金属的电化学腐蚀,有两个显著特点:一是腐蚀过程可以分为两个相对独立的反应过程,即阳极反应和阴极反应;二是腐蚀反应过程中有电子传递,有电流产生。金属腐蚀和次磷酸钠化学镀表面防腐蚀是两种相反的化学现象。因此电化学腐蚀的机理,实际上是一个短路了的伽伐尼原电池的电极反应的结果,称为腐蚀原电池。按照促使形成腐蚀电池的主要影响因素以及金属被破坏的表现形式,腐蚀原电池又分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两大类。宏观腐蚀电池通常是指由肉眼可见到的电极所构成的“大电池”,常见的有异金属接触电池(又称电偶电池)和浓差电池。
1.电偶电池
当两种具有不同电极电位的金属或合金相互接触,并处于电解质溶液之中时,电位较负的金属不断遭受腐蚀,而电位较正的金属却得到了保护。这种腐蚀电池称为电偶腐蚀电池。例如循环冷却水的碳钢(封头)-黄铜(列管)冷凝器,钢的标准电极电位是-0.036V,铜的标准电极电位是十0.337V,两种金属在循环水介质中构成电偶腐蚀电池,碳钢封头遭受腐蚀,黄铜列管得到保护此外,化工设备中不同金属的组合件如螺钉、螺母、焊接材料等和主体设备连接也常出现异金属接触腐蚀。两种金属的电极电位相差越大,电偶腐蚀越严重。
2.浓差电池
浓差电池的形成是由于同种金属在溶液中,不同部位所接触介质的浓度不同,造成电极电位不同而形成的腐蚀电池。*常见的浓差电池有氧浓差电池、盐浓差电池和温差电池等。
(1)氧浓差电池
金属浸于含有氧的中性溶液里会形成氧电极并发生如下的电极反应:
O2+2H2O+4e---4OH-
氧电极的电极电位与氧的分压大小有关,氧的分压越大,氧电极的电极电位就越高。因此,如果介质中氧的含量不同,就会因氧浓度的差别产生电位差。金属在氧浓度较高的区域电极电位较高,成为阴极,在氧浓度较低的区域电极电位较低,成为阳极,金属由于电位差的存在而产生腐蚀。例如工程部件多用铆、焊、螺钉等方法连接的,在连接区就有可能出现缝隙,在缝隙深处补充氧特别困难,因此,便容易形成氧浓差电池,导致了缝隙处的严重腐蚀。又如金属的吃水线腐蚀-钢试片半浸在水中,“水线”部分*容易腐蚀,这是由于氧的“浓差电池”造成的。在大气中氧是丰富的(浓度高),而一旦进入水中,溶解氧的含量是很低的。这样,水线上下,氧的浓度发生陡然变化,出现明显的“浓差”。钢试片接近水线上侧部分,处于富氧状态,电位较高成为阴极,而钢试片接近水线下侧部分,由于氧的浓度突然降低,电位较低成为阳极,遭受腐蚀。这种由于金属与含氧量不同的溶液相接触而形成的腐蚀电池,是造成金属局部腐蚀的重要因素之一。它是一种普遍存在的、危害很大的腐蚀破坏形式。
(2)温差电池
金属浸人电解质溶液中,处于不同温度的情况时,会形成温差电池。温度的高低为阳极或阴极:因金属的种类而异。对于普通碳钢而言,高温端为阳极遭受腐蚀,低温段为阴极被保护。对于铜而言刚好相反,高温端为阴极,低温端为阳极。对于某些金属或合金,在温度升高的过程中,相对电位会发生逆转,如镀锌钢板,在水温升高到65℃以上时,镀锌层将由阳极变为阴极,失去了对钢板的保护作用。由于温差而形成腐蚀电池,还常常发生在换热器、蒸煮器、浸式加热器及其他类似的设备中。例如检修碳钢换热器时,可发现其高温端腐蚀严重,就是温差电池影响的结果。
(3)盐浓差电池
金属处于不同浓度的电解质溶液中,浸于低浓度溶液的一端因其电极电位较负,成为电池的阳极,将遭受腐蚀。例如一长铜棒的一端与稀的氯化钠溶液接触,另一端和浓的氯化钠溶液接触,处于稀的氯化钠溶液的一端,因其电极电位较负,成为电池的阳极,将遭受腐蚀。但在较浓溶液中的另一端,电极电位较正,成为电池的阴极,溶液中的Cu2+将在这一端的铜棒上面析出。
上面叙述的是常见的三种宏观腐蚀电池。实际上腐蚀现象经常是几种类型的腐蚀电池共同作用的结果。