金属的腐蚀原理

腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所造成的破坏。这种破坏导致材料性能的损失与失效，造成资源浪费乃至引发设备事故。金属材料和非金属材料均可以和环境介质发生作用而腐蚀。

对金属材料而言，腐蚀是一种自发的过程。除了少数贵金属（金、铂等）外，各种金属都有转变成离子的趋势。这种向离子化或化合物状态变化的过程，伴随着自由能的降低。

从热力学来理解，物质总是从高能不稳定向低能稳定转变，所以，腐蚀虽然破坏了材料的性能，实际上却使金属处于更稳定的状态。

按腐蚀反应机理，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

>>化学腐蚀

金属与周围介质直接的化学作用，不伴随电流发生的腐蚀叫化学腐蚀。

例如，化工厂里的氯气与钢铁表面反应生成氯化铁：3Cl₂ + 2Fe=2FeCl₃，这个反应无电流的产生，属于化学腐蚀。

金属在干燥的气体介质中和不导电的液体介质（如酒精、石油）中发生的腐蚀，都属于化学腐蚀。 

>>电化学腐蚀

金属与周围导电介质发生电化学反应产生的腐蚀叫电化学腐蚀。大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等都属于电化学腐蚀。

电化腐蚀过程中有原电池形成并可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

原电池形成条件：

①有两种活性不同的金属（或非金属）作电极；

②两电极同时插入电解质溶液中；

③构成闭合回路。

以钢铁生锈举例。钢铁暴露在空气中，表面吸附水汽形成一层薄薄的水膜，O₂、CO₂及SO₂等气体溶于其中，使之成为电解液。有了这层电解液，钢铁表面的铁和渗碳体由于电势的高低，形成两个电极，铁为阳极（负极），渗碳体为阴极（正极）。条件全部具备，无数个微小原电池形成。

当钢铁表面水溶液为酸性（PH＜5.6），铁和水发生析氢反应，最终生成氢气及Fe₂O₃；当水溶液为中性或弱酸性（PH≥5.6），铁和水及氧气发生吸氧反应，最终生成Fe₂O₃。共同的产物是Fe₂O₃，铁锈的主要成分。

表 电化学腐蚀化学反应式

由于O₂的氧化能力比较强，故在大气中金属的电化学腐蚀一般以吸氧腐蚀为主，甚至在酸性较强的溶液中，金属发生析氢腐蚀的同时，也有吸氧腐蚀的产生。

化学腐蚀与电化学腐蚀有时候很难明确地区分开来。例如铁在水蒸气中一般发生电化学腐蚀，但在高温时却转化为化学腐蚀，而且很难明确区分其温度界限。总体而言，金属的腐蚀主要为电化学腐蚀，而且其腐蚀速度比化学腐蚀快很多。