電化學腐蝕與防護知識講解

　　化學是自然科學的一種，主要在分子、原子層面，研究物質的組成、性質、結構與變化規(guī)律，創(chuàng)造新物質（實質是自然界中原來不存在的分子）。下面是小編整理的電化學腐蝕與防護知識講解，歡迎大家借鑒與參考，希望對大家有所幫助。

　　金屬腐蝕現(xiàn)象在日常生活中是司空見慣的，在腐蝕時，在金屬的界面上發(fā)生了化學或電化學多相反應，使金屬轉入氧化（離子）狀態(tài)。這會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災、爆炸等災難性事故。美國1975年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失為700億美元，占當年國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的4.2％。據(jù)統(tǒng)計，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當年鋼產(chǎn)量的10~20%。金屬腐蝕事故引起的停產(chǎn)、停電等間接損失就更無法計算。所以金屬的防腐蝕意義重大。

　　1、金屬腐蝕的分類

　　金屬表面由于外界介質的化學或電化學作用而造成的變質及損壞的現(xiàn)象或過程稱為腐蝕。介質中被還原物質的粒子在與金屬表面碰撞時取得金屬原子的價電子而被還原，與失去價電子的被氧化的金屬“就地”形成腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面上，這樣一種腐蝕過程稱為化學腐蝕；不純的金屬跟電解質溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中所發(fā)生的`腐蝕是電化學腐蝕最突出的例子。在金屬腐蝕中最為嚴重的就是電化學腐蝕。

　　金屬電化學腐蝕一般分為兩種：（1）析氫腐蝕；（2）吸氧腐蝕。

　　（1） 析氫腐蝕（鋼鐵表面吸附水膜酸性較強時）

　　負極（Fe）：Fe－2eˉ=Fe2+

　　Fe2++2H2O= Fe（OH）2+2H+

　　正極（雜質）：2H++2eˉ=H2

　　電池反應：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

　　由于有氫氣放出，所以稱之為析氫腐蝕。

　�。�2） 吸氧腐蝕（鋼鐵表面吸附水膜酸性較弱時）

　　負極（Fe）：Fe－2eˉ=Fe2+

　　正極：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉ

　　總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

　　由于吸收氧氣，所以也叫吸氧腐蝕。

　　析氫腐蝕與吸氧腐蝕生成的Fe（OH）2被氧所氧化，生成的4Fe（OH）3脫水生成Fe2O3鐵銹。

　　反應式：4Fe（OH）2 + O2 + 2H2O = 4Fe（OH）3

　　鋼鐵制品在大氣中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。

　　Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

　　O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ

　　2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2 2H++2eˉ→H2

　　析氫腐蝕主要發(fā)生在強酸性環(huán)境中，而吸氧腐蝕發(fā)生在弱酸性或中性環(huán)境中。

　　2、金屬腐蝕的防護

　　從腐蝕角度保護金屬材料最簡單易行的方法是將材料與腐蝕環(huán)境隔離。例如有機涂料、無機物的搪瓷等涂覆金屬表面以使材料與環(huán)境隔絕。當這些保護層完整時是能起到保護作用的。這里主要介紹已經(jīng)廣為人們采用的電化學防腐蝕的方法。

　�。�1）、金屬鍍層

　　在鋼鐵底層上常用電鍍一薄層更耐腐蝕的金屬（如Cr、Ni、Pb等）的方法來保護鋼鐵制品。如果用金屬Zn、Cd等作鍍層，構成腐蝕電池的極性則與上述相反，鍍層微孔內裸露的鋼為陰極，Zn或Cd的鍍層為陽極，通過犧牲陽極，使鋼得到陰極保護。鍍Sn的Fe（馬口鐵）廣泛用于食品罐頭，雖然Sn的標準電極電位高于Fe，但在食品有機酸中卻低于Fe，也可起犧牲陽極的作用。鍍層如為貴金屬（Au、Ag等）、易鈍化金屬（Cr、Ti）以及Ni、Pb等時，由于它們的電極電位比Fe高，如果出現(xiàn)破損，在電極反應中這些金屬將成為陰極，會加速底層鐵的腐蝕，因此這類鍍層不適于強腐蝕環(huán)境（如酸），但可用于大氣、水等環(huán)境。除了電鍍外，還常用熱浸鍍（熔融浸鍍）、火焰噴鍍、蒸氣鍍和整體金屬薄板包鍍等方法。

　�。�2）、陽極保護

　　一些可以鈍化的金屬，當從外部通入電流，電位隨電流上升，達到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，后隨電位上升，腐蝕電流不變，直到過鈍區(qū)為止。利用這個原理，以要保護的設備為陽極導入電流，使電位保持在鈍化區(qū)的中段，腐蝕率可保持很低值。在保持鈍性的電位區(qū)間，決定金屬的陽極溶解電流密度大小的是鈍化膜的溶解速度，所以，金屬的鈍態(tài)不是熱力學穩(wěn)定狀態(tài)，而是一種遠離平衡的耗散結構狀態(tài)。陽極保護法需要一臺恒電位儀以控制設備的電位（以免波動時進入活化區(qū)或過鈍化區(qū)）。由于只適用于可鈍化金屬，所以這種方法的應用受到限制。陽極保護法在工業(yè)上用于生產(chǎn)、處理H2SO4、H3PO4、NH4HCO3溶液、NH4NO3復合肥等的不銹鋼或碳鋼制容器和設備等。

　　（3）、陰極保護

　　金屬電化學腐蝕過程中，微型電池的陰極是接受電子產(chǎn)生還原反應的電極，陽極是失去電子發(fā)生氧化反應的電極，只有陽極才發(fā)生腐蝕。陰極保護法就是將需要保護的金屬作為腐蝕電池的陰極（原電池的正極）或作為電解池的陰極而不受腐蝕。前一種稱為犧牲陽極法，后一種稱為外加電流法。犧牲陽極法，就是電極電位較負（較活潑）的金屬或其合金連接在被保護的設備上，例如鋼鐵設備連接一塊Zn、Mg或Al合金，使它們在形成的原電池中作為陽極而被腐蝕，而使金屬設備作為陰極受到保護，這種被犧牲的陽極須定時更換。外加電流法，是在體系中連接一塊導流電極（石墨、鉑或鍍釕、鈦、高硅鐵、廢鋼等）作為陽極，當外部導入的陰極電流，使局部陰極電流與局部陽極電流相等、方向相反而相互抵消時，金屬腐蝕停止，達到保護設備的目的。陰極保護廣泛用于土壤和海水中的金屬結構、裝置等，如管道、電纜、海船、港灣碼頭設施、鉆井平臺、水庫閘門、油氣井等。為了減少電流輸入，延長使用壽命，陰極保護法一般和金屬表面涂料法聯(lián)合應用，是一種經(jīng)濟簡便、行之有效的金屬防腐方法。

　　（4）、加入緩蝕劑

　　在可能引起金屬腐蝕的介質中加入少量緩蝕劑就能大大減緩金屬腐蝕過程。緩蝕劑可分為無機緩蝕劑、有機緩蝕劑和氣相緩蝕劑三類。

　　有些無機緩蝕劑使陽極過程變慢，稱為陽極型緩蝕劑，如促進陽極鈍化的氧化劑（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、Fe3+）或陽極成膜劑（堿、磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽）；另一類無機緩蝕劑是促進陰極極化，稱為陰極緩蝕劑，如Ca2+、Zn2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+等，能與在陰極反應中產(chǎn)生的OH—形成不溶性的氫氧化物，以厚膜形態(tài)覆蓋在陰極表面，因而阻滯氧擴散到陰極，增大濃差極化。也有同時阻滯陽極過程和陰極過程的混合型緩蝕劑。有些溶液中的雜質，如S、Se、As、Sb、Bi等化合物，能阻抑陰極放氫過程，使陰極極化增大，減緩腐蝕。緩蝕劑的用量一般要先通過試驗才能確定。

　　有機緩蝕劑屬于吸附型緩蝕劑，它們吸附在金屬表面形成幾個分子厚的不可見膜，一般同時阻滯陽極和陰極反應，但阻滯效果并不相同。常用品種有含N、含S、含O、含P的有機化合物，如胺類、雜環(huán)化合物、長鏈脂肪酸化合物、硫腺類、醛類、有機磷類等。緩釋劑的吸附類型有靜電吸附、化學吸附。靜電吸附劑有苯胺及其取代物，吡啶、丁胺、苯甲酸及其取代物如苯磺酸等；化學吸附劑有氮和硫雜環(huán)化合物；有些化合物同時具有靜電和化學吸附作用。此外，有些螯合劑能在金屬表面生成一薄層金屬有機化合物。近年來，有機緩蝕劑發(fā)展很快，應用廣泛，使用這些緩蝕劑也會產(chǎn)生缺點，如可能污染產(chǎn)品，可能對生產(chǎn)流程產(chǎn)生不利影響等。

　　氣相緩蝕劑多是揮發(fā)性強的物質，也屬于吸附型緩蝕劑。它的蒸氣被大氣中水分解出有效的緩蝕基團，吸附在金屬表面使腐蝕減緩，一般用于金屬零部件的保護、貯藏和運輸。它必須用于密封包裝內，海洋油輪內艙也可用它來保護。常見的有效氣相緩蝕劑有脂環(huán)胺和芳香胺；聚甲烯胺；亞硝酸鹽與硫脲混合物；烏洛托品和乙醇胺；硝基苯和硝基萘等。

　　總結：對于金屬的防護還有很多其他新型措施，但以上幾種是目前源與能源緊缺的時代，解決好金屬腐蝕問題將會創(chuàng)造出無以估計的價值。

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