材料腐蚀原理课件.pptx
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- 材料 腐蚀 原理 课件
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1、腐蚀极化图腐蚀极化图Contents极化原因极化原因极化曲线极化曲线去极化去极化1234极化的原因极化的原因极化现象的本质在于,电子极化现象的本质在于,电子的迁移的迁移( (当阳极极化时电子当阳极极化时电子离开阳极,阴极极化时电子离开阳极,阴极极化时电子流入电极流入电极) )比电极反应及其比电极反应及其有关的连续步骤完成得快有关的连续步骤完成得快一、极化曲线一、极化曲线极化行为通常用极化曲线来描述。极化行为通常用极化曲线来描述。极化曲线是表示电极电位与极化电极化曲线是表示电极电位与极化电流强度流强度I或极化电流密度或极化电流密度i之间关系之间关系的曲线。的曲线。电极在任意一个电流下的极化程度电
2、极在任意一个电流下的极化程度可以用极化率来表示。电位对电流可以用极化率来表示。电位对电流的导数的导数dEc/dIc,dEA/dIA分别称为分别称为阴极和阳极在该电流密度下的阴极和阳极在该电流密度下的极化极化率率。对于处于活化状态的金属,阳极对于处于活化状态的金属,阳极极化程度不大,因此阳极极化曲极化程度不大,因此阳极极化曲线较平坦。如果发生钝化,则阳线较平坦。如果发生钝化,则阳极极化曲线变得很陡。表明极化极极化曲线变得很陡。表明极化程度很大。程度很大。腐蚀极化图腐蚀极化图腐蚀极化图腐蚀极化图假定任何电流下,阴极阳极的极假定任何电流下,阴极阳极的极化率为常数,称为化率为常数,称为Evans图(图
3、(U. R. Evans),S所对应的电位所对应的电位Emix,称为混合电位。由于称为混合电位。由于Emix电位下电位下的金属处于腐蚀状态,故混合电的金属处于腐蚀状态,故混合电位就是金属的位就是金属的自腐蚀电位自腐蚀电位Ecorr,对应的电流称为对应的电流称为腐蚀电流,用腐蚀电流,用Icorr表示表示。腐蚀极化图腐蚀极化图 腐蚀电位是一种不可逆非平衡电位,需由实验测得,腐腐蚀电位是一种不可逆非平衡电位,需由实验测得,腐蚀电流表示蚀电流表示金属腐蚀的速率金属腐蚀的速率,对于均匀腐蚀和局部腐蚀都,对于均匀腐蚀和局部腐蚀都适用适用。阴极极化率阴极极化率阳极极化率阳极极化率二、腐蚀极化图的应用二、腐蚀
4、极化图的应用 腐蚀极化图是研究电化学腐蚀的重要理论工具,利用腐蚀腐蚀极化图是研究电化学腐蚀的重要理论工具,利用腐蚀极化图可以解释腐蚀过程中所发生的现象,分析腐蚀过程极化图可以解释腐蚀过程中所发生的现象,分析腐蚀过程的性质和影响因素,确定腐蚀的主要控制因素,计算腐蚀的性质和影响因素,确定腐蚀的主要控制因素,计算腐蚀速率,研究防腐蚀剂的效果与作用机理等。速率,研究防腐蚀剂的效果与作用机理等。 如前所述,当电流通过电池时,阴、阳极分别发生极化。如前所述,当电流通过电池时,阴、阳极分别发生极化。如果当电流增加时,电极电位的变化很大,表明电极过程如果当电流增加时,电极电位的变化很大,表明电极过程受到的阻
5、碍较大,即电极的极化率较大。反之,当电流增受到的阻碍较大,即电极的极化率较大。反之,当电流增加时,电极电位的变化很小,表明电极过程受到的阻碍较加时,电极电位的变化很小,表明电极过程受到的阻碍较小,即电极的极化率较小。小,即电极的极化率较小。腐蚀极化图的应用腐蚀极化图的应用当体系中有欧姆电阻R时,必须考虑欧姆电位降对腐蚀电池体系的影响。如果R不随电流变化则欧姆电位降与电流成线性关系,图中以直线OB表示。把欧姆电位降直线与阴、阳极极化曲线之一相结合可得到含欧姆电伦降的腐蚀极化图,欧姆电位降:又称欧姆极化。电池或电极通过电流时由于电解液的电阻而引起的电位降。 腐蚀极化图的应用腐蚀极化图的应用忽略欧姆
6、电阻忽略欧姆电阻腐蚀极化图用于分析腐蚀速率的影响因素腐蚀极化图用于分析腐蚀速率的影响因素(1 1)腐蚀速率与腐蚀电池)腐蚀速率与腐蚀电池初始初始电位差电位差的关系:当阴极反应及其的关系:当阴极反应及其极化曲线相同时,如果金属阳极极化曲线相同时,如果金属阳极极化程度较小,金属的平衡电位极化程度较小,金属的平衡电位越低,则腐蚀电他的越低,则腐蚀电他的初始电位差初始电位差越大,腐蚀电流越大越大,腐蚀电流越大。(2 2)极化性能对腐蚀速率的影响)极化性能对腐蚀速率的影响如果腐蚀电池体系中的欧姆电阻如果腐蚀电池体系中的欧姆电阻很小,则电极的极化性能对腐蚀很小,则电极的极化性能对腐蚀速率必然有很大影响。在
7、其他条速率必然有很大影响。在其他条件相同时,极化率越小,其腐蚀件相同时,极化率越小,其腐蚀电流越大,即腐蚀速率越大。电流越大,即腐蚀速率越大。 ( (3)3)去极化剂浓度及配位剂去极化剂浓度及配位剂对腐蚀速率的影响。对腐蚀速率的影响。 当金属的平衡电位高于溶液当金属的平衡电位高于溶液中氢的平衡电位,并且溶液中氢的平衡电位,并且溶液中无其他去极化剂时,腐蚀中无其他去极化剂时,腐蚀电池无法构成,金属不会发电池无法构成,金属不会发生腐蚀,如铜在还原性酸溶生腐蚀,如铜在还原性酸溶液中,但当溶液中合有去极液中,但当溶液中合有去极化剂时,情况则发生了变化。化剂时,情况则发生了变化。用腐蚀极化图分析腐蚀速率
8、控制因素用腐蚀极化图分析腐蚀速率控制因素 影响腐蚀速率的因素有阴、阳极间的初始电位差影响腐蚀速率的因素有阴、阳极间的初始电位差EcEce e-EA-EAe e,阴、阳极极化率,阴、阳极极化率PcPc和和PAPA,以及欧姆电阻,以及欧姆电阻R R。其中,初始电位差是腐蚀的原动力,而。其中,初始电位差是腐蚀的原动力,而PcPc,PAPA和和R R则是腐蚀过程的阻力。在腐蚀过程中如果某一则是腐蚀过程的阻力。在腐蚀过程中如果某一步骤的阻力与其他步骤相比大很多,则这一步骤步骤的阻力与其他步骤相比大很多,则这一步骤对于腐蚀进行的速率影响最大,称其称为腐蚀的对于腐蚀进行的速率影响最大,称其称为腐蚀的控制步骤
9、,其参数称为控制因素。控制步骤,其参数称为控制因素。利用腐蚀极化图可以非常直观地判断腐蚀的控制因素。利用腐蚀极化图可以非常直观地判断腐蚀的控制因素。用腐蚀极化图分析腐蚀速率控制因素用腐蚀极化图分析腐蚀速率控制因素在腐蚀与防护研究过程中,确定某一因素的控制程度是很重要的,在腐蚀与防护研究过程中,确定某一因素的控制程度是很重要的,这可以使我们行针对性地采取措施主动地去影响主控因素、最大这可以使我们行针对性地采取措施主动地去影响主控因素、最大限度地降低腐蚀速率。限度地降低腐蚀速率。例如,对于阴极控制的腐蚀例如,对于阴极控制的腐蚀PcPc(P(PA A+R)+R),任何增大阴极极化率,任何增大阴极极化
10、率PcPc的因素都将对减小腐蚀速率有贡献,而影响阳极极化率的因素的因素都将对减小腐蚀速率有贡献,而影响阳极极化率的因素在一定范围内不会明显影响腐蚀速率。比如金属在冷水中的腐蚀在一定范围内不会明显影响腐蚀速率。比如金属在冷水中的腐蚀通常受氧的阴极还原过程控制,采取除氧的方法降低水中氧分子通常受氧的阴极还原过程控制,采取除氧的方法降低水中氧分子的浓度可以增加阴极极化程度,达到明显的缓蚀效果。对于阳极的浓度可以增加阴极极化程度,达到明显的缓蚀效果。对于阳极控制的腐蚀,有控制的腐蚀,有PAPA(Pc+R)(Pc+R),任何增大阳极极化率,任何增大阳极极化率P PA A的因素都将的因素都将对减小腐蚀速率
11、有贡献;而此时在一定范围内改变影响阴极反应对减小腐蚀速率有贡献;而此时在一定范围内改变影响阴极反应的因素则不会引起腐蚀速率的明显变化。例如,被腐蚀的金属在的因素则不会引起腐蚀速率的明显变化。例如,被腐蚀的金属在溶液中发生钝化,这时的腐蚀是典型的阳极控制。如果在溶液加溶液中发生钝化,这时的腐蚀是典型的阳极控制。如果在溶液加入少量促使钝化的试剂,可以大大降低反应速率;相反,若向溶入少量促使钝化的试剂,可以大大降低反应速率;相反,若向溶液中加入阳极活化剂,可破坏钝化膜,加速腐蚀。液中加入阳极活化剂,可破坏钝化膜,加速腐蚀。分析分析 在计算其控制程度时,首先要知道腐蚀电位在计算其控制程度时,首先要知道
12、腐蚀电位Ecorr和开路和开路时金属在该介质中的平衡电位时金属在该介质中的平衡电位EAe以及阴极反应的平衡电位以及阴极反应的平衡电位ECe,这样才能够计算出阴、阳极的极化电位降这样才能够计算出阴、阳极的极化电位降 Ec和和 EA。例例 25时铁在时铁在pH=7,质量分数为,质量分数为0.03的的NaCl溶液中发生腐溶液中发生腐蚀,测得其腐蚀电位蚀,测得其腐蚀电位Ecorr0.350 V,已知欧姆电阻很小,已知欧姆电阻很小,可以忽略不计,试计算该腐蚀体系中阴、阳极的控制程度可以忽略不计,试计算该腐蚀体系中阴、阳极的控制程度(已知已知E Fe2+/Fe-0.44V, E O2/OH- 0.401V
13、, KspFe(OH)2)1.6510-15,氧气的分压为,氧气的分压为2.13104Pa(0.21atm)。)三、去极化三、去极化 凡是能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的凡是能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的均叫作去极化。能起到这种作用的物质叫作去极均叫作去极化。能起到这种作用的物质叫作去极剂,去极剂也是活化剂。剂,去极剂也是活化剂。 对腐蚀电池阳极极化起去极化作用的叫阳极去极对腐蚀电池阳极极化起去极化作用的叫阳极去极化,对阴极起去极化作用的叫阴极去极化。化,对阴极起去极化作用的叫阴极去极化。 凡是在电极上凡是在电极上能吸收电子的还原反应能吸收电子的还原反应都能起到去都能起到去极化作
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