铬对不锈钢的耐腐蚀性有什么作用
首先要明确,不锈钢不是完全不锈的。我们一般意义上的不锈钢是指能抵抗大气和弱腐蚀介质腐蚀的钢材。腐蚀速率小于0.01毫米/年的不锈钢称为“完全耐腐蚀”,腐蚀速率小于0.1毫米/年的不锈钢称为“耐腐蚀”。所以不锈钢是腐蚀不了的,只是腐蚀速度慢。
回到你怀疑的三个问题:
1)铬不能完全覆盖基体。你的观点应该是正确的,但正如我们上面所说,我们只需要让它腐蚀得足够慢。所以不锈钢对铬含量是有要求的,就是铬含量必须达到一定量,从定量到定性。
2)这里涉及到腐蚀分类的概念。腐蚀按其化学原理可分为两类:化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属与介质发生化学反应而被破坏的过程,如钢铁的高温氧化脱碳、油气中的腐蚀等。典型的化学反应有:4Fe+3O2═2Fe2O3.
这种反应腐蚀不产生腐蚀电流,在反应表面形成一层化学产物。致密的氧化膜(钝化膜)可以防止进一步腐蚀。SiO2 _ 2、Al _ 2O _ 3、Cr _ 2O _ 3等氧化物结构致密,比容比基体大,能覆盖零件表面,化学稳定性高,从而有效地保护金属零件不被进一步腐蚀。这就是你列举的要点的原理。
电化学腐蚀是金属与介质之间的电化学过程破坏金属的过程,如大气腐蚀和各种电解质中的腐蚀。生产实践中遇到的腐蚀主要是电化学腐蚀。在金属材料中,它是由金属材料中不同金属元素或不同相之间的电极电位差产生的。这种电偶腐蚀是在微观结构的不同相之间产生的,因此称为微电池腐蚀。电化学腐蚀的特点是液体电介质的存在,不同金属或相之间的电位差,腐蚀电流的产生。由于电化学腐蚀是一种更为重要和常见的金属腐蚀形式,所以研究电化学腐蚀的速度是极其重要的。
腐蚀速度应该取决于单位时间内从阳极溶解的金属离子的数量,等于单位时间内通过导线的电流量。根据欧姆定律,腐蚀量应与阴极间的电位差成正比,即一次电池的电动势。对于金属材料的电化学腐蚀,由于微电池的阴极和阳极直接接触,腐蚀电流应该很大,即腐蚀速度应该很快。其实并没有计算的那么快。这是因为腐蚀后,阴极和阳极的电位会发生变化,即电位差减小,从而降低原电池的电动势。电极电位的这种变化叫做极化。阳极电位正向变化称为阳极极化。阳极极化的主要原因是腐蚀过程中形成的保护性钝化膜阻止了阳极金属与溶液的直接接触,减缓了金属的离子形成速度,从而降低了阳极表面的电荷密度,提高了阳极的电极电位。阴极电位向负方向的变化称为阴极极化。主要原因是消耗电子的阴极过程受阻,使得阴极的电子积聚,增加了阴极表面的电荷密度,从而导致阴极电位变负。因为阳极变成正极,阴极变成负极,两极电位差减小,所以腐蚀速度慢。当不锈钢中几乎所有的原电池都停止工作时,材料就变成单相状态。也就是说,一楼的电池只有一极,无法形成回路。这是你第二个和第三个问题的答案。
3)镀锌的作用应该在我们的高中化学课本中有所提及。锌的电位低于铁的电位。其实铬也比铁低。通过牺牲比铁更活泼的锌和铬,提高铁的电位,从而保护铁。
至于铬对铁的电势的具体影响,是一个叫Tammann的科学家首先研究的。他发现当铁基固溶体中Cr的含量达到12.5%原子比(即1/8)时,电极电位突然跳起来。当Cr的含量增加到25%原子比(2/8)时,铁基固溶体的电极电位突然增加。这种现象称为二元合金固溶体势的n/8定律,也叫塔曼定律。