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金属表面的钝化现象

 从热力学上讲,大多数金属在一般环境下都会自发地发生腐蚀,可是在某些介质环境下金属表面会发生一种阳极反应受阻的现象。这种由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化,使表面反应(如金属在酸中的溶解或在空气中的腐蚀〕速度急剧降低的现象称为钝化。钝化大大降低了金属的腐蚀速度,增加了金属的耐蚀性。金属钝化后所处的状态称为钝态,钝态金属所具有的性质称为钝性。


 金属的钝化往往与氧化有关,如含有强氧化性物质〔硝酸、硝酸银、氯酸、氯化钾、重铬酸钾、高锰酸钾和氧气)的介质都能使金属钝化,它们统称为钝化剂。金属与钝化剂间自然作用而产生的钝化现象,称为自然钝化或化学钝化,如铬、铝、钛等金属在空气中与氧气作用而形成钝态。如果在金属表面上沉积出盐层时,将对进一步的表面反应产生机械阻隔作用,使表面反应速度降低,这一现象被称为机械钝化。被过分抛光的金属表面也可产生钝化现象。被抛光的金属表面有较好的抗蚀性能。例如,将钢铁零件抛光,渗氮就会变得困难,从而使渗氮层变薄或没有渗氮层。

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 金属钝化有两种理论:一种称为成相膜理论,另一种称为吸附理论。成相膜理论认为,处于介质中的金属表面能生成一层致密的、覆盖良好的保护膜。该保护膜作为一个独立相存在,把金属与介质隔开,使表面反应速度明显下降,金属表面转为钝态。吸附理论认为,不一定要形成完整的钝化膜才会引起金属表面钝化,只要在金属的部分表面上形成氧原子的吸附层,就能产生钝化。吸附层可以是单分子层或0只-、02一离子层。氧原子与金属表面因化学吸附而结合,使金属表面的自由键能趋于饱和,改变了金属与介质界面的结构及能量状态,降低了金属与介质间的反应速度,从而产生钝化作用。


 成相膜理论与吸附理论的主要区别在于:成相膜理论强调了钝化层的机械隔离作用;而吸附理论认为主要是吸附层改变了金属表面的能量状态,使不饱和键趋于饱和,降低了金属表面的化学活性,造成钝化。事实上,金属的实际钝化过程比上述两种理论模型要复杂得多,它与材料的表面成分、组织结构、能量状态等多种因素的变化有关,不是某一单一因素造成的。


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标签:金属钝化 钝化剂 钝化处理

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2018-09-12

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