金屬的電化學(xué)防腐與腐蝕
一、金屬的腐蝕
現(xiàn)代生活中,各行各業(yè)最離不開的就是工程材料,金屬單質(zhì)及其合金是應(yīng)用最為廣泛和最重要的工程材料。但是,現(xiàn)代金屬及其合金材料的發(fā)展面臨的最大問題就是腐蝕,我國(guó)每年因腐蝕造成的損失數(shù)以億計(jì)。我們通常所說的金屬腐蝕是指材料與環(huán)境間發(fā)生反應(yīng),材料被破壞,導(dǎo)致其功能在一定程度上受到損壞,而學(xué)術(shù)上的腐蝕則指金屬與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生的物理/化學(xué)作用而使金屬性能發(fā)生改變,并導(dǎo)致金屬、環(huán)境及其構(gòu)成體系的功能受到損傷的現(xiàn)象。為什么金屬這么容易被腐蝕,一般而言,絕大多數(shù)的金屬單質(zhì)都是經(jīng)過冶煉得來的,這是一個(gè)耗能的過程,從熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的化合物變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)。而腐蝕過程是個(gè)與冶煉相反的過程,金屬失去電子變成離子,釋放出能量,返回到先前穩(wěn)定的自然狀態(tài)。例如,鐵最常見的形式是Fe203,它通常存在于赤鐵礦的礦石中,而Fe203恰恰是鐵的腐蝕產(chǎn)物鐵銹的主要成分,也就是它冶煉前的自然狀態(tài)。腐蝕過程進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)力是整個(gè)腐蝕體系熱力學(xué)自由能的降低,這就使得腐蝕過程極易進(jìn)行。人們可以設(shè)法延緩腐蝕的進(jìn)程,但沒有能力完全阻止腐蝕的發(fā)生和進(jìn)行。
在金屬的腐蝕中,常見的有物理腐蝕、化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕,但是電化學(xué)腐蝕是最主要也是最嚴(yán)重的的一類腐蝕。
物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態(tài)金屬中可發(fā)生這類腐蝕。例如用來盛放熔融鋅的鋼容器,由于鐵被液態(tài)鋅所溶解,鋼容器逐漸被腐蝕而變薄。
化學(xué)腐蝕,如金屬鐵與干燥的高塑水蒸氣發(fā)生的反應(yīng),F(xiàn)e直接將電子傳遞給作為氧化劑的水蒸氣,沒有電流產(chǎn)生,而且腐蝕產(chǎn)物FeO覆蓋在鐵的表面氣態(tài)的水要穿過該覆蓋層與鐵繼續(xù)反應(yīng)就存在相當(dāng)?shù)淖璧K,化學(xué)腐蝕難以繼續(xù)進(jìn)行,F(xiàn)eO薄膜在一定程度上能對(duì)鐵基體起到保護(hù)作用。
二、電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕則不同,例如鐵片同銀片接觸后比單純的鐵片在硫酸中的腐蝕速率要快的多,這是因?yàn)楦g介質(zhì)是導(dǎo)電的,氫在銀表面析出的過電位比在鐵表面小得多,陰極析氫反應(yīng)選擇在活化能較低的銀表面進(jìn)行。而陽極反應(yīng)Fe→Fe2 +失去的電子自 發(fā)地轉(zhuǎn)移到銀片上,H+從銀表面獲得電子形成氫氣析出。一般來講,一旦介質(zhì)為離子導(dǎo)體時(shí),腐蝕過程通常按電化學(xué)腐蝕的途徑進(jìn)行。
電化學(xué)腐蝕的顯著特征是在被腐蝕的金屬表面形成了腐蝕原電池。這種腐蝕原電池的正極(陰極)和負(fù)極(陽極)出現(xiàn)在同一塊被腐蝕金屬的表面,形成一種特殊的短路原電池,這種原電池只會(huì)導(dǎo)致金屬材料的溶解、破壞,腐蝕反應(yīng)釋放出來的化學(xué)能全部以熱能的形式耗散掉,沒有任何利用價(jià)值。
三、為何會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕發(fā)生的必要條件是溶液中存在著氧化性物質(zhì),它可以將金屬氧化成金屬離子或化合物。這種物質(zhì)在腐蝕電極的陰極部位接受電子,消除陰極極化,(有電流流過時(shí),電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象叫做電極的極化,電極電位偏離平衡電位向負(fù)移稱為陰極極化,向正移稱為陽極極化),使金屬溶解速率加快,通常稱之去極化劑。水中的溶解氧( 02) 引起的金屬腐蝕(陰極過程)稱為吸氧腐蝕,此時(shí)溶解氧充當(dāng)去極化劑,在接近中性的湖濕空氣中鋼鐵的腐蝕即屬吸氧腐蝕。而在pH值較低的水溶液中,H +也可以充當(dāng)去極化劑,接受電子而還原,由此產(chǎn)生的腐蝕稱為析氫腐蝕。析氫腐蝕通常發(fā)生在環(huán)境為酸性的某種較活潑金屬的加工過程中和中性和弱堿性溶液中對(duì)于電極電位很負(fù)的堿金屬和破土金屬的腐蝕。除了溶解氧和氨離子這兩種主要的去極化劑外,電鍍時(shí),要得到哪種金屬的鍵層,該金屬離子就是去極化劑,如某些氧化性離子在水溶液中可以充當(dāng)去極化劑。F3+離子在酸性溶液中能夠腐蝕銅線路板,F(xiàn)e3↑作為去極化劑氧化了Cu,自身被還原為亞鐵離子Fe2 +。
金屬的腐蝕包括陽極過程(即金屬溶解)、陰極過程(即去極化劑接受陽極流過來的電子)、電流的流動(dòng)。以上任何一個(gè)環(huán)節(jié)受到抑制,腐蝕過程都會(huì)減緩。因此針對(duì)上述過程,我們可以采取比較有效的抑制措施實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬保護(hù)的防護(hù)。
電化學(xué)保護(hù)(陰極保護(hù)法和陽極保護(hù)法):陰極保護(hù)法,也叫犧牲陽極保護(hù)法,它的原理是向被保護(hù)金屬補(bǔ)充大量的電子,使其產(chǎn)生陰極極化,以消除局部的陽極溶解。陽極保護(hù)法的原理是利用外加陽極板化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)。陽板保護(hù)法只適用于具有活化-鈍化轉(zhuǎn)變的金屬在氧化性介質(zhì)(如硫酸、磷酸、有機(jī)酸)中的腐蝕防護(hù)。采用易鈍化的新合金材料:新合金材料中金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,提高材料本身的耐蝕性。例如不銹鋼就是在鐵基體中加入足量的鉻,在氧化環(huán)境中它表面容易生成鈍化膜,有很高的耐蝕能力。緩蝕劑保護(hù):在封閉的腐蝕環(huán)境中添加少量能夠降低腐蝕速率的物質(zhì)(緩蝕劑)以阻止或減緩金屬腐蝕。這種方法通常與陰板保護(hù)聯(lián)合使用,通過改變易被腐蝕的金屬表面狀態(tài)或者起負(fù)催化劑的作用,使陽極(或陰極)反應(yīng)的活化能增高,循環(huán)水系統(tǒng)的內(nèi)壁防腐就是用的此法。金屬表面處理:在金屬接觸環(huán)境之前先經(jīng)表面預(yù)處理,提高材料的耐腐蝕能力。例如,鋼鐵部件先用鈍化劑或成膜劑處理后,其表面生成了穩(wěn)定、致密的鈍化膜,抗蝕性能因而顯著增加。例如,將易鈍化的合金成分如鏈、鋁、硅摻入鋼鐵表面,形成表面合金,提高了該材料抗高溫氧化性能和耐蝕性。金屬表面覆蓋層:包括非金屬涂層和金屬保護(hù)層,其目的是將金屬基體與腐蝕介質(zhì)隔離開,阻止去極化劑氧化金屬的作用,達(dá)到防腐蝕效果。常見的非金屬涂層有油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等。例如,汽車外殼的噴漆。搪瓷涂層應(yīng)用比較廣泛,因?yàn)樗袠O好的耐腐蝕性能。金屬保護(hù)層是將一種金屬鍍?cè)诒槐Wo(hù)的另-種金偶制品表面形成的保護(hù)鍍層。這種方法通常與陰極保護(hù)法結(jié)合使用,應(yīng)用比較廣泛的領(lǐng)域有輸油、輸氣、輸水管線的外壁防腐和船舶防腐。傳統(tǒng)的方法有電鍍、化學(xué)鍍,現(xiàn)在發(fā)展比較快的還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。熱鍍鋁常用于薄鋼板和食品密封包裝等常見的貯存容器,熱鍍鋁則主要用于鋼鐵零件的抗高濕氧化。
四、夢(mèng)能服務(wù)與支持
1、免費(fèi)樣品
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油漆樣品適用范圍:
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申請(qǐng)用量:在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。
2、免費(fèi)打樣
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夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理,從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì),以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì),每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器,儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn),以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。
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貿(mào)易、代理:提供代工業(yè)務(wù)支持,項(xiàng)目保護(hù)。
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