关键的外卖
腐蚀是一种电化学材料使用的方法恶化．在许多情况下，尤其是有液体存在的情况下，它涉及到化学反应。在腐蚀过程中，电子从金属表面的不同区域通过能够传导离子的大气流向其他区域。这是腐蚀的简单化学原理，但细节却并非如此。影响也是如此。
事实上，腐蚀的经济影响比许多人意识到的要大得多。根据CC Technologies Laboratories Inc. 2001年的一份报告，仅在美国，每年的腐蚀成本就高达2760亿美元。其中1210亿美元用于治理腐蚀，其余1550亿美元作为经济净损失。公用事业，尤其是供水和下水道系统，受到的经济影响最大，机动车和交通运输紧随其后。
由于金属腐蚀是一个持续的电化学过程，因此了解电化学反应的本质对于适当地抑制腐蚀和减少其对结构的影响至关重要。在本文中，我们将通过介绍以下细节来讨论腐蚀的机制:
- 电化学反应
- 丹尼尔细胞
- 阳极法
- 法拉第定律
- 阴极法
- 表面积冲击
什么是腐蚀电化学?
腐蚀水环境在一个大气环境是电子在金属表面和液体之间转移的电化学过程吗电解液溶液，导致变质底物．腐蚀的发生是由于金属极易与大气中的氧、水和其他物质发生电化学反应。在这种情况下，术语阳极用来解释金属表面真正腐蚀的部分，而术语阴极用来解释金属表面消耗由腐蚀反应产生的电子。乌利克·r·埃文斯(Ulick R. Evans)是将腐蚀解释为电化学过程的早期先驱，他说，腐蚀可以被描述为电化学或化学机构的破坏．因此，腐蚀电化学是一种简单的电化学方法，通过它我们可以感知腐蚀的机制。
电化学反应
电化学反应被概括为涉及电子转移的反应。这也是一种反应氧化和减少．腐蚀由至少一种化学反应和一种还原反应组成的事实并不完全明显，因为这两种反应通常在一块金属(例如锌)中结合在一起，如下图所示。
图1所示。锌在无空气盐酸中腐蚀时的电化学反应。
在图1中，浸在酸溶液中的锌正在经受腐蚀。在表面的某一点上，Zn转变为失去电子的Zn离子。这些电子穿过固体导电金属到达金属表面的其他位置，在那里氢(H)离子被还原成氢气，符合下式:
这些方程说明了锌中电化学反应的性质。在整个反应过程中，电子被转移，或者换一种方式来看，氧化反应与还原反应同时发生。
因此，在电化学中，阳极反应和阴极反应是同时发生的，而且速度相等。然而，腐蚀只发生在充当阳极的区域。
丹尼尔电池与电化学腐蚀
电化学反应的原理被应用于丹聂耳电池，在此过程中，铜和锌金属浸入各自的硫酸盐溶液中。丹尼尔电池是最主要的敏感而可靠的电池，它支持了19世纪的几项电气创新，比如电报。
在丹尼尔电池中，电子通过导电路径以电流的形式从腐蚀的锌转移到铜中。(在本文中了解类似的腐蚀电池亚历山大细胞简介)。锌比铜更容易失去电子，这意味着把锌和铜金属放在它们的盐溶液中，会导致电子通过一条从锌到铜的外部电线流动，按照以下反应:
的区别腐蚀电位在这两种金属之间通常会引起一种被称为电化学腐蚀它是为了纪念它的发现者路易吉·伽伐尼而命名的。
这种情况在自然腐蚀电池中很常见，只要设置为完成腐蚀电池的电解质。像土壤、混凝土或水这样的液体大气的传导通常与它有关腐蚀性．
下面等式中的简写描述对每个daniel单元格配置都有效。
这个方程确定了锌电极作为阳极是因为它在自发反应的情况下带负电荷，而铜电极则是阴极是因为它带正电荷。
阳极法与腐蚀
现在我们更详细地讨论一旦腐蚀发生，阳极会发生什么(阳极的方法)。例如，铁(Fe)的腐蚀反应涉及氢离子还原为氢气，这与锌在氯化氢(HCl)中的电化学反应是一致的。这种析氢反应发生在各种金属和酸中，并可能涉及盐酸的，硫酸高氯的,氢氟酸的，甲酸的和替代酸。铁、镍和铝各自的阳极反应如下:
通过检查上述方程，我们可以将整个腐蚀过程中发生的一般阳极反应写成:
即金属“M”的腐蚀导致金属“M”与a发生化学反应生成离子价带n+电荷，因此释放n个电子。当然，n的值完全取决于金属的性质。有些金属，比如银，是单价的，而多价铁，钛而铀的正电荷高达+6。这个方程是一般的，它适用于任何腐蚀反应。
法拉第定律与腐蚀电化学
如果之前表达的一个阳极反应产生的电流是熟悉的，就可以将这个电流转换成类似的质量损失或腐蚀渗透速度利用迈克尔·法拉第发现的一个有用的关系。(见腐蚀速率转换:简单的方法来转换数据之间的常见腐蚀单位来了解腐蚀速率。）法拉第的经验定律在电解中，电化学反应的电流与被反应元素的摩尔数有关。假设这种反应所需的电荷是每个分子一个电子，就像电镀或者银的腐蚀侵袭，可以表现为:
根据法拉第定律，与一摩尔银的反应需要一摩尔电子，或者一个阿伏伽德罗电子数(6.022 x 10)23)。一摩尔电子所携带的电荷称为1法拉第(F)。1法拉第等于96,485℃/(摩尔电子)。将法拉第的主要信念与特定的电化学反应结合起来化学计量学给出了下面的等式:
地点:
N摩尔数和ΔN是这个量的变化量吗
n每个分子中被反应的电子数是多少
我为总电流，单位为安培(A)
t为电化学方法的周期，单位为秒(s)
阴极法
当氢(H)离子被还原为原子类型时，它们通常会混合，如前所示，通过与阴极表面的电子反应提供氢气。阴极表面氢离子的减少会扰乱酸性氢(H+)离子和形成碱的羟基(OH-)离子之间的平衡，使溶液变少酸性，或更多碱性或者说这个区域的碱性。
在中性水中，一些金属的阳极腐蚀，如铝(Al)、锌(Zn)或镁(Mg)，产生足够的能量直接分离水，如下面的方程和图所示:
图2。镁在中性水中腐蚀时的电化学反应。
氢离子浓度的变化，或羟基(OH)离子的增加，可以通过测试pH值来发现阴极反应发生的表面。在整个腐蚀过程中可能会遇到许多阴极反应。它们包括以下内容:
氧气减少
氧还原是常见的阴极反应因为氧气存在于大气中，也存在于暴露在环境中的溶液中。虽然不常见，金属离子还原和金属沉积会导致严重的腐蚀问题，例如:铜离子的电镀，这是在上游的水路中产生的，在散热器的内部铝表面上。因此，在铝也存在的水基电路中，一般应避免使用铜导管。
所有的腐蚀反应仅仅是上述一个或多个阴极反应与一个阳极反应的结合。因此，在大多数情况下，液体腐蚀的每一种情况都可以简化为这些方程，无论是单独的还是综合的。考虑到锌(锌)被水或湿空气腐蚀。将Zn氧化反应乘以2，并将其与氧还原反应相加，得到如下等式:
这个反应的产物是Zn２＋噢,-，它们立即反应生成不溶性Zn(OH)2．同样地，锌的腐蚀由硫酸铜式中表示为Zn的氧化反应与铜(II)离子的金属沉积反应之和:
在腐蚀过程中，可能发生一次以上的氧化和还原反应。在含有锌的浓HCL溶液中腐蚀溶解氧例如，两个阴极反应是可能的。一个是氢的演化，另一个是氧的还原。由于有两种阴极反应或消耗电子的方法，锌的一般腐蚀速率被夸大了。因此，它通常比无空气的酸更具腐蚀性，而从酸性溶液中去除氧气通常可以使这些溶液的腐蚀性降低。在许多情况下，这是降低腐蚀性的典型方法。氧气可以用化学方法或机械方法除去。
表面面积影响
在腐蚀一块金属时，在阳极区域产生的电子流经金属，在阴极区域发生反应，阴极区域同样暴露在环境中，在那里它们恢复系统的电平衡。腐蚀表面没有电荷的净积累这一事实对于理解大多数腐蚀过程和减轻腐蚀的方法至关重要。然而，下式中表示的阳极电流和阴极电流相等并不意味着电流密度因为这些电流是相等的:
取相对阳极(年代一个）和阴极(年代c）表面积(及其相关的电流密度)ia和集成电路以毫安/平方厘米为单位表示)，这个方程可以用电流密度来表示。
表面积比(S)的重要性c/秒一)当涉及到几个不同的问题时，上面的等式是非常重要的局部腐蚀，例如点蚀和应力腐蚀开裂．(有关应力腐蚀开裂的更多信息，请参见是什么导致了管道的应力腐蚀开裂?这对腐蚀的发生有重要的意义不同的金属也
很容易知道，特定数量的阳极电流集中在金属表面的一小块区域上的结果将比相同数量的电流在更大的区域上消散时的结果大得多。这是一个重要的放大问题，阳极电流当Sc/秒一个大于1，小于1时为窒息因子。
当两种不同的金属(这里是Cu和Fe)连接在一起时，可以看到电流密度的原因，如图3所示。
图3。受不同金属影响的区域，其中“a”表示铜板上的钢铆钉，而“b”表示钢板上的铜铆钉。
当钢铆钉是铜板的一部分时，阴极铜板的腐蚀会低，而小阳极钢铆钉的腐蚀会高。另一方面，如果铜铆钉连接钢板，对铜的腐蚀会很高，而对钢板的腐蚀几乎不明显。
了解防腐蚀的关键
在这篇文章中，我们研究了腐蚀作为一种电化学现象，通过这种现象，材料/结构恶化。电化学反应本文从丹尼尔电池、阳极法、阴极法、法拉第定律和表面积效应等方面详细讨论了腐蚀的机理。因为如果我们彻底了解腐蚀的电化学，我们就可以预防腐蚀，腐蚀产品的制造商和用户应该注意腐蚀背后的电化学机制。
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