第四章 去极化腐蚀.pptVIP

第四章 去极化腐蚀 在电解质中，能够接受电子的物质称为去极化剂，它有消除或减弱极化的作用。去极化剂物质种类很多，其中氧和氢是最常见的去极化剂。以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程，称为氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀，是常见的危害性较大的一类腐蚀。以氧作为去极化剂的腐蚀过程，称为氧去极化腐蚀，简称吸氧腐蚀，是自然界普遍存在因而破坏性最大的一类腐蚀。本章运用前面几章讲过的理论和概念着重讨论这两类最重要的腐蚀过程发生的条件、进行的规律及影响因素，对它们的特点作了比较，并简要介绍了与氢去极化和氧去极化有关的腐蚀过程的控制因素的特征。 4.1 电化学腐蚀的阴极过程 金属在溶液中发生电化学腐蚀的根本原因是溶液中含有能使得该种金属氧化的物质，即腐蚀过程的去极化剂。去极化剂还原的阴极过程与金属氧化的阳极过程共同组成整个的腐蚀过程。如果没有阴极过程，阳极过程就不会发生，金属就不会腐蚀。阳极过程与阴极过程相互依存，缺一不可。 阴极过程可以有以下几种类型： (1)溶液中的阳离子的还原： (2)溶液中的阴离子的还原： (3)溶液中的中性分子的还原： (4)不溶性产物的还原： (5)溶液中的有机化合物的还原： 式中的R代表有机化合物中的基团或有机化合物的分子。 在上述所有的阴极反应中，经常遇到的是氢离子还原和氧分子还原的阴极反应，特别是氧还原反应作为阴极过程最为普遍。许多黑色金属和有色金属以及它们的合金在酸性溶液中的腐蚀，电极电位很负的碱金属和碱土金属在中性和弱碱性溶液中的腐蚀，都是以氢离子还原反应作为阴极过程而进行的。大多数金属和合金在中性电解质溶液、弱酸性与弱碱性电解质溶液中的腐蚀，以及在海水、淡水、大气和土壤中的腐蚀，都是以氧还原反应作为阴极过程而进行的。 在很多情况下，腐蚀产物如氧化物或氢氧化物也会作为去极化剂而加速腐蚀过程。此时腐蚀产物中的高价金属离子被还原为低价金属离子，后者可以被空气中的氧再氧化成高价状态，又可再次作为去极化剂循环使用。 由于金属或溶液性质的不同，电化学腐蚀的阴极过程的性质也不同。有时甚至不单单是一种阴极过程在起作用，而是两个或多个阴极过程同时起作用并共同构成电化学腐蚀的总的阴极过程。在实际腐蚀中，经常发生的最重要的阴极过程是氢离子和氧分子作为去极化剂的还原反应，因此本章专门讨论氢去极化和氧去极化腐蚀。 4.2 氢去极化腐蚀 以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氢去极化腐蚀。反应为氢离子的还原为氢气分子的电极过程，在金属腐蚀学中称为氢离子去极化过程，简称氢去极化，或者称为析氢腐蚀。 氢离子在电极上还原的总反应 的最终产物是氢分子。由于两个氢离子直接在电极表面的同一位置上同时放电的几率极小，因此反应的初始产物应该是氢原子而不是氢分子。考虑到氢原子的高度活泼性，可以认为在电化学步骤中首先生成吸附在电极表面的氢原子MH，然后吸附氢原子结合为氢分子脱附并形成气泡析出。 一般认为在酸性溶液中，氢去极化过程是按下列步骤进行的： （1）水化氢离子向电极表面传输。这一步不是电极反应的控制性步骤。 （2）水化氢离子在电极表面发生放电反应，生成吸附氢原子： (3) 氢原子的脱附，当反应达到稳态后，金属表面上的吸附氢原子浓度不再随时间变化，即在不断生成吸附氢原子的同时，吸附氢原子也以相同速度不断地从阴极表面去除，并按某种方式生成氢分子。 (4) 氢分子离开电极表面进入气相。 氢原子的脱附有三种方式： 1)复合脱附，此时金属电极起催化剂的作用，吸附氢原子复合成氢分子并同时解吸离开电极表面： 2)电化学脱附，水化氢离子与金属表面上的吸附氢原子发生放电反应，并同时生成氢分子： 3)逸出机理，吸附氢原子在电极表面上作为自由原子蒸发，然后再结合成氢分子： 在碱性溶液中．在电极上还原的不是氢离子，而是水分子，析氢的阴极过程按下列步骤进行： (1) 水分子到达电极与氢氧离子离开电极，在碱性溶液中，虽然放电质点是水分子，但是它的浓度很高，因此，析氢反应的浓差极化一般较轻微，这一步也不是电极反应的控制性步骤。 (2) 水分子在电极表面放电生成吸附在电极表面的氢原子 (3)氢原子的脱附 (4) 氢分子离开电极表面进入气相。 氢原子的脱附同样有三种方式： 1)复合脱附，吸附氢原子复合成氢分子并同时脱附离开电极表面： 2)电化学脱附，水分子与金属表面上的吸附氢原子发生放电反应，并同时生成氢分子离开电极表面： 3)逸出机理，吸附氢原子在电极表面上作为自由原子蒸发，然后再结合成氢分子离开电极表面： 不论在酸性溶液还是在碱性溶液中，步骤1和步骤4在一般情况下不会成为控制性步骤，因此析氢反应可能出现的主要控制性步骤有：电化学步骤、复合脱附步骤和电化学脱附步骤。在这些