北京科技大学：《腐蚀与防护》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 腐蚀电化学理论基础 2.3 电化学腐蚀动力学（金属腐蚀动力学）

《腐蚀与防护》課程讲稿—一北京科技大学膚蚀中心环境损伤评估与控制硚究室 第二章腐蚀电化学理论基础 21电化学腐蚀与腐蚀电池 22电化学腐蚀热力学 23电化学腐蚀动力学 24析氢腐蚀和吸氧腐蚀 25金属的钝化 社袁科技学 University of Science lechnology Beiing 11111

2 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.1 电化学腐蚀与腐蚀电池 2.2 电化学腐蚀热力学 2.3 电化学腐蚀动力学 2.4 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 2.5 金属的钝化 第二章 腐蚀电化学理论基础

《腐蚀与防护》倮程饼稿—-北京科技大学腐蚀中心环境损伤评佶与控制研究室 23金属腐蚀动力学 腐蚀速率 极化 混合电位理论 腐蚀极化图及其应用 ·极化曲线 ·极化控制下的腐蚀动力学方程 腐蚀的阳极反应与阴极反应 均匀腐蚀动力学与局部腐蚀动力学 社袁科技学 University of Science lechnology Beiing 11111

3 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.3 金属腐蚀动力学 • 腐蚀速率 • 极化 • 混合电位理论 • 腐蚀极化图及其应用 • 极化曲线 • 极化控制下的腐蚀动力学方程 • 腐蚀的阳极反应与阴极反应 • 均匀腐蚀动力学与局部腐蚀动力学

《腐蚀与防护》課程讲稿—一北京科技大学膚蚀中心环境损伤评估与控制硚究室 为什么要讨论腐蚀动力学 热力学与动力学 热力学——腐蚀倾向,腐蚀的可能? 动力学一—一腐蚀速率,腐蚀的快慢? ·工程实践需要确定腐蚀速率 预测使用寿命 一指导设计(能否使用和如何设计腐蚀裕量 ·热力学数据无法判断腐蚀速率 zn在稀硫酸中:腐蚀倾向大,腐蚀速率大 A、Mg,电位负,腐蚀倾向大,但腐蚀速率 社袁科技学 4 University of Science lechnology Beiing 11111

4 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 为什么要讨论腐蚀动力学 • 热力学与动力学 – 热力学——腐蚀倾向，腐蚀的可能？ – 动力学——腐蚀速率，腐蚀的快慢？ • 工程实践需要确定腐蚀速率 – 预测使用寿命 – 指导设计（能否使用和如何设计腐蚀裕量） • 热力学数据无法判断腐蚀速率 – Zn在稀硫酸中：腐蚀倾向大，腐蚀速率大 – Al、Mg，电位负，腐蚀倾向大，但腐蚀速率小

《腐蚀与防护》課程讲稿—一北京科技大学膚蚀中心环境损伤评估与控制硚究室 2.3.1腐蚀速率 ·重量法 失重 (g 用单位时间和面积的失重或增重表示 gmbh 增重 (g/mh) ·厚度法 每年腐蚀多少深度或厚度 重×8.76 mm/a 厚度变化 (mm/a) ·容量法 单位时间和面积产生的腐蚀气体产物 0 力学(或电胆)性能变化法K=8-0a×100 体现内部损伤,如晶间腐蚀和氢腐蚀 Bi工 University of Science lechnology Beiing 11111

5 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.3.1 腐蚀速率 • 重量法 – 用单位时间和面积的失重或增重表示 – g/m2•h • 厚度法 – 每年腐蚀多少深度或厚度 – mm/a • 容量法 – 单位时间和面积产生的腐蚀气体产物 • 力学（或电阻）性能变化法 – 体现内部损伤，如晶间腐蚀和氢腐蚀 0 1 2 0 (g / m h) W WS t υ − 失重 = ⋅ 2 0 2 0 (g / m h) W WS t υ − 增重 = ⋅ 8.76 D (mm / a) υ ρ × = 失重 厚度变化 0 0 ' B B 100% B Kσ σ σ σ − = ×

《腐蚀与防护》課程讲稿—一北京科技大学膚蚀中心环境损伤评估与控制硚究室 2.3.1腐蚀速率 金属电化学腐蚀:阳极溶解→放出电子 放出的电子输出的电量/溶解的金属 →法拉第( Faraday)定律:电量与溶解物质量的关系 电极上溶解(或析出)每一摩尔物质所需要的电量为96484C →金属的溶解量: Q A It g=元X f n F Q=Xt电量(电流×时间) N=A/m:金属的相对原子质量价数,对于给定金属是已知的 F:法拉第常数,96494Cmol,1mol电子的电量 社袁科技学 6 University of Science lechnology Beiing 11111

6 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.3.1 腐蚀速率 金属电化学腐蚀: 阳极溶解→放出电子 放出的电子 输出的电量 溶解的金属 →法拉第（Faraday）定律 : 电量与溶解物质量的关系 电极上溶解（或析出）每一摩尔物质所需要的电量为96484C →金属的溶解量： Q＝I×t 电量（电流×时间） N＝A / n：金属的相对原子质量/价数，对于给定金属是已知的 F：法拉第常数，96494 C/mol，1mol电子的电量 Q A It g N Fn F⋅ ∆ =×= ×

《腐蚀与防护》課程讲稿—一北京科技大学膚蚀中心环境损伤评估与控制硚究室 2.3.1腐蚀速率 单位时间内,单位面积上的金属失重为: △gt.N1(/S)·Ni.N 失重S·t F i电流密度mAm2 腐蚀电池的电流密度越大,金属腐蚀速率越大 我们了解了腐蚀速率与腐蚀电流密度的关系,那么实际 的腐蚀速率究竟如何呢? 我们看个例子 社袁科技学 7 University of Science lechnology Beiing 11111

7 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.3.1 腐蚀速率 • 单位时间内，单位面积上的金属失重为： – i 电流密度 mA/cm2 – 腐蚀电池的电流密度越大，金属腐蚀速率越大 • 我们了解了腐蚀速率与腐蚀电流密度的关系，那么实际 的腐蚀速率究竟如何呢？ ——我们看个例子 g It N I S N i N 1 (/ ) St F St F F υ ∆ ⋅ ⋅⋅ = = ⋅= = ⋅ ⋅ 失重

《腐蚀与防护》課程讲稿—一-北京科技大学腐蚀中心环境损伤評估与控制硚究室 2.3.2极化现象 假设一个腐蚀电池:Zn|3% Nacl cu En=-0.76V,ECn=+0.04V, 电池系统电阻R=230g K断开,开路时,Ⅰ0,只有腐蚀倾向 Zn Cu ·K合上,短路,腐蚀电池形成 3%NaCl 瞬间:1=△E/R=(EC一Ea)/R=3mA 但是,几秒~几分钟后:电流逐渐减小并达到稳定 =0.2mA=1/17D R没有改变,△E=(ECu-Ezn)减小 电极上有净电流通过时,原电池电位差变小, 电极电位发生偏离 社营科故学 极化现象。 Universit of Science Technology Bejin

8 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.3.2 极化现象 • 假设一个腐蚀电池：Zn | 3%NaCl | Cu – E0Zn= －0.76V, E0Cu= ＋0.04V, – 电池系统电阻 R＝230Ω • K断开，开路时，I→0，只有腐蚀倾向 • K合上，短路，腐蚀电池形成 – 瞬间：I0＝ΔE / R=（ E0Cu －E0Zn）/ R＝3.5mA – 但是，几秒～几分钟后：电流逐渐减小并达到稳定 – I稳＝0.2mA＝1/17 I0 – R没有改变， ΔE =(ECu－EZn)减小 Cu Zn 3％NaCl A K 电极上有净电流通过时，原电池电位差变小， 电极电位发生偏离 ——极化现象

《腐蚀与防护》課程讲稿—一-北京科技大学腐蚀中心环境损伤評估与控制硚究室 2.3.2极化现象 E e 朋极极化 极化过程 阳极极化 E Eae 接通前接通后 e Cu E 3%NaCl E 接通前接通后 社袁科技学 9 University of Science lechnology Beiing 11111

9 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 接通前 接通后 Ece Ec Ea Eae E0 ηc ηa 接通前 接通后 Ece Ec Ea Eae t 极化过程 阴极极化 阳极极化 t/s 2.3.2 极化现象 Cu Zn 3％NaCl A K

《腐蚀与防护》課程讲稿—一北京科技大学膚蚀中心环境损伤评估与控制硚究室 2.32极化现象 电极极化定义:当电极上有净电流通过时,引起 电极电位偏离平衡电位的现象 电极反应的过电位: 为了表示电位偏离平衡电位的程度,把某一极化电流密度 下的电极电位E与其平衡电极电位E间之差的绝对值称为 该反应的过电位,以刀表示。 极:E>Eea,7a=Ea2E8 阴极 E<EE C C c C-Ec 社袁科技学 10 University of Science lechnology Beiing 11111

10 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 – 电极极化定义：当电极上有净电流通过时，引起 电极电位偏离平衡电位的现象 – 电极反应的过电位： 为了表示电位偏离平衡电位的程度，把某一极化电流密度 下的电极电位E与其平衡电极电位Ee间之差的绝对值称为 该反应的过电位，以η表示。 阳极： Ea>Eea， ηa ＝ Ea-Eea 阴极 ： Ec<Eec， ηc ＝Eec -Ec 2.3.2 极化现象

《腐蚀与防护》課程讲稿—一-北京科技大学腐蚀中心环境损伤評估与控制硚究室 2.3.2极化现象 阳极极化:通过电流时阳极电位向正方向移动的 现象 阴极极化:通过电流时阴极电位向负方向移动的 现象 ·极化作用使电池两电极间电位差减小、电流强度 降低,从而减缓了腐蚀速率 极化是决定腐蚀速率的主要因素 社袁科技学 11 University of Science lechnology Beiing 11111

11 《腐蚀与防护》课程讲稿——北京科技大学腐蚀中心环境损伤评估与控制研究室 2.3.2 极化现象 • 阳极极化：通过电流时阳极电位向正方向移动的 现象 • 阴极极化：通过电流时阴极电位向负方向移动的 现象 • 极化作用使电池两电极间电位差减小、电流强度 降低，从而减缓了腐蚀速率 • 极化是决定腐蚀速率的主要因素