腐蚀学原理-第五章 金属的钝化

金属钝化原理引言：金属钝化是指通过一系列化学反应或电化学方法，使金属表面形成一层致密的氧化膜或其它化学物质膜，从而提高金属的稳定性和耐腐蚀性能。

钝化处理是一种常见的表面处理方法，广泛应用于金属制品的生产和加工过程中。

本文将介绍金属钝化的原理、应用及其在工业中的重要性。

一、金属钝化的原理金属钝化的原理主要涉及到两个方面，即化学反应和电化学反应。

化学反应：金属在与氧气发生反应时会生成氧化物膜，这种氧化物膜可以保护金属表面不受进一步的氧化和腐蚀。

例如，铁与氧气反应生成的氧化铁膜可以有效地阻止水和氧气的进一步侵蚀，从而提高铁的耐腐蚀性能。

电化学反应：金属在电解质溶液中，通过电化学反应形成一层致密的氧化膜或其他化学物质膜，从而提高金属的耐腐蚀性能。

这种电化学反应一般通过在金属表面施加一定的电位或电流来实现。

例如，对铝进行阳极氧化处理，可以在金属表面形成一层致密的氧化铝膜，增强铝的耐腐蚀性能。

二、金属钝化的应用金属钝化在工业生产和加工中有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：1. 金属制品防腐蚀：金属钝化可以提高金属制品的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。

例如，对于汽车零部件、建筑材料和船舶设备等金属制品，经过钝化处理后，可以更好地抵御大气中的氧气、水蒸气和酸雨等腐蚀性物质的侵蚀。

2. 食品加工：金属钝化广泛应用于食品加工行业，以保证食品的安全性和卫生性。

例如，对不锈钢制作的食品容器和设备进行钝化处理，可以防止金属溶解和金属离子对食品的污染。

3. 电子产品制造：金属钝化在电子产品制造中起着重要作用。

例如，对电子元器件的金属引线进行钝化处理，可以提高其耐腐蚀性能，增强产品的可靠性和稳定性。

4. 医疗器械：金属钝化在医疗器械制造中具有重要意义。

例如，对不锈钢手术器械进行钝化处理，可以提高其耐腐蚀性能，减少与人体组织的化学反应，从而降低感染和排斥的风险。

5. 航空航天工业：金属钝化在航空航天工业中广泛应用。

例如，对航空发动机零部件的镍基合金进行钝化处理，可以提高其抗高温氧化和耐腐蚀性能，延长使用寿命。

金属钝化原理
金属钝化是指金属表面被氧化膜覆盖而形成一种稳定的化学状态，使金属表面具有较好的抗腐蚀性能。

金属钝化原理主要有以下几种：
1. 氧化：金属表面的氧化是金属钝化的主要过程。

金属在氧的作用下，生成氧化物或氢氧化物的过程，通过氧化作用来保护金属表面，防止进一步的腐蚀。

2. 膜层形成：金属钝化的过程中，会生成一层致密的氧化膜或其他化合物膜层，覆盖在金属表面，阻断了氧和水分子的进一步侵蚀，减少了金属与环境介质的接触，从而防止金属进一步腐蚀。

3. 化学反应：金属钝化还涉及金属表面和环境介质之间的化学反应。

例如，金属表面的氧化物或氢氧化物能与溶液中的阴离子结合生成较为稳定的盐，并在金属表面形成保护膜，降低了金属的腐蚀速度。

4. 电化学过程：金属钝化还涉及电化学过程。

金属表面的氧化物或氢氧化物与金属内部形成了电化学电位差，形成了稳定的电场，阻止了进一步的氧化反应。

综上所述，金属钝化的原理主要是通过金属表面的氧化、膜层形成、化学反应和电化学过程等方式来保护金属表面，使其具有抗腐蚀性能。

金属的钝化有的金属（或合金）由于受某些氧化剂作用后其表面状况发生了改变，使金属（或合金）的化学活动性大大降低，耐腐蚀性大大增强，这种现象称为金属的钝化。

例如：Fe可与稀HNO3反应而溶解，但是，如果把Fe浸在密度大于1.25 g/cm3的浓HNO3中，铁却钝化而不溶。

Fe在浓HNO3中钝化后，不仅在稀HNO3中也不能再溶解，而且不能从铜盐（如CuSO4）溶液中置换出铜。

不仅铁，其它多种金属也可以发生钝化。

例如：Cr、Ni、Co、Mo、Al、Ta、Nb和W 等，其中最易钝化的金属是Cr、Mo、Al、Ni。

不仅硝酸，其它强氧化剂如浓H2SO4、氯酸、碘酸、重铬酸钾、高锰酸钾等，都可以使某些金属钝化，甚至空气中的氧气也能使有的金属（如Al、Cr等）钝化。

有许多因素能破坏钝化状态，或者阻止金属钝态生成。

将溶液加热或加入活性离子如Cl—、Br—、I—等和还原性气体如H2（特别在加热时）都能使钝态金属活化。

为什么金属会发生钝化现象？现在大多认为金属的钝化是由于金属跟介质作用而生成了一层极薄的肉眼看不见的保护膜的结果。

这层薄膜最经常的是金属的氧化物。

如铁与浓HNO3作用，铁表面被氧化成结构较复杂，组成为Fe8O11的氧化物。

这层氧化膜厚度是30×10-10～40×10-10m ，化学性质很不活泼，将Fe表面和介质完全隔绝，从而使铁处于钝态。

某些金属的钝化也可由阳极氧化来实现。

阳极氧化是将金属制件作阳极利用电解法使其表面上形成氧化物薄膜的过程。

像Al、Mg、Cu、钢等制件都可用此法钝化。

为了提高某些金属的抗蚀性能（有时同时增加美观），可采用化学方法或阳极氧化方法，使金属钝化。

金属的钝化在机械制造，仪器制造、武器、飞机及某些金属日常用品的制造中，以在某些金属制件表面生成防锈层或同时还有装饰性的覆盖层而广泛地被采用。

选自《中学生化学报》作者：阿元林、梁冬梅。

金属钝化原理引言：金属钝化是一种常见的金属表面处理技术，通过改变金属表面的化学性质，形成一层稳定的氧化膜或其他化合物膜，以提高金属的耐腐蚀性能。

本文将介绍金属钝化的原理及其应用。

一、金属腐蚀的原因金属在大气、水、酸、碱等介质中容易发生腐蚀，主要是由于金属与氧、水等物质发生化学反应而引起的。

金属表面的氧化反应会导致金属的电子流失，从而形成金属离子，最终导致金属的腐蚀。

二、金属钝化的原理金属钝化是通过改变金属表面的化学性质，形成一层稳定的氧化膜或其他化合物膜，以提高金属的耐腐蚀性能。

具体来说，金属钝化的原理有以下几种：1. 形成稳定的氧化膜：某些金属在氧气中会生成一层致密的氧化膜，如铝、铁、不锈钢等。

这些氧化膜能够阻止金属与外界介质的直接接触，从而起到防腐蚀的作用。

2. 形成保护膜：有些金属在特定环境下会与介质中的物质反应生成一层保护膜，如锌与酸反应生成氧化锌膜。

这些保护膜能够隔离金属与介质的接触，从而减少腐蚀的发生。

3. 提高金属表面的电阻：金属钝化还可以通过增加金属表面的电阻来减缓金属的腐蚀速度。

比如，使用阳极处理可以形成一层氧化铝膜，提高铝的电阻，从而降低了腐蚀的程度。

三、金属钝化的应用金属钝化技术广泛应用于各个领域，主要有以下几个方面：1. 食品加工：不锈钢是一种常用的食品加工材料，通过钝化处理可以形成一层致密的氧化膜，阻止金属离子对食品的污染，提高食品安全性。

2. 电子设备：电子设备中的导线、线路板等金属部件经常与湿气、酸碱等介质接触，容易发生腐蚀。

通过金属钝化处理，可以提高金属部件的耐腐蚀性能，延长设备的使用寿命。

3. 船舶工程：船舶常常在海水中航行，容易受到海水的腐蚀。

通过金属钝化处理，可以形成一层抗海水腐蚀的保护膜，减少船舶的腐蚀损失。

4. 建筑工程：建筑中常使用的钢材容易受到大气中的氧气、水蒸气等的腐蚀。

通过金属钝化处理，可以形成一层氧化膜，提高钢材的耐腐蚀性能，延长建筑的使用寿命。

金属钝化原理金属钝化是指通过一系列化学方法，使金属表面形成一层保护膜，从而减缓或阻止金属的进一步腐蚀。

金属钝化的原理主要是利用金属表面生成一层不易溶解的化合物或氧化物，从而隔绝金属与外界介质的接触，达到延缓金属腐蚀的目的。

金属钝化的原理主要有以下几种：1. 阴极保护原理，金属钝化的一种常见方法是通过在金属表面形成一层保护膜，使金属成为阴极，从而减缓其与外界介质的电化学反应。

这种方法通常使用电化学方法，如电镀、阳极氧化等，通过在金属表面形成一层不易溶解的化合物或氧化物，从而减缓金属的腐蚀速度。

2. 形成不溶性化合物，金属钝化的另一种原理是通过在金属表面形成一层不易溶解的化合物，从而隔绝金属与外界介质的接触。

这种方法通常使用化学方法，如酸洗、磷化等，通过在金属表面形成一层不易溶解的化合物，如氧化物、硫化物等，从而减缓金属的腐蚀速度。

3. 形成致密氧化膜，金属钝化的另一种原理是通过在金属表面形成一层致密的氧化膜，从而隔绝金属与外界介质的接触。

这种方法通常使用氧化方法，如热浸镀锌、热浸铝等，通过在金属表面形成一层致密的氧化膜，从而减缓金属的腐蚀速度。

4. 添加缓蚀剂，金属钝化的另一种原理是通过在金属表面添加缓蚀剂，从而减缓金属与外界介质的化学反应。

这种方法通常使用化学方法，如添加有机物、缓蚀剂等，通过在金属表面形成一层保护膜，从而减缓金属的腐蚀速度。

总的来说，金属钝化的原理是通过在金属表面形成一层保护膜，从而隔绝金属与外界介质的接触，达到延缓金属腐蚀的目的。

不同的金属钝化方法有着不同的原理，但都是为了保护金属免受腐蚀的侵害。

在实际应用中，选择合适的金属钝化方法，可以有效延长金属的使用寿命，减少资源浪费，对于工业生产和日常生活都具有重要意义。

金属钝化原理
金属钝化是一种通过化学方法将金属表面形成一层保护膜，以防止金属腐蚀的
技术。

金属钝化的原理主要是利用金属表面形成一层致密的氧化物或者其他化合物膜，从而隔绝金属与外界环境的直接接触，达到防止金属腐蚀的目的。

金属钝化技术在工业生产和日常生活中有着广泛的应用，下面将详细介绍金属钝化的原理及其应用。

金属钝化的原理主要有以下几种：
1. 阻隔原理，金属表面形成一层致密的氧化膜或者其他化合物膜，使得金属与
外界环境隔绝开来，防止金属腐蚀的发生。

2. 电化学原理，金属表面形成一层电化学稳定的膜，使得金属处于一个稳定的
电化学状态，从而减少金属的电化学腐蚀。

3. 吸附原理，金属表面形成一层吸附膜，可以吸附一些有害物质，防止其对金
属的腐蚀。

金属钝化技术的应用范围非常广泛，主要包括以下几个方面：
1. 金属腐蚀防护，金属钝化技术可以有效防止金属在潮湿、酸碱环境中的腐蚀，延长金属的使用寿命。

2. 电化学工业，金属钝化技术在电镀、电解等电化学工艺中有着重要的应用，
可以提高金属的耐蚀性和导电性能。

3. 冶金工业，金属钝化技术在冶金工业中可以用于金属的保护和表面处理，提
高金属的耐磨性和耐蚀性。

4. 化工工业，金属钝化技术在化工工业中可以用于管道、容器等设备的防腐蚀
处理，保证设备的安全运行。

5. 日常生活，金属钝化技术在日常生活中也有着广泛的应用，比如厨具、家具等金属制品的防腐蚀处理。

总之，金属钝化技术是一种非常重要的防腐蚀技术，可以有效延长金属的使用寿命，保护设备的安全运行。

随着科学技术的不断发展，金属钝化技术也在不断创新和完善，将会有更广泛的应用前景。

第5章金属的钝化铁、铝等金属在稀HNO3或稀H2SO4中能很快腐蚀，但是在浓HNO3或浓H2SO4中腐蚀现象几乎完全停止。

1836年斯柯比（Schobein）称金属在浓HNO3或浓H2SO4中获得的耐蚀状态为钝态。

从此，人们对金属的钝化进行了广泛的研究。

现今钝化在控制金属腐蚀和提高金属材料的耐蚀性方面占有十分重要的地位。

经钝化的铁重新放入稀HNO3中也不会再溶解，因为铁处于钝态。

金属或合金受一些因素影响，化学稳定性明显增强的现象，称为金属的钝化(Passivation of metals)。

由某些钝化剂(氧化剂)所引起的金属钝化，称为化学钝化。

如浓HNO3、浓H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4和O2等氧化剂都可使金属钝化。

此外，用电化学方法也可使金属钝化，如将铁置于H2SO4溶液中作为阳极，用外加的直流电使铁的电位升高到一定数值(即阳极极化)，也能使铁的表面生成钝化膜。

由阳极极化引起的金属钝化现象，叫电化学钝化或阳极钝化。

研究钝化现象有很大的实际意义。

金属处于钝化状态能显著降低金属的自溶解和阳极溶解速度，保护金属防止腐蚀，但有时为了保证金属能正常参与反应而溶解，又必须防止钝化，如化学电源中电极的钝化常常带来有害的后果，使最大输出电流密度以及活性物质的利用率降低。

所以，长期以来，对钝化现象的研究受到很大的重视。

5.1 金属的钝化现象5.1.1 金属钝化的两种方式—化学钝化与电化学钝化1．化学钝化如果把一块铁片放在HNO3中，并考察铁片的溶解速度与HNO3浓度的关系(如图5.1所示)，可以发现铁在稀硝酸中剧烈地溶解，并且铁的溶解速度随着HNO3浓度的增大而迅速增大。

当HNO3的浓度增加到30~40%时，铁的腐蚀速度达到最大值，若继续增加HNO3浓度超过40%，则铁的溶解速度就突然下降到原来的的1/4000，这一现象称为钝化。

如果继续增大HNO3浓度到90%以上，腐蚀速度又有较快的上升(在95%HNO3中铁的腐蚀速度约为90%HNO3中的10倍)，这一现象称为过钝化。