，还可能存在着反应物粒子得失电子之前，于界面附近液层中或电极上进行的某些变化，称为前置的表面转化步骤。在某些电极过程中，步骤2与步骤3之间也可能存在着电子转移步骤产物进一步转化为其它物质的反应，称为后继的表面转化步骤。 电极过程在电极与溶液界面间进行，可以用一般的表示异相反应速度的方法来描述电极过程的速度v r，即以单位表面上所消耗的反应物摩尔数表示，其单位是摩尔/秒·米2。例如反应物O与电子结合形成产物R的总反应可表示为 O + ne = R，其中n为一个反应物粒子O 在反应中所需要的电子数。在电极反应的前后还有液相传质过程等步骤存在。因为在稳态下进行的各步骤速度应当相等，故可根据单位时间内这个电极反应式所需要的电量来表示这个电极过程的反应速度。 由法拉第定律可知，电极反应所消耗的反应物的克当量数等于电极上通过电量的法拉第数。因此，可将摩尔数表示的反应速度转化为克当量数，然后再将它转换成以库仑表示的电量。 在上述反应式中每个反应物粒子需要消耗n个电子。物质O的摩尔数乘以n则为克当量