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金屬的腐蝕原理

腐蝕是指材料與環境發生化學反應或電化學反應所造成的破壞。這種破壞導致材料性能的損失與失效，造成資源浪費乃至引發設備事故。金屬材料和非金屬材料均可以和環境介質發生作用而腐蝕。

對金屬材料而言，腐蝕是一種自發的過程。除了少數貴金屬（金、鉑等）外，各種金屬都有轉變成離子的趨勢。這種向離子化或化合物狀態變化的過程，伴隨著自由能的降低。

從熱力學來理解，物質總是從高能不穩定向低能穩定轉變，所以，腐蝕雖然破壞了材料的性能，實際上卻使金屬處于更穩定的狀態。

按腐蝕反應機理，腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕。

>>化學腐蝕

金屬與周圍介質直接的化學作用，不伴隨電流發生的腐蝕叫化學腐蝕。

例如，化工廠里的氯氣與鋼鐵表面反應生成氯化鐵：3Cl₂ + 2Fe=2FeCl₃，這個反應無電流的產生，屬于化學腐蝕。

金屬在干燥的氣體介質中和不導電的液體介質（如酒精、石油）中發生的腐蝕，都屬于化學腐蝕。 

>>電化學腐蝕

金屬與周圍導電介質發生電化學反應產生的腐蝕叫電化學腐蝕。大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕等都屬于電化學腐蝕。

電化腐蝕過程中有原電池形成并可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。

原電池形成條件：

①有兩種活性不同的金屬（或非金屬）作電極；

②兩電極同時插入電解質溶液中；

③構成閉合回路。

以鋼鐵生銹舉例。鋼鐵暴露在空氣中，表面吸附水汽形成一層薄薄的水膜，O₂、CO₂及SO₂等氣體溶于其中，使之成為電解液。有了這層電解液，鋼鐵表面的鐵和滲碳體由于電勢的高低，形成兩個電極，鐵為陽極（負極），滲碳體為陰極（正極）。條件全部具備，無數個微小原電池形成。

當鋼鐵表面水溶液為酸性（PH＜5.6），鐵和水發生析氫反應，最終生成氫氣及Fe₂O₃；當水溶液為中性或弱酸性（PH≥5.6），鐵和水及氧氣發生吸氧反應，最終生成Fe₂O₃。共同的產物是Fe₂O₃，鐵銹的主要成分。

表 電化學腐蝕化學反應式

由于O₂的氧化能力比較強，故在大氣中金屬的電化學腐蝕一般以吸氧腐蝕為主，甚至在酸性較強的溶液中，金屬發生析氫腐蝕的同時，也有吸氧腐蝕的產生。

化學腐蝕與電化學腐蝕有時候很難明確地區分開來。例如鐵在水蒸氣中一般發生電化學腐蝕，但在高溫時卻轉化為化學腐蝕，而且很難明確區分其溫度界限。總體而言，金屬的腐蝕主要為電化學腐蝕，而且其腐蝕速度比化學腐蝕快很多。