对于工程技术而言,金属的腐蚀与防护是一个
重要问题
§ 4-7 金属的腐蚀与防护
? 据统计，全世界每年由于腐蚀而遭受破坏报废的金属
设备和材料的重量约为金属年产量的 20~30%！
? 其中还未计算由此引起的间接损失
? 如 设备出事故
? 人员伤亡
? 停工停产 等等 ?
? M的腐蚀,M与外界介质接触、发生相互作用而受到破
坏的现象
? 分类,1) 按介质：酸、碱性腐蚀
? 2) 按破坏程度
? 3) 按化学机制分
化学腐蚀 电化学腐蚀
? 化学腐蚀,M与介质直接作用发生化学反应
? 如 P129习题 27 Fe + CO2? FeO + CO 等
? 又如,Al + O2 ? Al2O3 经常发生于电子仪器设备、
计算机等，导致接触不良，工作失常 ??
? 特点,发生化学腐蚀时，无电流产生
? 化学腐蚀的规律已经在第一章讨论，如计算 Q,用 ?rGm
判断，这里不再赘述，而我们关心的是
? (一 ) 电化学腐蚀
? 因为电化学腐蚀更常见, 危害更严重
? 尤其是在现代工业发达的社会中, 空气中含有更多的
CO2,SO2,H2S等气体
? 它们溶解在空气中的水雾中,或者与水蒸气一起被金属
表面吸附后,都形成酸性溶液,充当原电池的电解质溶液
? 不分 场合, 地点 和 时间, 形成无数个原电池, 日夜不停
地发生电池反应,
内电路 R
内 ≠0
外电路
R外 =0
Fe2+
Fe3C
Fe3C 的 ? 较高 (形成微电池 )
Cu Fe Cu
Fe2+
e
H+
H2
e
H+
H2
e
e
H2
H+
? 与原电池比较, 负极 Fe失去 e,Fe – 2e == Fe2+
氧化反应 ——电解池中的 阳极反应
? 正极 Cu/Fe3C 得 e,2H+ + 2e == H2
? 还原反应 ——电解池中的 阴极反应
因此，腐蚀电池的名称,阳极、阴极
? 故 阳极 上都是,Fe – 2e == Fe2+ (+ O2?Fe3O4)
? 阴极 上有,酸性介质,2H+ + 2e == H2 析 H2腐蚀
? 微酸性, 碱性介质,O2 + 2H2O + 4e == 4OH-
? OH- 进一步 [+ Fe2+ ? Fe(OH)2 +O2 ? Fe3O4] 吸 O2腐蚀
? 由此可见, 腐蚀过程所经历的三个环节
? 1) 阳极失去 e被腐蚀
总是较活泼的 M作为阳极，失去 e被腐蚀消耗
? 2) 与另外一种 ?较高的阴极导电物质直接接触, 转移 e
? 3) e被 H+或 O2吸收
? 对腐蚀电池，这三个过程缺一不可
? 任意环节被终止，都可使腐蚀 停止 /减慢
? 因此可以 限制任意过程，达到防腐的目的 ?
也可进一步分析腐蚀电池的突出特点
? 有电流产生，直接接触 ?外电路 短路 R外 =0 !
? 由欧姆定律,I=E/R (R?0) 或 v腐蚀 = ∞!
? 而实际情况 尚非如此, Why?
? ∵ (1) 内电路 /电池内阻 R内 ≠0,R总 = R内 + R外 ≠0
? (2) 电动势 E = ?阴 -?阳, 随腐蚀的发生 ?变 /不变？
Yes,通常要变，使得 E?——称
? (二 ) 腐蚀电池的极化
? OH- Fe(OH)2?
? 阳极,Fe2+ + S2- FeS ?
? CO32- FeCO3 ?
? 阴极,2H+ + 2e == H2 不是一形成就离开, 而是覆盖
? O2 + 2H2O +4e == 4OH- 电极表面,使进一步放电困难
导致 阴极上 e过剩 如图, ?阴 ? ? E?
?阴实
I=0 平衡 I≠0时
?阴
?阳
?阳实
?阴理
?阳理
E理论E实际
腐蚀电池的
极化曲线,
都是难溶沉淀
覆盖电极表面
? 使 M表面上 m(Mn+)?,Fe溶解受阻。 沉积趋势增大
导致 阳极 e数少 ??阳 ?? E?,如图
? 腐蚀电池两极 极化 的结果, 都 使腐蚀速率减慢
? 此对防腐 有? 比较 电解池极化?
? 事实上, 影响腐蚀的因素还很多, 除上述极化, 金属活
泼性以外, 还如成分 /杂质含量, 晶粒大小, 表面状态,
介质, 温度等 ——既 多又复杂
? 根据腐蚀发生的原因, 可以总结一些防腐的一般方法
? (三 ) 金属防腐的主要方法 ——如：
? 1) 阳极氧化 /表面处理,Fe的表面钝化, 生成致密的
Fe3O4膜, 如用浓 H2SO4处理
对黑色金属，一般都可以做到，称 发黑处理
还有用强碱性介质处理
? 2) 改善金属本身性能,如 Fe中加 Cr,形成不锈钢
1Cr18Ni9Ti Cr ? Cr2O3 致密膜，覆盖表面
? 3) 增加防护层,渡层,Zn(白 ),Sn(马口 ),Cu,Cr等
[实验,Zn(阳极被腐蚀 )-Fe]
[如果,Sn-Fe(阳极被腐蚀 )]
搪瓷隔离 ; 油漆 (最简单 )等
? 4) 外接直流电源,提供 e,使金属 (称阴极保护 )不易失去
电子进入溶液 /被消耗 ——教材 P111
? 5) 牺牲阳极,接电势较低的金属, 提供 e被腐蚀
? 6) 处理介质, 加入有 阻碍 /延缓 腐蚀进行的介质,缓蚀剂
因为缓蚀剂常有 –NH2,可以增加极化：
–NH2 + H+ ?–NH3+
R–NH3+ 被 M表面 e吸引,阻止 H+放电,从而阻止 M的溶解
习题, 28,29
重要问题
§ 4-7 金属的腐蚀与防护
? 据统计，全世界每年由于腐蚀而遭受破坏报废的金属
设备和材料的重量约为金属年产量的 20~30%！
? 其中还未计算由此引起的间接损失
? 如 设备出事故
? 人员伤亡
? 停工停产 等等 ?
? M的腐蚀,M与外界介质接触、发生相互作用而受到破
坏的现象
? 分类,1) 按介质：酸、碱性腐蚀
? 2) 按破坏程度
? 3) 按化学机制分
化学腐蚀 电化学腐蚀
? 化学腐蚀,M与介质直接作用发生化学反应
? 如 P129习题 27 Fe + CO2? FeO + CO 等
? 又如,Al + O2 ? Al2O3 经常发生于电子仪器设备、
计算机等，导致接触不良，工作失常 ??
? 特点,发生化学腐蚀时，无电流产生
? 化学腐蚀的规律已经在第一章讨论，如计算 Q,用 ?rGm
判断，这里不再赘述，而我们关心的是
? (一 ) 电化学腐蚀
? 因为电化学腐蚀更常见, 危害更严重
? 尤其是在现代工业发达的社会中, 空气中含有更多的
CO2,SO2,H2S等气体
? 它们溶解在空气中的水雾中,或者与水蒸气一起被金属
表面吸附后,都形成酸性溶液,充当原电池的电解质溶液
? 不分 场合, 地点 和 时间, 形成无数个原电池, 日夜不停
地发生电池反应,
内电路 R
内 ≠0
外电路
R外 =0
Fe2+
Fe3C
Fe3C 的 ? 较高 (形成微电池 )
Cu Fe Cu
Fe2+
e
H+
H2
e
H+
H2
e
e
H2
H+
? 与原电池比较, 负极 Fe失去 e,Fe – 2e == Fe2+
氧化反应 ——电解池中的 阳极反应
? 正极 Cu/Fe3C 得 e,2H+ + 2e == H2
? 还原反应 ——电解池中的 阴极反应
因此，腐蚀电池的名称,阳极、阴极
? 故 阳极 上都是,Fe – 2e == Fe2+ (+ O2?Fe3O4)
? 阴极 上有,酸性介质,2H+ + 2e == H2 析 H2腐蚀
? 微酸性, 碱性介质,O2 + 2H2O + 4e == 4OH-
? OH- 进一步 [+ Fe2+ ? Fe(OH)2 +O2 ? Fe3O4] 吸 O2腐蚀
? 由此可见, 腐蚀过程所经历的三个环节
? 1) 阳极失去 e被腐蚀
总是较活泼的 M作为阳极，失去 e被腐蚀消耗
? 2) 与另外一种 ?较高的阴极导电物质直接接触, 转移 e
? 3) e被 H+或 O2吸收
? 对腐蚀电池，这三个过程缺一不可
? 任意环节被终止，都可使腐蚀 停止 /减慢
? 因此可以 限制任意过程，达到防腐的目的 ?
也可进一步分析腐蚀电池的突出特点
? 有电流产生，直接接触 ?外电路 短路 R外 =0 !
? 由欧姆定律,I=E/R (R?0) 或 v腐蚀 = ∞!
? 而实际情况 尚非如此, Why?
? ∵ (1) 内电路 /电池内阻 R内 ≠0,R总 = R内 + R外 ≠0
? (2) 电动势 E = ?阴 -?阳, 随腐蚀的发生 ?变 /不变？
Yes,通常要变，使得 E?——称
? (二 ) 腐蚀电池的极化
? OH- Fe(OH)2?
? 阳极,Fe2+ + S2- FeS ?
? CO32- FeCO3 ?
? 阴极,2H+ + 2e == H2 不是一形成就离开, 而是覆盖
? O2 + 2H2O +4e == 4OH- 电极表面,使进一步放电困难
导致 阴极上 e过剩 如图, ?阴 ? ? E?
?阴实
I=0 平衡 I≠0时
?阴
?阳
?阳实
?阴理
?阳理
E理论E实际
腐蚀电池的
极化曲线,
都是难溶沉淀
覆盖电极表面
? 使 M表面上 m(Mn+)?,Fe溶解受阻。 沉积趋势增大
导致 阳极 e数少 ??阳 ?? E?,如图
? 腐蚀电池两极 极化 的结果, 都 使腐蚀速率减慢
? 此对防腐 有? 比较 电解池极化?
? 事实上, 影响腐蚀的因素还很多, 除上述极化, 金属活
泼性以外, 还如成分 /杂质含量, 晶粒大小, 表面状态,
介质, 温度等 ——既 多又复杂
? 根据腐蚀发生的原因, 可以总结一些防腐的一般方法
? (三 ) 金属防腐的主要方法 ——如：
? 1) 阳极氧化 /表面处理,Fe的表面钝化, 生成致密的
Fe3O4膜, 如用浓 H2SO4处理
对黑色金属，一般都可以做到，称 发黑处理
还有用强碱性介质处理
? 2) 改善金属本身性能,如 Fe中加 Cr,形成不锈钢
1Cr18Ni9Ti Cr ? Cr2O3 致密膜，覆盖表面
? 3) 增加防护层,渡层,Zn(白 ),Sn(马口 ),Cu,Cr等
[实验,Zn(阳极被腐蚀 )-Fe]
[如果,Sn-Fe(阳极被腐蚀 )]
搪瓷隔离 ; 油漆 (最简单 )等
? 4) 外接直流电源,提供 e,使金属 (称阴极保护 )不易失去
电子进入溶液 /被消耗 ——教材 P111
? 5) 牺牲阳极,接电势较低的金属, 提供 e被腐蚀
? 6) 处理介质, 加入有 阻碍 /延缓 腐蚀进行的介质,缓蚀剂
因为缓蚀剂常有 –NH2,可以增加极化：
–NH2 + H+ ?–NH3+
R–NH3+ 被 M表面 e吸引,阻止 H+放电,从而阻止 M的溶解
习题, 28,29
