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关于金属的钝化知识概论

来源:admin     时间::2015-06-25 10:31:18 电化学腐蚀动力学的一般规律表明, 当金属按照正常的阳极反应历程溶解时, 则电极电位愈正, 金属的溶解速度也愈大。 镍和铁在盐酸中进行阳极极化时即如此。但是在许多情况下,也可看到与此相反的结果。如金属的电极电位因外加阳极 电流或局部阳极电流而向正方向移动,当超过一定数值后,金属的溶解速度反而剧烈地减小了。铁和不锈钢在硫酸中进 行阳极极化时便台观察到此现象。 金属阳极溶解过程中的这种 “ 反常 ” 现象称为金属的钝化过程。 如果把一铁片放在稀硝 酸中,定会剧烈地溶解,且铁的溶解速度随硝酸浓度的增加而迅速增大,当硝酸浓度增加到 30-40% 时,溶解度达到最大 值,若继续增大硝酸的浓度( >40% ) ,铁的溶解度却突然成万倍下降,并使表面处理一种特殊的状态。这时即使把它转 移到硫酸中去,也不会再受到酸的浸蚀,因为金属已发生了钝化。 除硝酸外,倘若介质中含有强氧化性的氯酸、氯 酸钾、重铬酸钾、高锰酸钾和氧这类化合物,都能使金属产生钝化。它们统称为钝化剂,不过钝化的发生并不单纯地取 决于钝化剂氧化性的强弱。例如,过氧化氢或高锰酸钾的氧化还原电位比重铬酸钾的氧化还原电位要正,按理说它们的 是更强的氧化剂,但是实际上它们对铁的钝化作用动比重铬酸盐差。过硫酸盐的氧化还原电位比重铬酸盐更正些,可是 它反而不能使铁钝化。显然,这是阴离子的牲对钝化过程的影响有关。钝化现象的发生虽然通常和氧化性介质的作用有 关,但有些金属却可在非氧化性介质中发生钝化。例如镁可在氢氟酸中钝化,钼和铌可在盐酸中钝化,汞和银在氯离子 的作用下却能钝化。 综上所述, 钝化现象若是因金属与钝化剂的自然作用而产生则称之为 “ 化学钝化 ” 或 “ 自动钝化 ” 。 铬、铝、钛等金属在空气中和很多种含氧的溶液中都易于被氧所钝化,故被称之为 “ 自钝化金属 ” 。 实验结果表明, 在不含有活性氯离子的电解质溶液中, 金属的钝化也可以由阳极极化而引起, 例如 18-8 型不锈钢在 30% 的硫酸中会剧烈 溶解,但倘若外加电流使其阳极极化,当极化至 -0.1V(SCE) 之后,不锈钢的溶解速度将迅速下降到原来的数万分之一。 并且在 0.1 至 +1.2 V范围内保持着高度的稳定性,这一现现象叫作 “ 阳极钝化 ” 或 “ 电化学钝化 ” 。铁、镍、铬、钼等金属在 稀硫酸中均可发生因阳极极化而引起的电化学钝化。 “ 阳极钝化 ” 和 “ 化学钝化 ” 本质上是一样的, 因为这些现象的发 生都是由于原先活化溶解着的金属表面发生了某种突变。这种突变使得金属的阳极溶解过程不再服从塔菲尔规律,其溶 解速度也随之急剧下降。因此,所谓钝化就是指金属表面状态的这种突变,金属钝化后所处的状态称之为钝态,而钝态 金属所具有的性质称之为钝性。 还有一种叫 “ 机械钝化 ” 的说法,这是指在一定环境中于金属表面上沉淀出一层较厚的, 但又或多或少疏松的盐层。这种通常是非导体的盐层实际上起了机械隔离反应物的作用,从而降低了金属的腐蚀速度。 这类钝化现象显然不需要使金属的电极电位朝正值的方向移动。甚至在盐的溶度积很低时,眉飞色舞 电极电位还能朝 负值方向移动。 如铅在硫酸中, 镁在水溶液中和银在氯化物溶液中等的情况就是如此。 研究钝化现象有很大的实际 意义。因为处一钝态的金属具有很低的溶解速度,因此可能用它来达到减缓金属腐蚀的目的。如一般钢铁经常采用浓硝 酸、亚硝酸钠、重铬酸钾等溶液进行钝化处理,在铁中加入某些易钝化的金属组分(如铬、镍、钼、钛等)冶炼成各种 不锈钢在强氧化性酸中极易钝化,因此可用这类合金钢代替贵金属制造与强氧化性介质相接触的化工设备
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