举例说明什么是钝化现象

如果把一块铁片放在HNO 中并观察铁片的溶解速率与HNO 浓度的关系,发现在最初阶段铁片的溶解速率是随HNO 浓度的增大而增大的,但当HNO 的浓度增大到一定值后,铁片的溶解速率迅速降低,若继续增大HNO 浓度,其溶解速率降低得很小(图2.19),此时金属变得相当稳定,不再溶解。

图2.19 铁的溶解速率与HNO 浓度的关系(25℃)

这种现象不仅发生在铁上,对于某些工业金属,当在大气中的自发腐蚀倾向较大(自由能下降值较大),而溶液中的电位却很低时,由于处于腐蚀的初期阶段,金属表面上就生成了一层非常薄且附着牢固的膜,导致腐蚀进行得很慢,几乎停止。此时,若测其电位,则已变得和铂、金等贵重金属的电位差不多,这是因为金属表面已经生成了一层致密膜。除了HNO 以外,一些强氧化剂,如氯酸钾、重铬酸钾、高锰酸钾等都能使铁或某些金属及合金的腐蚀速率降低。

铁或其他金属或合金在一定条件下,或经过一定的处理,失去了原来的化学活性,其腐蚀速率明显降低的现象叫做钝化现象。合金或金属在一定条件下所获得的耐蚀状态,称为钝态。有人把能够抑制金属阳极溶解过程的表面膜均称为钝化膜,但根据曹楚南院士的观点,钝化膜应该仅限于电子导体膜。按此观点,钝化膜应该定义如下:如果金属由于同介质作用的结果而在表面上形成能抑制金属溶解过程的电子导体膜,而膜层本身在介质中的溶解速率又很小,以致它能使得金属的阳极溶解速率保持在很小的数值,则称这层表面膜为钝化膜。按照这一定义,铝及铝合金表面在空气中形成的厚度为几纳米的氧化膜可以称为钝化膜,但由阳极氧化而生成的厚度达微米级的氧化膜不可称为钝化膜,而是称其为阳极氧化膜,属于化学转化膜的一种。钝化对控制腐蚀很重要,很多工业金属和合金,如不锈钢、铬、锆、钛、钽等,就是因为生成了钝化膜而具有良好的耐腐蚀性能。

钝化现象具有重要的实际意义。在防腐蚀技术中,可利用钝化现象提高金属或合金的耐蚀性,如向铁中加入Cr、Ni、Al等金属研制成不锈钢、耐热钢等。不锈钢在强氧化性腐蚀介质中极易钝化,人们利用这类合金来制造与强氧化性介质相接触的化工设备。另外在有些情况下又希望避免钝化现象的出现,因为它是有害的。例如,电镀时阳极钝化会降低其活性,进而降低电镀效率。

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