海洋工程材料期末复习..docVIP

金属电化学腐蚀原理 一． 腐蚀概念 目前一致认可的定义是：材料腐蚀是材料受其周围环境介质的化学、电化学和物理作用下引起失效破坏的现象。 金属腐蚀是金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。 2.1.2 金属腐蚀的分类 1. 按腐蚀过程的历程分类： 1）化学腐蚀（chemical corrosion） 金属表面与非电解质发生纯化学反应而引起的损坏。通常在干燥气体及非电解质溶液（如石油、苯、醇等）中进行。特点：在腐蚀过程中，电子的传递在金属与氧化剂之间进行，腐蚀不产生电流。例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化亚铁。 2）物理腐蚀（physical corrosion） 金属由于单纯的物理溶解作用所引起的损坏。在液态金属中可发生物理腐蚀。例：用来盛放熔融锌的钢容器，由于铁被液态锌所溶解而损坏。 3）电化学腐蚀（electrochemical corrosion） 金属表面与电解质溶液发生电化学反应而产生的破坏，反应过程中有电流产生。 电化学腐蚀至少有一个阳极反应和阴极反应，并有流过金属内部的电子流和介质中的离子流构成电流回路。 阳极反应：金属的氧化过程，金属失去电子而成为离子，进入溶液； 阴极反应：氧化剂的还原过程，电子在阴极被氧化剂（氧气、H+）吸收。 电化学与力学作用共同导致破坏：应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳 2. 按腐蚀的形式分类： 1）全面腐蚀（general corrosion） 腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也可以是不均匀的。例：碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。 2）局部腐蚀（localized corrosion） 腐蚀作用仅局限在金属表面的某一区域，而表面的其他部分则几乎未被破坏。 （1）有应力条件下的腐蚀形态：应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、氢损伤等。 （2）无应力条件下的腐蚀形态：电偶腐蚀、小孔腐蚀（点蚀、坑蚀）、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、剥蚀（层蚀）、丝状腐蚀等。 a. 电偶腐蚀（galvanic corrosion）：异种金属相互接触，在电解质介质中发生的电化学腐蚀。例：普通碳钢与铜接触，共处于海水中的腐蚀。 b. 小孔腐蚀（pitting corrosion，又称点蚀、坑蚀）：一种腐蚀集中于金属表面很小的范围内并深入到金属内部的腐蚀形态。 小孔腐蚀发生于易钝化的金属，如不锈钢、钛、铝合金等。 c. 缝隙腐蚀（crevice corrosion）：当金属表面上存在异物或结构上存在缝隙时，由于缝内溶液中有关物质迁移困难所引起缝隙内金属腐蚀的现象。 例如，金属铆接板、螺栓连接的结合部等情况下金属与金属形成的缝隙，金属同非金属（包括塑料、橡胶、玻璃等）接触形成的缝隙，以及砂粒、灰尘、脏物及附着生物等沉积在金属表面上形成的缝隙等等。含氯溶液最易引起缝隙腐蚀。 缝隙腐蚀的机理？ d. 晶间腐蚀（intergranular corrosion）: 在金属晶粒未受到明显侵蚀情况下，在晶粒边界上发生腐蚀，并沿着晶界向纵深发展的现象。 晶间腐蚀的原因：晶界处存有杂质或合金偏析，如铝合金的铁偏析、黄铜的锌偏析、高铬不锈钢的碳化铬偏析等。 e. 选择性腐蚀（selective corrosion）: 由于合金组分电化学性质的差异或合金组织的不均匀，造成金属中某组分或相优先溶蚀到电解质溶液中的现象。 实例：黄铜脱锌、灰口铸铁的“石墨化”腐蚀 二．电化学腐蚀 1.腐蚀原电池定义：只能导致金属材料破坏而不能对外界做功的短路原电池。 2.金属电化学腐蚀由下列三个过程组成： （1）阳极过程，即金属溶解： M+n·ne→Mn+ + ne （2）电子从阳极区流入阴极区， （3）阴极过程，从阳极区来的电子被去极化剂(如酸性溶液中的氢离子或中性和碱性溶液中的溶解氧等)所吸收。 氢离子的还原反应： H++e→H H+H → H2 3.发生金属的电化学腐蚀必须具备三个条件： (1)金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电位差， (2)具有电极电位差的两电极处于短路状态， (3)金属两极都处于电解质溶液中。 4.腐蚀电池的类型 1. 宏观腐蚀电池 (1)异金属电池 这是两种或两种以上不同金属相接触，在电解质溶液中构成的腐蚀电池，又称腐蚀电偶。在实际金属结构中常常有不同金属相接触，可观察到电位较负的金属(阳极)加速腐蚀，而电位较正的金属(阴极)腐蚀减慢，甚至得到保护。构成异金属电池的两种金属电极电位相差愈大，引起的局部腐蚀愈严重。这种腐蚀破坏称为电偶腐蚀。例如，舰船推进器是用青铜制的，舰船在海洋中航行时，由于青铜的电位较高，钢制船体的电位较低，由此构成腐蚀电池，钢制船体成为阳极而遭受腐蚀。 (2)浓差电池 同一种金属浸入同一种电解质溶液中，若局部的浓度不同，即可形成腐蚀电池。如船舷及海洋工程结