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之间迁移的电化学过程[2]
。电化学腐蚀比单纯的化学腐蚀更为普遍。1.1.2 金属腐蚀的机理
一般来说，除少数金属之外，大部分金属都是由其氧化物、硫化物及各种盐
类的自然状态——矿石，通过消耗能量的冶炼、电解等手段而获得的。因此， 从
宏观上讲，金属都存在着一种内在的自发倾向，即释放能量，由金属向其更稳定
的自然状态转化。从某种意义上说，除了外加能量，金属的腐蚀是不可避免的。
（1）金属腐蚀的热力学条件
金属在介质中发生化学或电化学反应被腐蚀， 这一过程能否进行属于热力学
问题。 金属或合金转变成相应腐蚀产物的自由能变化ΔG决定着腐蚀能否自发进
行。在标准状态（25℃，101Kpa）下：
（反应物） 生成物 0
对于任一稳定单质的标准生成自由能为零，故上式可为：
生成物
因此，从金属氧化物的生成自由能可以判断腐蚀反应进行的趋势。由表1.1
可知部分金属都可以同大气中的氧自发地形成氧化物。
表1.1 部分金属氧化物的标准生成自由能
金属氧化物 ) / ( G0
实际上，除金和铂外，所有金属的腐蚀反应都伴随着自由能的降低，也就是
说，金属腐蚀是一种自发反应——金属由元素态变为化合物，如铁变为铁锈（氧
化铁） ，同时释放能量。
（2）金属腐蚀的电化学原理
不同的金属浸在电解质的水溶液中或潮湿的环境下，由于其电极电位不同，
形成同时进行的两个或多个氧化和还原反应的腐蚀过程。在腐蚀过程中，存在电
位差，形成腐蚀电池，产生腐蚀电流。电位较低的部分构成阳极，阳极失去的电
子流到阴极，电子被阴极吸收后，促使电子源源不断地从阳极流向阴极，导致阳
极金属不断被腐蚀[3]
。一般来说，在电化学腐蚀条件下，负电性金属成为阳极的
可能性大，容易被腐蚀，也就是说，金属的电极电位越负，越容易被腐蚀[4]
。因此，避免金属在环境中成为阳极，是防止腐蚀的重要途径。
以钢铁的腐蚀为例，说明这类腐蚀的腐蚀机理。钢铁在冶炼过程中常常要加
入石墨、渗碳体（Fe3C）以及其他一些合金元素，由于这些合金元素与基体铁元
素的标准电极电位不同，就会形成发生腐蚀的原电池的两极[5]
。在大气环境或其
他可能的情况下，钢铁表面会吸附空气中的水分，形成一层水膜，因而使空气中
的 CO2、SO2、NO2等溶解在这层水膜中。形成电解质溶液，这样就连通了能够
发生电化学腐蚀的原电池的两极，如图1.1 所示。
电化学腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，析氢腐蚀主要发生在强酸性环境
中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中，因此钢铁制品在大气中的腐蚀主要
是吸氧腐蚀，其产生腐蚀的微电池可表示为：
（阳极）Fe/O2； （阴极）H2O/C
其电极反应方程式如下所述：
阳极：2Fe - 4e-
→ 2Fe2+
阴极：O2 + 2H2O + 4e-
→ 4OH-
原电池的总反应为：
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
4Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Fe2O3·H2O及其脱水化合物 Fe2O3是我们常见的红褐色铁锈的主要成分。1.2 金属的防腐蚀
由于金属腐蚀给人们的生产生活带来了巨大的损失， 因此采取有效的防护措
施成为众多学者的研究方向。长期以来，人们采用了多种技术对金属加以保护，
防止或减缓腐蚀的发生。常用的金属防腐蚀方法有电化学保护、改善腐蚀环境和