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本文主要講述了金屬腐蝕的定義及分類,理解金屬腐蝕的化學(xué)原理,分清化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的區(qū)別和聯(lián)系,金屬防護的常用方法,以及防止金屬腐蝕的重要意義。
金屬的腐蝕現(xiàn)象非常普遍:
1、鋼鐵生銹: 鐵銹的主要成分: Fe2O3·XH2O
2、銅器表面生成銅綠: 銅綠的主要成分: Cu2(OH)2CO3
金屬腐蝕的危害有哪些?
中國航天工業(yè)總公司第三十一研究所近日公布了一組數(shù)據(jù):
◆全球每一分鐘就有1噸鋼腐蝕成鐵銹.
◆全球每年鋼鐵腐蝕的經(jīng)濟損失約100000億美元,占各國國民生產(chǎn)總值的2%~4%,我國鋼鐵腐蝕經(jīng)濟損失高達2800億人民幣,約占國民生產(chǎn)總值的4%,每年約有30%的鋼鐵因腐蝕而報廢。腐蝕給人類造成的損失是驚人的。
◆全世界每年因為金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約達7000億美元,是地震、水災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的6倍。
一、金屬的腐蝕
1、什么是金屬腐蝕?
指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。
2、金屬腐蝕的本質(zhì)是什么?
是金屬本身失去電子變成陽離子的過程 (發(fā)生氧化反應(yīng))。 M - ne- = Mn+
升溫可加速金屬腐蝕
潮濕的環(huán)境可促進金屬腐蝕
3、金屬腐蝕的類型有哪些?——根據(jù)與金屬接觸的介質(zhì)不同
化學(xué)腐蝕: 金屬跟接觸到的干燥氣體(如SO2、Cl2、 O2等)或非電解質(zhì)溶液(石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。
電化學(xué)腐蝕:不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時,發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失去電子被氧化。
金屬的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主
電化學(xué)腐蝕
在潮濕的空氣里,鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜。水膜中溶解有來自大氣中的CO2、SO2、H2S等氣體,使水膜中含有一定量的H+
H2O + CO2 → H2CO3 → H+ + HCO3- H2O → H+ + OH-
這樣在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液的薄膜,它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳構(gòu)成無數(shù)微小的原電池。
鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較
析氫腐蝕 | 吸氧腐蝕 | ||
條件 | 水膜呈酸性 | 水膜呈堿性、中性或弱酸性 | |
電極反應(yīng) | 負(fù)極 正極 總反應(yīng) | Fe-2e-=Fe2+ 2H++2e-=H2↑ Fe+2H+=Fe2++H2↑ | 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 ↓ Fe2O3·nH2O(鐵銹) |
聯(lián)系 | 通常以電化學(xué)腐蝕為主,其中又以吸氧腐蝕更普遍。 |
二、金屬的防護
1、原理 防止金屬失電子
2、電化學(xué)防護
(1)犧牲陽極保護法
形成原電池反應(yīng)時,負(fù)極材料很快被腐蝕,而正極材料不容易被腐蝕(被保護)。
(2)外加電流的陰極保護法
將被保護金屬作為電解池的陰極,另一導(dǎo)電物質(zhì)作為陽極,在外加直流電的作用下使陰極得到保護
在同一電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕的快慢:
電解池的陽極 > 原電池的負(fù)極 > 化學(xué)腐蝕 > 原電池的正極 > 電解池的陰極
防腐措施由好到壞的順序如下:
外接電源的陰極保護法 > 犧牲陽極的陰極保護法 > 有一般防腐條件保護 > 無防腐條件
以Fe片為例,不同的防腐措施下腐蝕變化速度是不同的:
Fe片腐蝕由快到慢的順序
3、金屬的常見防護方法
(1)在金屬表面覆蓋保護層。
例如:噴涂漆;涂油脂;表面鈍化;電鍍(在鋼鐵表面形成鉻等耐腐蝕性較強的金屬鍍層)等。
(2)改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu),制成合金。
在鋼鐵中加入一定比例的鉻和鎳,改變鋼鐵內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu),可極大程度地提高鋼鐵抗腐蝕性能,這就是常見的“不銹鋼”(合金)。
比如自行車車身部件通常都采用了以下的防腐措施:
Zn片在不同防護措施下的腐蝕速度對比