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金属的钝化

(1)钝化现象

如果在室温时试验铁片在硝酸中的反应速率以及与硝酸浓度的关系,我们会发现铁的反应速率最初是随硝酸浓度的增大而增大。当增大到一定程度时,它的反应速率迅速减小,继续增大硝酸的浓度时,它的反应速率更小,最后不再起反应,即铁变得“稳定”了,或者像一般所说的,铁发生“钝化”了。

不仅铁,其他一些金属也可以发生钝化。例如,Cr、Ni、CO、Mo、Al、Ta、nB和W等,其中最容易钝化的金属是Cr、Mo、Al、Ni、Fe。

不仅硝酸,其他强氧化剂如浓硫酸、氯酸、碘酸、重铬酸钾、高锰酸钾等,都可以引起金属的钝化。

在个别情况下,少数金属能在非氧化剂介质中钝化。例如,镁在HF中钝化,钼和铌在HCl中钝化。

一般地说,钝化后的金属,在改变外界钝化条件后,仍能在相当程度上保持钝化状态。例如,铁在浓硝酸中钝化后,不仅在稀硝酸中保持稳定,而且在水、水蒸气及其他介质中也能保持稳定。钝化后的铁不能从硝酸铜溶液中置换出铜。

有许多因素能够破坏钝化状态,或者阻止金属钝态的生成。将溶液加热或加入活性离子,如Cl 、Br 、I 等和还原性气体如氢(特别是在加热时)都能使钝态金属活性化。

使金属钝化的方法,除了把金属浸在浓酸里外,还可以把金属作为电极(阳极)通过电流使它发生氧化。当电流密度增大到一定程度时,金属就能被钝化。

(2)钝化的机理

现在大都认为,金属的钝化是由于金属和介质作用,生成一层极薄的肉眼看不见的保护膜的结果。这层薄膜通常是氧和金属的化合物。例如,在有些情况下,铁氧化后生成结构较复杂的氧化物,其组成为Fe8O11。钝化后的铁跟没有钝化的铁有不同的光电发射能力。经过测定,铁在浓硝酸中的金属氧化膜的厚度是3 nm~4 nm。这种薄膜将金属表面和介质完全隔绝,从而使金属变得稳定。

(3)钝化的实际应用

钝化能使金属变得稳定。从本质上讲,这是由于金属表面上覆盖了一层氧化膜,因而提高了金属的抗腐蚀性能。

为了提高金属的防护性能,可采用化学方法或电化学方法,使金属表面覆盖一层人工氧化膜。这种方法就是通常说的氧化处理或发蓝。它在机械制造、仪器制造、武器、飞机及各种金属日用品中,作为一种防护装饰性覆盖层而广泛地被采用。

(责任编辑:化学自习室)
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