2024.09.27 德艾科干货分享|析氢腐蚀介绍

金属的腐蚀其实蕴含着很多深奥的科学知识，在这篇文章中，德艾科将向大家介绍一种特殊的腐蚀现象——析氢腐蚀。

在酸性较强的溶液中，金属会发生电化学腐蚀，并放出氢气，这就是析氢腐蚀。你可能不知道，我们日常生活中的钢铁制品，其实都含有一定比例的碳。当这些钢铁制品暴露在潮湿的空气中，表面就会吸附水汽，形成一层薄薄的水膜。这层水膜溶解了空气中的二氧化碳，变成了一种电解质溶液，使得水里的氢离子增多。

这时会产生一个神奇的现象：无数的微小原电池在我们的钢铁制品表面形成，它们以铁为负极，碳为正极，酸性水膜为电解质溶液。这个过程，在我们高中化学课本中被称为电化学腐蚀。

那么，哪些金属会发生析氢腐蚀呢？一般来说，电位非常低的活泼金属容易发生析氢腐蚀，比如铁。而大多数工程上使用的金属，如铜、银等正电性金属，则一般不会发生析氢腐蚀。

在pH小于3的情况下，阴极反应受到活化极化的控制。在弱氧化性和非氧化性酸溶液中，反应速度不是很大时，阳极反应同样受到活化极化的控制。铁在酸溶液中的腐蚀形态，一般是均匀腐蚀，因此，我们可以将铁在酸溶液中的腐蚀视为均相腐蚀电极处理，这是一个典型的活化极化控制腐蚀体系。

在这个体系中，负极（铁）被氧化，正极（碳）则将溶液中的氢离子还原成氢气。这个过程受到两个关键因素的影响：a值和b值。

a值，也就是氢过电位，反映了金属电极材料的种类对析氢反应的影响。根据a值的大小，我们可以将金属分为高、中、低氢过电位金属。而b值，即Tafel斜率，与金属材料和溶液关系较小，各种金属表面上析氢反应的b值相差不大。

那么，这种腐蚀有哪些特点呢？第一，可以按照均相腐蚀电极处理，忽略欧姆电阻，只需比较阴极反应和阳极反应的阻力。第二，这种腐蚀属于活化极化腐蚀体系，阳极反应都受到活化极化的控制。因此，比较电极反应的阻力，只需比较交换电流密度。

我们再来看看腐蚀条件。氢电极在一定的酸浓度和氢气压力下，会建立一个平衡：2H+ + 2e-= H2。这个氢电极的电位被称为氢的平衡电位，与氢离子浓度和氢分压有关。

如果在腐蚀电池中，阳极的电位比氢的平衡电位高，那么腐蚀电位也会比氢的平衡电位高，此时不能发生析氢腐蚀。相反，如果阳极电位比氢的平衡电位低，腐蚀电位才有可能比氢的平衡电位低，从而实现氢去极化和析氢腐蚀。

许多金属之所以在中性溶液中不发生析氢腐蚀，就是因为溶液中氢离子浓度太低，氢的平衡电位较低，阳极电位高于氢的平衡电位。但是当选取电位更低的金属（比如镁及合金）作阳极时，因为他们的电位比氢的平衡电位低，有发生析氢腐蚀，甚至在碱性溶液中也发生极化腐蚀。

好了，今天的话题就聊到这里。希望这篇文章能让你对金属腐蚀，尤其是析氢腐蚀有了更深入的了解。下次当你看到金属表面出现锈迹时，不妨想想这篇文章，也许你会发现，原来科学的奥秘无处不在！