腐蝕理論

腐蝕是指（包括金屬和非金屬）在周圍介質(zhì)（水、空氣、酸、堿、鹽、溶劑等）作用下產(chǎn)生損耗與破壞的過程。

金屬材料以及由它們制成的結(jié)構(gòu)物，在自然環(huán)境中或者在工作條件下，由于與其所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學或者電化學作用而引起的變質(zhì)和破壞，這種現(xiàn)象稱為腐蝕。其中也包括上述因素與力學因素或者生物因素的共同作用。某些物理作用，例如金屬材料在某些液態(tài)金屬中的物理溶解現(xiàn)象也可以歸入金屬腐蝕范疇。一般而言，生銹是專指鋼鐵和鐵基合金而言的，它們在氧和水的作用下形成了主要由含水氧化鐵組成的腐蝕產(chǎn)物——鐵銹。有色金屬及其合金可以發(fā)生腐蝕但并不生銹，而是形成與鐵銹相似的腐蝕產(chǎn)物。如銅和銅合金表面的銅綠，偶爾也被人稱作銅銹。

腐蝕破壞的形式種類很多。在不同環(huán)境條件下引起金屬腐蝕的原因不盡相同，而且影響因素也非常復雜。為了防止和減緩腐蝕破壞及其損傷，通過改變某些作用條件和影響因素而阻斷和控制腐蝕過程，由此所發(fā)展的方法、技術及相應的工程措施已成為防腐蝕工程技術。

純凈水中雖有H和OH，但濃度很低，因此很不容易導電。若水中添加點酸、堿或鹽，會大大增強水的導電性（電解液）。根據(jù)腐蝕電池理論，腐蝕過程的本質(zhì)是一個電化學過程，因為腐蝕對應的化學反應涉及到電荷的交換。圖1顯示的是鐵和偏酸性的水接觸時的電荷轉(zhuǎn)移過程。

鐵離子被氧化進入水中后，金屬中帶上了負電荷，電解液中帶上了正電荷，于是金屬和水之間產(chǎn)生了一個電壓，稱為氧化電壓或氧化電動勢。這就好比在很小的局部形成了一個微小的化學電池。不同的金屬在水中形成的氧化電動勢是不一樣的。有些金屬，例如鎂和鋅，形成的電動勢比鐵要高。有些金屬，例如銅、鎳、鉛形成的電動勢比鐵要小。表 列出了25℃下一些水中的電極反應電動勢。這些電動勢還會隨著溫度、pH值、離子濃度的變化而變化。氧化電動勢對于理解大部分腐蝕過程十分重要。

_{25℃下一些常用元素在水中的電動勢}

這樣，金屬的表面就會有大量的微電池，如圖2所示。當這些微電池被外部的電解液或?qū)щ婓w連通時，腐蝕就會發(fā)生。正是微電池提供的這點微小的電流使得腐蝕的化學反應得以進行。例如，考慮圖1所示的鐵片泡在水里面的情形，若假設鐵片表面的微電池是均勻的，溶液也是均勻的，則隨著鐵離子進入溶液，溶液會帶正電荷，鐵片會帶負電荷，從而形成一個從溶液指向鐵片的電動勢。該電動勢會阻止鐵離子繼續(xù)進入溶液。但是實際情況是，鐵片表面是不均勻的，溶液內(nèi)也有雜質(zhì)，因此情況會變得更加復雜。鐵片和溶液之間并無法形成可以阻止鐵離子進入溶液的逆電動勢。在這種情況下，某些局部點會被腐蝕得比較厲害，形成腐蝕坑。

金屬的化學腐蝕反應可以分成兩步過程。第一步是氧化步，第二步是去電子步。氧化步是會釋放出自由電子，而去電子步是消除自由電子的過程。

陽離子可以進入溶液，也可以和其他陰離子結(jié)合成化合物。氧化步必須同時和去電子步配合才能夠完成整個反應。

因此只有通過去電子步把氧化步產(chǎn)生的自由電子去掉，金屬原子才會被不斷地腐蝕下來。實際的腐蝕過程是一個十分緩慢的、表面相對均勻的丟失金屬原子的過程。在某些條件下，若有一個區(qū)域形成一個陽極或者陰極區(qū)，則可能發(fā)生不均勻腐蝕，在局部形成一個肉眼可見的腐蝕坑。

鐵和鋼在水中由于表面會形成氧化保護層，因此不會迅速被腐蝕掉。由于鐵被氧化后極容易形成三氧化二鐵，它不溶于水，容易在金屬表面沉積，從而阻礙進一步的腐蝕。這種現(xiàn)象稱為腐蝕鈍化現(xiàn)象。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會形成很薄的一層保護層，有時候甚至薄得肉眼無法辨別。正是由于這層薄薄的保護層，使得這些金屬在水或空氣中具有很好的耐腐蝕性。

除了鈍化現(xiàn)象以外，還有一種阻止腐蝕的方式稱為極化現(xiàn)象。隨著“氧化-去電子”反應的進行，腐蝕原電池的電動勢逐漸下降直到為零，使得“氧化-去電子”反應無法繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為極化。2100433B

本書主要介紹金屬電化學腐蝕的基本理論及其應用。內(nèi)容包括兩部分。第一部分(緒論至第五章)用熱力學觀點闡述了金屬腐蝕的傾向;以腐蝕動力學為重點討論了氫和氧的去極化腐蝕、金屬的鈍化及常見的局部腐蝕。第二部分(第六章至第十章)通過介紹金屬在各種環(huán)境中的腐蝕、影響金屬腐蝕的因素、腐蝕的控制方法、防腐蝕設計及實驗選編等來闡明腐蝕理論的具體應用。此書可作為高等院校化工腐蝕與防護專業(yè)的專業(yè)課教材,也可作為高等學?；?、石油、機械、冶金、材料方面有關專業(yè)開設腐蝕課程的參考書。

符號表

緒論

第一節(jié)金屬腐蝕與防護的重要性

第二節(jié)金屬的腐蝕過程

第三節(jié)金屬腐蝕的分類

第四節(jié)金屬腐蝕速度的表示法

第五節(jié)金屬腐蝕學科的研究內(nèi)容和任務

第一章金屬電化學腐蝕傾向的判斷

第一節(jié)電極電位

第二節(jié)金屬電化學腐蝕傾向的判斷

第三節(jié)電位一pH圖

第四節(jié)腐蝕原電池

第五節(jié)腐蝕電池的類型

第二章電化學腐蝕動力學

第一節(jié)腐蝕速度與極化作用

第二節(jié)極化曲線

第三節(jié)極化的原因及類型

第四節(jié)電化學極化

第五節(jié)濃度極化2100433B

是用來描述在整個合金表面上以比較均勻的方式所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象的術語。當發(fā)生全面腐蝕時，村料由于腐蝕而逐漸變薄，甚至材料腐蝕失效。不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現(xiàn)全面腐蝕。全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔心，因為，這種腐蝕通?？梢酝ㄟ^簡單的浸泡試驗或查閱腐蝕方面的文獻資料而預測它。