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腐蚀与防护4.ppt

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腐蚀 防护
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腐蚀与防护,柳 ? 伟北京科技大学腐蚀与防护中心2010.11,2010硕士研究生课程教学,电化学腐蚀动力学,电化学腐蚀动力学回答的问题: ? ? ? ? ?腐蚀过程如何?腐蚀速率的大小? ?考虑到腐蚀的时间因素掌握电化学腐蚀动力学的目的: ? ? ?在符合热力学条件的前提下,掌握腐蚀动力学的规律,解决实际工程问题。,,电极反应:,阳极反应 :由左至右,氧化反应,阴极反应:由右至左,还原反应,电极反应速度表示方法:电极反应的电流强度或电极反应电流密度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?电流强度,简称电流,腐蚀研究中常用单位:mA电极反应电流密度:电极反应电流强度除以(阴极或阳极)电极的面积,腐蚀研究中常用单位:mA/cm2阳极反应速度: 用阳极反应电流或阳极反应电流密度表示阴极反应速度:用阴极反应电流或阴极反应电流密度表示,阳极反应电流密度,简称阳极电流密度:阳极电流密度,ia阴极反应电流密度,简称阴极电流密度:阴极电流密度,ic,anode,cathode,或,,阳极方向的反应,,阴极方向的反应,,阴极方向的反应,,阳极方向的反应,阳极电位:当电极上发生阳极反应时,电极的电位,或,,阳极反应,,阴极反应,,,阳极反应,阴极电位:当电极上发生阴极反应时,电极的电位,对某一个氧化还原反应,由于发生在一个电极的同一部位,阳极电位=阴极电位=电极电位,阴极反应,,,-,-,-,-,Dne,+,+,+,+,,,M,D,,,,,平衡电极电位,Ee:当阳极反应与阴极反应的速度相等时,两个方向的物质和电量处于平衡状态,电极反应处于平衡状态,该电极的电位即为平衡电极电位,Ee表示。阳极反应的平衡电极电位,Ee,a表示阴极反应的平衡电极电位,Ee,c表示标准电极电位 E0:标准状态,指参与电极反应的反应物和反应产物的活度或逸度为1,即电极反应处于标准状态。非平衡电极电位E:当阳极反应与阴极反应的速度不相等时,电极反应处于非平衡状态,该电极的电位为非平衡电极电位平衡电极电位可按照能斯特方程进行计算,非平衡电极电位不能根据能斯特方程进行计算:,电极反应:,电极电位, E,包括平衡电极电位和非平衡电极电位,或,,阳极反应,,阴极反应,,阴极反应,,阳极反应,阳极电位:阳极反应(氧化反应)的电位 ,Ea表示,阴极电位:阴极反应(还原反应)的电位,Ec表示,,,对于单电极上发生的氧化还原反应,由于在同一部位发生,阳极电位=阴极电位=电极电位,电极反应:,Ee平衡电极电位=Ee,a阳极反应平衡电极电位=Ee,c阴极反应平衡电极电位,平衡电极电位;阳极反应平衡电极电位,阴极反应平衡电极电位,非平衡电极电位;阳极反应非平衡电极电位,阴极反应非平衡电极电位,E非平衡电极电位=Ea阳极反应非平衡电极电位=Ec阴极反应非平衡电极电位,电极的极化:电极反应中阳极反应与阴极反应的速度不相等,表现为阳极反应为主或阴极反应为主,电极的电位偏离平衡电极电位,表现为非平衡电极电位,这种现象即为电极的极化。电极极化分为:阳极极化;阴极极化,,阳极极化:电极反应中,阳极反应的速度(阳极电流密度ia)大于阴极反应的速度(阴极电流密度),电极反应以阳极反应为主,称为阳极极化。电极阳极极化时,电极的电位正移,因为只有电位正移,才能导致阳极极化,阴极极化:电极反应中,阴极反应的速度(阴极电流密度)大于阳极反应速度(阳极电流密度),电极反应以阴极反应为主,称为阴极极化。电极阴极极化时,电极的电位负移,因为只有电位负移,才能导致阴极极化,电极的极化为电极反应中阳极反应或阴极反应的驱动力:阳极反应的驱动力是阳极极化;阴极反应的驱动力是阴极极化。,阳极过电位和阴极过电位:阳极过电位?a:阳极电位Ea与其平衡电极电位Ee,a的差值,?a=Ea-Ee,a阴极过电位? c: 平衡电极电位Ee,c与阴极电位Ec的差值, ?c=Ee,c-Ec,极化曲线:极化电位~电流图或电位~电流密度图,表示电极极化电位随通过的电流或电流密度的变化。阳极极化曲线:在阳极极化下,获得的阳极电位与电流密度的关系曲线。阴极极化曲线: 在阴极极化下,获得的阴极电位与电流密度的关系曲线。在阴极上吸收电子的过程(即阴极还原反应)起去极化作用。阴极去极化剂:参与阴极反应,吸收电子,被还原的物质.如H+和O2,,,,E,,,,Ee,,lgi,,,E1,,E2,,,,,,ic1,,氧化反应,,还原反应,ia2,ia1,ic2,i0,i0 为交换电流密度,即当一个电极反应处于平衡状态时,阴极反应和阳极反应的电流密度相等,该电流密度即为交换电流密度,,,,+,+,+,+,Mn+,-,-,-,-,,E,,,,M,ic和ia均为绝对值,不考虑正负号,电位的变化,即极化是阴极和阳极反应的驱动力,,,,,E,,,,E0,,lgi,,,E1,,E2,,,,,,ic1,,氧化反应,,还原反应,ia2,ia1,ic2,i0,i0 为交换电流密度,即当一个电极反应处于平衡状态时,阴极反应和阳极反应的电流密度相等,该电流密度即为交换电流密度,,,,-,-,-,-,Dne,+,+,+,+,,E,,,,M,,“同一金属上不同部位有两个电极反应(或两个电极)过程”的情况,,,,+,-,电解液,金属,电极反应1平衡电极电位高,电极反应2平衡电极电位低,金属浸入电解质溶液后,金属表面不同区域存在两个电极反应,,e,e,单一金属上具有两个电极反应的极化:当金属上同时具有两个电极反应时,由于两个电极反应的平衡电极电位不同,电子由低电位的电极部位(电极1),流动到高电位的电极部位(电极2),两个电极分别发生阳极极化和阴极极化。平衡电极电位正(或高)的电极发生阴极极化,表现为阴极反应为主;平衡电极电位负(或低)的电极发生阳极极化,表现为阳极反应为主。稳定电位,混合电位:当电极上有两个电极反应发生,当两个电极的电位达到稳定时,如果不考虑离子电阻和电子电阻,两个电极的非平衡电极电位相等,该电极电位为该电极的稳定电位或混合电位。,,+,-,e,,电极反应1阴极反应,电极反应2阳极反应,阴极极化电位负移,阳极极化电位正移,,,Ec,Ea,E0c,E0a,腐蚀电池:发生氧化反应的电极为阳极;发生还原反应的电极为阴极,腐蚀极化图:纵坐标为电极电位,横坐标为电流密度,所得到的电极电位E与电流密度i(或lgi)的关系图。极化曲线:极化电位与极化电流或极化电流密度的关系曲线阴极极化曲线:阴极极化电位与阴极极化电流或电流密度的关系曲线阳极极化曲线:阳极极化电位与阳极极化电流或电流密度的关系曲线,Ee,c,,,Ee,a,,,,,,,,,,,,,Ecorr,icorr,Ec,Ea,,,,,自腐蚀电位: ? ? 当金属电极上具有两个电极反应,组成腐蚀电池。 ? ? ?当金属电极组成腐蚀电池后,两个电极反应分别发生阳极极化和阴极极化,两个电极分别成为阳极和阴极。 ? ? 阳极和阴极分别具有非平衡电极电位,两个非平衡电极电位最终相等,即电极电位即为该金属电极的稳定电位,混合电位,也称为该金属电极的自腐蚀电位或简称腐蚀电位。 ?Ecorr单位为mV,电极反应1,电极反应2,阳极极化,,阴极极化,,阳极反应,阴极反应,电极1,,电极2,,,阳极,阴极,自腐蚀电流密度: ? ? ? 当阳极和阴极达到自腐蚀电位之后,阳极电流密度ia与阴极电流密度ic相等,该电流密度即为腐蚀电流密度或自腐蚀电流密度。金属腐蚀的速度:可用icorr表示,单位mA/cm2,,Ee,c,,Ee,a,,,,,,,,,,,,,Ecorr,icorr,Ec,Ea,,,Ee,c,Ee,a,Ecorr,icorr,,自腐蚀电位,自腐蚀电流密度,平均极化率:过电位与该电位对应电流密度的比值。,电极的过电位,用?表示:电极电位E与其平衡电极电位E0的差值,分为阳极过电位?a和阴极过电位?c。阳极过电位?a=Ea-Ea0阴极过电位?c=Ec0-Ec,阳极极化率:阳极过电位与电流密度差值的比值,Pa阴极极化率:阴极过电位与电流密度差值的比值,Pc,Evens 图腐蚀电池的极化图的简化,,,,?c,,,,?a,,,Ee,c,Ee,a,icorr,,,,?c,,,,?a,,Ecorr,极化率:电位对电流密度的导数,,平均极化率:过电位与该电位对应电流密度差的比值。,ia=ic=icorr,当,时,,,,

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