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什么情况下会发生金属钝化

  如果把一块铁片放在硝酸中并观察铁片的溶解速度与浓度的关系,可以发现,在最初阶段铁片的溶解速度是随硝酸浓度的增大而增加的,但当硝酸的浓度增大到一定值后,铁片的溶解速度迅速降低,若继续增大硝酸浓度,其溶解速度降低得很小,如图3-59 所示,此时金属变得相当稳定,在强酸中不再溶解。这种现象就叫金属的钝化。从热力学机理分析,绝大多数金属通常在介质中都会自发地被腐蚀,可是金属表面在某些介质环境下会发生一种阳极反应受阻的现象即称为金属的钝化。钝化大多降低了金属的腐蚀速度,增加了金属的耐蚀性。

  发生金属钝化的原因在于:当金属在大气中的自发腐蚀倾向较大(自由能下降值较大),然而溶液中的电位却很低时,由于处于腐蚀的初期阶段,金属表面就生成了一层非常薄且附着牢固的膜,导致腐蚀进行很慢,几乎停止。此时,若测其电位,则已变得和铂、金等贵金属的电位差不多,这是因为金属表面已经生成了一层钝化膜。显然,钝化对控制腐蚀很重要。很多工业金属和合金,如不锈钢、铝、钛、锆、钽等就是因为生成了钝化膜而具有良好的耐腐蚀性能。

  金属除可用一些氧化剂处理进行钝化外,有的还可以采用电化学方法进行钝化。如将铁置于硫酸溶液中作为阳极,用外加电流使其阳极极化,阳极极化曲线如图3-60 所示。从图中可见:在低于某一临界电流密度I c 时,金属离子化的阳极过程发生: ,极化曲线较平坦(图中AB),表示阳极过程阻碍较少。但当电流密度增加到I c ,阳极电位达到E p 时,就出现阳极极化现象,此时电流降到一个非常小的值I p (图中BC段),铁由活化态变成钝态;随着电位的继续变化(CD段)而维持电流密度I p 不变,金属基本不发生腐蚀,处于稳定的钝化态,发生的主要电极反应为: ;过D点后,曲线倾斜,电流又开始增大,这表示发生了新的阳极反应。一般是OH-在阳极放电而逸出氧气:

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  由于外加电流能促使某些金属发生阳极钝化,就可以利用这一原理保护金属不受腐蚀影响,这就是后面要介绍的阳极保护方法


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