文档介绍：腐蚀与防护
杨兵
第二章化学腐蚀
一、化学腐蚀的概念
化学腐蚀:介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。
它是一种纯氧化-还原反应过程,即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中,电子的传递是在介质与金属之间直接进行的,没有腐蚀电流产生,反应速度受多相化学反应动力学控制。
介质之中腐蚀粒子向金属表面扩散
腐蚀粒子到达金属表面
金属表面原子失去电子
金属离子进入溶液或附着于金属表面
金属离子与腐蚀粒子副产物反应生成金属盐而离开金属表面或沉积于金属表面
多相化学反应动力学
其反应可用如下反应式表示:
M + n/2O2 MOn
腐蚀区介质
金属
化学腐蚀一般发生在如下介质中:
在干燥气体中:相对湿度﹤70%的大气中
在高温气体中:金属在高温下锻造成型过程中产生大量的氧化皮,相当于被加工材料的1/5。
氧化剂(除氧之外)的腐蚀:含硫、卤素等气体;
在非电解质溶液中的腐蚀:
二、化学腐蚀的特点:
1、在不电离、不导电的介质环境下。
2、反应中没有电流产生,直接完成氧化还原
反应。
3、腐蚀速度与程度与外界电位变化无关,不
能用电化学保护方法予以控制。
三、金属氧化热力学判据
对于反应
⊿G﹤0 反应自发进行
⊿G = 0 反应达到平衡
⊿G﹥ 0 反应不能自发进行
对于 M+n/2O2 = MOn 有
⊿G = ⊿G 0 +RTln αMOn/αM(αO2)n/2
常见金属的⊿G º
生成物⊿G º 生成物⊿G º
Ag2O - ZnO -
Cu2O - Cr2O3 -
PbO - SnO 2 -
NiO - Al2O3 -252
FeO - MgO -273
由公式和金属氧化的⊿G º 得到结论:温度足够高时,反应向相反方向进行。冶炼原理
结论一:
在常态大气压下,大多数金属都有自发氧化倾向,即氧化物是稳定的,金属本身不稳定。
在常压下,氧化反应的吉布斯自由能随着温度的升高而变大(由负变正),即金属的氧化趋势随温度的升高而变小,直至逆向进行。
讨论一下氧气的浓度影响
对于 2M(s)+O2 (g) 2MO (s)
设上述反应达平衡时,金属氧化物MO 分解产生氧的分压PO2;气相中氧气的分压为P'O2;
K=2MO/(2MO2)=1/ O2 = 1/ PO2
(MO、M = 1)
代入⊿G 公式:
⊿G = ⊿G 0 + RT ln (1/ P'O2 )
= RT ln ( 1 / PO2) + RT ln(1 / P'O2)
= RT ln(PO2/P'O2)
P’O2 PO2 ⊿G趋向于正,正反应难以进行,氧化受到抑制,还原可能发生; P’O2 PO2 ⊿G趋向于负,正反应可以自发进行。
结论二:
1、常温下,绝大多数金属氧化物的分解压小于大气的氧的分压,故大多数金属都具有自发氧化的倾向。
2、金属氧化物的分解压随着温度的升高而增大,金属自发氧化倾向下降。
3、调节控制体系氧的分压,能够影响乃至改变金属的自发氧化倾向。