金属腐蚀的基本概念.PDF

第一篇 腐蚀电化学原理 第一篇 腐蚀电化学原理 第 1 章 金属腐蚀的基本概念 1.1 金属腐蚀的定义 许多著名的学者对腐蚀的定义都有自己的表述。20 世纪 50 年代 前对腐蚀的定义只局限于金属的腐蚀。它是指金属与周围介质(主要 是液体和气体) 发生化学、电化学反应或物理溶解而产生的破环。这 个定义明确指出了金属腐蚀时包括金属材料和环境介质两者在内的 一个具有反应作用的体系。金属要发生腐蚀必须有外部介质的作用， 而且这种作用是发生在金属与介质的相界上。它不包括因单纯机械作 用引起的金属磨损破坏。 随着非金属材料(如高分子合成材料) 的迅速发展，它的破坏逐渐 引起了人们的重视。从 50 年代以后，许多权威的腐蚀学者或研究机 构倾向于把腐蚀的定义扩大到所有材料。有人把腐蚀定义为：“由于 材料和它所处的环境发生反应而使材料和材料的性质发生恶化的现 象”。也有人定义为：“腐蚀是由于物质与周围环境作用而产生的损 坏”。现在已把扩大了的腐蚀定义应用于塑料、混凝土及木材的损坏。 的确，非金属也存在腐蚀问题，如砖石的风化、木材的腐烂、塑料和 橡胶的老化等都是腐蚀问题，但多数情况下指的腐蚀还是金属的腐 蚀。因为金属及其合金至今仍然是最重要的结构材料，同时金属也是 极易遭受腐蚀的材料，所以本书主要讨论金属材料的腐蚀与防护问 题。 考虑到金属腐蚀的本质，通常把金属腐蚀定义为：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。在腐蚀反 应中金属与介质间大多数发生化学或电化学多相反应，使金属转变为 氧化(离子)状态，从原来的零价变为腐蚀产物中的正价，金属的价态 升高。例如金属 Fe 的价数为零，经过腐蚀，转变成为腐蚀产物 FeO ， 此时 Fe 为+2 价。价态升高是因为金属在腐蚀反应中失去价电子被氧 14 第 1 章 金属腐蚀的基本概念 化。因此，腐蚀反应的实质就是金属被氧化的反应。所以，金属发生 腐蚀的必要条件就是腐蚀介质中有能使金属氧化的物质，它和金属构 成热力学不稳定体系。 1.2 金属腐蚀的分类 金属腐蚀是金属与周围环境( 介质) 之间发生的化学或电化学作 用而引起的破坏或变质。因此，对金属腐蚀的分类可以按金属所处的 环境进行分类。 1.2.1 按腐蚀机理分类 根据腐蚀的机理，可将金属腐蚀分为三类： （1）．化学腐蚀 金属或合金及其结构物的表面，因与其所处环境介质之间的化学 反应或物理溶解（如金属在液态金属中的物理溶解）所引起的破坏或 变质，称之为化学腐蚀。化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生 纯化学作用而引起的破坏。尽管该反应发生的是氧化还原反应，但在 反应过程中没有电流产生。化学腐蚀服从多相反应的纯化学动力学的 基本规律。 纯化学腐蚀的情况并不多。事实上，只有在无水的有机溶剂或干 燥的气体中金属的腐蚀才属于化学腐蚀。这时金属表面没有作为离子 导体的电解质存在。发生的是氧化剂粒子与金属表面直接“碰撞” 并 “就地” 生成腐蚀产物的反应过程。以铁和水的反应为例，在常温下， 铁与干的水蒸气之间的化学腐蚀，要比铁在水溶液中的电化学腐蚀困 难得多。金属与合金在干气中的化学腐蚀，一般都只有在高温下才能 以较显著的速度进行。 主要为金属在无水的有机液体和气体中腐蚀以及在干燥大气中 的腐蚀。 （2 ）．电化学腐蚀 电化学腐蚀是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起 的破坏。在反应过程中不仅发生的是氧化还原反应，而且反应过程中 有电流产生。电化学腐蚀服从电化学动力学反应的基本规律，即服从 15 第一篇 腐蚀电化学原理 电极过程动力学中的基本规律。 阳极反应是氧化过程，即电子从金属转移到介质中并放出电子 的过程，阴极反应为还原过程，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极 电子的过程。例如，碳钢在酸中腐蚀时，在阳极区铁被氧化为Fe2+ 离 子，所放出的电子由阳极（Fe ）流至钢中的阴极（Fe3 C ）上，被H+ 离 子吸收而还原成氢