金属腐蚀的电化学反应有什么特点?

作者:海燕论坛 | 2020-07-31 07:27

  .腐蚀电池(原电池或微电池)金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。在这个过程中金属被氧化,所释放的电子完全为氧化剂消耗,构成一个自发的短路电池,这类电池被称之为腐蚀电池。腐蚀电池分为三(或二)类:(1)不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。例如:在铜板上有一铁铆钉,其形成的腐蚀电池。铁作阳极(负极)发生金属的氧化反应:Fe→Fe2++2e-;(Fe→Fe2++2e)=-0.447V.阴极(正极)铜上可能有如下两种还原反应:(a)在空气中氧分压=21kPa时:O2+4H++4e-→2H2O;(O2+4H++4e-→2H2O)=1.229V,(b)没有氧气时,发生2H++2e-→H2;(2H++2e-→H2)=0V,有氧气存在的电池电动势E1=1.229-(-0.447)=1.676V;没有氧气存在时,电池的电动势E2=0-(-0.447)=0.447V。可见吸氧腐蚀更容易发生,当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起,相当于电池的外电路短接,于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。Fe氧化成Fe2+进入溶液,多余的电子转向铜极上,在铜极上O2与H+发生还原反应,消耗电子,并且消耗了H+,使溶液的pH值增大。在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2,接着又被空气中氧继续氧化,即:Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。这样不断地进行下去,机械部件就受到腐蚀。(2)电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。例如工业用钢材其中含杂质(如碳等),当其表面覆盖一层电解质薄膜时,铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。该微型电池中铁是阳极:Fe→Fe2++2e-碳作为阴极:如果电解质溶液是酸性,则阴极上有氢气放出(2H++2e-→H2);如果电解质溶液是碱性,则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH-。总结:从上面的分析可以看出:所形成的腐蚀电池阳极反应一般都是金属的溶解过程:M→Mz++ze-阴极反应在不同条件下可以是不同的反应,最常见的有下列两种反应:①在缺氧条件下,H+离子还原成氢气的反应(释氢腐蚀)2H++2e-→H2。(=0.0V)该反应通常容易发生在酸性溶液中和在氢超电势较小的金属材料上。②氧气还原成OH-离子或H2O的反应(耗氧腐蚀)中性或碱性溶液中O2+2H2O+4e—→4OH-。(=0.401V)在酸性环境中,O2+4H++4e-→2H2(=1.229V)2.腐蚀电流一旦组成腐蚀电池之后,有电流通过电极,电极就要发生极化,因而研究极化对腐蚀的影响是十分必要。在金属腐蚀文献中,将极化曲线(电势~电流关系)绘成直线(横坐标采用对数标度),称为Evans(埃文斯)极化图(图10—8)。在Evans极化图中的电流密度j腐蚀表示了金属腐蚀电流,实际上代表了金属的腐蚀速率。影响金属表面腐蚀快慢(即腐蚀电流j)的主要因素:①腐蚀电池的电动势——两电极的平衡电极电势差越大,最大腐蚀电流也越大。②金属的极化性能——在其它条件相同的情况下,极化程度愈大(即极化曲线的斜率),腐蚀电流愈小。③氢超电势——释氢腐蚀时,氢在金属表面析出的超电势逾大,极化曲线的斜率就逾大,腐蚀电流反而减小。

  通俗点来说,化学腐蚀就是指金属直接与其它物质发生化学反应,即两者通常情况下是可以反应的,例如铁被盐酸腐蚀,铁和盐酸可以直接反应;电化学腐蚀是指金属与外界物质通常情况下不反应,但是由于多种物质的存在形成了原电池,这个时候间接的导致金属被腐蚀,例如铜铁棒在湿度较大的环境中自然腐蚀了。


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