化學腐蝕與電化學腐蝕知識點整理

　　在平日的學習中，是不是經(jīng)常追著老師要知識點？知識點是知識中的最小單位，最具體的內(nèi)容，有時候也叫“考點”。掌握知識點是我們提高成績的關(guān)鍵！以下是小編為大家收集的化學腐蝕與電化學腐蝕知識點整理，歡迎大家分享。

　　金屬腐蝕的現(xiàn)象十分復(fù)雜，根據(jù)金屬腐蝕的機理不同，通�？煞譃榛瘜W腐蝕和電化學腐蝕兩大類。

　　1 化學腐蝕

　　金屬材料與干燥氣體或非電解質(zhì)直接發(fā)生化學反應(yīng)而引起的破壞稱化學腐蝕。鋼鐵材料在高溫氣體環(huán)境中發(fā)生的腐蝕，通常屬化學腐蝕，在生產(chǎn)實際中常遇到以下類型的化學腐蝕。

　　a、鋼鐵的高溫氧化

　　鋼鐵材料在空氣中加熱時，鐵與空氣中的02發(fā)生化學反應(yīng)，在570℃以下反應(yīng)如下：

　　3Fe + 202 Fe304

　　生成的Fe304是一層藍黑色或棕褐色的致密薄膜，阻止了O2與Fe的繼續(xù)反應(yīng)，起了保護膜的作用。在570℃t22_k生成以FeO為主要成分的氧化皮渣，反應(yīng)如下：2Fe + O2 2FeO

　　生成的FeO是一種既疏松又極易龜裂的物質(zhì)，在高溫下O2可以繼續(xù)與Fe反應(yīng)，而使腐蝕向深層發(fā)展。

　　不僅空氣中的氧氣會造成鋼鐵的高溫氧化，高溫環(huán)境中的CO2，水蒸氣也會造成鋼鐵的高溫氧化，反應(yīng)如下：

　　Fe + CO2 FeO + CO；Fe + H2O FeO + H2

　　溫度對鋼鐵高溫氧化影響極大，溫度升高，腐蝕速率顯著增加，因此，鋼鐵材料在高溫氧化性介質(zhì)（O2，C02，H20等）中加熱時，會造成嚴重的氧化腐蝕。

　　b、鋼的脫碳

　　鋼中含碳量的多少與鋼的性能密切相關(guān)。鋼在高溫氧化性介質(zhì)中加熱時，表面的C或Fe3C極易與介質(zhì)中O2，C02，水蒸氣，H2等發(fā)生反應(yīng)：

　　Fe3C（C） + 1/2O2 3Fe + CO； Fe3C（C） + C02 3Fe + 2CO；

　　Fe3C（C） + H20 3Fe + CO + H2； Fe3C（C） + 2H2 3Fe + CH4

　　上述反應(yīng)使鋼鐵工件表面含碳量降底，這種現(xiàn)象稱為"鋼的脫碳"。鋼鐵工件表面脫碳后硬度和強度顯著下降，直接影響零件的使用壽命，情況嚴重時，零件報廢，給生產(chǎn)造成很大的損失。

　　c、氫脆

　　含氫化合物在鋼材表面發(fā)生化學反應(yīng)，例如：

　　酸洗反應(yīng)： FeO + 2HCl = FeCl2 + H20

　　Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H

　　硫化氫反應(yīng)： Fe + H2S = FeS + 2H

　　高溫水蒸氣氧化： Fe + H20 = FeO + 2H

　　這些反應(yīng)中產(chǎn)生的氫，初期以原子態(tài)存在，原子氫體積小，極易沿晶界向鋼材的內(nèi)部擴散，使鋼的晶格變形，產(chǎn)生強大的應(yīng)力，降低了韌性，引起鋼材的脆性。這種破壞過程稱為"氫脆"。合成氨，合成甲醇，石油加氫等含氫化合物參與的工藝中，鋼鐵設(shè)備都存在著氫脆的危害，特別對高強度鋼鐵構(gòu)件的危害更應(yīng)引起注意。

　　d、高溫硫化

　　鋼鐵材料在高溫下與含硫介質(zhì)（硫，硫化氫等）作用，生成硫化物而損壞的過程稱"高溫硫化"，反應(yīng)如下：

　　Fe + S = FeS ； Fe + H2S = FeS + H2

　　高溫硫化反應(yīng)一般在鋼鐵材料表面的晶界發(fā)生，逐步沿晶界向內(nèi)部擴展，高溫硫化后的構(gòu)件，機械強度顯著下降，以至整個構(gòu)件報廢。在采油，煉油及高溫化工生產(chǎn)中，常會發(fā)生高溫硫化腐蝕，應(yīng)該引起注意。

　　e、鑄鐵的腫脹

　　腐蝕性氣體沿鑄鐵的晶界，石墨夾雜物和細微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部并發(fā)生化學作用，由于所生成的.化合物體積較大，因此，不僅引起鑄鐵構(gòu)件機械強度大大降低，而且構(gòu)件的尺寸也顯著增大，這種破壞過程稱為"鑄鐵的腫脹"。實踐證明，加熱的最高溫度超過鑄鐵的相變溫度時，腫脹現(xiàn)象會大大加強。

　　陽極反應(yīng)：Fe — 2e = Fe2+

　　陰極反應(yīng)：2H+ + 2e = H2

　　水膜中H+在陰極得電子后放出H2，H20不斷電離，OH—濃度升高并向整個水膜擴散，使Fe2+與OH—相互結(jié)合形成Fe（OH）2沉淀。Fe（OH）2還可繼續(xù)氧化成Fe（OH）3：

　　4Fe（OH）2 + 2H20 + O2 = 4Fe（OH）3

　　Fe（OH）3可脫水形成nFe203·mH20，nFe203·mH20是鐵銹的主要成分。由于這種腐蝕有H2析出，故稱為"析氫腐蝕"。

　　水溶液中通常溶有O2，它比H+離子更容易得到電子，在陰極上進行反應(yīng)。陰極反應(yīng)： 02 + 2H20 + 4e = 40H—

　　陽極反應(yīng)： Fe — 2e = Fe2+

　　陰極產(chǎn)生的OH—及陽極產(chǎn)生的Fe2+向溶液中擴散，生成Fe（OH）2，進一步氧化生成Fe（OH）3，并轉(zhuǎn)化為鐵銹。這種腐蝕稱為吸氧腐蝕。

　　在較強酸性介質(zhì)中，由于H+濃度大，鋼鐵以析氫腐蝕為主；在弱酸性或中性介質(zhì)中，發(fā)生的腐蝕是吸氧腐蝕。

　　2 電化學腐蝕

　　a、電化學腐蝕是指金屬或合金接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬被氧化而有電流伴生的腐蝕，叫做電化學腐蝕。

　　[電化腐蝕的原理] 以鋼鐵在空氣中生銹為例，鋼鐵在潮濕空氣里，其表面因吸附作用而覆蓋一層極薄的水膜、水微弱電離產(chǎn)生少量H+和OH—，同時由于空氣中CO2的溶解，水里H+增多：

　　H2O+CO2H2CO3H++HCO3—

　　這樣表面就形成了一層電解質(zhì)溶液薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和雜質(zhì)或碳就形成了無數(shù)微小原電池。其中鐵為負極，碳為正極，發(fā)生原電池反應(yīng)：

　�。ā�）Fe—2e=Fe2+ （+）2H++2e=2H

　　2H=H2↑

　　隨著H+濃度的降低，水的電離平衡向右移，OH—濃度逐漸增大，則OH—與Fe2+結(jié)合生成Fe（OH）2。

　　Fe2++2OH—=Fe（OH）2↓ Fe（OH）2被空氣中氧所氧化生成氫氧化鐵4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3↓

　　這樣鋼鐵表面即產(chǎn)生了鐵銹。上述這種腐蝕過程中有氫氣放出，叫做析氫腐蝕。

　　析氫腐蝕是在較強的酸性介質(zhì)中發(fā)生的，如果鋼鐵表面形成的電解質(zhì)薄膜，呈很弱的酸性或中性時，負極仍是鐵被氧化成Fe2+，而在正極的主要反應(yīng)則是水膜里溶解的氧氣得電子被還原：（—）Fe—2e=Fe2+ （+）2H2O+O2+4e=4OH—這種由于空氣里氧氣的溶解促使鋼鐵的腐蝕，叫做吸氧腐蝕。實際鋼鐵等金屬的腐蝕主要是這種吸氧腐蝕。

　　影響金屬電化學腐蝕的因素很多，首先是金屬的性質(zhì)，金屬越活潑，其標準電極電勢越低，就越易腐蝕。有些金屬，例如Al，Cr等，雖然電極電勢很低，但可生成一層氧化物薄膜，緊密地覆蓋在金屬表面上，阻止了腐蝕繼續(xù)進行。如果氧化膜被破壞，則很快被腐蝕。其次，金屬所含的雜質(zhì)如果比金屬活潑，則形成的微電池，以金屬為陰極便不易被腐蝕。如果雜質(zhì)比金屬不活潑，則金屬成為微電池的陽極而被腐蝕。

　　b、土壤腐蝕

　　土壤是一類具有毛細管的多孔性物質(zhì)，空隙中充滿了空氣和水，土壤中含有的鹽類溶解在水中，成為電解質(zhì)溶液，因此，埋設(shè)在土壤中的油，氣，水管道及金屬設(shè)備，具備了形成電化學腐蝕的條件而發(fā)生腐蝕損壞，以致管道穿孔，漏水，漏油，漏氣，電訊發(fā)生故障，造成嚴重危害。而且這些管線埋設(shè)在地下，檢修十分困難，給國民經(jīng)濟造成嚴重損失。

　　土壤腐蝕是一種情況比較復(fù)雜的腐蝕過程。土壤中各部分含氧量不同，不同區(qū)域土壤的不均勻性，金屬零件或管材在土壤中埋沒的深度不同，土壤的溫度，酸度，含鹽量，透氣性，溫度等情況的差異，均影響腐蝕電池的工作特性，甚至土壤中的微生物對金屬腐蝕也有影響。因此，埋設(shè)在地下的設(shè)備及管道必須采取嚴格的防腐蝕措施，以盡量減少損失。

　　c、海水腐蝕

　　海水是含鹽濃度極高的天然電解質(zhì)溶液，金屬結(jié)構(gòu)部件在海水中的腐蝕情況，除一般電化學腐蝕外，還有其特殊性。

　�。�1）氯離子是具有極強腐蝕活性的離子，以致使碳鋼，鑄鐵，合金鋼等材料的表面鈍化失去作用，甚至對高鎳鉻不銹鋼的表面鈍化狀態(tài)，也會造成嚴重腐蝕破壞。

　�。�2）海浪的沖擊作用，對構(gòu)件表面電解質(zhì)溶液起了攪拌和更新作用，同時海浪的沖涮使已銹蝕的銹層脫落，加速了腐蝕的進度。

　�。�3）金屬結(jié)構(gòu)部件表面海生生物的生長（如船舷的水下部分）能嚴重破壞原物體的保護層 （如油漆）使構(gòu)件受到腐蝕破壞，同時海生生物的代謝產(chǎn)物（含有硫化物）使金屬構(gòu)件的腐蝕環(huán)境進一步惡化，導致了腐蝕作用的加劇。

　　由于一般電化學腐蝕因素及上述情況的綜合影響，浸人海水中的金屬結(jié)構(gòu)部件最嚴重的腐蝕區(qū)域分布在較水線略高的水的毛細管上升區(qū)域，在這個區(qū)域多種加速腐蝕因素同時作用著，造成了十分嚴重的腐蝕后果。

　　不僅是浸人海水中的金屬結(jié)構(gòu)部件受到嚴重的腐蝕，在沿海地區(qū)安置的金屬結(jié)構(gòu)部件受大氣中的潮濕鹽霧的影響，也會受到十分嚴重的腐蝕。

　　鈦，鋯，鈮，鉭是一類很好的耐海水腐蝕材料，但價格昂貴，使用受到一定的限制。

　　d、常見的局部腐蝕材料及設(shè)備是一個協(xié)作運作的整體，某一區(qū)域的局部破壞將導致整個設(shè)備的運行故障，甚至造成整個設(shè)備的報廢，特別是飛機，海輪，海上鉆井平臺機械等，由于局部破壞會造成不堪設(shè)想的后果，因此，局部腐蝕是最危險的一類腐蝕，務(wù)必引起工程技術(shù)人員的密切關(guān)注。常見的局部腐蝕有以下幾種：

　�。�1）電偶腐蝕 異種金屬在同一電解質(zhì)中接觸，由于金屬各自的電勢不等構(gòu)成腐蝕電池，使電勢較低的金屬首先被腐蝕破壞的過程，稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。例如，某一鐵制容器以鍍錫保護，表層的錫被擦傷后造成Sn—Fe原電池的破壞，其中（Fe2+/Fe3+）較低，鐵為陽極，受到損壞，以致穿孔，使整個設(shè)備損壞。因此，在這種條件下表面一旦損壞必須立即采取措施 （修補涂層）以防造成嚴重后果。

　�。�2）小孔腐蝕 在金屬表面的局部區(qū)域，出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不腐蝕或腐蝕很輕微，這種腐蝕形態(tài)稱為小孔腐蝕，簡稱孔蝕或點蝕。在空氣中能發(fā)生鈍化的金屬（合金），如不銹鋼，鋁和鋁合金等在含氯離子的介質(zhì)中，經(jīng)常發(fā)生孔蝕。碳鋼在含氯離子的水中亦會出現(xiàn)孔蝕的情況。

　　（3）縫隙腐蝕 金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙（寬度在0。025~0。1 mm之間），使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的腐蝕，稱為縫隙腐蝕。

　　開始時，吸氧腐蝕在縫隙內(nèi)外均進行。因滯流，縫內(nèi)消耗的氧難以得到補充，縫內(nèi)，外構(gòu)成了宏觀氧濃差電池，縫內(nèi)缺氧為陽極，縫外富氧為陰極。隨著蝕坑的深化，擴展，腐蝕力口速進行。

　�。�4）選擇性腐蝕 合金在腐蝕過程中，腐蝕介質(zhì)不是按合金的比例侵蝕，而是發(fā)生了其中某成分（一般為電勢較低的成分）的選擇性溶解，使合金的組織和性能惡化，這種腐蝕稱為選擇性腐蝕。如黃銅（30%Zn和70%Cu組成）的脫鋅腐蝕等。

　　（5）應(yīng)力腐蝕 當金屬中存在內(nèi)應(yīng)力或在固定外應(yīng)力的作用下，都能促使腐蝕過程。