腐蚀电化学（第二版）

绪论1
0.1材料的分类1
0.2金属腐蚀与社会发展2
0.3腐蚀电化学科学发展简史3
【科学视野】金属腐蚀与化学的关系5
【科学家简介】荣获2016年度诺贝尔化学奖科学家7
第一篇腐蚀电化学原理
第1章金属腐蚀的基本概念10
1.1金属腐蚀的定义10
1.2金属腐蚀的分类10
1.2.1按腐蚀机理分类10
1.2.2按腐蚀温度分类12
1.2.3按腐蚀环境分类12
1.2.4按腐蚀的破坏形式分类12
1.3金属腐蚀速率的表示法12
1.3.1重量法13
1.3.2深度法13
1.3.3电流密度指标14
1.4金属耐蚀性评定15
【科学视野】世界腐蚀日倡议：关注腐蚀，保护人类家园16
【科学家简介】杰出的腐蚀科学家：赫伯特·尤利格17
思考练习题17
第2章腐蚀过程热力学19
2.1腐蚀原电池的概念19
2.1.1腐蚀电池及其工作历程19
2.1.2腐蚀电池的类型20
2.1.3电化学腐蚀的次生过程22
2.2平衡电极电位和非平衡电极电位23
2.2.1电极电位产生的原因23
2.2.2平衡电极电位23
2.2.3非平衡电位24
2.3金属电化学腐蚀倾向的判断26
2.4电位-pH图27
2.4.1H2O的电位-pH图27
2.4.2Fe的电位-pH图的原理28
2.4.3Fe-H2O体系电位-pH图的绘制29
2.4.4Fe-H2O体系电位-pH图在腐蚀控制中的应用31
2.4.5理论电位-pH图的局限性32
【科学视野】国际腐蚀大会33
【科学家简介】杰出的电化学家和腐蚀科学家M.布拜35
思考练习题37
第3章电化学腐蚀动力学39
3.1电化学反应速率39
3.1.1电极过程39
3.1.2电极反应速率40
3.1.3交换电流密度40
3.2极化作用42
3.2.1腐蚀电池的极化现象42
3.2.2极化原因及类型42
3.2.3过电位43
3.3单电极电化学极化方程式44
3.3.1改变电极电位对电化学步骤活化能的影响44
3.3.2单电极电化学极化方程式45
3.4浓差极化48
3.4.1液相传质的三种方式48
3.4.2理想情况的稳态扩散过程50
3.4.3浓差极化公式与极化曲线51
3.5电化学极化和浓差极化同时存在的极化曲线52
3.6瓦格纳混合电位理论53
3.6.1共轭体系53
3.6.2腐蚀电位54
3.7活化极化控制的腐蚀体系55
3.7.1影响腐蚀速率的电化学参数55
3.7.2影响腐蚀电位的电化学参数57
3.8腐蚀金属电极的极化行为57
3.8.1外加极化电流与腐蚀金属电极的极化57
3.8.2腐蚀金属电极极化曲线方程式58
3.9极化曲线61
3.9.1理想极化曲线与实测极化曲线62
3.9.2极化曲线在腐蚀研究中的重要意义63
3.10测定金属腐蚀速率的电化学方法63
3.10.1强极化区的Tafel直线外推法63
3.10.2微极化区的线性极化法64
3.10.3弱极化区的三点法65
3.11伊文斯腐蚀极化图及应用67
3.11.1腐蚀极化图的概念67
3.11.2腐蚀极化图的应用68
【科学视野】能源、材料领域的电化学研究进展69
【科学家简介】国际著名电化学家：阿伦.J.巴德70
思考练习题71
第4章电化学腐蚀的阴极过程73
4.1阴极去极化反应的几种类型73
4.2析氢腐蚀74
4.2.1析氢腐蚀的必要条件74
4.2.2析氢腐蚀的基本步骤74
4.2.3析氢腐蚀的阴极极化曲线与析氢过电位75
4.2.4析氢腐蚀的控制77
4.2.5减小析氢腐蚀的途径79
4.3吸氧腐蚀79
4.3.1吸氧腐蚀的必要条件与特征79
4.3.2氧去极化过程的基本步骤80
4.3.3氧还原过程中阴极极化曲线82
4.3.4吸氧腐蚀的控制83
4.3.5影响吸氧腐蚀的因素85
4.3.6析氢腐蚀与吸氧腐蚀的简单比较87
【科学视野】酸雨的危害87
【科学家简介】腐蚀科学的奠基人：U.R.伊文斯89
思考练习题90
第5章金属的钝化91
5.1金属的钝化现象91
5.1.1金属钝化的两种方式——化学钝化与电化学钝化91
5.1.2金属钝化的阳极极化曲线93
5.1.3金属钝态的稳定性——佛莱德电位94
5.2金属的自钝化96
5.3金属钝化理论98
5.3.1成相膜理论98
5.3.2吸附理论99
5.4影响金属钝化的因素101
5.4.1合金成分的影响101
5.4.2钝化介质的影响102
5.4.3温度的影响103
5.5钝化膜破坏引起的腐蚀103
5.5.1过钝化103
5.5.2活性离子对钝化膜的破坏104
【科学视野】不锈钢的出现105
【科学家简介】著名材料科学家：李薰105
思考练习题107
第6章金属的局部腐蚀108
6.1局部腐蚀概述108
6.2小孔腐蚀110
6.2.1孔蚀的概念110
6.2.2孔蚀发生的机理111
6.2.3孔蚀的影响因素113
6.2.4孔蚀的防护措施114
6.3缝隙腐蚀115
6.3.1缝隙腐蚀的概念115
6.3.2缝隙腐蚀机理116
6.3.3缝隙腐蚀与孔蚀的比较117
6.3.4缝隙腐蚀的影响因素117
6.3.5缝隙腐蚀的防护措施118
6.4电偶腐蚀119
6.4.1电偶腐蚀的概念119
6.4.2电偶腐蚀的原理119
6.4.3差数效应121
6.4.4电偶腐蚀的影响因素121
6.4.5控制电偶腐蚀的措施125
6.5晶间腐蚀125
6.5.1晶间腐蚀的形态及产生条件125
6.5.2晶间腐蚀机理126
6.5.3晶间腐蚀的防护措施128
【科学视野】拯救自由女神像128
【科学家简介】腐蚀专家M.G.方坦纳130
思考练习题131
第7章金属在自然环境中的腐蚀133
7.1大气腐蚀133
7.1.1大气腐蚀的分类及特点134
7.1.2大气腐蚀机理135
7.1.3大气腐蚀的主要影响因素138
7.1.4防止大气腐蚀的措施142
7.2海水腐蚀143
7.2.1海水腐蚀区域的划分144
7.2.2海水的性质及对金属腐蚀的影响145
7.2.3海水腐蚀的电化学特征147
7.2.4海水腐蚀的防护措施148
7.3土壤腐蚀150
7.3.1土壤的组成和性质150
7.3.2土壤腐蚀的电化学特征152
7.3.3土壤腐蚀常见的几种形式153
7.3.4土壤腐蚀的防护技术156
7.4钢筋混凝土腐蚀157
7.4.1钢筋混凝土腐蚀机理157
7.4.2钢筋混凝土结构的腐蚀防护159
【科学视野】中国工业与自然环境腐蚀调查160
【科学家简介】当代金属腐蚀与防护专家：柯伟院士163
思考练习题163
第二篇腐蚀电化学测试方法
第8章腐蚀电化学测量基础166
8.1腐蚀电化学测量概述166
8.1.1腐蚀电化学测量的特点166
8.1.2腐蚀电化学研究方法的类型167
8.1.3腐蚀电化学研究方法发展167
8.2电极电位的测量168
8.2.1电位测量技术168
8.2.2腐蚀电化学测量系统的组成169
8.3电极系统170
8.3.1研究电极及其制备170
8.3.2辅助电极及其作用172
8.3.3参比电极172
8.3.4Ag/AgCl微参比电极174
8.4电解池及其应用175
8.4.1电解池材料175
8.4.2电解池的设计与应用176
8.4.3几种常用的电解池178
8.5电化学测量仪器179
8.5.1恒电位仪工作原理179
8.5.2恒电位仪的电路组成180
8.5.3恒电位仪使用方法182
8.5.4电化学工作站简介183
8.6电化学实验前的准备184
8.6.1二次蒸馏水的制备184
8.6.2氢气和氮气的净化185
8.6.3镀铂黑的方法186
【科学视野】石英晶体微天平及其在大气腐蚀研究中的应用186
【科学家简介】中国最年轻的中科院院士：卢柯院士189
思考练习题190
第9章稳态极化曲线测量192
9.1稳态192
9.1.1稳态的概念192
9.1.2稳态测量方法的特点193
9.2稳态极化曲线测量193
9.2.1自变量控制方式193
9.2.2控制电流法和控制电位法的选择194
9.2.3自变量的给定方式194
9.3慢扫描法测定稳态极化曲线196
9.3.1动电位扫描法196
9.3.2线性电流扫描法197
9.4稳态极化测量在腐蚀电化学研究中的应用197
9.4.1金属腐蚀机理的研究197
9.4.2金属腐蚀速度的极化测量198
9.4.3金属局部腐蚀的研究——动电位法测定孔蚀特征电位202
9.4.4金属钝态及其影响因素的研究203
【科学视野】电化学极化过程实验数据处理分析的研究204
【科学家简介】燃料电池专家：衣宝廉院士208
思考练习题210
第10章电化学阻抗谱方法211
10.1引言211
10.1.1阻抗的概念211
10.1.2交流阻抗的复数表示212
10.1.3电化学阻抗谱的种类214
10.1.4电化学系统的等效电路214
10.1.5电化学交流阻抗法的特点216
10.2电化学控制引起的阻抗217
10.2.1电化学极化下交流阻抗法测定Rl、Rct和Cd217
10.2.2电荷传递控制的腐蚀体系220
10.3扩散控制引起的阻抗220
10.3.1交流电极化引起的表面浓度的波动220
10.3.2浓差极化时可逆电极反应的法拉第阻抗221
10.3.3浓差极化时腐蚀电极反应的法拉第阻抗222
10.4电化学阻抗的测量223
10.4.1电化学阻抗测试的特点223
10.4.2电化学阻抗的测试224
10.4.3频率域的测量技术224
10.4.4时间域的测量技术225
10.5电化学阻抗谱的数据处理与解析226
【科学视野】电化学原位实验技术228
【科学家简介】腐蚀电化学专家：曹楚南院士230
思考练习题232
第三篇金属的电化学防护技术
第11章缓蚀剂236
11.1概述236
11.1.1缓蚀剂的定义236
11.1.2缓蚀剂分子的结构特征236
11.1.3缓蚀剂的技术特性237
11.2缓蚀剂的分类238
11.2.1按化学成分分类238
11.2.2按作用机理分类238
11.2.3按缓蚀剂所形成的保护膜特征分类238
11.2.4按物理状态分类239
11.2.5按用途分类240
11.3缓蚀剂的作用机理240
11.3.1缓蚀剂的电化学机理240
11.3.2缓蚀剂的物理化学机理242
11.3.3缓蚀剂的协同作用245
11.4缓蚀作用的影响因素246
11.4.1介质流速的影响246
11.4.2温度的影响246
11.4.3缓蚀剂浓度的影响247
11.5缓蚀剂的测试评定及研究方法247
11.5.1实验室中缓蚀剂性能测试247
11.5.2现场条件下缓蚀剂性能测试250
11.6缓蚀剂的应用252
11.6.1在石油与化学工业中的应用252
11.6.2在化学清洗中的应用253
11.6.3在冷却水系统中的应用255
11.6.4在大气腐蚀中的应用255
【科学视野】自组装膜技术在金属防腐蚀中的应用256
【科学家简介】海洋腐蚀权威：弗朗西斯.L.拉克258
思考练习题260
第12章电化学保护法261
12.1阴极保护法261
12.1.1阴极保护的基本原理261
12.1.2阴极保护的基本控制参数263
12.1.3外加电流阴极保护法265
12.1.4牺牲阳极保护法271
12.1.5阴极保护的应用范围273
12.2阳极保护法273
12.2.1阳极保护的基本原理274
12.2.2阳极保护的主要参数275
12.2.3阳极保护参数的测定280
12.2.4阳极保护应用及实例280
【科学视野】阴极保护也有一段奇特的历史281
【科学家简介】金属腐蚀和阴极保护专家：哈维汉克283
思考练习题284
第13章电镀285
13.1电镀概述285
13.1.1电镀的定义285
13.1.2电镀的目的285
13.1.3镀层的分类285
13.1.4合格镀层的条件286
13.1.5电镀液的组成及功能286
13.2电镀的基本原理287
13.2.1电镀的阴极过程——电沉积过程287
13.2.2电镀的阳极过程289
13.2.3电流效率290
13.3影响电镀质量的因素291
13.3.1电镀溶液的影响291
13.3.2工艺因素的影响292
13.4电镀液的性能293
13.4.1镀液的均镀能力和深镀能力293
13.4.2电镀时阴极上电流的分布294
13.4.3最佳电流密度及均镀能力的测定方法296
13.4.4提高镀液均镀能力的机械措施297
13.5常用镀层举例298
13.5.1电镀锌298
13.5.2电镀铜300
13.6电镀工艺过程中的镀前预处理和镀后处理303
【科学视野】鲜花电镀技术304
【科学家简介】电化学专家：屠振密教授306
思考练习题307
附录308
附录1一些物理化学常数(IUPAC 1988推荐值)308
附录2几种气体在水中的溶解度［在标准状况下1cm3水中溶解气体的体积(cm3)］308
附录3甘汞电极相对标准氢电极的电极电位308
附录4线性极化技术中B的文献值（摘录）309
附录5水的饱和蒸气压309
附录6酸性溶液中的标准电极电位E (298K)310
附录7碱性溶液中的标准电极电位E(298K)312
附录8清除各种金属腐蚀产物的化学方法313
参考文献314
主题索引315