宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池

1.宏观腐蚀电池

宏观腐蚀电池利用肉眼可分辨出电极极性,而且阴极区和阳极区长时间保持稳定,会产生明显的局部腐蚀。典型的宏观电池有两种。

1)异种金属构成的腐蚀电池

异种金属构成的腐蚀电池包括两种情况。一种是异种金属浸于不同的电解质溶液中,如图2.1所示的丹尼尔电池,锌为阳极,发生氧化反应,铜为阴极,发生还原反应:Cu 2+ +2e→Cu。

另一种是异种金属在同一种腐蚀介质中接触构成的腐蚀电偶电池。例如,铜板用钢钉铆接,浸入稀酸中就能构成这类腐蚀电池。

2)浓差电池

同一金属浸入同一电解质溶液中,由于溶液局部的浓度、温度不同时,构成的腐蚀电池通常称作浓差电池。浓差电池主要有溶液盐浓差电池、氧浓差电池和温差电池。

在工程实际中,最常见的危害极大的浓差电池是氧浓差电池,它是由于金属与氧含量不同的腐蚀介质相接触形成的。例如,土壤中的金属管道,由于埋设深度不同或土壤不同区段含氧量存在差异,含氧量低的部分金属电位低,成为阳极遭受腐蚀。又如,盛放电解质水溶液的钢制容器,气液交界的液面处氧浓度高,为阴极,紧靠液面之下的部位贫氧,为阳极,而发生所谓的水线腐蚀。

2.微观腐蚀电池

微观腐蚀电池是肉眼难于辨出电极的极性,但确实存在氧化还原反应过程的原电池。微观腐蚀电池是由于金属表面的电化学不均匀性,在金属表面上微小区域或局部区域存在电位差引起的。微观电池主要有以下几种。

1)化学成分不均匀引起的微电池

这种微电池主要是由于金属的化学成分不纯或合金的化学成分不均匀引起的。例如,钢铁中的碳化物、石墨、硫化物的电位比基体铁正,可与基体构成微观电池。

2)金属组织不同或结构不均匀性引起的微电池

前者如双相合金,合金中析出第二相,多数情况,第二相是阴极相,基体为阳极相。后者如金属及合金的晶粒与晶界间存在差异,电位也有差异,一般晶粒是阴极,晶界能量高、不稳定,作为腐蚀电池的阳极而优先发生腐蚀。

3)金属表面物理状态不均匀性引起的微电池

物理状态是指表面粗糙度、应力及变形的不均匀性和腐蚀产物的特性等。例如,金属的各部分变形、加工不均匀、晶粒畸变,都会导致形成微观电池。一般形变大、内应力大的部位为阳极而腐蚀。此外,温差、光照等不均匀也可形成微观电池。

4)金属表面膜不完整引起的微电池

无论是金属表面的钝化膜还是涂覆的阴极性镀层,如果该膜层不完整,有裂纹或孔隙,则缺陷处的基体电位较膜层电位负,成为微电池的阳极而遭受腐蚀。

可见,腐蚀原电池是将外电路短路的电池。在研究电化学腐蚀时,腐蚀原电池是非常重要的,是研究各种腐蚀类型和破坏形态的基础。

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