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04 第四章 常见的两类去极化腐蚀.pptx

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本课件讲授两类最常见的去极化腐蚀,先说明阴极去极化剂的类型,再分别展开氢去极化腐蚀与氧去极化腐蚀:包括析氢反应的分步机理、金属按析氢过电位的分类、吸氧腐蚀的条件与氧还原反应历程,以及两类腐蚀在浓度极化与影响因素上的差异。

第四章导学页,提出掌握氢去极化与氧去极化特征并熟悉阴极去极化剂的学习要求
阴极去极化剂类型清单页,列出阳离子、阴离子、中性分子、不溶产物与有机物五类
析氢反应步骤页,分别给出酸性环境与中性和碱性环境下的析氢反应式与中间步骤
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第1页:第四章常见的两类去极化腐蚀

本章要求:

  • 掌握氢和氧去极化的特征
  • 理解阴极去极化的影响因素
  • 熟悉阴极去极化剂

第2页:阴极去极化剂的类型

阴极去极化剂的类型:

  1. 阳离子
  2. 阴离子
  3. 中性分子
  4. 不溶产物
  5. 有机物

第3页:析氢反应及其步骤

§4-1 氢去极化腐蚀。1.析氢反应及其步骤:

酸性环境
H₃O⁺ → H⁺ + H₂O;H⁺ + e → Hads;Hads + Hads → H₂;Hads + H⁺ + e → H₂
中性和碱性环境
H₂O → H⁺ + OH⁻;H⁺ + e → Hads;Hads + Hads → H₂;Hads + H⁺ + e → H₂;总反应 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻

第4页:析氢腐蚀的必要条件

2.析氢腐蚀发生的条件与动力学。(1)必要条件:

思考:必要条件是什么?(金属的电位必须负于氢的平衡电位,即 Ee,M < Ee,H。)

第5页:析氢腐蚀的动力学与氢过电位

(2)腐蚀动力学阴极极化曲线:析氢反应满足塔菲尔电化学极化方程式,即 ηH = a + b·lg i,其中 a 值反映不同金属析氢过电位的高低。

第6页:金属按析氢过电位大小的分类

根据 a 值大小可将金属材料按析氢过电位大小分成三类:

金属按析氢过电位大小的分类
类别a 值(V)代表金属
高氢过电位金属1.0~1.5Pb、Cd、Hg、Tl、Zn、Be、Sn 等
中氢过电位金属0.5~0.7Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ti 等
低氢过电位金属0.1~0.3Pt、Pd、Au、W 等

第7页:析氢过电位的影响因素

影响氢过电位的因素:

  • 电极材料种类
  • 表面状态:粗糙程度
  • 溶液的 pH 值和成分:酸碱性、活性物质
  • 温度:升温使过电位降低

第8页:析氢腐蚀的特点与影响因素

3.腐蚀的特点与影响因素:

  1. 阴极反应的浓度极化较小,一般可以忽略,主要为活化极化
  2. 与溶液 pH 关系很大
  3. 在酸性溶液中没有其它氧化还原电位较正的去极化剂(如氧、氧化性物质)存在时,金属腐蚀过程属于典型的析氢腐蚀
  4. 金属在酸中的析氢腐蚀通常是一种宏观均匀的腐蚀现象
  5. 与金属材料的种类及表面状态有关
  6. 与阴极面积有关
  7. 与温度有关

第9页:吸氧腐蚀的条件与过程

§4-2 氧去极化腐蚀。1、吸氧腐蚀的条件与过程:

条件:

  • (1)溶液中必须有氧存在
  • (2)阳极金属电位必须低于氧的离子化电位,即 Ee,a < Ee,M

发生吸氧腐蚀的体系:

  • (1) 所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能发生
  • (2) 某些正电性金属(如 Cu)在含溶解氧的酸性和中性溶液中能发生吸氧腐蚀

第10页:氧电化学反应机理与动力学

2、氧电化学反应机理与动力学:

(1)在中性和碱性溶液中,氧的总还原反应为:O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻,具体可能由 O₂ + e → O₂⁻、O₂⁻ + H₂O + e → HO₂⁻ + OH⁻ 等步骤组成。

(2)在酸性溶液中,氧的总反应为:O₂ + 4H⁺ + 4e → 2H₂O,可分成 O₂ + e → O₂⁻、O₂⁻ + H⁺ → HO₂、HO₂ + e → HO₂⁻、HO₂⁻ + H⁺ → H₂O₂、H₂O₂ + H⁺ + e → H₂O + HO、HO + H⁺ + e → H₂O 等基本反应步骤。

第11页:氧分子与氢离子还原的总阴极极化曲线

包括氧分子和氢离子还原反应的总阴极极化曲线(根据 TOMAWOB):图中 Ee(O₂/H₂O) 为氧分子还原反应的平衡电位,id 为氧的极限扩散电流密度,曲线经 P、B、C、F、S、Q、G、M、N 各段构成完整的阴极极化曲线。

第12页:氧去极化腐蚀的浓度极化特征

3、氧去极化腐蚀的特征与影响因素:(1)浓度极化突出——氧的扩散往往成为腐蚀过程的控制步骤。

第13页:溶解氧浓度与盐浓度的影响

3、氧去极化腐蚀的特征与影响因素:

  • (2)溶解氧浓度的影响:含氧量越高,阴极去极化作用越强
  • (3)盐浓度的影响:盐浓度一方面提高导电性,另一方面降低氧的溶解度

第14页:溶液流速与温度的影响

3、氧去极化腐蚀的特征与影响因素:

  • (4)溶液流速的影响:流速增大有利于氧的输送,一般使腐蚀加剧
  • (5)温度的影响:升温加快反应速度,但同时降低氧的溶解度
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