《工程化学》课程教学资源_课件2020版_3-1 电化学基础（2）

归东理王大溪 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第三节全属的腐蚀 全属腐蚀的善遍性与危害 全属和周围介质发生化学或电化学作用而引起的 变质和破坏叫全属腐蚀。 全属腐蚀是自发的过程，腐蚀现象十分善遍。 全属腐蚀直接或问接地造成巨大的经济损失，估计 世界上每年由于腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产 量的25%左右，甚至还会引起停工停产、环境污染、 危及人身安全等严重的事故。但全属腐蚀有时也会给人 类带来加工方便等可利用之处

1 - 1 - 金属腐蚀直接或间接地造成巨大的经济损失，估计 世界上每年由于腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产 量的 25% 左右，甚至还会引起停工停产、环境污染、 危及人身安全等严重的事故。但金属腐蚀有时也会给人 类带来加工方便等可利用之处。 第三节 金属的腐蚀 金属腐蚀的普遍性与危害 金属和周围介质发生化学或电化学作用而引起的 变质和破坏叫金属腐蚀。 金属腐蚀是自发的过程，腐蚀现象十分普遍

力东理王大溪 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 全属腐蚀的分类 根据全属腐蚀过程的 不同特点，可将其主要划 分为三大类： 化学腐蚀 电化学腐蚀 生物腐蚀 全属管线被腐蚀产生许多小洞 -2-

2 - 2- 根据金属腐蚀过程的 不同特点，可将其主要划 分为三大类： 金属腐蚀的分类 化学腐蚀 电化学腐蚀 生物腐蚀 金属管线被腐蚀产生许多小洞

归东理王大溪 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 一、化学腐蚀 单纯由化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀。 它发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，在腐 蚀过程中不产生电流。 例如电气绝缘油、润滑油、液压油以及干燥的空 气中的O,HS,S02,CL)等物质与电气、机械设备 中的全属接触时，在全属表面生成相应的氧化物、硫 化物、氯化物等，都属于化学腐蚀。 -3-

3 - 3- 一、化学腐蚀 例如电气绝缘油、润滑油、液压油以及干燥的空 气中的 O2，H2S，SO2，Cl2 等物质与电气、机械设备 中的金属接触时，在金属表面生成相应的氧化物、硫 化物、氯化物等，都属于化学腐蚀。 单纯由化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀。 它发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，在腐 蚀过程中不产生电流

力东理王大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 全属与高温水蒸气反应 全属与高温水蒸气也能发生反应，这是造成锅炉和 管道严重腐蚀的重要原因之一： Fe HO(g) FeO H. 2 Fe 3 H2O(g)=Fe2O3 +3 H2 3 Fe 4 HO(g)=-Fe;O4+4 H2 在反应中生成一层由Fe0,Fe203,Fe304组成的 氧化皮，同时还产生了氢气

4 - 1 - 金属与高温水蒸气也能发生反应，这是造成锅炉和 管道严重腐蚀的重要原因之一： 金属与高温水蒸气反应 Fe + H2O(g) FeO + H2 2 Fe + 3 H2O(g) Fe2O3 + 3 H2 3 Fe + 4 H2O(g) Fe3O4 + 4 H2 在反应中生成一层由 FeO，Fe2O3，Fe3O4 组成的 氧化皮，同时还产生了氢气

力东理王大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 脱碳现象 钢铁中的渗碳体(F,C)还可以与高温水蒸气反应， 产生脱碳现象： Fe2C +H2O(g) 3Fe +CO H2 这些反应都是可逆反应。在高温下，量然正反应的 △G值比常温时有所增加，但仍远小于季，即平衡强 烈地偏向右边。 -1

5 - 1 - 钢铁中的渗碳体(Fe3C)还可以与高温水蒸气反应， 产生脱碳现象： 脱碳现象 Fe3C + H2O(g) 3 Fe + CO + H2 这些反应都是可逆反应。在高温下，虽然正反应的 Δ rGm 值比常温时有所增加，但仍远小于零，即平衡强 烈地偏向右边

氯脆 力东理王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 在漆碳休与水蒸气的反应中，浓碳体从邻近的尚末 反应的区域不断迁移到钢铁表面，使钢材内部的下C 逐渐减少，形成脱球层。 氧化层 脱碳层 工件 工作表面氧化脱碳层 由于脱碳反应及其它氧化还原反应生成的氢因扩散 渗入钢铁内部，使钢铁产生脆性，这就是所谓的氯脆。 钢的脱碳和氢脆会造成钢的表面硬度和内部强度的降低， 造成危害。 1-

6 - 1 - 在渗碳体与水蒸气的反应中，渗碳体从邻近的尚未 反应的区域不断迁移到钢铁表面，使钢材内部的 Fe3C 逐渐减少，形成脱碳层。 氢脆 工作表面氧化脱碳层 脱碳层 工 件 氧化层 由于脱碳反应及其它氧化还原反应生成的氢因扩散 渗入钢铁内部，使钢铁产生脆性，这就是所谓的氢脆。 钢的脱碳和氢脆会造成钢的表面硬度和内部强度的降低， 造成危害

归东理王大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 二、电化学腐蚀 1.腐蚀电池 由于形成了原电池而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。 全属的电化学腐蚀与原电池作用在原理上设有本 质的区别。但通常把引起腐蚀的原电池称为腐蚀电池。 习惯上把腐独电池中发生氧化（即失电子）反应的电 极称为阳极，阳极是电极电势较小的电对，其还原态 易失电子；把发生还原（即得电子）反应的电极称为 阴极，阴极是电极电势较大的电对，其氧化态易得电 子

7 - 1 - 二、电化学腐蚀 金属的电化学腐蚀与原电池作用在原理上没有本 质的区别。但通常把引起腐蚀的原电池称为腐蚀电池。 由于形成了原电池而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。 习惯上把腐蚀电池中发生氧化(即失电子)反应的电 极称为阳极，阳极是电极电势较小的电对，其还原态 易失电子；把发生还原（即得电子）反应的电极称为 阴极，阴极是电极电势较大的电对，其氧化态易得电 子。 1. 腐蚀电池

力东理王大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电化学腐蚀，常见的有析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 2.析氢腐蚀 在酸洗或用酸浸蚀某种软活泼全属的工艺过程中 常发生析氢腐蚀。特别是当钢铁制件暴露于潮湿空气 中时，由于表面的吸附作用，就使钢铁表面覆盖了一 层极薄的水膜。此时铁（相对活泼的全属）作为腐蚀 电池的阳极发生失电子的氧化反应；氧化皮、碳或其 他比铁不话泼的杂质作阴极，H+在这里接受电子发生 得电子的还原反应：

8 - 1 - 2. 析氢腐蚀 在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的工艺过程中 常发生析氢腐蚀。特别是当钢铁制件暴露于潮湿空气 中时，由于表面的吸附作用，就使钢铁表面覆盖了一 层极薄的水膜。此时铁（相对活泼的金属）作为腐蚀 电池的阳极发生失电子的氧化反应；氧化皮、碳或其 他比铁不活泼的杂质作阴极，H＋在这里接受电子发生 得电子的还原反应： 电化学腐蚀，常见的有析氢腐蚀和吸氧腐蚀

归东理王大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 有利于析氢腐蚀的环境 工厂附近的空气中含有较多的C02,NO,S0,等 酸性气体，水膜中将存在下列平衡： C02+H0±HC03 H+HCO3 SO,+H2O-H2SO3 H+HSO; 2NO2+H2O=HNO3+HNO22H+NO3+NO2 3 NO2+H2O=2 HNO3+NO HNO3≥H+NO3 -1-

9 - 1 - 工厂附近的空气中含有较多的 CO2，NO2，SO2 等 酸性气体，水膜中将存在下列平衡： 有利于析氢腐蚀的环境 CO2 + H2O H2CO3 H + + HCO3 - SO2 + H2O H2SO3 H + + HSO3 - 2 NO2 + H2O HNO3 + HNO2 2 H + + NO3 - + NO2 - HNO3 H + + NO3 - 3 NO2 + H2 O 2 HNO3 + NO

归东理工大溪 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 由于氧离子的浓度较火，有可能发生折童腐独， 使铁被腐独生成F心2+。 在pH较高时能以Fe(OH),沉成析出，并进一步氧 化成Fε(OH)。随着湿度的升高，磨蚀将加剧进行。 在中性惊液中【H)=107molL],根据能斯持方程 式计算得： EHH,)=0.0V+0.059 (10-7)2]V=-0.414V 2 铁[以c(Fe2+)=106 mol L-1计]的电极电势为-0.587V E(H+/H,)>E(Fe2+/Fe)

10 - 1 - 由于氢离子的浓度较大，有可能发生析氢腐蚀， 使铁被腐蚀生成 Fe 2＋ 。 在 pH 较高时能以 Fe(OH)2 沉淀析出，并进一步氧 化成 Fe(OH)3。随着温度的升高，腐蚀将加剧进行。 在中性溶液中 [c(H+ ) = 10–7 mol·L–1 ]，根据能斯特方程 式计算得： lg(10 ) ] V 0. 414 V 2 0.059 (H /H ) [0.0 V 7 2 2 = + = − + − E 铁 [ 以 c(Fe 2＋) =10–6 mol·L–1 计] 的电极电势为 –0. 587 V E(H+ /H2 ) ＞ E(Fe 2＋/Fe)