化学与社会论文.doc

化学与金属 2010 — 2011 学年第五学期课程名称:化学与社会班级:化工 082 学号: 2008012075 姓名:李胜时间: 2010 年 12月6日摘要: 本文立足于化学和不锈钢的金属学理论范畴,从金属腐蚀的原理出发, 探索不锈钢耐腐蚀的合金化原理,阐述了金属钝化的三种基本理论:薄膜论、吸附论及电子排列论。特别以铬、碳、镍三种元素为主要研究对象,探讨其对不锈钢性能的重要影响,以及不锈钢性能与组织变化的一些基本规律,并以资料数据佐证。关键词: 金属腐蚀金属钝化理论铬元素金属合金正文: 一、引言不锈钢是一个范围很大的特殊钢系列,它们与工业上应用的普通钢铁材料一样,也是以铁和碳为基础的铁—碳合金,只是出于耐腐蚀性这一特殊要求以及其他物理与工艺性能方面的需要,使之含有比普通钢更多的合金元素。由于这些合金元素的加入,导致钢的内部组织发生变化,最后在钢的性能变化上反映出来,使之具有耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的特性。这些变化是相互联系并遵循一定客观规律的。二、金属腐蚀的基本概念理解不锈钢的耐腐蚀性应该从金属的腐蚀过程开始。自然界中只有极少数金属(例如金、铂等)能以游离状态存在,而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此,从热力学观点来看,金属的腐蚀是很自然的事。金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏,这种现象叫做金属的腐蚀。由于腐蚀导致的金属破坏都从表面开始,而破坏的程度,一般来说也是表面最大。在液态和固态电解质中腐蚀过程是电化学过程。因此,腐蚀能否进行取决于金属能否离子化, 而金属离子化的趋势可以用电极电位(E)表示。正是由于各种电极过程和 E的差异,人们可以获得干电池和蓄电池的能源。金属在电解质中的腐蚀是一种电化学变化,它的进行依照法拉第定律及欧姆定律,△W=(Ec-Ea)te/(96500AR) 式中,e为常数,如粗略地认为 R不变时,则腐蚀速率( △W/t )与( Ec-Ea)成正比,而与 A成反比。( Ec-Ea)因极化关系有所变化, 因此腐蚀率也会随时间变化;阳极面积(A)较小时,腐蚀率将会随着提高。金属腐蚀时,阳极释放电子的阳极过程和阴极获得电子的阴极过程是在同一金属表面进行的。在干净的铁表面上,滴上一滴加有酚酞和铁氰化钾指示剂的食盐水,过了一些时候,便会观察到上述两个过程的进行。在中心区发生阳极过程: 2Fe →2Fe 2 ++ 4e- 这个过程产生的 Fe 2 +与) 6 化合,便在中心区出现蓝色沉淀。在盐水滴的边缘,由于氧的浓度较大,发生如下的阴极过程:0 2+2H 2O+4e- →4OH- 电子是阳极过程供应的,所产生的 OH- 使pH 值升高,酚酞便显示粉红色。在浓度差的推动下, OH- 及Fe 2+ 对向扩散, 在中间区域出现棕黄色的铁锈: 4Fe(OH) 2+0 2+2H 2O→4Fe(OH) 3↓在酸性溶液中,pH值低,还会有放氢的阴极过程:2H++ 2e- →H 2↑因异种金属的结合所产生的电极电位差,是和在该介质中的金属自然电位的排列有关。控制电化学腐蚀反应速度的因素之一就是这个电位差,但是,当腐蚀反应进行时,在两极积蓄着反应生成物,使腐蚀能力降低。此时,阳极的电位接近于阴极的电位,而阴极的电位又接近与阳极的电位。这种电位的变化称作极化。在阳极上所引起的电位变化称为阳