课前复习：
上节课主要学习了：配位化合物的解离反应、配位化合物的转化及其应用；同时，介绍了一些水知识、水污染现状以及水净化的基本方法。
引言
教学提示
上章内容主要涉及化学理论在水质分析和水处理方面而形成的水化学知识，而本章则涉及化学理论应用于材料保护方面的知识。这方面的知识涉及到机械、电气、电子、仪表、土建、信息、交通等现代工程技术。本章主要讨论金属材料的腐蚀、高分子材料的老化及其保护措施，其中涉及功能陶瓷和复合材料。这些在现代工程技术中具有重要的实际意义和实用价值。
作为引子，笨张介绍化学理论在材料保护上的应用。
★ §5.1 金属腐蚀的发生当金属和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的破坏叫金属腐蚀。从热力学的观点来看，除少数的贵金属（如Au，Pt）需要像“王水”那样的特殊介质外，各种金属都有与周围介质发生化学作用的倾向，也就是说金属腐蚀是自然趋势（自发的），因此腐蚀现象是普遍存在的。金属腐蚀直接或间接地造成巨大的经济损失，估计世界上每年由于腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产量的25％左右，甚至还会引起停工停产、环境污染、中毒、爆炸等严重的事故，但金属腐蚀有时也会给人类带来加工方便等可利用之处。
根据金属腐蚀过程的不同特点，可将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。
一、化学腐蚀
教学提示
单纯由化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀。化学腐蚀是金属与周围介质直接发生氧化还原反应而引起的破坏。它发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，在腐蚀过程中不产生电流。例如电气绝缘油、润滑油、液压油以及干燥空气中的O2，H2S，SO2，Cl2等物质与电气、机械设备中的金属接触时，在金属表面生成相应的氧化物、硫化物、氯化物等，都属化学腐蚀。温度对化学腐蚀的速率影响很大。例如高温水蒸气对锅炉的腐蚀特别严重，将会发生下述反应：
Fe＋H2O（g） FeO＋H2
2Fe＋3H2O(g) Fe2O3＋3H2
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
在反应生成一层氧化皮（由FeO，Fe2O3，Fe3O4组成）的同时，还会发生钢铁脱碳现象。这是由于钢铁中的渗碳体（Fe3C）与高温水蒸气反应的结果：
Fe3C十H2O（g） 3Fe＋CO＋H2
这些反应都是可逆反应。在高温下，由热力学数据计算得出正反应的ΔG值是远小于零，即平衡强烈地偏向右边。另外，根据速率常数随温度升高而增大可知，锈蚀速率在高温下是很大的。因此，无论从平衡移动还是从反应速率来看，水蒸气在高温下对钢铁材料的腐蚀是不容忽视的。
在渗碳体与水蒸气的反应中，碳从邻近的、尚未反应的金属内部逐渐扩散到反应区，于是金属层中的碳逐渐减少，形成脱碳层。由脱碳反应及其他氧化还原反应生成的氢因扩散渗入钢铁内部，使钢铁产生脆性，称氢脆。钢的脱碳和氢脆会造成钢的表面硬度和内部强度的降低，这是非常有害的。
联系生活实际加深学员对化学腐蚀的理解
二、电化学腐蚀的极化作用
教学提示
如果我们将一块化学纯的锌投入稀盐酸中，几乎看不见氢气放出。但当用一铜丝接触纯锌的表面，铜丝上即剧烈地放出氢气，纯锌逐渐溶解。如果用含有较多杂质的工业租锌投入稀盐酸中，也能明显地观察到有氢气放出。这与用一块钢片、一块锌片同时插入稀盐酸中组成铜锌原电池的反应类似。
由于形成了原电池发生电化学作用而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。金属的电化学腐蚀与原电池作用在原理上没有本质区别。但通常把腐蚀中的原电池称为腐蚀电池，而且习惯上把腐蚀电池中发生氧化（即失电子）反应的电极称为阳极，一般电极电势小的电对还原态易失电子，越小越易失电子；把发生还原（即得电子）反应的电极称为阴极，一般电极电势大的电对氧化态易得电子，越大越易得电子。
实际观察腐蚀电池的电动势，当有电流通过时要比按理论计算的低。其原因是当电流通过时，阴极的电极电势要降低，阳极的电极电势要升高。这种因为有电流通过电极而使电极电势偏离原来的平衡电极电势值的现象，称为电极的极化，这时的电极电势称极化电势。没有静电流（也可理解为有无限缓慢微电流）通过时的电极电势称为平衡电势。
电极极化可分为阳极极化和阴极极化，产生极化的原因，主要有下述三种：
1.浓差极化浓差极化是由于离于扩散速率比离子在电极上的放电速率慢所引起的。电流产生后，电极附近的离子浓度与溶液中其他部分不同。在阴极是氧化态物质（正离子）得电子，当离于浓度减小时，根据能斯特方程式可知，其电极电势代数值将减小；在阳极是还原态物质（金属）失电子，当离子浓度增加时，其电极电势代数值增大。
2.电化学极化电化学极化是电化学反应，如离子的放电、原子结合为分子、水化离子脱水等的速率比电流速率慢所引起的。电流通过电极时，若电极反应进行得较慢，就会改变电极上的带电程度，使电极电势偏离平衡电势。如在阴极，当氧化态物质得电子反应不够快时，则在电极上的电子过剩，即比平衡时的电极带更多的负电荷，从而使阴极电势比其平衡电势低；同样，若在阳极，当还原态物质的氧化反应（失电子）进行得较慢时，则电极的正电荷过剩，从而使阳极电势比其平衡电势为高。
3.电阻极化电阻极化是由于当电流通过电极时，在电极表面上形成氧化膜或一些其他物质引起的。由于这些物质具有一定的电阻，在阳板上阻碍还原态物质（如OH-，H2等）的到达或氧化态物质（如Fe2+，O2，H+）的离去，使其电极电势升高；在阴极上，阻碍氧化态物质（如Fe2+，O2，H+）的到达或还原态物质（如OH－，H2等）的离去，使其电极电势降低。
无论哪种极化原因，极化结果都使阴极电势值减小，阳极电势值增大，最终使腐蚀电池的电动势减小。总之，极化作用的结果是使腐蚀速率变慢，甚至有时会使腐蚀过程完全停止。
三、析氢腐蚀和吸氧腐蚀
教学提示
电化学腐蚀，从机理上看可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
1.析氢腐蚀在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的工艺过程中常发生析氢腐蚀。特别是当钢铁制件暴露于潮湿空气中时，由于表面的吸附作用，就使钢铁表面覆盖了一层极薄的水膜。此时铁（相对活泼的金属）作为腐蚀电池的阳极发生失电子的氧化反应；氧化皮、碳或其他比铁不活泼的杂质作阴极．H+在这里接受电子发生得电子的还原反应：
阳极（Fe） Fe－2e= Fe2+
阴极（杂质）2H+＋ 2e=H2
总反应 Fe＋2H+= Fe2+十H2
这种腐蚀过程中有氢气析出，所以称为析氢腐蚀。
若工厂附近的空气中含有较多的CO2，SO3等酸性气体，水膜中由于氢离子的浓度较大，有可能发生析氢腐蚀，使铁被腐蚀生成的Fe2+在pH值较高时能以Fe（OH）2沉淀析出，并进一步氧化成F e（OH）3。随着温度的升高，腐蚀将加剧进行。
在中性溶液中，根据能斯特方程式计算得：
E（H+/H2）=-0.414V；E（Fe2+/Fe）=-0.587V
E（H+/H）＞E（Fe2+/Fe），在阴极（杂质）上有氢气析出并使阳极（铁）腐蚀，但由于电化学极化作用的存在，使氢气析出时的实际电极电势要小于理论析出电势值，两者之差即：
E（H+/H）实= E（H+/H）理 — E（H+/H）
我们称E（H+/H）过为氢的过电势。过电势总是正值，它使K在阴极析出时的实际电势要比理论电势小。过电势的大小与电流密度、溶液中H+的浓度、阴极的材料等因素有关。
2.吸氧腐蚀由于氢过电势的影响，在中性介质，甚至在PH值等于4的溶液中，铁已不可能发生桥红腐蚀。但铁的腐蚀还是严重存在的。这是什么原因呢？是因为阴极的吸氧作用而造成了吸氧腐蚀。当金属发生吸氧腐蚀时，阳板仍是金属（如Fe）失电子被氧化成金属离子（如 Fe2+），但阴极杂质就成为氧电极了。在阴极，主要是溶于水膜中的氧得电子，反应式如下：
阳极（Fe） 2Fe－4e=2Fe2+
阴极（杂质） O2＋2H2O＋4e=4OH -
总反应 2 Fe＋O2＋2H2O=2Fe（OH）2
这种在中性或弱酸性介质中发生“吸收”氧气的电化学腐蚀称为吸氧腐蚀。大多数金属的电极电势比E（O2/OH-）多，所以大多数金属都可能产生吸氧腐蚀，析出OH-。甚至在酸性较强的溶液中，金属发生析氢腐蚀的同时，也有吸氧腐蚀产生，其速率取决于温度、水膜的厚度等因素。
锅炉、铁制水管等都与大气相通，而且不是经常有水，无水时管道被空气充满，因此锅炉管道系统常含有大量的氧气，所以常有严重的吸氧腐蚀。
差异充气腐蚀是由于氧浓度不同而造成的腐蚀，是金属吸氧腐蚀的一种形式，是因金属表面氧气分布不均匀而引起的。例如，钢管唐铁管理在地下，地可的士有砂土、粘土之分和压实、不压实的区别，砂上部分或没有压结实粘土的含气就比较充足，即氧气的分压或浓度要大一些，从氧的电极反应式：
O2＋2H2O＋4e = 4OH-
在氧气分压p（O2）大的地方，E（O2/OH-）值也大；p（O2）小的地方，E（O2/OH-）也小。根据电池组成原则，E值大的为阴极（得电子），E值小的为阳极（失电子），于是组成了一个氧的浓差电池。结果使P（O2）小或C（O2）小的地方即压实或粘土部分的金属成为阳极，发生失电子反应，先被腐蚀。我们可以做这样一个实验，把一滴含有酚酞指示剂的NaCl溶液滴在磨光的锌表面上，一定时间后，就可以看到液滴边线变成红色，这表明生成了OH。在液满遮盖住的部位生成白色Zn（OH）2沉淀。擦去液满后，则可以发现腐蚀仅发生于液滴盖住的部位。这是因为，在液滴的边缘空气较充足，氧气浓度较大，而液滴遮盖的部位则空气较不足，氧气浓度较小。氧浓度大的地方，即液滴周围，成为阴极而发生氧得电子反应，产生OH-，从而使酚酞变红；而液滴遮盖部分则作阳极，发生了金属的腐蚀。
差异充气腐蚀对工程材料的影响必须予以足够重视，工件上的一条裂缝，一个微小的孔隙，往往因差异充气腐蚀而毁坏整个工件，造成事故。
使用动画演示析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理，重在分析二者的区别
四、金属的腐蚀速率
教学提示
对不同金属来说，在相同的环境条件下，金属越活泼，电极电势越小，越易被腐蚀；反之，金属越不活泼，电极电势越大，越不易被腐蚀。就同种金属而言，腐蚀速率主要受环境介质的影响，影响因素大致有湿度、温度、空气中的污染物质。溶液状况及其他的人为因素等。现对几种因素的影响予以讨论：
1.大气相对湿度对腐蚀速率的影响常温下，金属在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。吸氧腐蚀的速率主要取决于构成电解质溶液的水分。在某一相对湿度（称临界相对湿度）以下，金属即使长期暴露于大气中，也几乎完全不生锈。但如果超过某一相对湿度时，金属表面很快就会吸附水蒸气形成水膜而腐蚀。临界相对湿度随金属的种类及表面状态不同而不同。一般地说，钢铁生锈的临界相对湿度大约为 75％。
不同物质或同一物质的不同表面状态对于大气中水分的吸附能力是不同的。例如，一块干净的玻璃和一堆粗盐，在同一湿度的空气中，我们看见玻璃表面没有什么变化，而那堆粗盐却渐渐变成了一滩盐水。这是因为粗盐中所含的MgCl2晶体对空气中水分子的吸附能力很强，即使空气相对湿度很低，它也能把水分子从空气中吸收进来；而玻璃对空气中水分子的吸附力较小，空气湿度达不到它的过饱和状态就看不到玻璃表面有水膜。总之，物体本身的特性及表面状态决定了物体表面在多大湿度下才能形成水膜。
金属表面上的水膜厚度对金属腐蚀速率的影响很大。金属在水膜极薄（小于10urn）的情况下腐蚀几乎不能发生，即使发生反应速率也极小，因为这种情况下不能形成足够的电解质溶液供金属溶解和离子迁移运动；而水膜在10～106urn时的腐蚀速率最大，因为这种情况相当于空气相对湿度较大时形成的水膜，此时，氧分子十分容易地透过水膜到达金属表面，氧的阴极电势增大，易得电子，阳极（金属）失电子也快，因此腐蚀速率很快；如果水膜过厚（超过106urn），氧分子通过水膜到达金属表面的时间变得较长，这使阴极得电子变得迟缓，腐蚀速率也就会随之而降低。
如果金属表面有吸湿性物质（如灰尘、水溶性盐类等）污染，或其表面形状粗糙而多孔时，则临界相对湿度值就会大幅度下降。
2.环境温度的影响环境温度及其变化也是影响金属腐蚀的重要因素。因为它影响空气的相对湿度、金属表面水气的凝聚、凝聚水膜中腐蚀性气体和盐类的溶解以及水膜的电阻和腐蚀电池中阴、阳极反应过程的快慢。
温度的影响一般要和湿度条件综合起来考虑。当湿度低于金属的临界相对湿度时，温度对腐蚀的影响很小，此时无论气温多高，金属也几乎不腐蚀。而当相对湿度在临界相对湿度以上时，温度的影响就会相应地增大。此时温度每升高10℃，锈蚀速率提高约2倍，所以在雨季或湿热带，温度越高，生锈越严重。
温度的变化，还表现在露露现象上。例如在大陆性气候地区，白天炎热、空气相对湿度虽低，但并不是没有水分，一到晚上，温度就剧烈下降，空气的相对湿度大大升高，这时空气中的水分就会在金属表面形成露水，形成了生锈的条件，从而导致加速腐蚀。某些供暖时有时无的库房或车间，也会出现霜露现象。冬天将机器设备从室外搬到室内，由于室内温度较高，冰冷的机器表面就会形成一层水珠。在潮湿的环境中用汽油洗涤零件，洗后由于汽油迅速挥发，而使零件变冷，表面会马上凝结一层水膜，所有这些都会引起金属生锈。所以，在金属制品的生产、放置和贮运中，应尽量避免温度的剧烈变化。在北方高寒地区和昼夜温差较大的地区，应设法控制室内温度。
3.空气中污染物质的影响
SO2，CO2，Cl—和灰尘等污染物质，在工业城市大气中是大量存在的。例如一个十万千瓦火力发电站，每昼夜从烟囱中排放出的SO2就有10t之多。上海地区SO2污染较严重，有人测定达0.02～0.04 mg·m－3。
SO2，CO2等都是酸性气体，它们溶于水膜，不仅增加了作为电解质溶液的水膜的导电性，而且使析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生，从而加快了腐蚀速率。铁在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。锌也如此，它在大气中的吸氧腐蚀产物主要是Zn（OH）2，Zn（OH）2与空气中的CO2反应生成碱式碳酸锌，可形成一种致密的覆盖层，使金属表面与氧、水隔离。这就使腐蚀速率大大变慢，一般每年腐蚀深度只有几微米。这种情况下，腐蚀速率只取决于覆盖层按照下述反应所发生的溶解：
Zn5（OH）6（CO3）2 = 5Zn2 + + 6OH- ＋2CO32-
这样，如果在锌表面经常有水出现，碱式碳酸锌就可能溶解而促使腐蚀得以继续。再加上工业区大气被SO2严重污染，SO2可以通过多种途径（如光化学氧化和多相催化氧化等）与 O2和 H2O反应生成硫酸，而 H+则使碱式碳酸锌的解离平衡强烈地向右移动，促进了覆盖层的溶解，加速了锌的腐蚀。
铅在大气中的腐蚀过程本质上与锌十分类似，但有一个重要差别。由a入所生成的硫酸与铅发生反应可产生硫酸铅，而硫酸铅是难溶于水的，所以起着抑制腐蚀继续进行的作用。铅在工业大气中具有较好的抗蚀性，原因就在于此。铅的腐蚀速率几乎与人无关，仅取决于相对湿度。
Cl－的作用，特别是在近海洋的大气中，能促进腐蚀的发生。Cl- 体积小，无孔不久，能穿透水膜，破坏金属表面的钝化膜，生成的FeC12和CrCl3又易溶于水，且溶入水膜后将大大提高水膜的导电能力。钢铁材料在海滨大气及海洋运输中腐蚀速率较快的原因就是Cl—的作用。
此外，在某些化工厂区，大气中含有许多腐蚀性气体，如 H2S，NH3，Cl2和HCl等，这些气体都能不同程度地加速金属的腐蚀。
4.其他因素的影响金属制品在其生产过程中，可能带来很多腐蚀性因素。例如机械加工冷却液，不同的金属对它的PH值和氧化还原要求差别很大。Zn或AI在一般的酸和碱溶液中都不稳定，因为它们都具有两性，其氧化物在酸、碱中均能溶解。Fe和Mg由于其氢氧化物在碱中实际上不溶解，而在金属表面生成保护膜，因而使得它们在碱溶液中的腐蚀速率比在中性和酸性溶液中要小。Ni和Cd在碱性溶液中较稳定，但在酸性溶液中易腐蚀。因此加工钢铁零件的冷却液，一般要呈弱碱性（ph=8～9），但这种碱性冷却液用于Zn或Al等金属就不行了。
盐类的影响比较复杂，一般着重考虑它们与金属反应所生成的腐蚀产物的溶解度。例如，可溶性碳酸盐、磷酸盐分别在钢铁表面的阳极区域生成不溶的碳酸铁、磷酸铁薄膜；硫酸锌则在钢铁表面的阴极区域形成不溶的氢氧化锌，它们都会产生电阻极化，因此钢铁和这些溶液接触时腐蚀速率都比较小。还有一些盐类，如铬酸盐、重铬酸盐等能使金属表面氧化形成保护膜。
还有很多不可避免的操作因素。例如手工操作者用手与工件接触时，因人汗成分中含有较多的Cl-乳酸及尿素等，这也易促进金属生锈。金属零件的热处理中，残盐洗涤不干净也是常见的腐蚀因素。铸件通过喷砂，表面变得新鲜而粗糙，这样与空气接触面积大，再加上表面吸附性能和反应活性的显著升高，也极易使铸件很快腐蚀。
除上述因素外，还有一些因时因地的各种因素，例如金属原材料、半成品或成品，因保管不善而积满灰尘；用脏棉丝擦抹工件或用脚踏踩或不小心洒上水滴；蚁、蝇及各种小昆虫在金属表面上爬动，都会因脏物或排泄物等粘附在工件表面而引起腐蚀。
总之，腐蚀速率是讨论腐蚀现象中的一个十分重要的问题。
结合实际介绍工程中几种常用和特殊场合下的金属腐蚀。
知识要点：化学腐蚀和电化学腐蚀的概念和区别，氢脆现象；析氢腐蚀和析氧腐蚀的区别和联系。
作业：P186练习题之2、4、6题课后总结：这节课主要学习了：化学腐蚀和电化学腐蚀的概念、特点和区别，高温水蒸气对钢材的腐蚀和脱碳现象及其危害（氢脆现象）；析氢腐蚀和吸氧腐蚀的概念、联系与区别，电化学腐蚀反应的机理，腐蚀电池；电极极化的含义，极化电势产生的原因，极化电势的本质尤其是氢的极化电势的存在及意义；影响金属腐蚀速率的因素。
课前复习：
上节课主要学习了：化学腐蚀和电化学腐蚀的概念、特点和区别，高温水蒸气对钢材的腐蚀和脱碳现象及其危害（氢脆现象）；析氢腐蚀和吸氧腐蚀的概念、联系与区别，电化学腐蚀反应的机理，腐蚀电池；电极极化的含义，极化电势产生的原因，极化电势的本质尤其是氢的极化电势的存在及意义；影响金属腐蚀速率的因素。
§5.2 金属腐蚀与防护金属腐蚀现象是普遍存在的。金属腐蚀直接或间接地造成巨大的经济损失，甚至会引起严重事故。因此每一个工程技术人员都应在了解金属腐蚀机理的基础上懂得如何防止金属腐蚀和了解如何进行金属材料的化学保护方法。防止金属腐蚀可以从金属本性和环境介质两个方面考虑；化学保护主要是保护材料表面免受损害。
一、合理选用材料
教学提示
纯金属的耐蚀性能一般比含有杂质或少量其他元素的金属更好。例如，铝在相当纯的状态价格并不贵，因此电气工业中使用较多。又例如锆是原子能应用中非常重要的材料，轻微腐蚀都不允许，因此必须使用电弧熔炼的纯度非常高的错。不过纯金属通常价格较贵，而且比较软，强度低，所以一般只用在极少的特殊场合，大多数情况下都是使用合金材料。
选用材料时还应考虑材料使用时所处的介质种类和条件，如空气的湿度、溶液的浓度、温度等。例如对接触还原性或非氧化性的酸和水溶液的材料，通常俚用镍、铜及其合金。对于氧化性极强的条件，采用钛和钛合金。除了氢氟酸和故碱溶液外，金属担和非金属的玻璃几乎对所有介质都能耐蚀。许多年来，担已初认为并已被用作“完全”耐蚀材料。
不锈钢并不是在所有情况下都不生锈，也并非是最耐腐蚀的材料。它是由含铬11.5％～30%。，含锌低于22％，加上其他少量合金元素所组成的，包括30种以上不同合金系列的通称。不锈钢虽然在耐腐蚀方面有着良好的性能，但并不耐所有腐蚀剂。在某些情况下，例如上节所述的含氯化物的介质或被用作受应力的结构时，不锈钢还木及普通结构钢耐腐蚀。有大量的腐蚀事故可以直接归结为对不锈钢选材的不慎或把它当作最好的万能材料之故，实际上木锈钢仅仅是耐蚀性较高而价格相对较低的一大类材料，使用时必须慎重。
还应指出，可以代替金属的非金属材料有五类：（1）天然橡胶和合成橡胶；（2）塑料；（3）陶瓷；（4）碳素材料（如石墨）；（5）木材。
一般来说，橡胶和塑料与金属材料相比较，强度和硬度都低得多，但对氯离子和盐酸的耐蚀性却要强得多，对浓硫酸、硝酸等氧化性酸耐蚀性则较差，对有机溶剂的耐蚀性也较差，使用温度～般不能高于80～90℃。陶瓷的耐蚀和耐热性都很高，但主要缺点是太脆和抗拉强度太低。石墨的耐蚀性、导电性和导热性能都很好，但性跪。木材在强腐蚀性环境中一般不耐依。
最后还须指出，设计金属构件时，应注意避免两种电势差很大的金属相接触。例如铝合金。镁合金不应当和铜、镍、铁等电极电势代数值较大的金属直接连接。当必须把这些不同的金属装配在一起时，应该设法采用隔离层的办法把它们隔开来。例如，喷的瑞漆、村塑料或橡胶垫，或通过适当的金属镀层过渡。若铝合金与钢铁件组合时，则需将铝合金进行阳极氧化处理，而将钢铁镀锌或镀镍后再组装在一起，扒h为设计中，还要尽量避免能够发生积水或存留腐蚀介质的情况，要避免留在空隙。
二、防止介质对材料的腐蚀
教学提示
1.隔绝介质与材料的接触采用覆盖层的办法，可将金属或合金与周围介质隔离开来，从而达到防腐蚀的目的。覆盖层是采用化学处理的方法，使金属表面形成一层钝化膜保护层。钝计膜最常见的有氧化膜和磷化膜两种。
钢铁发蓝，也称发黑，其结果是使钢铁表面生成一层蓝黑色的致密的四氧件三铁（Fe3O4）薄膜，牢固地与金属表面结合。这种氧化膜对干燥的气体抵抗大强，但在水中和湿气中抵抗力较差。这种氧化膜还有较大的弹性及润滑性，广泛用于机器零件、精密仪器、光学仪器、钟表零件和军械制造中。常用的碱性发掘工艺是将钢铁零件放人很浓的碱（NaOH）和氧化剂（NaNO2，NaNO）溶液中，在140～150℃下进行处理，其反应主要是氧化还原反应和水解反应。
钢铁磷化是把钢铁制件放入磷酸盐溶液中进行浸泡，使其表面获得一层友黑色不溶于水的磷酸盐薄膜（磷化膜）。磷化膜在大气中有较好的耐蚀性，一些磷化膜保护的钢铁零件即使与酸、碱等接触也不受腐蚀。在对钢铁制件进行街涂料或喷塑、喷漆前使其覆盖一层磷化膜，能使涂膜更加牢固。敷有磷化膜的工件，更易润滑，耐磨损。磷化膜加工工艺简便，成本低廉。常用的磷酸盐是磷因二氢锰铁盐，俗名马日夫盐。
钢铁在该酸性溶液中反应生成Fe2+，Zn2+，Mn2+等离子的HPO42-与PO43-的复合盐，结晶沉积于金属表面，形成磷化保护膜。
覆盖层也可以是金属保护层。金属保护层是以另一种金属镀在被保护的金属制品表面上所形成的保护层，镀层应选用耐蚀的金属。制备金属保护层可月电镀、电刷镀、喷镀、渗镀、化学镀等方法。
电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程既可防腐蚀又可起装饰的作用。在电镀时，将需要镀层的零件作为阴极（连接年源负极），而用作镀层的金属（如 Cu，Zn，Ni，Sn等）作为阳极（连接电源正极）阳板也可以是不溶性的金属，如镀铬时阳极用Ph，Ph仅起导电作用。两极置于欲镀金属的盐溶液中接直流电源。
在适当的电压下，阳极发生氧化反应，金属失去电子而成为正离子进入溶液中，阳极溶解，金属先电子难易程度如前所述；阴极发生还原反应，金属正离子在阴极锻件上获得电子，析出沉积成金属镀层。金属离子析出的先后次序与溶解次序相反，是电极电势大的氧化态先得到电子还原析出，电极电势比电对H+／H大的金属电对中的金属离子，如Cu2+，Hg2+首先在阴极上析出，一些电极电势比电对H+/H小的，则由于H+ /H的极化电势较大，所以在酸性较小时，仍比 H+先析出。一般电镀层是靠镀层金属在基体金属上结晶并与基体金属结合形成的。
电镀液（电解液）的选择直接影响着电镀质量。例如镀铜工艺若用酸性镀铜液（基本成分为硫酸铜和硫酸），不仅镀层粗糙，而且与基体金属结合不牢。
用含有相对低熔点的金属氧化物做釉料，涂覆在金属制件表面，然后在高温烧结炉中烧结，这能在金属表面形成所谓的搪瓷层。搪瓷层也可隔绝空气介质与金属的接触。
覆盖层还可以是非金属保护层。非金属保护层是以非金属物质，如油漆、塑料等，涂覆在金属表面上形成的保护层。我国具有悠久历史的生漆（大漆）也是耐蚀性能很好的涂料，用其作保护层，能耐盐酸、硫酸的侵蚀。
应用工程塑料喷涂金属表面，比喷漆更具先进性，因为喷塑是把塑料粉剂加热到熔点，喷射出来，熔敷在金属的表面，其附着力强；而喷漆是液体，它是靠溶剂的帮助，使漆料粘附在金属上，附着力差，而且溶剂一般都有毒。
2.控制和改善环境气体介质易腐蚀的仪表、器件应尽量放在干燥、不接触腐蚀性气体或电解质溶液的地方。
在空气中不可避免地含有水蒸气，因此，常用干燥剂来干燥放置仪表、器件周围的空气。干燥剂的种类很多，值得提及的是，将少量CoCl2浸入硅腔中做常见仪表的干燥剂时，CoCl2的颜色变化能指明硅胶的干燥能力。它因所含结晶水的不同而呈现不同的颜色：
CoCl2·6H2O——CoCl2，·2H2O——COCl·H2O——COCl2
（粉红） （紫红） （蓝紫） （蓝色）
当含COC2的硅胶加热时，失水呈蓝色；常温下，吸水由蓝色逐渐变为粉红，此时表明硅胶已无吸水能力。
在密封装置内使用干燥剂或直接充入干燥空气，然后装人欲保存的材料并密封容器，这就是一般所称的干燥空气封存法或控制相对湿度法。这能使相对湿度控制在小于35％的程度，金属就不易生锈，非金属也不易发霉。
这种干燥空气封存技术的原理，不仅使用于产品封存上，还可通过空调波备，控制整个车间、库房的相对湿度在规定的低限之内，从而达到防止产品在其工序间及装配过程中生锈的目的。
控制环境，还可采用充氮封存的方法，因氮气的化学性质比较稳定。此外还有去氧封存的方法。
3.控制和改善环境液体介质发电厂热力系统中给水系统的锅炉、管道等的吸氧腐蚀、析氢腐蚀与给水中所溶氧、二氧化碳等气体的含量有关。所以必须去除给水中的氧和二氧化碳，如采用热力法煮沸给水，这不仅能去除水中的溶解氧，而且还会使一部分水中的碳酸氢根分解；有时还借助于化学法，用联氨（N2N4，又叫肼）除氧。联氨具有还原性，特别在碱性水溶液中是一种很强的还原剂，N2H4＋O2 = N2 ＋2H2O
N2H4还能将氧化铜还原成氧化亚铜或铜。联氨的这些性质可以用来防止锅炉内结铁垢和铜垢。
控制和改善环境还有缓蚀剂法。缓蚀剂是指添加到腐蚀性介质中能阻止金属腐蚀或降低腐蚀速率的物质。缓蚀剂的种类繁多，有用于酸性、碱性或中性液体介质中的缓蚀剂，有气相缓蚀剂等。习惯上常根据缓蚀剂的化学组成，把缓蚀剂分为无机的和有机的两类。
无机缓蚀剂，如具有氧化性的铬酸钾、重铬酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠等，在溶液中能使钢铁钝化，使金属与介质隔开，从而减缓腐蚀。其中，亚硝酸钠常用作钢铁零件的短期防蚀，它是防锈水的主要成分。
有些非氧化性的无机缓蚀剂，如 NaOH，Na2CO3，Na2SiO3，Na3PO4等，能与金属表面阳极部分溶解下来的金属离子结合成难溶的产物，覆盖在金属表面上形成保护膜。生成的难溶碳酸盐覆盖于阳极表面，增强了电极的极化作用，阻滞了阳极反应，从而降低了金属的腐蚀速率。
在酸性介质中，通常加入有机缓蚀剂：预脂、糊精、动物胚、胜美以及古N和S的有机物质等。有机缓蚀剂对金属的缓蚀作用，一般认为是由于金属刚开始溶解时，表面带负电，所以能将缓蚀剂的离子或分子吸附在表面上，形成一层难溶而腐蚀性介质又很难透过的保护膜，增强电极的极化作用，从而阻碍了H“得电子，大大减少了桥氢腐蚀。有机缓蚀剂在金属氧化物的表面不能被吸附，利用这个特性，有机缓蚀剂常被用于酸洗中，既达到除去金属上的氧化皮或铁锈的目的，又可以减缓金属在酸中的腐蚀速率。
★ 三、电化学保护法
教学提示
电化学保护法是将被保护的金属作为腐蚀电池或电解他的阴极。它一般分为牺牲阳极保护法和外加电流保护法。
牺牲阳极保护法是将较活泼的金属或其合金连接在被保护的金属上，形成腐蚀电池。这时较活泼的金属作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀。被保护的金属作为阴极而达到不遭腐蚀的目的。一般常用的牺牲阳极的材料有铝、锌及它们的合金。牺牲阳极保护法可用于锅炉、海轮外壳等的防腐。
外加电流保护法是将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个电极。被保护金属作为阴极，在直流电的作用下阴极受到保护。此法主要用于防止土壤、海水和河水中金属设备的腐蚀。
四、电化学腐蚀的利用
教学提示
腐蚀破坏了金属材料，但事物总有两面性，利用电化学腐蚀还可进行金属保护和金属材料加工等。
1.阳极氧化阳极氧化是用电化学的方法使金属表面形成氧化膜以达到防腐耐蚀目的的一种工艺。根据生产实践的观察和分析，这种电化学氧化膜的生成是两种不同的化学反应同时进行的结果。以铝为例，一种是Al2O3的形成反应，另一种是Al2O3被电解液不断溶解的反应。当Al2O3的生成反应的速率大于溶解速率时，氧化膜就能顺利地生长，并保持一定的厚度。阳极氧化虽然不一定总是需要直流电源，在使用交流电源的情况下阳极和阴极在不断地交替变化，但Al2O3的形成反应总是在作为阳极时发生。
阳极氧化可采用稀硫酸或铬酸或草酸溶液。
由于氧化膜的不断生成，电阻不断增大，为保持稳定的电流，需要不断地调整电压。
阳极氧化过程中的氧化膜，在靠近基体金属的一边，是纯度较高的A12O3膜，致密而薄，因为松孔的存在能保证电解液的流通，阳极氧化所得的氧化膜与金属基体结合得很牢固，因而大大提高了金属及其合金的耐腐蚀性能和耐磨性，并可提高表面电阻而增强绝缘性能。阳极氧化所得到的氧化膜富有多孔性，它具有很好的吸附能力，能吸附各种染料，实际中常根据不同需要用有机染料（如前素红）及无机染料（如草酸铁被，金色）染成各种颜色。对于不需要染色的表面孔隙，则要进行封闭处理，使膜层的疏孔缩小，以改善膜层的弹性、耐磨性和耐蚀性。封闭处理通常是将工件浸在重铬酸盐或铬酸盐溶液中，以使疏孔被生成的碱式盐Al（OH）（Cr2O7）或Al（OH）（Cr2O4）所封闭。
本法适用于镁、铜、钛、铅等金属及合金。
2.电解抛光电解抛光的原理是：在电解过程中，利用金属表面上凸出部分的溶解速率大于金属表面凹入部分的溶解速率这一特点，使金属表面达到平滑光亮的目的；平滑光亮的金属表面，既不易腐蚀又美观大方。
抛光液中，磷酸是应用最广的一种。因为磷酸能眼金属或其氧化物反应，生成各种各样的盐，它们在过饱和溶液中都有较高的粘度和极化作用，而且没有结晶趋向，易形成粘性薄膜。由于磷酸本身是中强酸，对大多数金属不起强烈的腐蚀作用，又无臭、无毒，因而大多数情况下都采用磷酸作抛光电解液。
硫酸主要用于提高溶液的导电性，因为它是强电解质，酸性很强。H。SO。含量一般控制在15％以下，否则会使金属溶解加快，以致金属得不到光滑平整的表面。H2SO4很少单独用作电解液。
铬酐溶于水生成的重铬酸（H2Cr2O7）是一种强氧化剂。它在抛光溶液中能使大多数金属与合金处于钝化状态，并在其表面形成保护膜，保护金属表面不受腐蚀，进而得到光滑平整的表面。在使用铬酐时要注意浓度合适。此外，因CrO3与有机物接触时，反应十分剧烈，操作时应当小心，不要和衣服、皮肤接触。
高氯酸能与许多金属及溶液中其他负离子生成高粘度、高电阻的配合物，产生极化作用。高氨酸还对许多金属都有很好的抛光作用，因此被广泛采用。纯的高氨酸 HClO4为无色液体，很不稳定，在储藏中有时也会爆炸。在加热和高浓度时还会与有机物发生猛烈作用，因此在使用时要特别注意。但其水溶液很稳定，特别是使用低浓度的HClO4溶液没有上述危险。
电解抛光具有机械抛光所没有的优点，但是也有缺点，如往往在工件表面产生点状腐蚀和非金属薄膜，这多为电解液配制不当所致。实际工作中，往往电解抛光与机械抛光互相结合，以发挥各自优点，弥补各自的不足。
3.化学铣削化学铣削是利用腐蚀来进行金属加工的一种方法，因此又叫腐蚀加工。它是把某一材料先用一保护层将不需要腐蚀的地方保护起来，然后浸入腐蚀液中进行腐蚀，或不用保护层直接将需要腐蚀的地方浸入腐蚀液中进行腐蚀的一种方法。
化学铣削通常包括清洁处理、徐防蚀层、刻划防蚀层图形、腐蚀加工和从已加工完毕的零件或半成品上把防蚀层去掉。
所谓防蚀层，是一种涂在化学铣削零件表面上的包覆层，用来限定和保护零件表面上不需要腐蚀的部分。防蚀层必须在工作条件下仍能牢固地粘着在零件表面上，而且还要有足够的内在强度，以保护腐蚀区域的边缘，并使加工出来的凹槽或凸台轮廓整齐清晰。但粘附力过大，也会造成剥离的困难。此外，还应考虑用作防蚀层的高分子化合物的柔顺性，使化学铣削时产生的气体很容易从凹槽内排出。目前常用以氯丁橡胶为基体的合成橡胶或异丁烯异戊间二烯共聚物作防依层。用于艺术品上的蚀刻和制造印刷图片的凹版，常用沥青、石蜡和松香为基体的防蚀层。
光刻工艺的防蚀层是感光胶防蚀层。把感光胶，比如重铬酸铰和明胶或聚乙烯酸等组成的重铬酸盐胶，涂布在需蚀刻的器件表面，把不需蚀刻部分进行短时间光照，胶层见光后，重铬酸铵的Cr2O72-在光的作用下被还原剂（如聚乙烯醇或明胶）还原。
在化学铣削中，每溶解1g铝大约释放出15.9 kJ热量，这可加快化学铣削的速率。
可以使用的酸性腐蚀液如盐酸腐蚀液，还可以采用含有硝酸、盐酸和氢氟酸的腐蚀液。
对于不锈钢、镍合金等，可用王水添加磷酸所组成的腐蚀液。王水是由3份浓盐酸和1份浓硝酸组成的混合液。王水中有NOCI，C12，HCIO等多种氧化态物质存在，它们在反应中组成的氧化还原电对的电极电势值都较大，所以能对金属进行有效的腐蚀。钢、钛、铝、钥、钮鹏等合金，一般都较耐腐蚀。但可以用氢氟酸为基础并添加硝酸等氧化剂来进行腐蚀。HF的作用是生成氟化物或氮的配位化合物，以进一步降低被腐蚀金属的离子浓度。
在腐蚀反应中，一般都放出热量，这有利于化学铣削速率的提高。
化学铣削已成为一种有很高应用价值的加工方法。它能承担机械切削难以完成的加工，目前已铣削出凹槽厚度偏差不超过0,025urn的材料，并已用在阿波罗号等航天飞船上。
知识要点：合理选材的基本知识；防止介质对材料腐蚀方法；电化学保护法；电化学腐蚀的利用。
作业：
课后总结：这节课主要学习了：正确选用金属材料及代用材料的思路：根据具体情况选材，特别注意不锈钢、钢、镍及镍合金、钛及钛合金、钽的选用；隔绝金属材料与腐蚀性介质的接触、控制，改善环境气体和液体介质、使用缓蚀剂等方法和意义，电极电势的应用、电镀时两极发生的反应及金属在阴极析出顺序，含CoCl2硅胶的使用，缓蚀机理；联系实例重点掌握牺牲阳极保护法、外加电流法保护法的应用。
§5.3 生命体及高分子材料的老化结合课本知识适当拓展讲解，主要是让学生了解生命体和高分子材料的应用和发展前景。
本章小结知识要点：
化学腐蚀和电化学腐蚀的概念、特点和区别，高温水蒸气对钢材的腐蚀和脱碳现象及其危害（氢脆现象）；
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的概念、联系与区别，电化学腐蚀反应的机理，腐蚀电池；
电极极化的含义，极化电势产生的原因，极化电势的本质尤其是氢的极化电势的存在及意义；
影响金属腐蚀速率的因素；
正确选用金属材料及代用材料的思路：根据具体情况选材，特别注意不锈钢、钢、镍及镍合金、钛及钛合金、钽的选用；
隔绝金属材料与腐蚀性介质的接触、控制，改善环境气体和液体介质、使用缓蚀剂等方法和意义，电极电势的应用、电镀时两极发生的反应及金属在阴极析出顺序，含CoCl2硅胶的使用，缓蚀机理；
联系实例重点掌握牺牲阳极保护法、外加电流法保护法的应用。
重点内容：
化学腐蚀和电化学腐蚀相关概念、析氢腐蚀和析氧腐蚀的区别和联系；金属常用的防腐措施。
上节课主要学习了：配位化合物的解离反应、配位化合物的转化及其应用；同时，介绍了一些水知识、水污染现状以及水净化的基本方法。
引言
教学提示
上章内容主要涉及化学理论在水质分析和水处理方面而形成的水化学知识，而本章则涉及化学理论应用于材料保护方面的知识。这方面的知识涉及到机械、电气、电子、仪表、土建、信息、交通等现代工程技术。本章主要讨论金属材料的腐蚀、高分子材料的老化及其保护措施，其中涉及功能陶瓷和复合材料。这些在现代工程技术中具有重要的实际意义和实用价值。
作为引子，笨张介绍化学理论在材料保护上的应用。
★ §5.1 金属腐蚀的发生当金属和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的破坏叫金属腐蚀。从热力学的观点来看，除少数的贵金属（如Au，Pt）需要像“王水”那样的特殊介质外，各种金属都有与周围介质发生化学作用的倾向，也就是说金属腐蚀是自然趋势（自发的），因此腐蚀现象是普遍存在的。金属腐蚀直接或间接地造成巨大的经济损失，估计世界上每年由于腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产量的25％左右，甚至还会引起停工停产、环境污染、中毒、爆炸等严重的事故，但金属腐蚀有时也会给人类带来加工方便等可利用之处。
根据金属腐蚀过程的不同特点，可将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。
一、化学腐蚀
教学提示
单纯由化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀。化学腐蚀是金属与周围介质直接发生氧化还原反应而引起的破坏。它发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，在腐蚀过程中不产生电流。例如电气绝缘油、润滑油、液压油以及干燥空气中的O2，H2S，SO2，Cl2等物质与电气、机械设备中的金属接触时，在金属表面生成相应的氧化物、硫化物、氯化物等，都属化学腐蚀。温度对化学腐蚀的速率影响很大。例如高温水蒸气对锅炉的腐蚀特别严重，将会发生下述反应：
Fe＋H2O（g） FeO＋H2
2Fe＋3H2O(g) Fe2O3＋3H2
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
在反应生成一层氧化皮（由FeO，Fe2O3，Fe3O4组成）的同时，还会发生钢铁脱碳现象。这是由于钢铁中的渗碳体（Fe3C）与高温水蒸气反应的结果：
Fe3C十H2O（g） 3Fe＋CO＋H2
这些反应都是可逆反应。在高温下，由热力学数据计算得出正反应的ΔG值是远小于零，即平衡强烈地偏向右边。另外，根据速率常数随温度升高而增大可知，锈蚀速率在高温下是很大的。因此，无论从平衡移动还是从反应速率来看，水蒸气在高温下对钢铁材料的腐蚀是不容忽视的。
在渗碳体与水蒸气的反应中，碳从邻近的、尚未反应的金属内部逐渐扩散到反应区，于是金属层中的碳逐渐减少，形成脱碳层。由脱碳反应及其他氧化还原反应生成的氢因扩散渗入钢铁内部，使钢铁产生脆性，称氢脆。钢的脱碳和氢脆会造成钢的表面硬度和内部强度的降低，这是非常有害的。
联系生活实际加深学员对化学腐蚀的理解
二、电化学腐蚀的极化作用
教学提示
如果我们将一块化学纯的锌投入稀盐酸中，几乎看不见氢气放出。但当用一铜丝接触纯锌的表面，铜丝上即剧烈地放出氢气，纯锌逐渐溶解。如果用含有较多杂质的工业租锌投入稀盐酸中，也能明显地观察到有氢气放出。这与用一块钢片、一块锌片同时插入稀盐酸中组成铜锌原电池的反应类似。
由于形成了原电池发生电化学作用而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。金属的电化学腐蚀与原电池作用在原理上没有本质区别。但通常把腐蚀中的原电池称为腐蚀电池，而且习惯上把腐蚀电池中发生氧化（即失电子）反应的电极称为阳极，一般电极电势小的电对还原态易失电子，越小越易失电子；把发生还原（即得电子）反应的电极称为阴极，一般电极电势大的电对氧化态易得电子，越大越易得电子。
实际观察腐蚀电池的电动势，当有电流通过时要比按理论计算的低。其原因是当电流通过时，阴极的电极电势要降低，阳极的电极电势要升高。这种因为有电流通过电极而使电极电势偏离原来的平衡电极电势值的现象，称为电极的极化，这时的电极电势称极化电势。没有静电流（也可理解为有无限缓慢微电流）通过时的电极电势称为平衡电势。
电极极化可分为阳极极化和阴极极化，产生极化的原因，主要有下述三种：
1.浓差极化浓差极化是由于离于扩散速率比离子在电极上的放电速率慢所引起的。电流产生后，电极附近的离子浓度与溶液中其他部分不同。在阴极是氧化态物质（正离子）得电子，当离于浓度减小时，根据能斯特方程式可知，其电极电势代数值将减小；在阳极是还原态物质（金属）失电子，当离子浓度增加时，其电极电势代数值增大。
2.电化学极化电化学极化是电化学反应，如离子的放电、原子结合为分子、水化离子脱水等的速率比电流速率慢所引起的。电流通过电极时，若电极反应进行得较慢，就会改变电极上的带电程度，使电极电势偏离平衡电势。如在阴极，当氧化态物质得电子反应不够快时，则在电极上的电子过剩，即比平衡时的电极带更多的负电荷，从而使阴极电势比其平衡电势低；同样，若在阳极，当还原态物质的氧化反应（失电子）进行得较慢时，则电极的正电荷过剩，从而使阳极电势比其平衡电势为高。
3.电阻极化电阻极化是由于当电流通过电极时，在电极表面上形成氧化膜或一些其他物质引起的。由于这些物质具有一定的电阻，在阳板上阻碍还原态物质（如OH-，H2等）的到达或氧化态物质（如Fe2+，O2，H+）的离去，使其电极电势升高；在阴极上，阻碍氧化态物质（如Fe2+，O2，H+）的到达或还原态物质（如OH－，H2等）的离去，使其电极电势降低。
无论哪种极化原因，极化结果都使阴极电势值减小，阳极电势值增大，最终使腐蚀电池的电动势减小。总之，极化作用的结果是使腐蚀速率变慢，甚至有时会使腐蚀过程完全停止。
三、析氢腐蚀和吸氧腐蚀
教学提示
电化学腐蚀，从机理上看可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
1.析氢腐蚀在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的工艺过程中常发生析氢腐蚀。特别是当钢铁制件暴露于潮湿空气中时，由于表面的吸附作用，就使钢铁表面覆盖了一层极薄的水膜。此时铁（相对活泼的金属）作为腐蚀电池的阳极发生失电子的氧化反应；氧化皮、碳或其他比铁不活泼的杂质作阴极．H+在这里接受电子发生得电子的还原反应：
阳极（Fe） Fe－2e= Fe2+
阴极（杂质）2H+＋ 2e=H2
总反应 Fe＋2H+= Fe2+十H2
这种腐蚀过程中有氢气析出，所以称为析氢腐蚀。
若工厂附近的空气中含有较多的CO2，SO3等酸性气体，水膜中由于氢离子的浓度较大，有可能发生析氢腐蚀，使铁被腐蚀生成的Fe2+在pH值较高时能以Fe（OH）2沉淀析出，并进一步氧化成F e（OH）3。随着温度的升高，腐蚀将加剧进行。
在中性溶液中，根据能斯特方程式计算得：
E（H+/H2）=-0.414V；E（Fe2+/Fe）=-0.587V
E（H+/H）＞E（Fe2+/Fe），在阴极（杂质）上有氢气析出并使阳极（铁）腐蚀，但由于电化学极化作用的存在，使氢气析出时的实际电极电势要小于理论析出电势值，两者之差即：
E（H+/H）实= E（H+/H）理 — E（H+/H）
我们称E（H+/H）过为氢的过电势。过电势总是正值，它使K在阴极析出时的实际电势要比理论电势小。过电势的大小与电流密度、溶液中H+的浓度、阴极的材料等因素有关。
2.吸氧腐蚀由于氢过电势的影响，在中性介质，甚至在PH值等于4的溶液中，铁已不可能发生桥红腐蚀。但铁的腐蚀还是严重存在的。这是什么原因呢？是因为阴极的吸氧作用而造成了吸氧腐蚀。当金属发生吸氧腐蚀时，阳板仍是金属（如Fe）失电子被氧化成金属离子（如 Fe2+），但阴极杂质就成为氧电极了。在阴极，主要是溶于水膜中的氧得电子，反应式如下：
阳极（Fe） 2Fe－4e=2Fe2+
阴极（杂质） O2＋2H2O＋4e=4OH -
总反应 2 Fe＋O2＋2H2O=2Fe（OH）2
这种在中性或弱酸性介质中发生“吸收”氧气的电化学腐蚀称为吸氧腐蚀。大多数金属的电极电势比E（O2/OH-）多，所以大多数金属都可能产生吸氧腐蚀，析出OH-。甚至在酸性较强的溶液中，金属发生析氢腐蚀的同时，也有吸氧腐蚀产生，其速率取决于温度、水膜的厚度等因素。
锅炉、铁制水管等都与大气相通，而且不是经常有水，无水时管道被空气充满，因此锅炉管道系统常含有大量的氧气，所以常有严重的吸氧腐蚀。
差异充气腐蚀是由于氧浓度不同而造成的腐蚀，是金属吸氧腐蚀的一种形式，是因金属表面氧气分布不均匀而引起的。例如，钢管唐铁管理在地下，地可的士有砂土、粘土之分和压实、不压实的区别，砂上部分或没有压结实粘土的含气就比较充足，即氧气的分压或浓度要大一些，从氧的电极反应式：
O2＋2H2O＋4e = 4OH-
在氧气分压p（O2）大的地方，E（O2/OH-）值也大；p（O2）小的地方，E（O2/OH-）也小。根据电池组成原则，E值大的为阴极（得电子），E值小的为阳极（失电子），于是组成了一个氧的浓差电池。结果使P（O2）小或C（O2）小的地方即压实或粘土部分的金属成为阳极，发生失电子反应，先被腐蚀。我们可以做这样一个实验，把一滴含有酚酞指示剂的NaCl溶液滴在磨光的锌表面上，一定时间后，就可以看到液滴边线变成红色，这表明生成了OH。在液满遮盖住的部位生成白色Zn（OH）2沉淀。擦去液满后，则可以发现腐蚀仅发生于液滴盖住的部位。这是因为，在液滴的边缘空气较充足，氧气浓度较大，而液滴遮盖的部位则空气较不足，氧气浓度较小。氧浓度大的地方，即液滴周围，成为阴极而发生氧得电子反应，产生OH-，从而使酚酞变红；而液滴遮盖部分则作阳极，发生了金属的腐蚀。
差异充气腐蚀对工程材料的影响必须予以足够重视，工件上的一条裂缝，一个微小的孔隙，往往因差异充气腐蚀而毁坏整个工件，造成事故。
使用动画演示析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理，重在分析二者的区别
四、金属的腐蚀速率
教学提示
对不同金属来说，在相同的环境条件下，金属越活泼，电极电势越小，越易被腐蚀；反之，金属越不活泼，电极电势越大，越不易被腐蚀。就同种金属而言，腐蚀速率主要受环境介质的影响，影响因素大致有湿度、温度、空气中的污染物质。溶液状况及其他的人为因素等。现对几种因素的影响予以讨论：
1.大气相对湿度对腐蚀速率的影响常温下，金属在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。吸氧腐蚀的速率主要取决于构成电解质溶液的水分。在某一相对湿度（称临界相对湿度）以下，金属即使长期暴露于大气中，也几乎完全不生锈。但如果超过某一相对湿度时，金属表面很快就会吸附水蒸气形成水膜而腐蚀。临界相对湿度随金属的种类及表面状态不同而不同。一般地说，钢铁生锈的临界相对湿度大约为 75％。
不同物质或同一物质的不同表面状态对于大气中水分的吸附能力是不同的。例如，一块干净的玻璃和一堆粗盐，在同一湿度的空气中，我们看见玻璃表面没有什么变化，而那堆粗盐却渐渐变成了一滩盐水。这是因为粗盐中所含的MgCl2晶体对空气中水分子的吸附能力很强，即使空气相对湿度很低，它也能把水分子从空气中吸收进来；而玻璃对空气中水分子的吸附力较小，空气湿度达不到它的过饱和状态就看不到玻璃表面有水膜。总之，物体本身的特性及表面状态决定了物体表面在多大湿度下才能形成水膜。
金属表面上的水膜厚度对金属腐蚀速率的影响很大。金属在水膜极薄（小于10urn）的情况下腐蚀几乎不能发生，即使发生反应速率也极小，因为这种情况下不能形成足够的电解质溶液供金属溶解和离子迁移运动；而水膜在10～106urn时的腐蚀速率最大，因为这种情况相当于空气相对湿度较大时形成的水膜，此时，氧分子十分容易地透过水膜到达金属表面，氧的阴极电势增大，易得电子，阳极（金属）失电子也快，因此腐蚀速率很快；如果水膜过厚（超过106urn），氧分子通过水膜到达金属表面的时间变得较长，这使阴极得电子变得迟缓，腐蚀速率也就会随之而降低。
如果金属表面有吸湿性物质（如灰尘、水溶性盐类等）污染，或其表面形状粗糙而多孔时，则临界相对湿度值就会大幅度下降。
2.环境温度的影响环境温度及其变化也是影响金属腐蚀的重要因素。因为它影响空气的相对湿度、金属表面水气的凝聚、凝聚水膜中腐蚀性气体和盐类的溶解以及水膜的电阻和腐蚀电池中阴、阳极反应过程的快慢。
温度的影响一般要和湿度条件综合起来考虑。当湿度低于金属的临界相对湿度时，温度对腐蚀的影响很小，此时无论气温多高，金属也几乎不腐蚀。而当相对湿度在临界相对湿度以上时，温度的影响就会相应地增大。此时温度每升高10℃，锈蚀速率提高约2倍，所以在雨季或湿热带，温度越高，生锈越严重。
温度的变化，还表现在露露现象上。例如在大陆性气候地区，白天炎热、空气相对湿度虽低，但并不是没有水分，一到晚上，温度就剧烈下降，空气的相对湿度大大升高，这时空气中的水分就会在金属表面形成露水，形成了生锈的条件，从而导致加速腐蚀。某些供暖时有时无的库房或车间，也会出现霜露现象。冬天将机器设备从室外搬到室内，由于室内温度较高，冰冷的机器表面就会形成一层水珠。在潮湿的环境中用汽油洗涤零件，洗后由于汽油迅速挥发，而使零件变冷，表面会马上凝结一层水膜，所有这些都会引起金属生锈。所以，在金属制品的生产、放置和贮运中，应尽量避免温度的剧烈变化。在北方高寒地区和昼夜温差较大的地区，应设法控制室内温度。
3.空气中污染物质的影响
SO2，CO2，Cl—和灰尘等污染物质，在工业城市大气中是大量存在的。例如一个十万千瓦火力发电站，每昼夜从烟囱中排放出的SO2就有10t之多。上海地区SO2污染较严重，有人测定达0.02～0.04 mg·m－3。
SO2，CO2等都是酸性气体，它们溶于水膜，不仅增加了作为电解质溶液的水膜的导电性，而且使析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生，从而加快了腐蚀速率。铁在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。锌也如此，它在大气中的吸氧腐蚀产物主要是Zn（OH）2，Zn（OH）2与空气中的CO2反应生成碱式碳酸锌，可形成一种致密的覆盖层，使金属表面与氧、水隔离。这就使腐蚀速率大大变慢，一般每年腐蚀深度只有几微米。这种情况下，腐蚀速率只取决于覆盖层按照下述反应所发生的溶解：
Zn5（OH）6（CO3）2 = 5Zn2 + + 6OH- ＋2CO32-
这样，如果在锌表面经常有水出现，碱式碳酸锌就可能溶解而促使腐蚀得以继续。再加上工业区大气被SO2严重污染，SO2可以通过多种途径（如光化学氧化和多相催化氧化等）与 O2和 H2O反应生成硫酸，而 H+则使碱式碳酸锌的解离平衡强烈地向右移动，促进了覆盖层的溶解，加速了锌的腐蚀。
铅在大气中的腐蚀过程本质上与锌十分类似，但有一个重要差别。由a入所生成的硫酸与铅发生反应可产生硫酸铅，而硫酸铅是难溶于水的，所以起着抑制腐蚀继续进行的作用。铅在工业大气中具有较好的抗蚀性，原因就在于此。铅的腐蚀速率几乎与人无关，仅取决于相对湿度。
Cl－的作用，特别是在近海洋的大气中，能促进腐蚀的发生。Cl- 体积小，无孔不久，能穿透水膜，破坏金属表面的钝化膜，生成的FeC12和CrCl3又易溶于水，且溶入水膜后将大大提高水膜的导电能力。钢铁材料在海滨大气及海洋运输中腐蚀速率较快的原因就是Cl—的作用。
此外，在某些化工厂区，大气中含有许多腐蚀性气体，如 H2S，NH3，Cl2和HCl等，这些气体都能不同程度地加速金属的腐蚀。
4.其他因素的影响金属制品在其生产过程中，可能带来很多腐蚀性因素。例如机械加工冷却液，不同的金属对它的PH值和氧化还原要求差别很大。Zn或AI在一般的酸和碱溶液中都不稳定，因为它们都具有两性，其氧化物在酸、碱中均能溶解。Fe和Mg由于其氢氧化物在碱中实际上不溶解，而在金属表面生成保护膜，因而使得它们在碱溶液中的腐蚀速率比在中性和酸性溶液中要小。Ni和Cd在碱性溶液中较稳定，但在酸性溶液中易腐蚀。因此加工钢铁零件的冷却液，一般要呈弱碱性（ph=8～9），但这种碱性冷却液用于Zn或Al等金属就不行了。
盐类的影响比较复杂，一般着重考虑它们与金属反应所生成的腐蚀产物的溶解度。例如，可溶性碳酸盐、磷酸盐分别在钢铁表面的阳极区域生成不溶的碳酸铁、磷酸铁薄膜；硫酸锌则在钢铁表面的阴极区域形成不溶的氢氧化锌，它们都会产生电阻极化，因此钢铁和这些溶液接触时腐蚀速率都比较小。还有一些盐类，如铬酸盐、重铬酸盐等能使金属表面氧化形成保护膜。
还有很多不可避免的操作因素。例如手工操作者用手与工件接触时，因人汗成分中含有较多的Cl-乳酸及尿素等，这也易促进金属生锈。金属零件的热处理中，残盐洗涤不干净也是常见的腐蚀因素。铸件通过喷砂，表面变得新鲜而粗糙，这样与空气接触面积大，再加上表面吸附性能和反应活性的显著升高，也极易使铸件很快腐蚀。
除上述因素外，还有一些因时因地的各种因素，例如金属原材料、半成品或成品，因保管不善而积满灰尘；用脏棉丝擦抹工件或用脚踏踩或不小心洒上水滴；蚁、蝇及各种小昆虫在金属表面上爬动，都会因脏物或排泄物等粘附在工件表面而引起腐蚀。
总之，腐蚀速率是讨论腐蚀现象中的一个十分重要的问题。
结合实际介绍工程中几种常用和特殊场合下的金属腐蚀。
知识要点：化学腐蚀和电化学腐蚀的概念和区别，氢脆现象；析氢腐蚀和析氧腐蚀的区别和联系。
作业：P186练习题之2、4、6题课后总结：这节课主要学习了：化学腐蚀和电化学腐蚀的概念、特点和区别，高温水蒸气对钢材的腐蚀和脱碳现象及其危害（氢脆现象）；析氢腐蚀和吸氧腐蚀的概念、联系与区别，电化学腐蚀反应的机理，腐蚀电池；电极极化的含义，极化电势产生的原因，极化电势的本质尤其是氢的极化电势的存在及意义；影响金属腐蚀速率的因素。
课前复习：
上节课主要学习了：化学腐蚀和电化学腐蚀的概念、特点和区别，高温水蒸气对钢材的腐蚀和脱碳现象及其危害（氢脆现象）；析氢腐蚀和吸氧腐蚀的概念、联系与区别，电化学腐蚀反应的机理，腐蚀电池；电极极化的含义，极化电势产生的原因，极化电势的本质尤其是氢的极化电势的存在及意义；影响金属腐蚀速率的因素。
§5.2 金属腐蚀与防护金属腐蚀现象是普遍存在的。金属腐蚀直接或间接地造成巨大的经济损失，甚至会引起严重事故。因此每一个工程技术人员都应在了解金属腐蚀机理的基础上懂得如何防止金属腐蚀和了解如何进行金属材料的化学保护方法。防止金属腐蚀可以从金属本性和环境介质两个方面考虑；化学保护主要是保护材料表面免受损害。
一、合理选用材料
教学提示
纯金属的耐蚀性能一般比含有杂质或少量其他元素的金属更好。例如，铝在相当纯的状态价格并不贵，因此电气工业中使用较多。又例如锆是原子能应用中非常重要的材料，轻微腐蚀都不允许，因此必须使用电弧熔炼的纯度非常高的错。不过纯金属通常价格较贵，而且比较软，强度低，所以一般只用在极少的特殊场合，大多数情况下都是使用合金材料。
选用材料时还应考虑材料使用时所处的介质种类和条件，如空气的湿度、溶液的浓度、温度等。例如对接触还原性或非氧化性的酸和水溶液的材料，通常俚用镍、铜及其合金。对于氧化性极强的条件，采用钛和钛合金。除了氢氟酸和故碱溶液外，金属担和非金属的玻璃几乎对所有介质都能耐蚀。许多年来，担已初认为并已被用作“完全”耐蚀材料。
不锈钢并不是在所有情况下都不生锈，也并非是最耐腐蚀的材料。它是由含铬11.5％～30%。，含锌低于22％，加上其他少量合金元素所组成的，包括30种以上不同合金系列的通称。不锈钢虽然在耐腐蚀方面有着良好的性能，但并不耐所有腐蚀剂。在某些情况下，例如上节所述的含氯化物的介质或被用作受应力的结构时，不锈钢还木及普通结构钢耐腐蚀。有大量的腐蚀事故可以直接归结为对不锈钢选材的不慎或把它当作最好的万能材料之故，实际上木锈钢仅仅是耐蚀性较高而价格相对较低的一大类材料，使用时必须慎重。
还应指出，可以代替金属的非金属材料有五类：（1）天然橡胶和合成橡胶；（2）塑料；（3）陶瓷；（4）碳素材料（如石墨）；（5）木材。
一般来说，橡胶和塑料与金属材料相比较，强度和硬度都低得多，但对氯离子和盐酸的耐蚀性却要强得多，对浓硫酸、硝酸等氧化性酸耐蚀性则较差，对有机溶剂的耐蚀性也较差，使用温度～般不能高于80～90℃。陶瓷的耐蚀和耐热性都很高，但主要缺点是太脆和抗拉强度太低。石墨的耐蚀性、导电性和导热性能都很好，但性跪。木材在强腐蚀性环境中一般不耐依。
最后还须指出，设计金属构件时，应注意避免两种电势差很大的金属相接触。例如铝合金。镁合金不应当和铜、镍、铁等电极电势代数值较大的金属直接连接。当必须把这些不同的金属装配在一起时，应该设法采用隔离层的办法把它们隔开来。例如，喷的瑞漆、村塑料或橡胶垫，或通过适当的金属镀层过渡。若铝合金与钢铁件组合时，则需将铝合金进行阳极氧化处理，而将钢铁镀锌或镀镍后再组装在一起，扒h为设计中，还要尽量避免能够发生积水或存留腐蚀介质的情况，要避免留在空隙。
二、防止介质对材料的腐蚀
教学提示
1.隔绝介质与材料的接触采用覆盖层的办法，可将金属或合金与周围介质隔离开来，从而达到防腐蚀的目的。覆盖层是采用化学处理的方法，使金属表面形成一层钝化膜保护层。钝计膜最常见的有氧化膜和磷化膜两种。
钢铁发蓝，也称发黑，其结果是使钢铁表面生成一层蓝黑色的致密的四氧件三铁（Fe3O4）薄膜，牢固地与金属表面结合。这种氧化膜对干燥的气体抵抗大强，但在水中和湿气中抵抗力较差。这种氧化膜还有较大的弹性及润滑性，广泛用于机器零件、精密仪器、光学仪器、钟表零件和军械制造中。常用的碱性发掘工艺是将钢铁零件放人很浓的碱（NaOH）和氧化剂（NaNO2，NaNO）溶液中，在140～150℃下进行处理，其反应主要是氧化还原反应和水解反应。
钢铁磷化是把钢铁制件放入磷酸盐溶液中进行浸泡，使其表面获得一层友黑色不溶于水的磷酸盐薄膜（磷化膜）。磷化膜在大气中有较好的耐蚀性，一些磷化膜保护的钢铁零件即使与酸、碱等接触也不受腐蚀。在对钢铁制件进行街涂料或喷塑、喷漆前使其覆盖一层磷化膜，能使涂膜更加牢固。敷有磷化膜的工件，更易润滑，耐磨损。磷化膜加工工艺简便，成本低廉。常用的磷酸盐是磷因二氢锰铁盐，俗名马日夫盐。
钢铁在该酸性溶液中反应生成Fe2+，Zn2+，Mn2+等离子的HPO42-与PO43-的复合盐，结晶沉积于金属表面，形成磷化保护膜。
覆盖层也可以是金属保护层。金属保护层是以另一种金属镀在被保护的金属制品表面上所形成的保护层，镀层应选用耐蚀的金属。制备金属保护层可月电镀、电刷镀、喷镀、渗镀、化学镀等方法。
电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程既可防腐蚀又可起装饰的作用。在电镀时，将需要镀层的零件作为阴极（连接年源负极），而用作镀层的金属（如 Cu，Zn，Ni，Sn等）作为阳极（连接电源正极）阳板也可以是不溶性的金属，如镀铬时阳极用Ph，Ph仅起导电作用。两极置于欲镀金属的盐溶液中接直流电源。
在适当的电压下，阳极发生氧化反应，金属失去电子而成为正离子进入溶液中，阳极溶解，金属先电子难易程度如前所述；阴极发生还原反应，金属正离子在阴极锻件上获得电子，析出沉积成金属镀层。金属离子析出的先后次序与溶解次序相反，是电极电势大的氧化态先得到电子还原析出，电极电势比电对H+／H大的金属电对中的金属离子，如Cu2+，Hg2+首先在阴极上析出，一些电极电势比电对H+/H小的，则由于H+ /H的极化电势较大，所以在酸性较小时，仍比 H+先析出。一般电镀层是靠镀层金属在基体金属上结晶并与基体金属结合形成的。
电镀液（电解液）的选择直接影响着电镀质量。例如镀铜工艺若用酸性镀铜液（基本成分为硫酸铜和硫酸），不仅镀层粗糙，而且与基体金属结合不牢。
用含有相对低熔点的金属氧化物做釉料，涂覆在金属制件表面，然后在高温烧结炉中烧结，这能在金属表面形成所谓的搪瓷层。搪瓷层也可隔绝空气介质与金属的接触。
覆盖层还可以是非金属保护层。非金属保护层是以非金属物质，如油漆、塑料等，涂覆在金属表面上形成的保护层。我国具有悠久历史的生漆（大漆）也是耐蚀性能很好的涂料，用其作保护层，能耐盐酸、硫酸的侵蚀。
应用工程塑料喷涂金属表面，比喷漆更具先进性，因为喷塑是把塑料粉剂加热到熔点，喷射出来，熔敷在金属的表面，其附着力强；而喷漆是液体，它是靠溶剂的帮助，使漆料粘附在金属上，附着力差，而且溶剂一般都有毒。
2.控制和改善环境气体介质易腐蚀的仪表、器件应尽量放在干燥、不接触腐蚀性气体或电解质溶液的地方。
在空气中不可避免地含有水蒸气，因此，常用干燥剂来干燥放置仪表、器件周围的空气。干燥剂的种类很多，值得提及的是，将少量CoCl2浸入硅腔中做常见仪表的干燥剂时，CoCl2的颜色变化能指明硅胶的干燥能力。它因所含结晶水的不同而呈现不同的颜色：
CoCl2·6H2O——CoCl2，·2H2O——COCl·H2O——COCl2
（粉红） （紫红） （蓝紫） （蓝色）
当含COC2的硅胶加热时，失水呈蓝色；常温下，吸水由蓝色逐渐变为粉红，此时表明硅胶已无吸水能力。
在密封装置内使用干燥剂或直接充入干燥空气，然后装人欲保存的材料并密封容器，这就是一般所称的干燥空气封存法或控制相对湿度法。这能使相对湿度控制在小于35％的程度，金属就不易生锈，非金属也不易发霉。
这种干燥空气封存技术的原理，不仅使用于产品封存上，还可通过空调波备，控制整个车间、库房的相对湿度在规定的低限之内，从而达到防止产品在其工序间及装配过程中生锈的目的。
控制环境，还可采用充氮封存的方法，因氮气的化学性质比较稳定。此外还有去氧封存的方法。
3.控制和改善环境液体介质发电厂热力系统中给水系统的锅炉、管道等的吸氧腐蚀、析氢腐蚀与给水中所溶氧、二氧化碳等气体的含量有关。所以必须去除给水中的氧和二氧化碳，如采用热力法煮沸给水，这不仅能去除水中的溶解氧，而且还会使一部分水中的碳酸氢根分解；有时还借助于化学法，用联氨（N2N4，又叫肼）除氧。联氨具有还原性，特别在碱性水溶液中是一种很强的还原剂，N2H4＋O2 = N2 ＋2H2O
N2H4还能将氧化铜还原成氧化亚铜或铜。联氨的这些性质可以用来防止锅炉内结铁垢和铜垢。
控制和改善环境还有缓蚀剂法。缓蚀剂是指添加到腐蚀性介质中能阻止金属腐蚀或降低腐蚀速率的物质。缓蚀剂的种类繁多，有用于酸性、碱性或中性液体介质中的缓蚀剂，有气相缓蚀剂等。习惯上常根据缓蚀剂的化学组成，把缓蚀剂分为无机的和有机的两类。
无机缓蚀剂，如具有氧化性的铬酸钾、重铬酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠等，在溶液中能使钢铁钝化，使金属与介质隔开，从而减缓腐蚀。其中，亚硝酸钠常用作钢铁零件的短期防蚀，它是防锈水的主要成分。
有些非氧化性的无机缓蚀剂，如 NaOH，Na2CO3，Na2SiO3，Na3PO4等，能与金属表面阳极部分溶解下来的金属离子结合成难溶的产物，覆盖在金属表面上形成保护膜。生成的难溶碳酸盐覆盖于阳极表面，增强了电极的极化作用，阻滞了阳极反应，从而降低了金属的腐蚀速率。
在酸性介质中，通常加入有机缓蚀剂：预脂、糊精、动物胚、胜美以及古N和S的有机物质等。有机缓蚀剂对金属的缓蚀作用，一般认为是由于金属刚开始溶解时，表面带负电，所以能将缓蚀剂的离子或分子吸附在表面上，形成一层难溶而腐蚀性介质又很难透过的保护膜，增强电极的极化作用，从而阻碍了H“得电子，大大减少了桥氢腐蚀。有机缓蚀剂在金属氧化物的表面不能被吸附，利用这个特性，有机缓蚀剂常被用于酸洗中，既达到除去金属上的氧化皮或铁锈的目的，又可以减缓金属在酸中的腐蚀速率。
★ 三、电化学保护法
教学提示
电化学保护法是将被保护的金属作为腐蚀电池或电解他的阴极。它一般分为牺牲阳极保护法和外加电流保护法。
牺牲阳极保护法是将较活泼的金属或其合金连接在被保护的金属上，形成腐蚀电池。这时较活泼的金属作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀。被保护的金属作为阴极而达到不遭腐蚀的目的。一般常用的牺牲阳极的材料有铝、锌及它们的合金。牺牲阳极保护法可用于锅炉、海轮外壳等的防腐。
外加电流保护法是将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个电极。被保护金属作为阴极，在直流电的作用下阴极受到保护。此法主要用于防止土壤、海水和河水中金属设备的腐蚀。
四、电化学腐蚀的利用
教学提示
腐蚀破坏了金属材料，但事物总有两面性，利用电化学腐蚀还可进行金属保护和金属材料加工等。
1.阳极氧化阳极氧化是用电化学的方法使金属表面形成氧化膜以达到防腐耐蚀目的的一种工艺。根据生产实践的观察和分析，这种电化学氧化膜的生成是两种不同的化学反应同时进行的结果。以铝为例，一种是Al2O3的形成反应，另一种是Al2O3被电解液不断溶解的反应。当Al2O3的生成反应的速率大于溶解速率时，氧化膜就能顺利地生长，并保持一定的厚度。阳极氧化虽然不一定总是需要直流电源，在使用交流电源的情况下阳极和阴极在不断地交替变化，但Al2O3的形成反应总是在作为阳极时发生。
阳极氧化可采用稀硫酸或铬酸或草酸溶液。
由于氧化膜的不断生成，电阻不断增大，为保持稳定的电流，需要不断地调整电压。
阳极氧化过程中的氧化膜，在靠近基体金属的一边，是纯度较高的A12O3膜，致密而薄，因为松孔的存在能保证电解液的流通，阳极氧化所得的氧化膜与金属基体结合得很牢固，因而大大提高了金属及其合金的耐腐蚀性能和耐磨性，并可提高表面电阻而增强绝缘性能。阳极氧化所得到的氧化膜富有多孔性，它具有很好的吸附能力，能吸附各种染料，实际中常根据不同需要用有机染料（如前素红）及无机染料（如草酸铁被，金色）染成各种颜色。对于不需要染色的表面孔隙，则要进行封闭处理，使膜层的疏孔缩小，以改善膜层的弹性、耐磨性和耐蚀性。封闭处理通常是将工件浸在重铬酸盐或铬酸盐溶液中，以使疏孔被生成的碱式盐Al（OH）（Cr2O7）或Al（OH）（Cr2O4）所封闭。
本法适用于镁、铜、钛、铅等金属及合金。
2.电解抛光电解抛光的原理是：在电解过程中，利用金属表面上凸出部分的溶解速率大于金属表面凹入部分的溶解速率这一特点，使金属表面达到平滑光亮的目的；平滑光亮的金属表面，既不易腐蚀又美观大方。
抛光液中，磷酸是应用最广的一种。因为磷酸能眼金属或其氧化物反应，生成各种各样的盐，它们在过饱和溶液中都有较高的粘度和极化作用，而且没有结晶趋向，易形成粘性薄膜。由于磷酸本身是中强酸，对大多数金属不起强烈的腐蚀作用，又无臭、无毒，因而大多数情况下都采用磷酸作抛光电解液。
硫酸主要用于提高溶液的导电性，因为它是强电解质，酸性很强。H。SO。含量一般控制在15％以下，否则会使金属溶解加快，以致金属得不到光滑平整的表面。H2SO4很少单独用作电解液。
铬酐溶于水生成的重铬酸（H2Cr2O7）是一种强氧化剂。它在抛光溶液中能使大多数金属与合金处于钝化状态，并在其表面形成保护膜，保护金属表面不受腐蚀，进而得到光滑平整的表面。在使用铬酐时要注意浓度合适。此外，因CrO3与有机物接触时，反应十分剧烈，操作时应当小心，不要和衣服、皮肤接触。
高氯酸能与许多金属及溶液中其他负离子生成高粘度、高电阻的配合物，产生极化作用。高氨酸还对许多金属都有很好的抛光作用，因此被广泛采用。纯的高氨酸 HClO4为无色液体，很不稳定，在储藏中有时也会爆炸。在加热和高浓度时还会与有机物发生猛烈作用，因此在使用时要特别注意。但其水溶液很稳定，特别是使用低浓度的HClO4溶液没有上述危险。
电解抛光具有机械抛光所没有的优点，但是也有缺点，如往往在工件表面产生点状腐蚀和非金属薄膜，这多为电解液配制不当所致。实际工作中，往往电解抛光与机械抛光互相结合，以发挥各自优点，弥补各自的不足。
3.化学铣削化学铣削是利用腐蚀来进行金属加工的一种方法，因此又叫腐蚀加工。它是把某一材料先用一保护层将不需要腐蚀的地方保护起来，然后浸入腐蚀液中进行腐蚀，或不用保护层直接将需要腐蚀的地方浸入腐蚀液中进行腐蚀的一种方法。
化学铣削通常包括清洁处理、徐防蚀层、刻划防蚀层图形、腐蚀加工和从已加工完毕的零件或半成品上把防蚀层去掉。
所谓防蚀层，是一种涂在化学铣削零件表面上的包覆层，用来限定和保护零件表面上不需要腐蚀的部分。防蚀层必须在工作条件下仍能牢固地粘着在零件表面上，而且还要有足够的内在强度，以保护腐蚀区域的边缘，并使加工出来的凹槽或凸台轮廓整齐清晰。但粘附力过大，也会造成剥离的困难。此外，还应考虑用作防蚀层的高分子化合物的柔顺性，使化学铣削时产生的气体很容易从凹槽内排出。目前常用以氯丁橡胶为基体的合成橡胶或异丁烯异戊间二烯共聚物作防依层。用于艺术品上的蚀刻和制造印刷图片的凹版，常用沥青、石蜡和松香为基体的防蚀层。
光刻工艺的防蚀层是感光胶防蚀层。把感光胶，比如重铬酸铰和明胶或聚乙烯酸等组成的重铬酸盐胶，涂布在需蚀刻的器件表面，把不需蚀刻部分进行短时间光照，胶层见光后，重铬酸铵的Cr2O72-在光的作用下被还原剂（如聚乙烯醇或明胶）还原。
在化学铣削中，每溶解1g铝大约释放出15.9 kJ热量，这可加快化学铣削的速率。
可以使用的酸性腐蚀液如盐酸腐蚀液，还可以采用含有硝酸、盐酸和氢氟酸的腐蚀液。
对于不锈钢、镍合金等，可用王水添加磷酸所组成的腐蚀液。王水是由3份浓盐酸和1份浓硝酸组成的混合液。王水中有NOCI，C12，HCIO等多种氧化态物质存在，它们在反应中组成的氧化还原电对的电极电势值都较大，所以能对金属进行有效的腐蚀。钢、钛、铝、钥、钮鹏等合金，一般都较耐腐蚀。但可以用氢氟酸为基础并添加硝酸等氧化剂来进行腐蚀。HF的作用是生成氟化物或氮的配位化合物，以进一步降低被腐蚀金属的离子浓度。
在腐蚀反应中，一般都放出热量，这有利于化学铣削速率的提高。
化学铣削已成为一种有很高应用价值的加工方法。它能承担机械切削难以完成的加工，目前已铣削出凹槽厚度偏差不超过0,025urn的材料，并已用在阿波罗号等航天飞船上。
知识要点：合理选材的基本知识；防止介质对材料腐蚀方法；电化学保护法；电化学腐蚀的利用。
作业：
课后总结：这节课主要学习了：正确选用金属材料及代用材料的思路：根据具体情况选材，特别注意不锈钢、钢、镍及镍合金、钛及钛合金、钽的选用；隔绝金属材料与腐蚀性介质的接触、控制，改善环境气体和液体介质、使用缓蚀剂等方法和意义，电极电势的应用、电镀时两极发生的反应及金属在阴极析出顺序，含CoCl2硅胶的使用，缓蚀机理；联系实例重点掌握牺牲阳极保护法、外加电流法保护法的应用。
§5.3 生命体及高分子材料的老化结合课本知识适当拓展讲解，主要是让学生了解生命体和高分子材料的应用和发展前景。
本章小结知识要点：
化学腐蚀和电化学腐蚀的概念、特点和区别，高温水蒸气对钢材的腐蚀和脱碳现象及其危害（氢脆现象）；
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的概念、联系与区别，电化学腐蚀反应的机理，腐蚀电池；
电极极化的含义，极化电势产生的原因，极化电势的本质尤其是氢的极化电势的存在及意义；
影响金属腐蚀速率的因素；
正确选用金属材料及代用材料的思路：根据具体情况选材，特别注意不锈钢、钢、镍及镍合金、钛及钛合金、钽的选用；
隔绝金属材料与腐蚀性介质的接触、控制，改善环境气体和液体介质、使用缓蚀剂等方法和意义，电极电势的应用、电镀时两极发生的反应及金属在阴极析出顺序，含CoCl2硅胶的使用，缓蚀机理；
联系实例重点掌握牺牲阳极保护法、外加电流法保护法的应用。
重点内容：
化学腐蚀和电化学腐蚀相关概念、析氢腐蚀和析氧腐蚀的区别和联系；金属常用的防腐措施。
