關于金屬腐蝕與防護的問題討論

◇ 北京 王篤年(特級教師)

問題1鋼鐵表面的電解質溶液呈堿性時,會不會發生吸氧腐蝕?

答案是“會”．鋼鐵只要暴露在空氣中且表面附有水膜,就一定會發生吸氧腐蝕．大家之所以會提出這樣的問題,與教科書里關于電化學腐蝕類型的分析、描述不全面有關．

我們知道,鋼鐵不管是發生吸氧腐蝕還是析氫腐蝕,負極的電極方程式都是Fe-2e-=Fe2+,當電解質溶液中H+濃度很大時,正極反應以H+得電子為主:2H++2e-=H2↑,而H+濃度較小(溶液酸性不強)時,則以溶解氧得電子還原為主:O2+4e-+2H2O=4OH-．一般情況下,O2在水中的溶解度受電解質酸堿性影響不會很大,故堿性溶液里依然存在溶解氧,也會發生吸氧腐蝕．

試想,如果堿性條件下鋼鐵不會發生電化學腐蝕,海洋中航行的輪船就不需要進行防護了(因為海水大都呈弱堿性)，而事實不然．

問題2吸氧腐蝕會不會伴隨析氫腐蝕而發生?

當然會．析氫腐蝕與吸氧腐蝕之間并不相互矛盾,只是不同條件下以哪一種方式為主的問題．可以說,只要鋼鐵暴露在空氣中,且表面附有電解質溶液,就一定存在吸氧腐蝕．至于析氫腐蝕是否發生,則取決于電解質的pH,只有在pH很小(電解質酸性很強)的條件下,才會以析氫腐蝕為主,并不排除伴隨著吸氧腐蝕．

問題3浸泡在食鹽水中的鐵釘,哪個部位腐蝕最快?哪個部位最先產生鐵銹?

如圖1所示，將鐵釘浸泡在食鹽水中,凡是與液體接觸的部分，Fe均會發生離子化:Fe-2e-=Fe2+,電子則沿著鋼鐵傳導、分布到鐵釘內部各部位．

圖1

由于靠近液面的部分，O2容易得到補充,主要發生吸氧過程:O2+4e-+2H2O=4OH-,這樣鐵釘內部的電子就源源不斷地向此部位集中,靠近液面處OH-濃度較大,與Fe2+結合形成Fe(OH)2:Fe2++2OH-=Fe(OH)2,接著發生以下氧化過程:

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3．

所以,鐵銹主要集中在液面下靠近液面的部位,而腐蝕變細的部位則包括整個水下部分．

問題4犧牲陽極的陰極保護法中,用于保護船體的鋅塊可不可以放置在艙內?

這可真是異想天開，要運用“犧牲陽極的陰極保護法”,卻夢想不犧牲陽極(將其放置在船艙內,不與電解質接觸,不被腐蝕而永久起作用)．

要回答此問題,我們得先弄清楚犧牲陽極的陰極保護法的原理:所謂犧牲陽極,就是選擇一種比鐵活潑的金屬,一般選用鋅或鎂,將其與需要保護的鋼鐵制品組成電池(一般并非像教科書里畫的那樣通過導線連接,而是直接焊接在鋼鐵制品的表面,縮短二者之間的距離,減小電阻),當整個體系與電解質溶液接觸時,該陽極材料因為比鐵容易失去電子,所以率先離子化(“犧牲”自己),把電子傳導到鋼鐵的表面,使鋼鐵表面負電荷密度增大,鋼鐵作為正極不發生反應,于是就避免了鋼鐵的腐蝕．

如果把選定的陽極材料擱置在船艙內,讓它不與電解質溶液接觸,那么它如何發生離子化呢?電子如何傳遞到鋼鐵制品表面，如何達到保護鋼鐵材料的目的呢?

問題5外接電源的陰極保護法中,通入多大的電流合適?

根據上述問題4的分析,在外接電源的陰極保護法中,外接電源的電壓高低,顯然以控制被保護的金屬不發生離子化為準最合適．

因為外接電源與惰性輔助陽極、被保護金屬部件、電解質構成閉合回路,所以理論上,不應該讓回路中有明顯的電流．至于實際操作中具體控制在多大范圍,需要依據理論計算結果并結合多年的經驗積累作出判斷．