紧固件电化学腐蚀与防护介绍.doc

金属腐蚀会导致国民经济的巨大损失,美国在20世纪80年代初期的统计年损失达1千多亿美元;估计我国的年损失在300亿元以上。电化学腐蚀与防护问题既有我们日常生活常见到的钢铁生锈、电池的点蚀等问题,也与当前新能源、新材料等领域密切相关。可以说,腐蚀与防护问题存在于国民经济和科学技术的各个领域,不断地提出的新问题促使腐蚀与防护成为一门迅速发展的综合性边缘学科。    引起金属腐蚀的主要原因是:金属表面与周围介质的生物、化学或电化学作用而导致金属被破坏。一 紧固件电化学腐蚀原理(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)=-(正极)铜上可能有如下两种还原反应:(a)    在空气中氧分压 =21 kPa 时:O2+4H++4e- →2H2O;( O2+4H++4e- →2H2O )= V , (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=-(-)=;  没有氧气存在时,电池的电动势E2=0-(-)=。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)2      4Fe(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。 ( =)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-。  (