什么是金属或合金的自钝化

在没有任何外加极化的情况下,由于腐蚀介质的氧化剂(去极化剂)的还原引起的金属或合金的钝化,称为金属或合金的自钝化。

因为金属或合金的腐蚀是腐蚀系统中阴、阳极共轭反应的结果。对于特定的可钝化金属或合金的腐蚀系统,在一定的腐蚀介质中,金属或合金的腐蚀电位能否落在钝化区,不仅取决于阳极极化曲线上钝化区范围的大小,还取决于阴极极化曲线的形状和位置。图2.21表示不同的阴极极化曲线对钝化态稳定性的影响。

图2.21 阴极极化对钝化的影响

(1)阴极极化曲线1与阳极极化曲线只有一个交点a,位于活化区内。此时实测曲线与理论真实曲线有相似形状,出现了活化腐蚀。铁在稀硫酸中的腐蚀即属此类。

(2)阴极极化曲线2与阳极极化曲线有三个交点:d点在钝化区,b点在活化区,c点为不稳定交点。电位只有在c点以下和d点以上,实测曲线才具有与真实理论曲线类似的走向。表明金属或合金可能处于活化态,也可能处于钝化态。例如,不锈钢处于脱除氧的酸中,其钝化膜被破坏而又得不到修补,则将导致不锈钢腐蚀。

(3)阴极极化曲线3与阳极极化曲线只有一个交点e,位于钝化区内。此时,金属或合金处于稳定的钝态,会自发地钝化,所以叫自钝化。例如,不锈钢或钛在含氧的酸中,铁在浓HNO 中均属于此种情况。实测曲线仅能测得部分稳定钝化区及过钝化区(e点以上部分曲线)。

从以上分析可知,只有当阴极电流密度超过阳极的最大电流密度时(图中的第三种情况),该金属或合金才可能发生钝化。因此可以得出这样的结论:金属或合金腐蚀系统中的致钝电流越小,致钝电位越低,则金属或合金越易钝化。

金属或合金要自动进入钝态与很多因素有关,如材料性质,氧化剂的氧化性强弱、浓度,溶液组分,温度等。

不同金属具有不同的自钝化趋势。常见金属自钝化趋势减小顺序为:Ti、Al、Cr、Be、Mo、Mg、Ni、Co、Fe、Mn、Zn、Cd、Sn、Pb、Cu。但是这一趋势并不代表总的腐蚀稳定性,只能表示钝态所引起的阳极过程阻滞而使耐腐蚀稳定性增加。如果将易自钝化金属和钝性较弱金属合金化,同样可以使合金的自钝化趋势得到提高,耐蚀性明显增大。此外,在可钝化金属中加入一些阴极性组分(如Pt、Pd)进行合金化,也可以促进合金自钝化,提高耐蚀性。这是由于腐蚀表面与附加的阴极性组分相接触,引起表面活性区阳极极化加剧而进入钝化区。

一般情况下,合金中含有钝化能力强的元素越多,其钝化能力越强,其中典型材料为不锈钢。

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