電化學(xué)腐蝕與防護(hù)知識(shí)講解
化學(xué)是自然科學(xué)的一種，主要在分子、原子層面，研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律，創(chuàng)造新物質(zhì)（實(shí)質(zhì)是自然界中原來(lái)不存在的分子）。下面是小編整理的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)知識(shí)講解，歡迎大家借鑒與參考，希望對(duì)大家有所幫助。
金屬腐蝕現(xiàn)象在日常生活中是司空見(jiàn)慣的，在腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。這會(huì)顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。美國(guó)1975年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為700億美元，占當(dāng)年國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4.2％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當(dāng)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(wú)法計(jì)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(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而造成的變質(zhì)及損壞的現(xiàn)象或過(guò)程稱為腐蝕。介質(zhì)中被還原物質(zhì)的粒子在與金屬表面碰撞時(shí)取得金屬原子的價(jià)電子而被還原，與失去價(jià)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(guò)程稱為化學(xué)腐蝕；不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中所發(fā)生的`腐蝕是電化學(xué)腐蝕最突出的例子。在金屬腐蝕中最為嚴(yán)重的就是電化學(xué)腐蝕。
金屬電化學(xué)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(qiáng)時(shí)）
負(fù)極（Fe）：Fe－2eˉ=Fe2+
Fe2++2H2O= Fe（OH）2+2H+
正極（雜質(zhì)）：2H++2eˉ=H2
電池反應(yīng)：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(shí)）
負(fù)極（Fe）：Fe－2eˉ=Fe2+
正極：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉ
總反應(yīng)：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(yīng)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(qiáng)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(hù)
從腐蝕角度保護(hù)金屬材料最簡(jiǎn)單易行的方法是將材料與腐蝕環(huán)境隔離。例如有機(jī)涂料、無(wú)機(jī)物的搪瓷等涂覆金屬表面以使材料與環(huán)境隔絕。當(dāng)這些保護(hù)層完整時(shí)是能起到保護(hù)作用的。這里主要介紹已經(jīng)廣為人們采用的電化學(xué)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(lái)保護(hù)鋼鐵制品。如果用金屬Zn、Cd等作鍍層，構(gòu)成腐蝕電池的極性則與上述相反，鍍層微孔內(nèi)裸露的鋼為陰極，Zn或Cd的鍍層為陽(yáng)極，通過(guò)犧牲陽(yáng)極，使鋼得到陰極保護(hù)。鍍Sn的Fe（馬口鐵）廣泛用于食品罐頭，雖然Sn的標(biāo)準(zhǔn)電極電位高于Fe，但在食品有機(jī)酸中卻低于Fe，也可起犧牲陽(yáng)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(shí)，由于它們的電極電位比Fe高，如果出現(xiàn)破損，在電極反應(yīng)中這些金屬將成為陰極，會(huì)加速底層鐵的腐蝕，因此這類鍍層不適于強(qiáng)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(yáng)極保護(hù)
一些可以鈍化的金屬，當(dāng)從外部通入電流，電位隨電流上升，達(dá)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(guò)鈍區(qū)為止。利用這個(gè)原理，以要保護(hù)的設(shè)備為陽(yáng)極導(dǎo)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(yáng)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(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，而是一種遠(yuǎn)離平衡的耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。陽(yáng)極保護(hù)法需要一臺(tái)恒電位儀以控制設(shè)備的電位（以免波動(dòng)時(shí)進(jìn)入活化區(qū)或過(guò)鈍化區(qū)）。由于只適用于可鈍化金屬，所以這種方法的應(yīng)用受到限制。陽(yáng)極保護(hù)法在工業(yè)上用于生產(chǎn)、處理H2SO4、H3PO4、NH4HCO3溶液、NH4NO3復(fù)合肥等的不銹鋼或碳鋼制容器和設(shè)備等。
�。�3）、陰極保護(hù)
金屬電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，微型電池的陰極是接受電子產(chǎn)生還原反應(yīng)的電極，陽(yáng)極是失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，只有陽(yáng)極才發(fā)生腐蝕。陰極保護(hù)法就是將需要保護(hù)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(yáng)極法，后一種稱為外加電流法。犧牲陽(yáng)極法，就是電極電位較負(fù)（較活潑）的金屬或其合金連接在被保護(hù)的設(shè)備上，例如鋼鐵設(shè)備連接一塊Zn、Mg或Al合金，使它們?cè)谛纬傻脑姵刂凶鳛殛?yáng)極而被腐蝕，而使金屬設(shè)備作為陰極受到保護(hù)，這種被犧牲的陽(yáng)極須定時(shí)更換。外加電流法，是在體系中連接一塊導(dǎo)流電極（石墨、鉑或鍍釕、鈦、高硅鐵、廢鋼等）作為陽(yáng)極，當(dāng)外部導(dǎo)入的陰極電流，使局部陰極電流與局部陽(yáng)極電流相等、方向相反而相互抵消時(shí)，金屬腐蝕停止，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。陰極保護(hù)廣泛用于土壤和海水中的金屬結(jié)構(gòu)、裝置等，如管道、電纜、海船、港灣碼頭設(shè)施、鉆井平臺(tái)、水庫(kù)閘門、油氣井等。為了減少電流輸入，延長(zhǎng)使用壽命，陰極保護(hù)法一般和金屬表面涂料法聯(lián)合應(yīng)用，是一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)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(zhì)中加入少量緩蝕劑就能大大減緩金屬腐蝕過(guò)程。緩蝕劑可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑和氣相緩蝕劑三類。
有些無(wú)機(jī)緩蝕劑使陽(yáng)極過(guò)程變慢，稱為陽(yáng)極型緩蝕劑，如促進(jìn)陽(yáng)極鈍化的氧化劑（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、Fe3+）或陽(yáng)極成膜劑（堿、磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽）；另一類無(wú)機(jī)緩蝕劑是促進(jìn)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(yīng)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(kuò)散到陰極，增大濃差極化。也有同時(shí)阻滯陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程的混合型緩蝕劑。有些溶液中的雜質(zhì)，如S、Se、As、Sb、Bi等化合物，能阻抑陰極放氫過(guò)程，使陰極極化增大，減緩腐蝕。緩蝕劑的用量一般要先通過(guò)試驗(yàn)才能確定。
有機(jī)緩蝕劑屬于吸附型緩蝕劑，它們吸附在金屬表面形成幾個(gè)分子厚的不可見(jiàn)膜，一般同時(shí)阻滯陽(yáng)極和陰極反應(yīng)，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(jī)化合物，如胺類、雜環(huán)化合物、長(zhǎng)鏈脂肪酸化合物、硫腺類、醛類、有機(jī)磷類等。緩釋劑的吸附類型有靜電吸附、化學(xué)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(xué)吸附劑有氮和硫雜環(huán)化合物；有些化合物同時(shí)具有靜電和化學(xué)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(jī)化合物。近年來(lái)，有機(jī)緩蝕劑發(fā)展很快，應(yīng)用廣泛，使用這些緩蝕劑也會(huì)產(chǎn)生缺點(diǎn)，如可能污染產(chǎn)品，可能對(duì)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(qiáng)的物質(zhì)，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(tuán)，吸附在金屬表面使腐蝕減緩，一般用于金屬零部件的保護(hù)、貯藏和運(yùn)輸。它必須用于密封包裝內(nèi)，海洋油輪內(nèi)艙也可用它來(lái)保護(hù)。常見(jiàn)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(jié)：對(duì)于金屬的防護(hù)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(shí)代，解決好金屬腐蝕問(wèn)題將會(huì)創(chuàng)造出無(wú)以估計(jì)的價(jià)值。
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