电化学腐蚀原理和应用 

电化学腐蚀，指金属表面与离子导电的介质发生电化学反应而产生的破坏。换句话说，就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。例如铁和氧气，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是负极，遭到腐蚀。特征是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。在反应过程中有电流产生，腐蚀金属表面上存在着阴极和阳极。阳极反应是金属原子失去电子而成为离子状态转移到介质中，称为阳极氧化过程。阴极反应是介质中的去极剂吸收来自阳极的电子，称为阴极还原过程。这两个反应是相互独立而又同时进行的，称之为一对共轭反应。由阴阳极组成了短路电池，腐蚀过程中有电流产生。

金属的电化学腐蚀原理

金属放置在水溶液中或潮湿的空气中，表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池(其电极习惯上称阴、阳极，不叫正、负极)。阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，一般只起传递电子的作用。腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，因而使空气中等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。

电化学腐蚀阴阳极的判定——金属的电动序

假如将一根导线连接浸在某种电解液中的两块不同的金属板,就会发现有电流流动和电化学反应发生,这种结构组成了原电池。如果由锌板和铜板组成,则会发现锌板会逐渐消耗,而在铜板上有气泡出现(如下图)。锌板作为电池的阳极而铜板作为阴极,两块金属板上发生了电化学反应。

用不同的金属组合研究,就可以排列出金属的电动序,如Mg>A1>Zn>Fe>Sn>Cu。当两种金属在电解液中连接时,处于前面位置的金属为阳极,后面的为阴极。例如Zn-Fe成对,Zn是阳极;而Fe-Cu成对,Fe是阳极。前者Zn被腐蚀,后者Fe被腐蚀。各种金属的反应活性还可以根据其标准电极电势值(表5-7)来判断,标准电势负值越高,表明该金属越容易被氧化成为离子;反之,标准电势正值越高,表明该金属越不容易被氧化。

电化学腐蚀影响因素

1、温度

水温对溶解氧引起的钢铁腐蚀过程有较大的影响.在封闭系统中,水的温度愈高,金属腐蚀的速度愈快.这是因为,温度升高时,各种物质在水溶液中的扩散速度加快和电解质水溶液的电阻降低,这些都会加速腐蚀电池阴阳两极的电极过程。

2、溶解氧量

由于氧气是一种去极化剂,所以在一般情况下,水中氧气含量愈多,钢铁的腐蚀愈严重.但在某些特定条件下,钢材受溶解氧腐蚀的结果会在其表面上产生保护膜,从而减缓腐蚀速度.此时,水中氧气的含量愈大,产生保护膜的可能性也就愈大,所以会使腐蚀减弱。

3、pH值

水的pH值是对金属腐蚀速度影响很大的一个因素.当pH值很低时,也就是在含有氧的酸性水中,pH值越低,腐蚀速度越大,这是因为在低pH值时,铁的腐蚀主要是由氢离子充当去极化剂引起的；当pH值在中性点附近时,曲线成水平直线状,即腐蚀速度虽pH值的变化很小,这是因为此时发生的主要是氧的去极化腐蚀,水中溶解氧扩散到金属表面的速度才是影响此腐蚀过程的主要因素；当pH值较高时,即pH值大于8以后,随着pH值的增大,腐蚀速度降低,这是因为氢氧根离子含量时,在铁的表面会形成保护膜.4、水中盐类的含量和成分。

从水中含有盐类的总量来说,一般的情况是,水的含盐量愈多,腐蚀速度愈快.因为水的含盐量愈多,水的电阻就愈小,这样,腐蚀电池的电流就愈大。

5、水的流速

一般来说,水的流速愈大,水中各种物质扩散的速度也愈快,从而电化学使腐蚀速度加快。在空气中氧进入水溶液而引起腐蚀的敞口式设备中,当水的流速达到一定数值时，多量的氧会使金属表面形成保护膜，所以腐蚀速度减慢；但当水的流速很大时，由于水流的机械冲刷作用，保护膜遭到破坏，腐蚀速度又会。

腐蚀的防护

1、电化学保护

电化学保护分为阴极保护和阳极保护两种。

阴极保护是将被保护的金属与外加电流电源的负极相连，在金属表面通入足够的阴极电流，使金属的电位变负，从而使金属溶解速度减小的一种保护方法。阴极保护技术应用已经比较成熟。阴极保护与覆盖层联合保护，这样由于绝大部分面积被覆盖层覆盖，电流的消耗大为降低，同时又克服了单独采用覆盖层保护容易出现针孔、局部损坏等缺点；阴极保护与缓蚀剂保护联合使用，可以解决单独使用缓蚀剂效果不大、或耗药量大的缺点，也可以解决因为结构复杂单独使用阴极保护效果不佳的缺点。

阳极保护是将被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连，在电解质溶液中，使金属构件阳极极化至一定电位，使其建立并维持稳定的钝态，从而阳极溶解受到抑制，腐蚀速度降低，使设备得到保护。但是阳极保护只能应用于电解质成分特定、且处于液相中的金属。介质中卤素离子浓度不能超过一定临界值，否则这些活性离子会破坏金属钝态，从而把阳极保护功能破坏掉。

2、缓蚀剂保护

缓蚀剂保护是通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀的物质使金属得到保护的方法。缓蚀剂保护的特点是投资少、收效快、使用方便。但是缓蚀剂的应用也有一定的局限性：缓蚀剂不宜在高温下使用、只能用在封闭和循环的体系中、具有较强的针对性、污染及废液回收处理问题也应慎重考虑。所以缓蚀剂在使用时应该根据具体情况严格选择。在我国缓蚀剂是很重要的防腐方法之一，广泛应用于石油、化工、钢铁、机械、动力、运输等部门。 缓蚀剂与其它防腐方法联合使用，取得的效果更佳。

3、覆盖层保护

覆盖层保护是用耐蚀性能良好的金属或非金属材料覆盖在耐蚀性能较差的材料表面，把基体材料与腐蚀介质隔开，以达到控制腐蚀的目的。表面覆盖层保护法不仅能提高基底金属的耐腐蚀能力，而且能节约大量贵重金属和合金。无论采用金属覆盖层还是非金属覆盖层，都要与基体金属要有良好的结合力，在施工前都要先对设备进行表面清理，然后再进行覆盖层的施工。表面清理的主要方面就是除油、除锈。除油的方法有化学除油和电化学除油。化学除油主要是用有机溶剂、碱液清洗。现在又出现了一些新型的合成洗涤剂。

电化学腐蚀的应用

1、电化学加工

利用电化学腐蚀对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。

2、腐蚀性能测试

在实验室中主要采用浸出法和电化学测试方法对硬质合金的电化学腐蚀性能进行研究。电化学方法主要通过动电位扫描得到硬质合金试样的极化曲线，从而得到腐蚀电位、腐蚀电流密度、临界电流密度、钝化区间最小电流密度等参数来评价硬质合金的腐蚀性能。

3、船舶防腐

在所有的船舶系统中，海水系统是工作环境最恶劣的系统，它的流通介质是海水，是腐蚀性最强的天然腐蚀剂之一。所以海水系统中的管路、阀件、设备是最容易受到电化学腐蚀的。常用的防腐方法有：在不同金属接触的地方增加牺牲法兰或者牺牲管，以此削弱电解质溶液作用，中和海水中的负离子溶液作用；使用非金属材料或电位相同的金属材料，这些材料不易发生腐蚀；还有船舶上最常用的方法就是切断不同金属间的联通。

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