腐蚀理论

腐蚀是指（包括金属和非金属）在周围介质（水、空气、酸、碱、盐、溶剂等）作用下产生损耗与破坏的过程。

金属材料以及由它们制成的结构物，在自然环境中或者在工作条件下，由于与其所处环境介质发生化学或者电化学作用而引起的变质和破坏，这种现象称为腐蚀。其中也包括上述因素与力学因素或者生物因素的共同作用。某些物理作用，例如金属材料在某些液态金属中的物理溶解现象也可以归入金属腐蚀范畴。一般而言，生锈是专指钢铁和铁基合金而言的，它们在氧和水的作用下形成了主要由含水氧化铁组成的腐蚀产物——铁锈。有色金属及其合金可以发生腐蚀但并不生锈，而是形成与铁锈相似的腐蚀产物。如铜和铜合金表面的铜绿，偶尔也被人称作铜锈。

腐蚀破坏的形式种类很多。在不同环境条件下引起金属腐蚀的原因不尽相同，而且影响因素也非常复杂。为了防止和减缓腐蚀破坏及其损伤，通过改变某些作用条件和影响因素而阻断和控制腐蚀过程，由此所发展的方法、技术及相应的工程措施已成为防腐蚀工程技术。

纯净水中虽有H和OH，但浓度很低，因此很不容易导电。若水中添加点酸、碱或盐，会大大增强水的导电性（电解液）。根据腐蚀电池理论，腐蚀过程的本质是一个电化学过程，因为腐蚀对应的化学反应涉及到电荷的交换。图1显示的是铁和偏酸性的水接触时的电荷转移过程。

铁离子被氧化进入水中后，金属中带上了负电荷，电解液中带上了正电荷，于是金属和水之间产生了一个电压，称为氧化电压或氧化电动势。这就好比在很小的局部形成了一个微小的化学电池。不同的金属在水中形成的氧化电动势是不一样的。有些金属，例如镁和锌，形成的电动势比铁要高。有些金属，例如铜、镍、铅形成的电动势比铁要小。表 列出了25℃下一些水中的电极反应电动势。这些电动势还会随着温度、pH值、离子浓度的变化而变化。氧化电动势对于理解大部分腐蚀过程十分重要。

_{25℃下一些常用元素在水中的电动势}

这样，金属的表面就会有大量的微电池，如图2所示。当这些微电池被外部的电解液或导电体连通时，腐蚀就会发生。正是微电池提供的这点微小的电流使得腐蚀的化学反应得以进行。例如，考虑图1所示的铁片泡在水里面的情形，若假设铁片表面的微电池是均匀的，溶液也是均匀的，则随着铁离子进入溶液，溶液会带正电荷，铁片会带负电荷，从而形成一个从溶液指向铁片的电动势。该电动势会阻止铁离子继续进入溶液。但是实际情况是，铁片表面是不均匀的，溶液内也有杂质，因此情况会变得更加复杂。铁片和溶液之间并无法形成可以阻止铁离子进入溶液的逆电动势。在这种情况下，某些局部点会被腐蚀得比较厉害，形成腐蚀坑。

金属的化学腐蚀反应可以分成两步过程。第一步是氧化步，第二步是去电子步。氧化步是会释放出自由电子，而去电子步是消除自由电子的过程。

阳离子可以进入溶液，也可以和其他阴离子结合成化合物。氧化步必须同时和去电子步配合才能够完成整个反应。

因此只有通过去电子步把氧化步产生的自由电子去掉，金属原子才会被不断地腐蚀下来。实际的腐蚀过程是一个十分缓慢的、表面相对均匀的丢失金属原子的过程。在某些条件下，若有一个区域形成一个阳极或者阴极区，则可能发生不均匀腐蚀，在局部形成一个肉眼可见的腐蚀坑。

铁和钢在水中由于表面会形成氧化保护层，因此不会迅速被腐蚀掉。由于铁被氧化后极容易形成三氧化二铁，它不溶于水，容易在金属表面沉积，从而阻碍进一步的腐蚀。这种现象称为腐蚀钝化现象。锆、铬、铝、不锈钢等金属在常温的水或空气中会形成很薄的一层保护层，有时候甚至薄得肉眼无法辨别。正是由于这层薄薄的保护层，使得这些金属在水或空气中具有很好的耐腐蚀性。

除了钝化现象以外，还有一种阻止腐蚀的方式称为极化现象。随着“氧化-去电子”反应的进行，腐蚀原电池的电动势逐渐下降直到为零，使得“氧化-去电子”反应无法继续，这种现象称为极化。2100433B

本书主要介绍金属电化学腐蚀的基本理论及其应用。内容包括两部分。第一部分(绪论至第五章)用热力学观点阐述了金属腐蚀的倾向;以腐蚀动力学为重点讨论了氢和氧的去极化腐蚀、金属的钝化及常见的局部腐蚀。第二部分(第六章至第十章)通过介绍金属在各种环境中的腐蚀、影响金属腐蚀的因素、腐蚀的控制方法、防腐蚀设计及实验选编等来阐明腐蚀理论的具体应用。此书可作为高等院校化工腐蚀与防护专业的专业课教材,也可作为高等学校化工、石油、机械、冶金、材料方面有关专业开设腐蚀课程的参考书。

符号表

绪论

第一节金属腐蚀与防护的重要性

第二节金属的腐蚀过程

第三节金属腐蚀的分类

第四节金属腐蚀速度的表示法

第五节金属腐蚀学科的研究内容和任务

第一章金属电化学腐蚀倾向的判断

第一节电极电位

第二节金属电化学腐蚀倾向的判断

第三节电位一pH图

第四节腐蚀原电池

第五节腐蚀电池的类型

第二章电化学腐蚀动力学

第一节腐蚀速度与极化作用

第二节极化曲线

第三节极化的原因及类型

第四节电化学极化

第五节浓度极化2100433B

是用来描述在整个合金表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时，村料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心，因为，这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。