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化学与金属 2010—2011学年第五学期 课程名称：化学与社会 班级：化工082 学号：2008012075 姓名：李胜 时间：2010年12月6日 摘要：本文立足于化学和不锈钢的金属学理论范畴，从金属腐蚀的原理出发，探索不锈钢耐腐蚀的合金化原理，阐述了金属钝化的三种基本理论：薄膜论、吸附论及电子排列论。特别以铬、碳、镍三种元素为主要研究对象，探讨其对不锈钢性能的重要影响，以及不锈钢性能与组织变化的一些基本规律，并以资料数据佐证。 关键词：金属腐蚀 金属钝化理论 铬元素 金属合金 正文： 一、引言 不锈钢是一个范围很大的特殊钢系列，它们与工业上应用的普通钢铁材料一样，也是以铁和碳为基础的铁—碳合金，只是出于耐腐蚀性这一特殊要求以及其他物理与工艺性能方面的需要，使之含有比普通钢更多的合金元素。由于这些合金元素的加入，导致钢的内部组织发生变化，最后在钢的性能变化上反映出来，使之具有耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的特性。这些变化是相互联系并遵循一定客观规律的。 二、金属腐蚀的基本概念 理解不锈钢的耐腐蚀性应该从金属的腐蚀过程开始。 自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，从热力学观点来看，金属的腐蚀是很自然的事。金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。由于腐蚀导致的金属破坏都从表面开始，而破坏的程度，一般来说也是表面最大。在液态和固态电解质中腐蚀过程是电化学过程。因此，腐蚀能否进行取决于金属能否离子化，而金属离子化的趋势可以用电极电位（E）表示。正是由于各种电极过程和E的差异，人们可以获得干电池和蓄电池的能源。 金属在电解质中的腐蚀是一种电化学变化，它的进行依照法拉第定律及欧姆定律， △W=（Ec－Ea）te/(96500AR) 式中，e为常数，如粗略地认为R不变时，则腐蚀速率（△W/t）与（Ec－Ea）成正比，而与A成反比。（Ec－Ea）因极化关系有所变化，因此腐蚀率也会随时间变化；阳极面积（A）较小时，腐蚀率将会随着提高。 金属腐蚀时，阳极释放电子的阳极过程和阴极获得电子的阴极过程是在同一金属表面进行的。在干净的铁表面上，滴上一滴加有酚酞和铁氰化钾指示剂的食盐水，过了一些时候，便会观察到上述两个过程的进行。在中心区发生阳极过程： 2Fe→2 Fe2＋＋4e- 这个过程产生的Fe2＋与Fe（CN）6化合，便在中心区出现蓝色沉淀。在盐水滴的边缘，由于氧的浓度较大，发生如下的阴极过程: 02＋2H2O＋4e-→4OH- 电子是阳极过程供应的，所产生的OH-使pH值升高，酚酞便显示粉红色。在浓度差的推动下，OH-及Fe2＋对向扩散，在中间区域出现棕黄色的铁锈： 4Fe(OH)2＋02＋2H2O→4 Fe(OH)3↓ 在酸性溶液中，pH值低，还会有放氢的阴极过程： 2H＋＋2e-→H2↑ 因异种金属的结合所产生的电极电位差，是和在该介质中的金属自然电位的排列有关。 控制电化学腐蚀反应速度的因素之一就是这个电位差，但是，当腐蚀反应进行时，在两极积蓄着反应生成物，使腐蚀能力降低。此时，阳极的电位接近于阴极的电位，而阴极的电位又接近与阳极的电位。这种电位的变化称作极化。在阳极上所引起的电位变化称为阳极极化，在阴极上所引起的电位变化称为阴极极化。 在腐蚀反应中，虽然阴极上所产生的极化起着决定性的影响，但是，阴极极化主要是取决于笼罩着阴极表面氧的积累，直到氢作为气体被释放或者与氧结合生成水的阴极反应来消除，利用阴极极化就可以控制阳极的腐蚀。 极化的难易是取决于金属和介质而有所不同，把这种极化难易的不同称之为极化特性。极化是电流密度的函数。 在一种金属表面上，能够形成局部电池是由于在金属表面上存在着浓度差造成的，接近于金属离子浓度低的溶液的金属部分就形成阳极。再有，由于氧的浓度也能产生局部电池，氧浓度低的部分就形成阳极而进行腐蚀。 但是，当氧浓度增高时，反而能抑制腐蚀。例如在硝酸做氧化剂时，在金属表面极易形成薄的氧化膜，借此，就能够减轻腐蚀作用。在这种情况下，称为钝化的金属。形成钝化的金属具有极高的电位，若薄膜不稳定，局部受到破坏时，破坏的部分构成阳极，薄膜部分构成阴极，这样就形成活性——钝化电池而进行腐蚀。含铬12%以上的铁的钝化薄膜是稳定的，具有优良的耐腐蚀性能。一种理论认为，不锈钢就是依靠这种钝化薄膜来发挥它的耐腐蚀性能。而在没有钝化膜的活性状态中