第一章--金属电化学腐蚀基本原理ppt课件.ppt

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1、从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本理论金属电化学腐蚀基本理论第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度第三节第三节 析氢腐蚀和耗氧腐蚀析氢腐蚀和耗氧腐蚀第四节第四节 金属的钝性金属的钝性从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理一、金属的电化学腐蚀历程一、金属的电化学腐蚀历程

2、 金属的腐蚀的过程是金属和周围介质作用转变成金金属的腐蚀的过程是金属和周围介质作用转变成金属化合物的过程，实际上就是金属和介质之间发生氧化属化合物的过程，实际上就是金属和介质之间发生氧化还原反应。考察实际发生的腐蚀过程发现，还原反应。考察实际发生的腐蚀过程发现，氧化还原反氧化还原反应应根据条件不同，将分别按以下两种不同的历程进行：根据条件不同，将分别按以下两种不同的历程进行：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理 1、化学腐蚀化学腐蚀：氧化剂：氧化剂直接直接与金属表面的原子碰撞、与金属表面的原子碰撞、化合而形成腐蚀产物。即氧化还原在反应粒子相碰撞的化合而形成腐蚀产物。即氧化还原在反应粒

3、子相碰撞的瞬间直接于相碰撞的反应点上完成。例如金属锌在高温瞬间直接于相碰撞的反应点上完成。例如金属锌在高温的含氧气氛中的腐蚀。的含氧气氛中的腐蚀。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 2、电化学腐蚀电化学腐蚀：金属腐蚀的：金属腐蚀的氧化还原反应有着氧化还原反应有着两个同时进行两个同时进行却又相对独立的过程却又相对独立的过程。例如金属。例如金属锌在含氧的中性水溶液中的腐蚀。锌在含氧的中性水溶液中的腐蚀。金属放出自由电子成为阳离子金属放出自

4、由电子成为阳离子的反应称为的反应称为阳极反应阳极反应。金属发生。金属发生阳极反应的表面部位称为阳极反应的表面部位称为阳极区阳极区。接受电子的反应称为接受电子的反应称为阴极反应。阴极反应。发生阴极反应的表面部位称为发生阴极反应的表面部位称为阴阴极区。极区。反应产物反应产物Zn(OH)2不是由氧分不是由氧分子与锌原子直接碰撞结合形成的，子与锌原子直接碰撞结合形成的，而是通过了下列步骤：而是通过了下列步骤：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章

5、 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理阳极反应通式：阳极反应通式：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理阴极反应通式：阴极反应通式：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理二、金属与溶液的界面特性二、金属与溶液的界面特性双电层双电层 德国化学家德国化学家W.H.Nernst在在1889年提出年提出“双双电层理论电层理论”对电极电势给予了说明。对电极电势给予了说明。金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶金属浸入电解质溶液内，其

6、表面的原子与溶液中的极性水分子、电解质离子相互作用，使液中的极性水分子、电解质离子相互作用，使界面的界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的双电层双电层。双电层的模式随金属、电解质溶液的。双电层的模式随金属、电解质溶液的性质而异，一般有以下三种类型。性质而异，一般有以下三种类型。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。双电层的概念双电层的概念界面电势差界面电势差 在金属与溶液的界面上，由于正、负离子静电吸引在金属与溶液

7、的界面上，由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的离子只有一部分紧和热运动两种效应的结果，溶液中的离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为紧密层紧密层；另另一一部部分分离离子子按按一一定定的的浓浓度度梯梯度度扩扩散散到到本本体体溶溶液液中中，称称为为扩扩散散层层。紧紧密密层层和和扩扩散散层层构构成成了了双双电电层层。金金属属表表面面与与溶溶液液本本体体之之间间的的电电势势差差即即为界面电势差。为界面电势差。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工

8、程施工中已很少使用，在此不再说明。扩散双电层模型扩散双电层模型ABx+紧密层紧密层扩散层扩散层从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 1、双电层的类型、双电层的类型 (1)金属离子和极性水金属离子和极性水分子之间的水化力分子之间的水化力大于大于金金属离子与电子之间的结合属离子与电子之间的结合力力,即离子的水化能超过即离子的水化能超过了晶格上的键能。了晶格上的键能。许多负电性比较强的许多负电性比较强的金属如锌、镉、镁、铁等金属如锌、镉、镁、

9、铁等浸入水、酸、碱、盐溶液浸入水、酸、碱、盐溶液中，将形成这类双电层。中，将形成这类双电层。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 (2)金属离子和极性水分金属离子和极性水分子之间的水化力子之间的水化力小于小于金属离金属离子与电子的结合力，即离子子与电子的结合力，即离子的水化能小于金属上晶格的的水化能小于金属上晶格的键能。键能。银、铂、金等较稳定的银、铂、金等较稳定的金属与高浓度的金属离子的金

10、属与高浓度的金属离子的溶液中，将形成这类双电层。溶液中，将形成这类双电层。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 (3)金属离子不能进入金属离子不能进入溶液，溶液中的金属离子也溶液，溶液中的金属离子也不能沉积到金属表面。此时不能沉积到金属表面。此时可能出现另一种双电层。可能出现另一种双电层。稳定金属与不含金属离稳定金属与不含金属离子的溶液中，将形成这类双子的溶液中，将形成这类双电层。电层。第一

11、节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 2、双电层的特点、双电层的特点 (1)双电层两层双电层两层“极板极板”分处于不同的两相分处于不同的两相金金属相属相(电子导体相电子导体相)和电解质溶液和电解质溶液(离子导体相离子导体相)中；中；(2)双双电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系统形成回路时，电子即可沿导线流入或流出电极；统形成回路时，电子即可沿导线流入或流出电

12、极；(3)双电层犹如平板电容器。双电层犹如平板电容器。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 双电层的形成必然在界面引双电层的形成必然在界面引起电位跃，如左图。双电层总起电位跃，如左图。双电层总电位跃电位跃 为紧密为紧密层电位跃，层电位跃，为分散层电位为分散层电位跃。跃。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理 当金属侧带负电时，双电层当金属侧带负电时，双电层电位跃为负值；金属侧带正电电

13、位跃为负值；金属侧带正电时双电层电位跃为正值。时双电层电位跃为正值。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理三、电极电位三、电极电位 通常把浸在电解质溶液中且其界面处进行电化学通常把浸在电解质溶液中且其界面处进行电化学反应的金属称为反应的金属称为电极电极，电极和溶液界面上进行的电化，电极和溶液界面上进行的电化学反应称为学反应称为电极反应电极反应，而由电极反应使电极和溶液界，而由电极反应使电极和溶液界面上建立起的双电层电位跃称为金属在该溶液中

14、的面上建立起的双电层电位跃称为金属在该溶液中的电电极电位极电位。1、平衡电极电位、平衡电极电位可用能斯特方程式计算可用能斯特方程式计算 金属金属浸入含有浸入含有同种金属离子同种金属离子的溶液中的电极反应，的溶液中的电极反应，参与物质迁移的是参与物质迁移的是同一种金属离子同一种金属离子。特点特点：正逆过程的：正逆过程的物质迁移与电荷运送速度物质迁移与电荷运送速度都相同。都相同。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金

15、属电化学腐蚀基本原理 平衡电极电位的数值主要决定于金属的平衡电极电位的数值主要决定于金属的本性本性，同时，同时又与又与溶液的浓度、温度等因素溶液的浓度、温度等因素有关。有关。各种金属标准电极各种金属标准电极电位见表电位见表1-2。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理能斯特能斯特(Nernst)方程式：方程式：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 2、非平衡电极电位、非平衡电极电位只能用实验测定只能用实验测定 当当金属浸入不含同

16、种金属离子的溶液金属浸入不含同种金属离子的溶液中时，电极中时，电极上同时存在上同时存在两种或两种以上不同物质参与两种或两种以上不同物质参与的电化学反的电化学反应。应。化工设备在绝大多数情况下都是发生非平衡电化工设备在绝大多数情况下都是发生非平衡电极电位。极电位。特点特点：正逆过程的物质始终：正逆过程的物质始终不能达到平衡不能达到平衡。某些金属在某些金属在3%NaCl溶液溶液(海水海水)中的非平衡电极中的非平衡电极电位见表电位见表1-3。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已

17、很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 3、气体电极的平衡电位气体电极的平衡电位能斯特方程式计算能斯特方程式计算 像铂这种许多其它金属像铂这种许多其它金属或能导电的非金属材料都能或能导电的非金属材料都能吸附氢形成氢电极。吸附氢形成氢电极。此外，被吸附的气体除此外，被吸附的气体除了氢外，还可以是氧、氯等了氢外，还可以是氧、氯等并形成相应的氧电极、氯电并形成相应的氧电极、氯电极等。极等。计算公式：计算公式：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工

18、程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。4、电极电位的测量、电极电位的测量 由于无法直接测定单个电极电势的绝对值，由于无法直接测定单个电极电势的绝对值，而只能用电位计测出两电极的电动势，因此，而只能用电位计测出两电极的电动势，因此，为了能够比较出所有电极电势的大小，就必须为了能够比较出所有电极电势的大小，就必须选择一个电极。并规定其选择一个电极。并规定其E(电极

19、电势电极电势)=0。测量电极电位的原理电路如下图所示：测量电极电位的原理电路如下图所示：第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。H2（PH2=lam）高阻电压表盐桥KCL溶液HCl铂片表面镀铂黑参比电极（参比电极（SHE）待测电极待测电极H2从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属

20、电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理使用高阻电压表的目的是使用高阻电压表的目的是保证测量回路中电流极小保证测量回路中电流极小；盐桥作用是盐桥作用是消除液接电位差，防止溶液污染消除液接电位差，防止溶液污染。当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电位差称为液体接界扩散电位，简称位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位液接电位。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使

21、用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。Pt CH+=1mol.l-1 第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理标准氢电极：标准氢电极：H2H2从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。标准氢电极的电极反应为标准氢电极的电极反应为 (Pt)H2 =2H+2e 规规定定标标准准氢氢电电极极的的电电位位为为零零。以以标标准准氢氢电电极极为为参参考考

22、电电极极测测出出的的电电位位值值称称为为氢氢标标电电位位，记记为为E(vs SHE)。SHE是是最最基基准准的的参参考考电电极极，但但使使用用不不方方便便，实实验验室室中中常常用用的的参参考考电电极极有有：饱饱和和甘甘汞汞电电位位(记记为为SCE)，银银-氯化银电极氯化银电极等。等。用用不不同同参参考考电电极极测测量量的的电电位位相相对对值值是是不不同同的的，故故需需注注明明所所用用参参考考电电极极。如如不不注注明明，则则表表示示参参考考电电极极是是SHE。常用参比电极的电位值如表常用参比电极的电位值如表1-4。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛

23、。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理四、金属电化学腐蚀的热力学条件四、金属电化学腐蚀的热力学条件 自由焓准则自由焓准则 当当G 0，腐蚀反应不能自发进行。，腐蚀反应不能自发进行。金金属属在在电电解解质质水水溶溶液液中中发发生生电电化化学学腐腐蚀蚀的的原原因因是是：金金属属和和电电解解质质溶溶液液构构成成了了热热力力学学不不稳稳定定体体系系，发发生生腐腐蚀蚀反反应应使使体体系系的的自自由由焓焓减减小小。自自由由焓焓减减小小愈愈多多，体体系系的的腐腐蚀蚀倾倾向向愈愈大大。工工

24、业业上上常常用用的的一一些些金金属属，与与其其周周围围的的介介质质发发生生化化学学或化学反应时，其自由能变化大多是负值，见表或化学反应时，其自由能变化大多是负值，见表1-5。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理四、金属电化学腐蚀的热力学条件四、金属电化学腐蚀的热力学条件 电位比较准则：电位比较准则：由腐蚀反应发生的条件由腐蚀反应发生的条件 G 0 或或 E e,K E e,A 判断电化学腐蚀

25、倾向的判断电化学腐蚀倾向的电位比较准则电位比较准则：如果金属发生如果金属发生氧化反应氧化反应的平衡电位的平衡电位Ee.A低于溶液中低于溶液中某种氧化剂某种氧化剂(即去极化剂即去极化剂)发生发生还原反应还原反应的平衡电位的平衡电位Ee.K，则电化学腐蚀能够发生。二者的差值，则电化学腐蚀能够发生。二者的差值(Ee.K Ee.A)愈大，腐蚀的倾向愈大。愈大，腐蚀的倾向愈大。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学

26、腐蚀基本原理 从以上可以看出：从以上可以看出：阳极发生氧化反应自发进行的条件为：阳极发生氧化反应自发进行的条件为：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理 阴极去极化反应自发进行的条件为：阴极去极化反应自发进行的条件为：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀的热力学条件：金属电化学腐蚀的热力学条件：(1)金属溶解的氧化反应要不断地进行，金属的实金属溶解的氧化反应要不断地进行，金属的实际电位际电位EA必须维持在比金属的平

27、衡电极电位必须维持在比金属的平衡电极电位Ee,M更正更正的数值上，即的数值上，即EAEe,M。(2)去极剂从金属上取走电子的去极化反应要持续去极剂从金属上取走电子的去极化反应要持续不断地进行，金属的电极电位必须维持在比去极剂的不断地进行，金属的电极电位必须维持在比去极剂的氧化还原电位更负的数值上，即氧化还原电位更负的数值上，即EKE e,K。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 金属电化学腐

28、蚀历程包括金属溶解和去极化两个共金属电化学腐蚀历程包括金属溶解和去极化两个共扼的电极反应，电化学腐蚀要持续地进行，以上两个条扼的电极反应，电化学腐蚀要持续地进行，以上两个条件必须同时满足，也就是说金属的电位值必须维持在既件必须同时满足，也就是说金属的电位值必须维持在既比比Ee.，M正而又比正而又比Ee,K负的数值上，即负的数值上，即Ee.ME Ee,K。换。换句话说，金属自发地产生电化学腐蚀的条件必须是溶液句话说，金属自发地产生电化学腐蚀的条件必须是溶液中含有能从金属上夺走中含有能从金属上夺走电子的去极剂电子的去极剂，并且，并且去极剂的氧去极剂的氧化还原电位要比金属溶解反应的平衡电位更正化还原

29、电位要比金属溶解反应的平衡电位更正。用金属的标准电极电位可判断它们的热稳定性，表用金属的标准电极电位可判断它们的热稳定性，表1-7。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理五、腐蚀电池五、腐蚀电池第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理腐蚀电池腐蚀电池宏观腐蚀电池：极性强以用肉眼或不大宏观腐蚀电池：极性强以用肉眼或不大于于10倍放大镜分辨倍放大镜分辨微观腐蚀电池：极性无法用肉眼分辨。微观腐

30、蚀电池：极性无法用肉眼分辨。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理五、腐蚀电池五、腐蚀电池 1、宏观腐蚀电池、宏观腐蚀电池 当锌与铜直接接触或彼此连当锌与铜直接接触或彼此连通置于稀盐酸中，此时电位较负通置于稀盐酸中，此时电位较负的锌为的锌为阳极不断溶解阳极不断溶解，即遭受了，即遭受了腐蚀；而铜棒上将连续析出氢气腐蚀；而铜棒上将连续析出氢气泡。两个电极反应为：泡。两个电极反应为：阳极锌棒上发生阳极锌棒上发生氧化反应使氧化反应使锌原子离子化锌

31、原子离子化：铜棒上发生消耗电子的铜棒上发生消耗电子的去极去极化反应化反应：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 2、微电池、微电池 工业用金属或合金表面因工业用金属或合金表面因电化学不均一电化学不均一性性而存在大量微小的阴极和阳极。它们在电解而存在大量微小的阴极和阳极。它们在电解质溶液中就会构成短路的微电池系统。质溶液中就会构成短路的微电池系统。微电池系统中的电极不仅很小，而且它微电池系统中

32、的电极不仅很小，而且它们的分布以及阴、阳极面积比都无一定规律。们的分布以及阴、阳极面积比都无一定规律。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理如下图所示：含杂质铅的锌在硫酸中的微电池腐蚀如下图所示：含杂质铅的锌在硫酸中的微电池腐蚀第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用

33、，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？这是活动性较强的铁作正极这是活动性较强的铁作正极这是活动性较强的铁作正极这是活动性较强的铁作正极,铜作负极铜作负极铜作负极铜作负极,形成原电池形成原电池形成原电池形成原电池 ，所以铁很，所以铁很，所以铁很，所以铁很快腐蚀形成铁锈。快腐蚀形成铁锈。快腐蚀形成铁锈。快腐蚀形成铁锈。铁与铜都能导铁与铜都能导铁与铜都能导铁与铜都能导电电电电,且两者的且两者的且两者的且两者的金属活动性有金属活动性有金属活动性有金属活动

34、性有较大的差别较大的差别较大的差别较大的差别,当两者之间存当两者之间存当两者之间存当两者之间存在电解质在电解质在电解质在电解质(能能能能使电子或电荷使电子或电荷使电子或电荷使电子或电荷自由移动自由移动自由移动自由移动,充充充充当导线当导线当导线当导线),),从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理铁锈的组成铁锈的组成铁锈的组成铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：铁在酸性介

35、质中只能氧化成二价铁：Fe FeFe Fe2+2+e+e二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成溶液中生成溶液中生成溶液中生成Fe(OH)Fe(OH)33 沉淀，沉淀，沉淀，沉淀，Fe(OH)Fe(OH)33 又可能部分又可能部分又可能部分又可能部分失水生成失水生成失水生成失水生成FeFe22OO33。所以铁锈是一个由。所以铁锈是一个由。所以铁锈是一个由。所以铁锈是一个由FeFe、FeFe22、Fe(OH)Fe(OH)33、FeFe22OO33 等化

36、合物组成的疏松的混杂物质。等化合物组成的疏松的混杂物质。等化合物组成的疏松的混杂物质。等化合物组成的疏松的混杂物质。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 2、微电池、微电池 构成金属或合金表面电化学不均一性的主要原因如构成金属或合金表面电化学不均一性的主要原因如下：下：第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，

37、在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 综上所述，腐蚀电池实质上就是一个综上所述，腐蚀电池实质上就是一个短路的原电短路的原电池池。宏观腐蚀电池和微电池仅仅在形式上有区别，工。宏观腐蚀电池和微电池仅仅在形式上有区别，工作原理完全相同。它们都是由作原理完全相同。它们都是由阳极过程、阴极过程和阳极过程、阴极过程和电流流动电流流动三个相互联系的环节构成的，三个环节缺一三个相互联系的环节构成的，三个环节缺一不可。如果其中不可。如果其中某个环节受到阻滞，则整个腐蚀过程某个环节受到阻滞，则整个腐蚀过程就会缓慢或完全停止就会缓慢或完全停止。第一节第一节 电化学腐蚀的原理电化学

38、腐蚀的原理从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理一、极化与超电压一、极化与超电压1、极化现象、极化现象 当电极上无电流通过时，当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极平衡电势极电势分别称为阳极平衡电势EoA和阴极平衡电势和阴极平衡电势EoK。有电流通过电极时有电流通过电极时,随着电随着电流密度的增加流密度的增加,电极实际分解电电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈势值对平衡值的偏离也愈

39、来愈大大,这种这种对平衡电势的偏离称为对平衡电势的偏离称为电极的极化电极的极化。第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理一、极化与超电压一、极化与超电压1、极化现象、极化现象(1)原电池中两电极的极化原电池中两电极的极化曲线曲线 原电池中，原电池中，负极是阳负极是阳极极，正极是阴极正极是阴极。随着电。随着电流密度的增加，阳极析出流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极析出电势电势变大，阴极析出电势变小。由于极化，使

40、原电变小。由于极化，使原电池的作功能力下降。池的作功能力下降。但可以利用这种极化但可以利用这种极化降低金属的电化腐蚀速度。降低金属的电化腐蚀速度。第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度(2)(2)电解池中两电极的极化曲线电解池中两电极的极化曲线电解池中两电极的极化曲线电解池中两电极的极化曲线 随着电流密度的增大，随着电流密度的增大，随着电流密度的增大，随着电流密度的增大，两电极上

41、的超电势也增大，两电极上的超电势也增大，两电极上的超电势也增大，两电极上的超电势也增大，阳极阳极阳极阳极析出电势析出电势析出电势析出电势变大变大变大变大，阴极阴极阴极阴极析出电势析出电势析出电势析出电势变小变小变小变小，使外加的，使外加的，使外加的，使外加的电压增加，额外消耗了电电压增加，额外消耗了电电压增加，额外消耗了电电压增加，额外消耗了电能。能。能。能。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理 腐蚀电池工作过程由于电流腐蚀电池工作过程

42、由于电流流动而引起电极电位偏离初始值流动而引起电极电位偏离初始值的现象，称为的现象，称为极化现象。极化现象。通阳极电流后，阳极电位向通阳极电流后，阳极电位向正正方向偏离方向偏离，称为，称为阳极极化阳极极化.通阴极电流后，阴极电位通阴极电流后，阴极电位向负向负方向偏离方向偏离，称为，称为阴极极化。阴极极化。极化现象的存在极化现象的存在将使腐蚀电池将使腐蚀电池的工作强度大为降低。的工作强度大为降低。（为什么（为什么？）？）第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一

43、章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理2、阴极极化和阳极极化、阴极极化和阳极极化 产生极化现象的根本原因产生极化现象的根本原因是阳极或阴极的电极反是阳极或阴极的电极反应与电子迁移应与电子迁移(从阳极派出或流入阴极从阳极派出或流入阴极)速度存在差速度存在差异引起的。异引起的。根据极化所产生的原因根据极化所产生的原因,可分为浓差极化、电化可分为浓差极化、电化学极化和电阻极化。相应的超电势称为浓差超电势、学极化和电阻极化。相应的超电势称为浓差超电势、活化超电势和电阻超电势。活化超电势和电阻超电势。第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构

44、、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理由于由于电化学反应与电子迁移速度差异电化学反应与电子迁移速度差异引起电位的降低或引起电位的降低或升高称为升高称为电化学极化电化学极化。换句话说，因为阳极或阴极的。换句话说，因为阳极或阴极的电化学反应需要较高的活化能，所以必须使电极电位正电化学反应需要较高的活化能，所以必须使电极电位正移或负移到某一数值才能使阳极反应或阴极反应得以进移或负移到某一数值才能使阳极反应或阴极反应得以进行。因此，行。因此，电化学极化又称为活化极化电化学极化又称为活化极化。第二节第二节 腐蚀

45、速度腐蚀速度 阳极：金属失去电子成为水化离子的反应速度阳极：金属失去电子成为水化离子的反应速度电电 子流出阳极的速度子流出阳极的速度(1)电化学极化电化学极化(活化极化活化极化)阴极：去极剂与电子结合的反应速度阴极：去极剂与电子结合的反应速度消耗阳极送来消耗阳极送来的电子的电子电子密度增高电子密度增高电位向负方向移动电位向负方向移动双电层内层电子密度减小双电层内层电子密度减小电位向正方向移动电位向正方向移动从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基

46、本原理(2)浓差极化浓差极化在电解过程中在电解过程中,电极附近某离子浓度由于电极反应而发生电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化变化,本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化,就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度度,这种因电极表面与本体溶液间浓度差别引起的电极电这种因电极表面与本体溶液间浓度差别引起的电极电势的改变称为势的改变称为浓差极化浓差极化。第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度阴极：阴极：浓度梯度推动的扩散过程浓度梯度推动的扩散过程去极剂与电子反应的需去极剂与电子反应的需要或在阴极表

47、面形成的反应产物不能及时离开电极表面要或在阴极表面形成的反应产物不能及时离开电极表面阴极上的电子堆积阴极上的电子堆积电位向负方向移动电位向负方向移动阳极：阳极：金属离子从金属金属离子从金属溶液界面附近逐渐向溶液深处扩溶液界面附近逐渐向溶液深处扩散速度散速度金属离子化反应速度金属离子化反应速度金属离子浓度增高金属离子浓度增高电位向正方向移动电位向正方向移动从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度 很大的欧姆电很大

48、的欧姆电压降压降(3)膜阻极化膜阻极化金属表面上保护性的薄膜金属表面上保护性的薄膜 阳极过程受到强烈地阻滞阳极过程受到强烈地阻滞阳极电位急剧正移阳极电位急剧正移保护膜的存在，系统的电阻大为增高保护膜的存在，系统的电阻大为增高从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理3、超电压（、超电压（把极化程度量化的一个量把极化程度量化的一个量）腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极电位降低腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极电位降低或阳极电位升高，其偏离初始电

49、位的绝对值，称为或阳极电位升高，其偏离初始电位的绝对值，称为超超电压或过电位电压或过电位。通常以。通常以 表示。表示。第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度 在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势 与平衡电极电势与平衡电极电势 之间的差值称为超电势之间的差值称为超电势。阳极阳极阳极阳极上由于超电势使电极上由于超电势使电极上由于超电势使电极上由于超电势使电极电势变大电势变大电势变大电势变大,阴极阴极阴极阴极上则由上则由上则由上则由于超电势而使电极于超电势而使电极于超电势而使电极于超电势而使电极电势变小电势变小电势变小电势变小。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛

50、。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一章第一章 金属电化学腐蚀基本原理金属电化学腐蚀基本原理3、超电压（、超电压（把极化程度量化的一个量把极化程度量化的一个量）第二节第二节 腐蚀速度腐蚀速度 为了使超电势都为正值，把阴极超电势为了使超电势都为正值，把阴极超电势为了使超电势都为正值，把阴极超电势为了使超电势都为正值，把阴极超电势 和阳和阳和阳和阳极超电势极超电势极超电势极超电势 分别定义为：分别定义为：分别定义为：分别定义为：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工