当前位置:文档之家› 阴极保护原理

阴极保护原理


联 系
通常两种腐蚀同时存在,但以后者更普遍。
㈡ 钢铁腐蚀的防护:
⒈ 改变金属的内部组织结构:如将Cr、Ni等金属加进钢 里制成合金钢。
例6: 2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港 币购回在火烧圆明园时流失的国宝:铜铸的牛首、猴 首和虎首,普通铜器时间稍久容易出现铜绿,其主要 成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈,下列对起原因的分 析,最可能的是 ( D )
Fe - 2e- = Fe2+
Fe - 2e- = Fe2+
总反应
2H+ + 2e- = H2↑ O2+2H2O+4e-=4OHFe+ 2H+ = Fe2++ H2↑ Fe2++2OH-=Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3 4Fe(OH)3=Fe2O3· 2O(铁锈)+(3-x)H2O xH
电极反应 电极质量变化
Nm+ + me- = N (还原反应) 增大或不变
M - ne- = Mn+ (氧化反应) 减小或不变
离子移动方向 阳离子移向该极 阴离子移向该极
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
比较项目 发生条件 共同点 是否构成 原电池 有无电流
化学腐蚀
金属跟接触到的物质直 接发生化学反应
电化学腐蚀
埋地钢质管道 腐蚀与防护
1.金属材料的腐蚀与防护
1.1 概述
1、腐蚀概念
腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生 作用而引起材料的变质和破坏。

材料 环境介质

发生作用
所以说: 腐蚀问题无处不在。
材料腐蚀分类
分类依据
材料类型 金属材料腐蚀 非金属材料腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 高温腐蚀 常温腐蚀
腐蚀机理
在任何腐蚀介质中都可能发生; 性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关系; 裂纹往往是多源的。 防止办法: 正确选材;合理设计、改进制造工艺 和结构设计 应避免应力集中;改善介质条件;电化学保护。
③ 磨损腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
流体介质与金属之间或金属零件间的相对运动 引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现象,简称磨蚀。 磨蚀又可分为: 湍流腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理 应力腐蚀的机理:
阳极溶解机理:应力腐蚀裂纹的形成与扩展是 阳极通道的形成与其延伸的过程。
氢脆机理:阴极析氢反应在金属表面形成的吸 附氢原子渗入内部引起氢脆,是导致应力腐蚀 的主要原因。
1.2 腐蚀与防护基本原理 防止办法:
正确选材: 避免构成应力腐蚀体系,减轻应力腐蚀的 敏感性。
3.电化学保护法
——牺牲阳极的阴极保护法
原理 : 形成原电池反应时,让被保护金属做正极,不反 应,起到保护作用;而活泼金属反应受到腐蚀。
牺牲阳极的阴极保护法示意图
牢记形成原电池的四个条件:
①必须自发进行氧化还原反应 ②两个活动性不同的金属或金属和非金属 (如石墨)做电极。 ③电解质溶液。 ④形成闭合回路
判断金属腐蚀快慢的规律
不纯的金属或合金,在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀,活泼 金属因被腐蚀而损耗,金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关:
1)与构成微电池的材料有关,两极材料的活动性差别越大,
电动势越大,氧化还原反应的速度越快,活泼金属被腐蚀的速度就 越快;
2)与金属所接触的电解质强弱有关,活泼金属在电解质溶液
方 法:
金属的防护
1.改变金属的内部组织结构(如制不锈钢) 2.在金属表面覆盖保护层: (1)在表面刷一层油漆; (2)在表面涂上机油; (3)在表面镀一层其他耐腐蚀金属; (4)在表面烧制搪瓷 ; (5)使金属表面形成致密的氧化膜 。 3.电化学保护法 : (1)牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理接 一个更活泼的金属) (2)外加电流的阴极保护法(电解池原理)
电偶腐蚀形态:两种金属在同一介质中接触,腐蚀电 位不相等,便有电偶电流流动,电位较低金属局部腐 蚀,电位较高的金属,溶解速度减小。亦称接触腐蚀 或双金属腐蚀。 防止办法: 正确选取材料,选取电偶序中相距较近的合金; 消除面积效应,减小阴极面积; 添加环缓蚀剂。
1.2 腐蚀与防护基本原理
② 小孔腐蚀
析氢腐蚀
电化腐蚀 (常见普遍) 吸氧腐蚀
4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 条 水膜呈酸性。 件 CO2+H2OH2CO3 H++HCO 3吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱。
电 负极Fe(- ) Fe-2e=Fe2+ 2Fe-4e=2Fe2+ 极 O2+2H2O+4e=4OH正极C(+) 2H++2e=H2↑ 反 应 总反应: Fe+2H+=Fe2+↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · 2O nH (铁锈)
晶间腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
⑤ 选择性腐蚀
含有不同成分的金属材料,在一定的条件下,其中一
部分元素被腐蚀浸出,只剩下其余组分构成的海绵状 物质,强度和延性丧失,称为选择性腐蚀,例如黄铜 在腐蚀介质中被锌浸出,灰口铸铁脱铁。 腐蚀形态:多元合金在电解质溶液中由于组元之间化 学性质的不均匀,构成腐蚀电池。
1.2 腐蚀与防护基本原理
④ 晶间腐蚀
金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发 生腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。
腐蚀形态:腐蚀从表面沿着晶界深入内部,外表看不出腐 蚀迹象,可用金相显微镜看出呈网状腐蚀,失去强度。 贫化理论:晶界与晶内的电极电位的形成,形成一晶界区 为阳极,晶粒本体为阴极的腐蚀微电池。 控制办法:材料本身的成分和组织。奥氏体不锈钢敏化型 晶间腐蚀为例: 降低钢的含碳量; 稳定化处理; 重新固溶处理。
吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多
钢铁表面形成的微小原电池示意图
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
知识总结
㈠. 金属腐蚀
1、 金属腐蚀:是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学
反应(氧化—还原)而腐蚀损耗的过程。 金属阳离子
失e2、 金属腐蚀的本质: 金属原子 氧化反应
化学腐蚀 3、 金属腐蚀的类型
A. 它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金; B. 环境污染日趋严重,它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去; C. 铜的金属活动性比氢小,因此不宜被氧化; D. 它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金;
2.金属表面覆盖保护层 如油漆、油脂等,电镀(Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化 物薄膜)作保护层。 原理: 隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。
小孔腐蚀形态:金属表面局部出现向深处发展的腐蚀小孔, 其余地区不被腐蚀或者只有轻微腐蚀,也称孔蚀或点蚀。 控制办法: 合金的成分和组织:孔蚀的敏感性与合金的成分、组织 以及冶金质量有密切的关系。
介质的组成和状况:尽量降低介质中卤素。
缓蚀剂:硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。 阴极保护:金属电极电位控制在孔蚀保护电位以下。
电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀
一、原电池
把化学能转化为电能的装置。
构成原电池的基本条件是什么?
(1)必须自发进行氧化还原反应 (2)必须有两种活泼性不同的导电材料作电极; (3)两个电极必须插入电解质溶液中或熔融
的电解质中; (4)两个电极必须相连并形成闭合回路。
原电池正负极的比较
比较项目 电子流动方向 金属活泼性 正极 电子流入 相对不活泼 负极 电子流出 相对活泼
1.2 腐蚀与防护基本原理
(1)全面腐蚀
特征:腐蚀分布在整个金属表面,结果使金属 构件截面尺寸减小,直至完全破坏。 控制:
合理选材、留有裕量; 施加保护性覆盖层; 缓蚀剂; 电化学保护。
1.2 腐蚀与防护基本原理 (2)局部腐蚀
腐蚀集中在金属表面局部地区,而其它与防护基本原理
(3)应力作用下的腐蚀
① 应力腐蚀开裂:
腐蚀和拉应力同时作用下使金属产生破裂,称为应力 腐蚀。大致过程为:金属表面生成的保护膜在拉应力作用 下产生局部腐蚀,产生孔蚀或缝隙腐蚀,孔蚀或缝隙腐蚀 一方面向纵深发展,一方面由于拉应力作用使缝隙两端的 膜反复破裂,腐蚀沿着与拉应力垂直的方向前进,造成裂 缝 严重时发生断裂。 发生的三个必要条件:敏感的合金、特定的介质和一定的 静应力。
空泡腐蚀
摩振腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
(4)微生物腐蚀
由于介质中存在着某些微生物而使金属的腐蚀过程加 速的现象,称之为微生物腐蚀,也简称为细菌腐蚀。并非 微生物本身对金属的腐蚀,而是它们生命活动的结果直接 或间接地对金属腐蚀过程产生影响。
① 影响主要体现在以下几个方面:

代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物。 改变环境介质条件。如:pH值、溶解氧等。 影响电极极化过程。 破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。
1.2 腐蚀与防护基本原理
③ 缝隙腐蚀
缝隙腐蚀形态:腐蚀发生在缝隙内。 发生和发展机理与孔蚀很相似,存在缝隙是表面缺陷, 缝隙内是缺氧区,成为阳极而迅速被腐蚀。 防止办法:消除缝隙。 尽可能避免形成缝隙和积液的死角。 对不可避免的缝隙,要采取相应的保护措施。 尽量控制介质中溶解氧的浓度,使溶氧浓度低于 5×10-6mol/L,这样在缝隙处就很难形成氧浓差电池。
全面腐蚀与局部腐蚀比较
项目 腐蚀形貌 腐蚀电池 全面腐蚀 局部腐蚀
腐蚀分布在整个金属表面上 腐蚀集中在一定的区域 阴阳极在表面上随机变化, 阴阳极在宏观上可分辨 且不可分辨
电机面积 腐蚀产物
阳极面积等于阴极面积 可能对金属具有保护作用
相关主题