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電化學(xué)腐蝕范文1
引言：電化學(xué)表面加工技術(shù)中材料的增加或減少都是以離子的形式進(jìn)行的，由于金屬離子的尺寸非常微?。?0-1nm），因此，以“離子”方式去除材料的微去除方式使電化學(xué)加工技術(shù)在微細(xì)制造領(lǐng)域、納米制造領(lǐng)域存在著極大優(yōu)勢(shì)，只要精細(xì)地控制電流密度和電化學(xué)發(fā)生區(qū)域，就能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)的微細(xì)溶解或微細(xì)沉積。
一、電化學(xué)腐蝕原理
金屬表面由于外界介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而造成的變質(zhì)及損壞的現(xiàn)象或過(guò)程稱(chēng)為腐蝕。介質(zhì)中被還原物質(zhì)的粒子在與金屬表面碰撞時(shí)取得金屬原子的價(jià)電子而被還原，與失去價(jià)電子的被氧化的金屬“就地”形成腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面上，這樣一種腐蝕過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)腐蝕。由于金屬是電子的良導(dǎo)體，如果介質(zhì)是離子導(dǎo)體的話(huà)，金屬被氧化與介質(zhì)中被還原的物質(zhì)獲得電子這兩個(gè)過(guò)程可以同時(shí)在金屬表面的不同部位進(jìn)行。金屬被氧化成為正價(jià)離子（包括配合離子）進(jìn)入介質(zhì)或成為難溶化合物（一般是金屬的氧化物或含水氧化物或金屬鹽）留在金屬表面。這個(gè)過(guò)程是一個(gè)電極反應(yīng)過(guò)程，叫做陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程。被氧化的金屬所失去的電子通過(guò)作為電子良導(dǎo)體的金屬材料本身流向金屬表面的另一部位，在那里由介質(zhì)中被還原的物質(zhì)所接受，使它的價(jià)態(tài)降低，這是陰極反應(yīng)過(guò)程。在金屬腐蝕學(xué)中，習(xí)慣地把介質(zhì)中接受金屬材料中的電子而被還原的物質(zhì)叫做去極化劑。經(jīng)這種途徑進(jìn)行的腐蝕過(guò)程，稱(chēng)為電化學(xué)腐蝕。在腐蝕作用中最為嚴(yán)重的是電化學(xué)腐蝕，它只有在介質(zhì)中是離子導(dǎo)體時(shí)才能發(fā)生。即便是純水，也具有離子導(dǎo)體的性質(zhì)。在水溶液中的腐蝕，最常見(jiàn)的去極化劑是溶于水中的氧（o2）。
二、電化學(xué)腐蝕的分類(lèi)
上述金屬腐蝕現(xiàn)象，都是假定陽(yáng)極和陰極反應(yīng)是在金屬表面相同的位置發(fā)生的，這樣引起的金屬腐蝕是均勻的，稱(chēng)為均勻腐蝕，見(jiàn)本文由收集整理圖6.1 （a）。實(shí)際上，金屬中總是或多或少含有雜質(zhì)，是不均勻的。有些金屬中還有目的地加入其他成分以改善其機(jī)械性能或耐腐蝕性，例如合金，但也因此引進(jìn)了一定程度的不均勻性。有些金屬構(gòu)件在加工過(guò)程中產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，同樣造成不均勻性。另外，腐蝕介質(zhì)也可能因濃度差等原因產(chǎn)生局部的不均一性。這種金屬/溶液界面的不均一性是產(chǎn)生局部腐蝕的原因。局部腐蝕的危害比均勻腐蝕要嚴(yán)重得多，因?yàn)榻饘俑g的陽(yáng)極反應(yīng)和共扼陰極反應(yīng)，由于金屬/溶液界面的不均一而產(chǎn)生了空間分離，陽(yáng)極反應(yīng)往往在極小的局部范圍內(nèi)發(fā)生，此時(shí)總的陽(yáng)極溶解速率雖然仍舊等于總的共扼陰極反應(yīng)速率，但是陰極電流密度（單位面積內(nèi)的反應(yīng)速率）卻大大增加了，即局部的腐蝕強(qiáng)度大大加劇了。例如一根均勻腐蝕的鐵管可以連續(xù)使用很長(zhǎng)時(shí)間而無(wú)大礙，但如局部腐穿就只能報(bào)廢。典型的局部腐蝕有孔蝕、晶間腐蝕、脫成分腐蝕、沖蝕和應(yīng)力腐蝕破裂腐蝕，它容易發(fā)生在含有氯離子的高溫水中，機(jī)理究竟是鋅溶解而銅不被腐蝕，還是zn和cu同時(shí)溶解，然后銅又析出，尚未搞清楚。家用熱水器所用的黃銅制龍頭，經(jīng)幾年使用后變成銅色，這就是我們身邊發(fā)生的這種腐蝕的實(shí)例。
沖蝕是在沖擊的機(jī)械作用下，材料表面發(fā)生磨損的同時(shí)又加入腐蝕作用，兩者相互促進(jìn)，產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕。氣相流體中的液滴、液相流體中的固體粉末、液體中旋渦產(chǎn)生的空穴、彎管等部位發(fā)生的渦流等，都能破壞表面膜，加速腐蝕。
應(yīng)力腐蝕破裂是一種在特定環(huán)境組合下，如鋁合金和不銹鋼與氯化物水溶液、銅合金與氨水、碳鋼和堿性水溶液等，由于低的拉應(yīng)力導(dǎo)致金屬材料破裂的現(xiàn)象。破裂有沿晶（晶界破裂）和穿晶（晶粒破裂）兩種。它們對(duì)于受應(yīng)力的器械危害最大，如高壓鍋爐、飛機(jī)上側(cè)面薄壁、鋼索、機(jī)器的軸等，如果發(fā)生這類(lèi)腐蝕就可能突然崩裂而釀成事故。
孔蝕是在材料表面，形成直徑小于1mm并向板厚方向發(fā)展的孔。介質(zhì)發(fā)生泄漏，大多是孔蝕造成的，而且它的發(fā)展速度也是很快的，大多為每年數(shù)毫米。
晶間腐蝕是沿著金屬材料的晶界產(chǎn)生的選擇性腐蝕，盡管晶粒幾乎不發(fā)生腐蝕，但仍然導(dǎo)致材料破壞。例如，不銹鋼貧鉻區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，是由cr23 c6等碳化物在晶界析出，使晶界近旁的鉻含量降到百分之幾以下，故這部分耐蝕性降低。鋁合金、鋅、錫、鋁等，也存在由于在晶界處不純物偏析，導(dǎo)致晶界溶解速度增加的情況。
三、金屬的電化學(xué)防腐蝕
從腐蝕角度保護(hù)金屬材料最簡(jiǎn)單易行的方法是將材料與腐蝕環(huán)境隔離。例如有機(jī)涂料、無(wú)機(jī)物的搪瓷等涂覆金屬表面以使材料與腐蝕環(huán)境隔絕。當(dāng)這些保護(hù)層完整時(shí)是能起到保護(hù)作用的。這里主要介紹已廣為人們采用的電化學(xué)防腐蝕方法。
1.金屬鍍層
用電鍍法在金屬的表面涂一層別的金屬或合金作為保護(hù)層。例如自行車(chē)上鍍銅錫合金當(dāng)?shù)?，然后鍍鉻，鐵制自來(lái)水管鍍鋅以及某些機(jī)電產(chǎn)品鍍銀或金等都可以達(dá)到防腐蝕目的。電鍍是借助于電解作用，在金屬制件表面上沉積一薄層其他金屬的方法。包括鍍前處理（除油、去銹）、鍍上金屬層和鍍后處理（鈍化、去氫）等過(guò)程。電鍍時(shí)，將金屬制件作為陰極，所鍍金屬作為陽(yáng)極，浸人含有鍍層成分的電解液中，并通人直流電，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間即得沉積鍍層。
2.陽(yáng)極保護(hù)
它是指用陽(yáng)極極化的方法使金屬鈍化，并用微弱電流維持鈍化狀態(tài)，從而保護(hù)金屬。此法是基于對(duì)金屬鈍化現(xiàn)象的研究提出的。因此，要弄清陽(yáng)極保護(hù)的原理，首先要明白金屬鈍化的原理。
金屬陽(yáng)極溶解時(shí)，在一般情況下，電極電勢(shì)愈正，陽(yáng)極溶解速度愈大。但在有些情況下，當(dāng)正向極化超過(guò)一定數(shù)值后，由于表面某種吸附層或新的成相層的形成，金屬的溶解速度非但不增加，反而急劇下降。
電化學(xué)腐蝕范文2
關(guān)鍵詞：酸性環(huán)境：鐵的電化學(xué)腐蝕；吸氧腐蝕；析氫腐蝕；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化
文章號(hào)：1005C6629（2017）1C0057C05 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 研究背景
高中選修階段，金屬的電化學(xué)腐蝕的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類(lèi)型。人教版教材[1]用食鹽水中的鐵釘演示吸氧腐蝕，不過(guò)需要較長(zhǎng)時(shí)間才能觀察到明顯現(xiàn)象；蘇教版教材[2]則設(shè)計(jì)了鐵炭混合粉分別在中性（食鹽水）、酸性（稀醋酸）環(huán)境下發(fā)生腐蝕的實(shí)驗(yàn)。實(shí)際操作中，鐵炭粉在食鹽水中的倒吸現(xiàn)象快速而明顯，而在稀醋酸的酸性環(huán)境下往往較難觀察到析氫腐蝕的液注外排現(xiàn)象，反而出現(xiàn)速率較大的倒吸。顯然，這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與中學(xué)階段“金屬在較強(qiáng)酸性的環(huán)境下發(fā)生析氫腐蝕，在弱酸性、中性和堿性環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕”的認(rèn)知不符，易造成學(xué)生的困惑。這一方面是由于教材所給的實(shí)驗(yàn)條件不明確，同時(shí)也反映出教師對(duì)金屬電化學(xué)腐蝕的認(rèn)識(shí)以及實(shí)驗(yàn)條件控制還不夠到位。
已有研究表明，兩種電化學(xué)腐蝕并非對(duì)立，而是共存、競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系[3]，有研究者借助傳感器證實(shí)，不論電解質(zhì)溶液的酸堿度如何，吸氧腐蝕都可能發(fā)生[4]。酸液中的電化學(xué)腐蝕過(guò)程大致如下，起初H+濃度高而溶解氧含量低，因此析氫腐蝕占主導(dǎo)，吸氧腐蝕相對(duì)較弱，體系內(nèi)部壓強(qiáng)增大；而隨著液膜酸度減弱和氧氣滲入，吸氧腐蝕逐漸增強(qiáng)、析氫腐蝕減弱，吸氧腐蝕后來(lái)居上，表現(xiàn)為內(nèi)部壓強(qiáng)減小。酸性環(huán)境下，我們觀察到的體系壓強(qiáng)變化常常是析氫腐蝕和吸氧腐蝕的總效果，故相對(duì)復(fù)雜[5]。本研究通過(guò)探究酸性環(huán)境下不同條件對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的影響，進(jìn)而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，以期為中學(xué)教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒或參考。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與器材
藥品：還原鐵粉（AR）、活性炭粉（200目，AR）、鹽酸（AR）、蒸餾水、紅墨水
器材：容量瓶、量筒、燒杯、玻璃棒、分析天平、研缽、移液管、100mL錐形瓶、膠頭滴管、閥門(mén)、三孔塞、鐵架臺(tái)、U形管（15cm×0.8cm）、導(dǎo)管、橡膠管、秒表、刻度尺
部分藥品與器材的使用意圖見(jiàn)表1。
2.2 實(shí)驗(yàn)操作
（1）搭建實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示；
（2）檢驗(yàn)裝置氣密性；
（3）按實(shí)驗(yàn)方案要求的量準(zhǔn)確稱(chēng)取還原鐵粉、活性炭粉，充分研磨，然后小心倒入錐形瓶中；
（4）輕輕晃動(dòng)使其鋪平；
（5）用膠頭滴管吸入方案要求的濃度與體積的鹽酸，塞入三孔塞中，打開(kāi)閥門(mén)連通大氣后關(guān)閉；
（6）擠壓膠頭，將酸一次性加入錐形瓶中，立即觀察U形管中指示液柱隨時(shí)間變化情況并記錄。
以酸液體積-酸液濃度-鐵炭質(zhì)量比-環(huán)境溫度-振蕩操作的順序進(jìn)行變量探究，在探究某一條件的影響時(shí)控制其他變量，記錄時(shí)間、液注高度以及錐形瓶?jī)?nèi)的反應(yīng)現(xiàn)象。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 酸液體積對(duì)反應(yīng)的影響
在20℃的環(huán)境溫度下，取5.0g還原鐵粉、0.5g活性炭粉，加入酸液后不振蕩。選取0.5mol/L的鹽酸溶液，設(shè)定不同體積，探究酸液體積對(duì)反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象如表2及圖2。
由表2、圖2可以看出，隨著酸量增加，指示液柱外排速率增大、時(shí)間延長(zhǎng)、現(xiàn)象明顯。為使加入的酸液與固體粉末充分接觸但又不浸沒(méi)固體而隔絕空氣，2.0mL的酸量較合適。此時(shí)固體粉末呈現(xiàn)濕潤(rùn)但不浸泡的狀態(tài)，體系中的固、液、氣物質(zhì)均能較好地接觸。
3.2 酸液濃度對(duì)反應(yīng)的影響
在20℃的環(huán)境溫度下，取5.0g還原鐵粉、0.5g活性炭粉，加入酸液后不振蕩。配制不同濃度的鹽酸以探究酸液濃度對(duì)反應(yīng)的影響，控制鹽酸體積為2.0mL。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象如表3及圖3所示。
由表3、圖3可以看出，當(dāng)鹽酸濃度小于0.01 mol/L時(shí)，析氫腐蝕和吸氧腐蝕的現(xiàn)象均不明顯。析氫腐蝕現(xiàn)象弱是因?yàn)榉磻?yīng)物H+濃度小，鹽酸溶液的酸度低也意味著離子濃度低，弱酸性條件下吸氧腐蝕現(xiàn)象也不明顯。隨著酸度的提高，指示液柱外排時(shí)間增長(zhǎng)，析氫腐蝕現(xiàn)象變得明顯。若鹽酸濃度高于3 mol/L，則在一定時(shí)間內(nèi)基本觀察不到液柱倒吸現(xiàn)象。這是由于強(qiáng)酸性溶液中溶解氧濃度很小[6]，吸氧腐蝕的發(fā)生受到阻礙?？偟膩?lái)說(shuō)，鹽酸濃度在0.1～2 mol/L的范圍內(nèi)時(shí)，析氫腐蝕和吸氧腐蝕的現(xiàn)象均明顯。
電化學(xué)腐蝕范文3
電廠金屬的電化學(xué)腐蝕是電廠金屬與介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生的自溶解過(guò)程在這個(gè)過(guò)程中電廠金屬被氧化，所釋放的電子完全為氧化劑消耗，構(gòu)成一個(gè)自發(fā)的短路電池，這類(lèi)電池被稱(chēng)之為腐蝕電池腐蝕電池分為三（或二）類(lèi)：（1）不同電廠金屬與同一種電解質(zhì)溶液接觸就會(huì)形成腐蝕電池例如：在銅板上有一鐵鉚釘，其形成的腐蝕電池鐵作陽(yáng)極（負(fù)極）發(fā)生電廠金屬的氧化反應(yīng)：FeFe2++2e-；（FeFe2++2e）=-0.447V.陰極（正極）銅上可能有如下兩種還原反應(yīng)：（a）在空氣中氧分壓=21kPa時(shí)：O2+4H++4e-2H2O；（O2+4H++4e-2H2O）=1.229V，（b）沒(méi)有氧氣時(shí)，發(fā)生2H++2e-H2；（2H++2e-H2）=0V，有氧氣存在的電池電動(dòng)勢(shì)E1=1.229-（-0.447）=1.676V；沒(méi)有氧氣存在時(shí)，電池的電動(dòng)勢(shì)E2=0-（-0.447）=0.447V可見(jiàn)吸氧腐蝕更容易發(fā)生，當(dāng)有氧氣存在時(shí)鐵的銹蝕特別嚴(yán)重銅板與鐵釘兩種電廠金屬（電極）連結(jié)一起，相當(dāng)于電池的外電路短接，于是兩極上不斷發(fā)生上述氧化—還原反應(yīng)Fe氧化成Fe2+進(jìn)入溶液，多余的電子轉(zhuǎn)向銅極上，在銅極上O2與H+發(fā)生還原反應(yīng)，消耗電子，并且消耗了H+，使溶液的pH值增大在水膜中生成的Fe2+離子與其中的OH—離子作用生成Fe（OH）2，接著又被空氣中氧繼續(xù)氧化，即：Fe2++2OH-Fe（OH）24Fe（OH）2+2H2O+O24Fe（OH）3Fe（OH）3乃是鐵銹的主要成分這樣不斷地進(jìn)行下去，機(jī)械部件就受到腐蝕（2）電解質(zhì)溶液接觸的一種電廠金屬也會(huì)因表面不均勻或含雜質(zhì)微電池例如工業(yè)用鋼材其中含雜質(zhì)（如碳等），當(dāng)其表面覆蓋一層電解質(zhì)薄膜時(shí)，鐵、碳及電解質(zhì)溶液就構(gòu)成微型腐蝕電池該微型電池中鐵是陽(yáng)極：FeFe2++2e-碳作為陰極：如果電解質(zhì)溶液是酸性，則陰極上有氫氣放出（2H++2e-H2）；如果電解質(zhì)溶液是堿性，則陰極上發(fā)生反應(yīng)O2+2H2O+4e-4OH-
總結(jié)
從上面的分析可以看出：所形成的腐蝕電池陽(yáng)極反應(yīng)一般都是電廠金屬的溶解過(guò)程：MMz++ze-陰極反應(yīng)在不同條件下可以是不同的反應(yīng)，最常見(jiàn)的有下列兩種反應(yīng)：①在缺氧條件下，H+離子還原成氫氣的反應(yīng)（釋氫腐蝕）2H++2e-H2（=0.0V）該反應(yīng)通常容易發(fā)生在酸性溶液中和在氫超電勢(shì)較小的電廠金屬材料上②氧氣還原成OH-離子或H2O的反應(yīng)（耗氧腐蝕）中性或堿性溶液中O2+2H2O+4e—4OH-（=0.401V）在酸性環(huán)境中，O2+4H++4e-2H2（=1.229V）2.腐蝕電流一旦組成腐蝕電池之后，有電流通過(guò)電極，電極就要發(fā)生極化，因而研究極化對(duì)腐蝕的影響是十分必要在電廠金屬腐蝕文獻(xiàn)中，將極化曲線（電勢(shì)～電流關(guān)系）繪成直線（橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)標(biāo)度），稱(chēng)為Evans（埃文斯）極化圖（圖10—8）在Evans極化圖中的電流密度j腐蝕表示了電廠金屬腐蝕電流，實(shí)際上代表了電廠金屬的腐蝕速率影響電廠金屬表面腐蝕快慢（即腐蝕電流j）的主要因素：①腐蝕電池的電動(dòng)勢(shì)——兩電極的平衡電極電勢(shì)差越大，最大腐蝕電流也越大②電廠金屬的極化性能——在其它條件相同的情況下，極化程度愈大（即極化曲線的斜率），腐蝕電流愈小③氫超電勢(shì)——釋氫腐蝕時(shí)，氫在電廠金屬表面析出的超電勢(shì)逾大，極化曲線的斜率就逾大，腐蝕電流反而減小。
二、電廠金屬的穩(wěn)定性
“在所處環(huán)境下電廠金屬材料的穩(wěn)定性如何？”是研究電廠金屬腐蝕與防腐首先必須考慮的問(wèn)題因此，電廠金屬-水系統(tǒng)的電勢(shì)—pH圖無(wú)疑是很有用的工具1.電勢(shì)（E）—pH關(guān)系的一般表達(dá)式
若有如下電極反應(yīng)：xO（氧化態(tài)）+mH++ze-？-yR（還原態(tài)）+nH2O例如：Fe3O4+8H++2e-=3Fe2++4H2O式中O代表氧化態(tài)、R代表還原態(tài)；x，m，z，y，n為各反應(yīng)物、產(chǎn)物的計(jì)量系數(shù)當(dāng)T=298.15K時(shí)E=-（10—14）因pH=-lg[a（H+）]，a（H2O）=1上式可寫(xiě)成E=--（10—15）在a（R），a（O）被指定時(shí)，電勢(shì)E與pH值成直線關(guān)系①.電勢(shì)與pH無(wú)關(guān)的反應(yīng)：②.這些反應(yīng)只有電子得失，沒(méi)有H+或OH-離子參加例如反應(yīng)Zn2+（aq）+2e-=Zn（s）；E（Zn2++2e-Zn）=-0.762+0.0295lg[a（Zn2+）/a（Zn）]當(dāng)a（Zn2+）=10-6、a（Zn）=1.0時(shí)，E（Zn2++2e-Zn）=-0.939V3.水溶液中的氫、氧電極反應(yīng)因?yàn)榉磻?yīng)在水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)與H2，O2，H+，OH-關(guān)所以凡是以水作為溶劑的反應(yīng)系統(tǒng)都一定要考慮氫、氧電極反應(yīng)氫電極反應(yīng)（①線）：電應(yīng)式2H+（a）+2e-H2（p）；當(dāng)p（H2）=時(shí)，有E（2H++2e-H2）=-0.0592pH（10—13）在E—pH圖上是一條截距為零的直線，斜率為-0.0592氧電極反應(yīng)（②線）：電極反應(yīng)式O2（p）+2H+（a）+2e-H2O（l）在298.15K，a（H2O）=1、p（O2）=，E（O2+2H++2e-H2O）=1.229-0.0592pH該式表示氧電極反應(yīng)的E—pH直線與氫電極的E—pH直線斜率相同，僅截距不同4.電勢(shì)-pH圖的應(yīng)用（1）圖10—9中每條線上的點(diǎn)都表示Zn—H2O系統(tǒng)的一個(gè)平衡狀態(tài)凡不在直線上的任何一點(diǎn)均為非平衡狀態(tài)，且每條線上方為該線所代表電極反應(yīng)中氧化態(tài)穩(wěn)定區(qū)，下方為還原態(tài)穩(wěn)定區(qū)因此，在圖上分別得到Zn2+，Zn，Zn（OH）2的各自穩(wěn)定存在區(qū)線②以上是O2（氧化態(tài)）的穩(wěn)定區(qū)，下方是H2O（還原態(tài)）的穩(wěn)定存在區(qū)；在線①以上是H+（氧化態(tài)）的穩(wěn)定區(qū)、線①以下是H2（還原態(tài)）的穩(wěn)定存在區(qū)（2）在E—pH圖中任意兩條線所代表的電極反應(yīng)都能構(gòu)成一個(gè)化學(xué)反應(yīng)例如線①與②所代表的電極反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)為：O2（g）+2H2（g）=2H2O（l）該反應(yīng)可視為氧電極和氫電極組成的燃料電池一般而言，高電勢(shì)區(qū)直線所代表電極反應(yīng)中的氧化態(tài)能氧化低電勢(shì)區(qū)直線所代表反應(yīng)中的還原態(tài)即：[氧化態(tài)]上+[還原態(tài)]下[還原態(tài)]上+[氧化態(tài)]下且二直線相距愈遠(yuǎn)，以此二直線所代表電極反應(yīng)組成電池時(shí)，電池的電動(dòng)勢(shì)就愈大，因此該氧化還原反應(yīng)的趨勢(shì)就愈大如Zn2++2e-=Zn是線段a代表的平衡系統(tǒng)，該平衡位于①線下方，說(shuō)明Zn在水溶液中是不穩(wěn)定的溶液中H+被還原成H2（g），Zn被氧化成Zn2+的反應(yīng)2H++Zn=Zn2++H2是自發(fā)進(jìn)行的又因Zn的穩(wěn)定區(qū)也在O2還原反應(yīng)的②線以下，Zn被氧化成Zn2的反應(yīng)：0.5O2+2H++Zn=Zn2++H2O①線與a線反應(yīng)組成電池：②線與a線組成電池，比①線距離線a更遠(yuǎn)，說(shuō)明在含有O2的水溶液中Zn的熱力學(xué)穩(wěn)定性更差（3）E—pH圖可用來(lái)指導(dǎo)防腐、電廠金屬保護(hù)等方面的研究從圖10—9可知，當(dāng)E<-0.9V時(shí)，Zn在酸性溶液中，既使在有氧存在的情況下都可以穩(wěn)定存在，這就是電廠金屬電化學(xué)防腐的陰極保護(hù)原理；（4）水-Fe的E-pH圖：Fe2++2e-Fe（1線Fe2O3+6H++2e=2Fe2++3H2O（2線）Fe3++e-=Fe2+（3線）Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O（4線）Fe3O4+8H++2e-=3Fe2++3H2O（5線）3Fe2O3+2H++2e-=2Fe3O4+H2O（6線）Fe3O4+8H++8e-=3Fe+4H2O（7線）
電化學(xué)腐蝕范文4
關(guān)鍵詞：鑄鐵管道、腐蝕、生活污水、土壤環(huán)境、檢測(cè)
鑄鐵管道的特點(diǎn)
鑄鐵是以鐵和碳為主的合金，此外還含有硅、錳、硫、磷等元素。灰鑄鐵的組織是有片狀石墨和鋼的基體兩部分組成的。石墨呈不連續(xù)的片狀，或直或彎。鋼基體則可分為鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體三種。鑄鐵管分為灰口鑄鐵管和球墨鑄鐵管。燃?xì)庥玫蔫T鐵管用灰口鑄鐵鑄成，塑性好、切斷、鉆孔方便，抗腐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)?；铱阼T鐵管是最常見(jiàn)最主要的管材,使用的歷史也比較長(zhǎng)。在燃?xì)獍l(fā)展初期，地下燃?xì)夤艿蓝嗖捎描T鐵管。一直以來(lái)，鑄鐵燃?xì)夤艿哪透g性得到大家一致認(rèn)可。
二、市政燃?xì)廨斉涔艿拦懿牡倪x用
輸送城市燃?xì)夤艿赖墓懿暮芏?常用的管材有鑄鐵管、鋼管和近年發(fā)展較快的聚乙烯(PE)燃?xì)夤?。鑄鐵管應(yīng)用很廣泛，其特點(diǎn)是使用年限長(zhǎng)、生產(chǎn)簡(jiǎn)便、成本低且有良好的耐腐蝕性。鋼管包括無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩類(lèi)，一般大口徑燃?xì)夤芡ǔ２捎脤?duì)接直焊縫鋼管和螺旋焊縫鋼管。燃?xì)庥镁垡蚁┕?PE管)是以聚乙烯燃?xì)夤懿募?jí)專(zhuān)用樹(shù)脂為基礎(chǔ),輔以必要的添加劑,經(jīng)加熱后通過(guò)擠出機(jī)連續(xù)擠出成型。PE管具有很好的抗腐蝕性，施工方便， 維修量少,便于搶修等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，PE管被廣泛應(yīng)用到市政中低壓管網(wǎng)燃?xì)饨ㄔO(shè)中。同時(shí)隨著國(guó)家天然氣管線建設(shè)，各城市燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)也正在逐步發(fā)生巨大變革，鑄鐵管道的利用在逐步減少。
鑄鐵燃?xì)夤艿涝谙滤乐械母g
1. 燃?xì)夤艿栏g的原因
腐蝕是金屬在周?chē)橘|(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用下引起的一種破壞。金屬腐蝕按其性質(zhì)可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是金屬直接和周?chē)橘|(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)作用而引起的一種腐蝕，化學(xué)腐蝕不發(fā)生化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。電化學(xué)腐蝕則是金屬在電解質(zhì)中所發(fā)生的與電流流動(dòng)有關(guān)的一種腐蝕，也稱(chēng)為電解腐蝕。其他腐蝕還有雜散電流的腐蝕等等。
2、鑄鐵管道的腐蝕
鑄鐵的腐蝕通常為化學(xué)的或電化學(xué)的, 其腐蝕狀態(tài)可能是均勻的、局部的、應(yīng)力的和晶界間的。在有明顯晶界的合金鑄鐵中, 由于特種碳化物和其他化合物沿晶界析出, 固溶體內(nèi)含的合金元素減少, 沿著晶界極易發(fā)生微晶間腐蝕, 使鑄鐵產(chǎn)生孔洞或降低強(qiáng)度。鑄鐵的腐蝕既與其化學(xué)成分、金相組織、表面特性等因素有關(guān), 還與浸蝕性介質(zhì)的成分、活潑性及溫度等因素有關(guān)。根據(jù)電化學(xué)腐蝕理論, 理想的組織應(yīng)是單一相和均勻的金相組織, 因而純鐵、鐵素體和奧氏體鋼, 在其他條件相同時(shí), 具有較高的耐腐蝕穩(wěn)定性。但是預(yù)獲得單一金相組織的鑄鐵是不可能的, 只能考慮金相組織均勻化來(lái)提高耐腐蝕能力。金屬在大自然中經(jīng)常遭到的各種電化學(xué)腐蝕、如大氣腐蝕、土壤腐蝕、污水腐蝕和海水腐蝕等。這些腐蝕有個(gè)共同特點(diǎn)，即主要是吸氧腐蝕（電化學(xué)腐蝕中，是氧分子接受電子），但它們又具有各自的規(guī)律，因此我們將鑄鐵管在土壤里的腐蝕形態(tài)分為，差異充氣電化學(xué)腐蝕、雜散電流腐蝕和微生物腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕是主要形態(tài)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：約有75 %以上的腐蝕案例是由電化學(xué)腐蝕造成的。
3.污水的特征
生活污水是指城市機(jī)關(guān)、學(xué)校和居民在日常生活中產(chǎn)生的廢水，包括廁所糞尿、洗衣洗澡水、廚房等家庭排水以及商業(yè)、醫(yī)院和游樂(lè)場(chǎng)所的排水等。生活污水常具有如下特征:水質(zhì)渾濁,色深,具有惡臭,呈微堿性,固體物質(zhì)含量很低;含有大量有機(jī)物，如纖維素、淀粉、糖類(lèi)和脂肪蛋白質(zhì)等；也常含有大量細(xì)菌、病原菌、病毒和寄生蟲(chóng)卵等微生物；無(wú)機(jī)鹽類(lèi)的氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽和鈉、鉀、鈣、鎂等。主要污染物質(zhì)為COD、BOD、NH3-N、SS、動(dòng)植物油等，這些成分在厭氧細(xì)菌作用下，易生惡臭物質(zhì)。各種水環(huán)境雖然千差萬(wàn)別,但都含有多種正負(fù)離子,如Ca2+、SO42-、Mg2+、Cl-等,因此,各種水環(huán)境實(shí)質(zhì)上就是各種不同濃度的鹽溶液。
4、鑄鐵管道在排污管道中的腐蝕
2010年我們?cè)谘膊槟承^(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的時(shí)候，通過(guò)檢漏儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)污水井中有泄露的天然氣，對(duì)此，我們高度進(jìn)行警覺(jué)，決定對(duì)此管道進(jìn)行全方位開(kāi)挖檢查，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)管道已經(jīng)被腐蝕穿孔，發(fā)生了天然氣泄露。緊接著對(duì)其他類(lèi)似的位置進(jìn)行開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)管道也已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕，局部已經(jīng)穿孔。有關(guān)資料顯示2006年4月在香港發(fā)生一起煤氣事故，原因懷疑是一根球墨鑄鐵管遭受污水腐蝕后而導(dǎo)致煤氣泄漏。這也說(shuō)明鑄鐵管道在污水里的腐蝕還是相當(dāng)嚴(yán)重的。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)我們可以看到暗綠色和棕黃色的化學(xué)物質(zhì)。這是腐蝕產(chǎn)生的氫氧化亞鐵向氫氧化鐵過(guò)度過(guò)程的產(chǎn)物和氫氧化鐵。因?yàn)榧儦溲趸瘉嗚F是白色的，但一般很難看到，常常見(jiàn)到的是淺綠色因?yàn)槿芤褐腥芙庥醒鯕馇曳磻?yīng)體系（開(kāi)放性的體系）與外界存在著物質(zhì)交換與能量交換，不斷有空氣中的氧氣溶解到溶液中，新生成的氫氧化亞鐵很快就被氧化成氫氧化鐵，所以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難觀察到有白色的氫氧化亞鐵沉淀生成，只能看到被氧化了的氫氧化亞鐵與剛生成的氫氧化亞鐵組成的混合物：一些暗綠色的絮狀沉淀。
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
此處不存在雜散電流腐蝕，由于污水管道中的各種離子、微生物和污水管道的排水不連續(xù)性造成管道表面的差異性腐蝕環(huán)境，發(fā)生了離子的轉(zhuǎn)移和鑄鐵管道的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。
四、采取措施
同時(shí)提醒我們的是鋼質(zhì)燃?xì)夤艿胶丸T鐵燃?xì)夤艿涝谖鬯芯a(chǎn)生腐蝕，而且腐蝕較快，在以后的設(shè)計(jì)施工中注意燃?xì)夤艿篮臀鬯芫€的控制處理，嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，保證管道的施工質(zhì)量。
已經(jīng)處在污水管道（井池）附近和交叉的管道必須進(jìn)行檢測(cè)分析，制定可行的管控方案，確保運(yùn)行安全。
1、鑄鐵管的埋設(shè)位置進(jìn)行檢測(cè)，受污水管道腐蝕的管道制定保護(hù)方案或更換措施，嚴(yán)禁帶病運(yùn)行。
2、對(duì)在用的鑄鐵管網(wǎng)制定方案進(jìn)行管網(wǎng)安全性評(píng)估。
1)收集整理管網(wǎng)有關(guān)管徑、壁厚、運(yùn)行壓力、埋設(shè)位置等資料。
2）對(duì)管道的土壤環(huán)境進(jìn)行抽樣檢測(cè)，包括土壤電阻率、土壤類(lèi)別、土壤中氯化物含量、土壤PH值（酸堿度）、土壤的含水量和水位、氧化還原電位和雜散電流等情況進(jìn)行檢測(cè)和分析。
3）根據(jù)上述資料和檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)管網(wǎng)安全性評(píng)估。
4）根據(jù)評(píng)估結(jié)果制定管網(wǎng)監(jiān)控巡查的方案和改造方案。
5）購(gòu)買(mǎi)先進(jìn)檢測(cè)儀器增加管網(wǎng)泄露監(jiān)測(cè)頻率。
6）定期對(duì)方案落實(shí)情況進(jìn)行跟進(jìn)，保證鑄鐵管道的運(yùn)行安全。
應(yīng)特別注意：小口徑的球墨鑄鐵管線，有外加電流干擾的管線，敷設(shè)于人口密度較高地域的管線，敷設(shè)于地下水位變化較大區(qū)域的管線。
參考文獻(xiàn)：
電化學(xué)腐蝕范文5
【關(guān)鍵詞】壓力容器；腐蝕分類(lèi)；意義；原因；防護(hù)措施
中圖分類(lèi)號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、壓力容器腐蝕的特點(diǎn)及分類(lèi)
在壓力容器的使用過(guò)程中，金屬腐蝕是最常見(jiàn)的腐蝕形式，但是金屬腐蝕的原理和腐蝕狀況極為復(fù)雜，這也是困擾壓力容器安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重大難題。目前，我們根據(jù)金屬腐蝕現(xiàn)象主要從金屬腐蝕的過(guò)程、溫度和破壞形式三方面將其分類(lèi)，值得注意的是，這幾種分類(lèi)方式存在共通點(diǎn)和重疊點(diǎn)。下面具體介紹這幾種分類(lèi)方式：
1、根據(jù)金屬腐蝕的過(guò)程分類(lèi)。根據(jù)金屬腐蝕的大致過(guò)程，我們將其分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩個(gè)過(guò)程。（1）化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是金屬與離子溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種腐蝕，腐蝕過(guò)程是一種置換反應(yīng)過(guò)程，沒(méi)有電流的產(chǎn)生，只有元素化合價(jià)的變化?；瘜W(xué)腐蝕還可以分為氣體腐蝕和溶液腐蝕，氣體腐蝕是指的是金屬表面在高溫氣體下的腐蝕，而溶液腐蝕指的是金屬在不導(dǎo)電的非電解質(zhì)溶液中發(fā)生化學(xué)腐蝕。（2）電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕相比，最重要的不同在于它存在電子的轉(zhuǎn)移和電流的產(chǎn)生，這種原理與原電池的工作原理類(lèi)似，是化工生產(chǎn)中一種最常見(jiàn)的化學(xué)腐蝕形式。金屬在通電的電解質(zhì)溶液的反應(yīng)都屬于電化學(xué)腐蝕。
2、根據(jù)反應(yīng)的溫度分類(lèi)。影響化學(xué)反應(yīng)的重要的因素除了反應(yīng)物的濃度和催化劑等，最不可忽略的就是溫度的變化對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響。溫度升高對(duì)于任何化學(xué)反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生加快反應(yīng)的效果。根據(jù)反應(yīng)的溫度可以將腐蝕分為常溫腐蝕和高溫腐蝕。（1）常溫腐蝕。常溫腐蝕就是在常溫條件下發(fā)生的金屬腐蝕現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)。我們常見(jiàn)的常溫腐蝕現(xiàn)象包括鐵制品在大氣中的生銹腐蝕，建筑物在水中發(fā)生腐蝕等。金屬制品在酸堿溶液中發(fā)生的腐蝕既屬于常溫腐蝕也屬于電化學(xué)腐蝕。（2）高溫腐蝕。顧名思義，高溫腐蝕指的就是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在溫度較高的條件下的腐蝕，當(dāng)然其中也包含化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。為了更好地區(qū)分常溫腐蝕和高溫腐蝕，我們將溫度在100攝氏度以上的反應(yīng)歸為高溫腐蝕。高溫腐蝕常見(jiàn)于工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是電鍍行業(yè)。例如電鍍過(guò)程中的高溫熔鋅溶液與鍍鋅容器壁間的反應(yīng)就是高溫腐蝕的一個(gè)典型代表。
3、根據(jù)腐蝕的破壞形式分類(lèi)。根據(jù)腐蝕的破壞形式一般都為金屬腐蝕。根據(jù)腐蝕破壞情況又將金屬腐蝕分為全面腐蝕、局部腐蝕和結(jié)構(gòu)環(huán)境腐蝕三類(lèi)。金屬腐蝕一般從壓力容器的表面開(kāi)始反應(yīng)，逐漸向容器壁的內(nèi)部深入腐蝕，最終引起容器的外部或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，這是金屬腐蝕的一大特點(diǎn)。全面腐蝕是金屬腐蝕發(fā)生在壓力容器的整個(gè)金屬表面，腐蝕時(shí)破壞連成一片。這種腐蝕一般情況下是不均勻腐蝕，當(dāng)然，也存在各種細(xì)微條件的相同出現(xiàn)的均勻腐蝕現(xiàn)象。與全面腐蝕相比，局部腐蝕是僅限于容器壁的一小部分發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕而表面其他地方基本沒(méi)有損壞或者沒(méi)有損壞的現(xiàn)象。從安全角度考慮，局部腐蝕往往比全面腐蝕更加危險(xiǎn)。這是因?yàn)槿娓g的特征明顯，并且由于腐蝕的速度相差不大，我們可以很容易的推算腐蝕的速度，進(jìn)而估算破壞所帶來(lái)的損失和更換設(shè)備的時(shí)間，達(dá)到設(shè)備利用的最大化。相反的，局部腐蝕是設(shè)備的局部發(fā)生破壞，這種破壞往往是隱秘的，不容易發(fā)現(xiàn)，極易造成突發(fā)爆炸，造成重大的人員傷亡。此外，局部腐蝕的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)條件更加復(fù)雜，所以無(wú)法確定其反應(yīng)速率，這樣就會(huì)容易出現(xiàn)設(shè)備的突然損壞和事故的發(fā)生。
二、腐蝕的危害和防護(hù)的意義
腐蝕具有突發(fā)性和災(zāi)難性等特點(diǎn)，極易造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，造成重大的人員傷亡。此外，腐蝕會(huì)影響設(shè)備的外觀，還可能會(huì)造成生產(chǎn)出的產(chǎn)品不合格，影響產(chǎn)品的聲譽(yù)和銷(xiāo)路，更可能會(huì)造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)環(huán)境。還有可能造成其他貴重產(chǎn)品的損壞。
腐蝕產(chǎn)生破壞時(shí)高度集中，并且蝕孔的破壞很不均勻，由于應(yīng)力結(jié)構(gòu)等的影響，蝕孔是向重力方向發(fā)展，蝕孔口徑很小，并且表面往往覆蓋有固體沉積物，因此極其不容易被發(fā)現(xiàn)，隱藏危害巨大，蝕孔的出現(xiàn)是沒(méi)有任何預(yù)見(jiàn)性的，時(shí)間或長(zhǎng)或短，這就使得腐蝕變得更加難以治理。所以，防止壓力容器的腐蝕能夠避免重大事發(fā)生、避免經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。
三、影響腐蝕的主要原因
腐蝕是化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)的集合，所以影響化學(xué)反應(yīng)的主要因素就是影響腐蝕的主要因素，包括金屬材料、溫度、PH值、電解質(zhì)溶液的流動(dòng)狀態(tài)等。能夠發(fā)生鈍化的金屬更容易發(fā)生腐蝕，所以，與碳鋼相比，不銹鋼更加敏感。所以，腐蝕更容易發(fā)生在鈍態(tài)不穩(wěn)定的金屬表面，鈍態(tài)越穩(wěn)定的金屬，發(fā)生腐蝕的幾率就越低。溫度是影響腐蝕的另一個(gè)重要的因素，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)越快，腐蝕的速度就越快，設(shè)備破損就越快。PH值是影響腐蝕的另一個(gè)重要的原因，一般情況下，酸性溶液比堿性溶液更加容易腐蝕金屬，而中性溶液對(duì)于金屬設(shè)備來(lái)說(shuō)無(wú)疑使最理想的。電解質(zhì)溶液的流動(dòng)速度也會(huì)影響腐蝕的速度，越是穩(wěn)定的條件就越容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是因?yàn)樵诓环€(wěn)定的介質(zhì)流動(dòng)可以消除溶液間的差別，消除溶液間的不均勻性，減緩腐蝕的速率，避免腐蝕的發(fā)生。
四、防止壓力容器腐蝕的措施
1、涂層保護(hù)。涂層保護(hù)是避免腐蝕的一項(xiàng)最簡(jiǎn)單易行的方法，原理是用有機(jī)涂料或者無(wú)機(jī)物的陶瓷將發(fā)生反應(yīng)的金屬和溶液分隔開(kāi)，成本較低，工藝簡(jiǎn)單，適應(yīng)性廣，見(jiàn)效明顯。但是這種方法要在設(shè)備投入使用前進(jìn)行，并且維護(hù)時(shí)間短，所以后期二次維護(hù)和勞動(dòng)量大。
2、電化學(xué)保護(hù)。電化學(xué)保護(hù)是非常適應(yīng)于水下保護(hù)的一種防腐蝕方法，其原理是利用電化學(xué)反應(yīng)的原理，用一種金屬保護(hù)壓力容器壁金屬和溶液進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到保護(hù)容器壁的效果。這種防護(hù)方法周期適中，但要耗費(fèi)一定的電能，成本較高。電化學(xué)保護(hù)包括金屬鍍層、陽(yáng)極保護(hù)、陰極保護(hù)和緩蝕劑保護(hù)四種。金屬鍍層就是在壓力容器金屬表面鍍一層別的金屬作為保護(hù)層，這種方法的保護(hù)周期較長(zhǎng)，維護(hù)工作量小，但是施工工藝較為復(fù)雜，并且成本極高，所以，這種方法適用于面積較小并且環(huán)境惡劣的設(shè)備保護(hù)。陽(yáng)極保護(hù)是應(yīng)用很廣的一類(lèi)保護(hù)方法，是利用微弱電流使得作為陽(yáng)極反應(yīng)的金屬鈍化，減緩反應(yīng)的進(jìn)行和金屬的消耗。陰極保護(hù)就是使得金屬達(dá)到陰極極化，當(dāng)陰極電勢(shì)足夠負(fù)的時(shí)候，金屬就可以避免氧化溶解，從而得到完全保護(hù)。主要包括外加電流法和犧牲陽(yáng)極法。緩蝕劑保護(hù)就是在溶液中加入一定的能夠明顯減少金屬和溶液反應(yīng)的一種物質(zhì)，緩蝕劑可以有效地減緩金屬的腐蝕，并且操作簡(jiǎn)便，可以避免產(chǎn)品污染，防止脆裂事故的發(fā)生，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不夠純熟，不能夠保證保護(hù)的實(shí)效性。
3、合理的管理保護(hù)。除了采用以上敘述的方法避免金屬的腐蝕之外，在設(shè)備的管理上還要進(jìn)行加強(qiáng)，避免事故的發(fā)生，防患于未然。
結(jié)束語(yǔ)
在化工生產(chǎn)中，壓力容器是一種不可替代的重要的設(shè)備。在壓力容器的運(yùn)行和使用過(guò)程中，長(zhǎng)期處于高溫和高壓的條件下，使得壓力容器極易發(fā)生腐蝕和破損，進(jìn)而影響壓力容器的正常使用，甚至出現(xiàn)重大工業(yè)事故，造成人員傷亡。因此，研究壓力容器的腐蝕和防護(hù)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)安全的意義十分重大。
【參考文獻(xiàn)】
[1]施利炳.金屬的腐蝕與防護(hù)[J].物理測(cè)試，2003（03）.
電化學(xué)腐蝕范文6
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；鋼筋腐蝕；原理；
1、問(wèn)題的提出
鋼筋混凝土所使用的材料是混凝土和鋼筋，具有混凝土和鋼筋的優(yōu)點(diǎn)，其強(qiáng)度高、韌性好，并且混凝土與鋼筋間具有良好的粘結(jié)力，同時(shí)二者的溫度線膨脹系數(shù)相近，正因?yàn)殇摻罨炷辆哂羞@些優(yōu)點(diǎn)，因此鋼筋混凝土成為現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的主體。著名專(zhuān)家學(xué)者P.K.Mehia認(rèn)為，鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最重要的因素。混凝土中鋼筋的腐蝕，不僅會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，還可導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞，甚至?xí)鸾Y(jié)構(gòu)坍塌。因此，鋼筋腐蝕問(wèn)題不容忽視。
2、鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理分析
混凝土的孔溶液呈堿性，新拌混凝土的pH值一般都在12~13之間，在這樣強(qiáng)的堿性環(huán)境下，鋼筋表面會(huì)生成一層鈍化膜，它是厚度一般為2×10-9~6×10-9m的水化氧化產(chǎn)物(γ-Fe2O3?nH2O)，阻止了鋼筋的銹蝕，但是當(dāng)pH值由于各種原因降至11.8或者更低時(shí)，鈍化膜將不能保持，鋼筋進(jìn)入活化狀態(tài)，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。
鋼筋表面發(fā)生的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕是鋼筋表面與氣體或介質(zhì)溶液接觸發(fā)生的腐蝕，這種腐蝕沒(méi)有電子的流動(dòng)，只是腐蝕現(xiàn)象的一小部分；而電化學(xué)腐蝕是鋼筋表面與腐蝕介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，絕大部分腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕，因此本文著重討論電化學(xué)腐蝕。
鋼筋表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕的條件是當(dāng)鋼筋表面有水分存在時(shí)，就發(fā)生鐵電離的陽(yáng)極反應(yīng)和溶液態(tài)氧還原的陰極反應(yīng)，并以相互等速度進(jìn)行，其反應(yīng)方程式如下：
陽(yáng)極：FeFe2++2e
陰極：0.5O2+H2O+2e2OH-
總的反應(yīng)是陰陽(yáng)極反應(yīng)的組合，并在鋼筋表面析出氫氧化鐵：
Fe2++2OH-Fe(OH)2
Fe(OH)2+0.5H2O+0.25O2Fe(OH)3
氫氧化鐵Fe(OH)3進(jìn)一步氧化生成紅銹nFe2O3?mH2O，一部分氧化不完全的生成黑銹Fe3O4，在鋼筋表面形成銹層，鐵銹的體積最大可膨脹至原來(lái)體積的6倍。鋼筋膨脹使周?chē)幕炷廉a(chǎn)生較強(qiáng)的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土將沿鋼筋方向開(kāi)裂，即順筋開(kāi)裂，嚴(yán)重的使混凝土保護(hù)層剝落?；炷灵_(kāi)裂后，進(jìn)一步喪失了對(duì)鋼筋的保護(hù)，使得腐蝕介質(zhì)更容易達(dá)到鋼筋表面，導(dǎo)致鋼筋腐蝕的進(jìn)一步加劇，如此周而復(fù)始，加劇了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。
混凝土中鋼筋鈍化狀態(tài)被破壞、鋼筋活化的主要原因是混凝土保護(hù)層的碳化和氯化物的作用?；炷撂蓟瘯r(shí)，pH值顯著降低，一般降到8~9，在這種狀態(tài)下，鋼筋將不處于鈍化狀態(tài)，極易發(fā)生腐蝕。相對(duì)于碳化，氯離子的危害一旦發(fā)生后果要嚴(yán)重的多。氯離子半徑小，穿透能力強(qiáng)，可以很容易穿透鋼筋表面的鈍化膜，進(jìn)而競(jìng)爭(zhēng)吸附在鋼筋的表面，當(dāng)氯離子到達(dá)鋼筋表面時(shí)，將使該處的pH值顯著降低，導(dǎo)致局部酸化，造成小陽(yáng)極大陰極的情況，促成嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。Cl-除了去鈍化作用外還有搬運(yùn)作用，Cl-可以與Fe2+生成FeCl2，加速了陽(yáng)極過(guò)程，F(xiàn)eCl2是可溶的，向混凝土內(nèi)擴(kuò)散時(shí)遇到OH-便生成Fe(OH)2沉淀，進(jìn)而生成氧化鐵即鐵銹。Cl-不會(huì)被消耗掉，只是起到了“遷移”作用，如此周而復(fù)始，大大加速了鋼筋的銹蝕。此外，Cl-的存在加大了混凝土的導(dǎo)電性，使得電化學(xué)腐蝕的發(fā)生更加容易，對(duì)鋼筋的防腐蝕極為不利。
3、鋼筋的腐蝕過(guò)程及防范措施
3.1混凝土中鋼筋的腐蝕過(guò)程
鋼筋的腐蝕過(guò)程有兩種，一種是電極反應(yīng)交換電流引起的腐蝕。鋼鐵在酸性溶液中的溶解屬于此類(lèi)。另外一種是擴(kuò)散速度控制的腐蝕過(guò)程?；炷林袖摻畹母g大多數(shù)屬于這種腐蝕?；炷羶?nèi)鋼筋的腐蝕，一般多屬于金屬電化學(xué)腐蝕這種腐蝕的發(fā)生一般都在以下兩種情況下：一是鋼筋表面氧化鐵保護(hù)膜被破壞，使鋼筋失去保護(hù)層；二是有水和氧氣的參與。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面
1.混凝土內(nèi)摻入了氯鹽。我國(guó)用氯鹽做早強(qiáng)防凍劑的歷史很長(zhǎng)，有些工程仍在使用。為提高混凝土早期強(qiáng)度，在混凝土中摻加一定量的氯鹽往往是有效的。但因氯化鈣是以氯離子和鈣離子的狀態(tài)存在，氯離子能破壞鋼筋表面的氧化鐵保護(hù)膜，并能使鋼筋表面局部酸化，使鋼筋腐蝕。另外，如果氯化鈣摻量過(guò)多，還會(huì)增加混凝土的干縮度，使其在早期產(chǎn)生干縮裂縫。加上氯鹽本身具有較強(qiáng)的吸濕性，從而加速了鋼筋的腐蝕。
2.混凝土不密實(shí)或存在裂縫?；炷撩軐?shí)度不良和構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕很重要的原因。尤其當(dāng)水泥用量偏少、水灰比不當(dāng)，在混凝土澆筑過(guò)程中振搗不實(shí)，產(chǎn)生露筋、蜂窩麻面和裂縫時(shí)，就會(huì)給水和氧及其它侵蝕性介質(zhì)的滲透創(chuàng)造條件，從而加速鋼筋的銹蝕。
3.混凝土“碳化”?；炷恋摹疤蓟保侵缚諝庵械亩趸?xì)怏w在混凝土表層逐漸為氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，相互生成碳酸鈣的現(xiàn)象或碳化的結(jié)果，使混凝土的PH值不斷下降，并不斷向內(nèi)部深化，當(dāng)碳化深度達(dá)到或超過(guò)鋼筋保護(hù)層時(shí)，鋼筋表面的氧化鐵保護(hù)膜便遭到破壞，使鋼筋失掉了保護(hù)的屏障。這時(shí)，大氣中含有的工業(yè)廢氣，如氯化氫等將被棍凝土吸收并與氫氧化鈣結(jié)合，使混凝土堿度迅速下降，鋼筋遭受腐蝕。
4.高強(qiáng)鋼筋中的應(yīng)力腐蝕。高強(qiáng)鋼筋在應(yīng)力的作用下，容易導(dǎo)致氧化鐵保護(hù)膜的破壞，裂縫比較活化，并作為陽(yáng)極而腐蝕。同時(shí)，由于鋼筋中具有很高的拉應(yīng)力和高強(qiáng)鋼筋的低變形性能，腐蝕和應(yīng)力共同作用，加速了裂縫的深度發(fā)展，使鋼筋在看不到明顯腐蝕的情況下突然產(chǎn)生斷裂。
3.2混凝土中鋼筋的腐蝕防范措施
從目前的技術(shù)條件來(lái)看，混凝土結(jié)構(gòu)物中鋼筋腐蝕的檢測(cè)方法主要包括破損法和非破損法（電阻棒法、渦流探測(cè)法、聲發(fā)射探測(cè)法自然電位法、交流阻抗譜法、線性極化法、恒電量法等許多種），修復(fù)技術(shù)主要有補(bǔ)丁法、電化學(xué)氯化物萃取技術(shù)及再堿化技術(shù)等幾種。在工程實(shí)際中，需要針對(duì)具體情況選用合適的檢測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)可采用單一的檢測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)，必要時(shí)也可采用多種檢測(cè)法和修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方法。
4、結(jié)束語(yǔ)
在建筑工程項(xiàng)目質(zhì)量管理越來(lái)越嚴(yán)的今天，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕問(wèn)題日益引起人們的重視。因此，了解發(fā)生腐蝕的機(jī)理，進(jìn)而采取針對(duì)性的防范措施，是保證工程質(zhì)量的必要前提和要求。
參考文獻(xiàn)：
[1] 朱彥鵬主編.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.
