緒論1 0.1材料的分類1 0.2金屬腐蝕與社會發展2 0.3腐蝕電化學科學發展簡史3 【科學視野】金屬腐蝕與化學的關繫5 【科學家簡介】榮獲2016年度諾貝爾化學獎科學家7 篇腐蝕電化學原理 第1章金屬腐蝕的基本概念10 1.1金屬腐蝕的定義10 1.2金屬腐蝕的分類10 1.2.1按腐蝕機理分類10 1.2.2按腐蝕溫度分類12 1.2.3按腐蝕環境分類12 1.2.4按腐蝕的破壞形式分類12 1.3金屬腐蝕速率的表示法12 1.3.1重量法13 1.3.2深度法13 1.3.3電流密度指標14 1.4金屬耐蝕性評定15 【科學視野】世界腐蝕日倡議：關注腐蝕，保護人類家園16 【科學家簡介】傑出的腐蝕科學家：赫伯特·尤利格17 思考練習題17 第2章腐蝕過程熱力學19 2.1腐蝕原電池的概念19 2.1.1腐蝕電池及其工作歷程19 2.1.2腐蝕電池的類型20 2.1.3電化學腐蝕的次生過程22 2.2平衡電極電位和非平衡電極電位23 2.2.1電極電位產生的原因23 2.2.2平衡電極電位23 2.2.3非平衡電位24 2.3金屬電化學腐蝕傾向的判斷26 2.4電位-pH圖27 2.4.1H2O的電位-pH圖27 2.4.2Fe的電位-pH圖的原理28 2.4.3Fe-H2O體繫電位-pH圖的繪制29 2.4.4Fe-H2O體繫電位-pH圖在腐蝕控制中的應用31 2.4.5理論電位-pH圖的局限性32 【科學視野】國際腐蝕大會33 【科學家簡介】傑出的電化學家和腐蝕科學家M.布拜35 思考練習題37 第3章電化學腐蝕動力學39 3.1電化學反應速率39 3.1.1電極過程39 3.1.2電極反應速率40 3.1.3交換電流密度40 3.2極化作用42 3.2.1腐蝕電池的極化現像42 3.2.2極化原因及類型42 3.2.3過電位43 3.3單電極電化學極化方程式44 3.3.1改變電極電位對電化學步驟活化能的影響44 3.3.2單電極電化學極化方程式45 3.4濃差極化48 3.4.1液相傳質的三種方式48 3.4.2理想情況的穩態擴散過程50 3.4.3濃差極化公式與極化曲線51 3.5電化學極化和濃差極化同時存在的極化曲線52 3.6瓦格納混合電位理論53 3.6.1共軛體繫53 3.6.2腐蝕電位54 3.7活化極化控制的腐蝕體繫55 3.7.1影響腐蝕速率的電化學參數55 3.7.2影響腐蝕電位的電化學參數57 3.8腐蝕金屬電極的極化行為57 3.8.1外加極化電流與腐蝕金屬電極的極化57 3.8.2腐蝕金屬電極極化曲線方程式58 3.9極化曲線61 3.9.1理想極化曲線與實測極化曲線62 3.9.2極化曲線在腐蝕研究中的重要意義63 3.10測定金屬腐蝕速率的電化學方法63 3.10.1強極化區的Tafel直線外推法63 3.10.2微極化區的線性極化法64 3.10.3弱極化區的三點法65 3.11伊文斯腐蝕極化圖及應用67 3.11.1腐蝕極化圖的概念67 3.11.2腐蝕極化圖的應用68 【科學視野】能源、材料領域的電化學研究進展69 【科學家簡介】國際著名電化學家：阿倫.J.巴德70 思考練習題71 第4章電化學腐蝕的陰極過程73 4.1陰極去極化反應的幾種類型73 4.2析氫腐蝕74 4.2.1析氫腐蝕的必要條件74 4.2.2析氫腐蝕的基本步驟74 4.2.3析氫腐蝕的陰極極化曲線與析氫過電位75 4.2.4析氫腐蝕的控制77 4.2.5減小析氫腐蝕的途徑79 4.3吸氧腐蝕79 4.3.1吸氧腐蝕的必要條件與特征79 4.3.2氧去極化過程的基本步驟80 4.3.3氧還原過程中陰極極化曲線82 4.3.4吸氧腐蝕的控制83 4.3.5影響吸氧腐蝕的因素85 4.3.6析氫腐蝕與吸氧腐蝕的簡單比較87 【科學視野】酸雨的危害87 【科學家簡介】腐蝕科學的奠基人：U.R.伊文斯89 思考練習題90 第5章金屬的鈍化91 5.1金屬的鈍化現像91 5.1.1金屬鈍化的兩種方式——化學鈍化與電化學鈍化91 5.1.2金屬鈍化的陽極極化曲線93 5.1.3金屬鈍態的穩定性——佛萊德電位94 5.2金屬的自鈍化96 5.3金屬鈍化理論98 5.3.1成相膜理論98 5.3.2吸附理論99 5.4影響金屬鈍化的因素101 5.4.1合金成分的影響101 5.4.2鈍化介質的影響102 5.4.3溫度的影響103 5.5鈍化膜破壞引起的腐蝕103 5.5.1過鈍化103 5.5.2活性離子對鈍化膜的破壞104 【科學視野】不鏽鋼的出現105 【科學家簡介】著名材料科學家：李薰105 思考練習題107 第6章金屬的局部腐蝕108 6.1局部腐蝕概述108 6.2小孔腐蝕110 6.2.1孔蝕的概念110 6.2.2孔蝕發生的機理111 6.2.3孔蝕的影響因素113 6.2.4孔蝕的防護措施114 6.3縫隙腐蝕115 6.3.1縫隙腐蝕的概念115 6.3.2縫隙腐蝕機理116 6.3.3縫隙腐蝕與孔蝕的比較117 6.3.4縫隙腐蝕的影響因素117 6.3.5縫隙腐蝕的防護措施118 6.4電偶腐蝕119 6.4.1電偶腐蝕的概念119 6.4.2電偶腐蝕的原理119 6.4.3差數效應121 6.4.4電偶腐蝕的影響因素121 6.4.5控制電偶腐蝕的措施125 6.5晶間腐蝕125 6.5.1晶間腐蝕的形態及產生條件125 6.5.2晶間腐蝕機理126 6.5.3晶間腐蝕的防護措施128 【科學視野】拯救自由女神像128 【科學家簡介】腐蝕專家M.G.方坦納130 思考練習題131 第7章金屬在自然環境中的腐蝕133 7.1大氣腐蝕133 7.1.1大氣腐蝕的分類及特點134 7.1.2大氣腐蝕機理135 7.1.3大氣腐蝕的主要影響因素138 7.1.4防止大氣腐蝕的措施142 7.2海水腐蝕143 7.2.1海水腐蝕區域的劃分144 7.2.2海水的性質及對金屬腐蝕的影響145 7.2.3海水腐蝕的電化學特征147 7.2.4海水腐蝕的防護措施148 7.3土壤腐蝕150 7.3.1土壤的組成和性質150 7.3.2土壤腐蝕的電化學特征152 7.3.3土壤腐蝕常見的幾種形式153 7.3.4土壤腐蝕的防護技術156 7.4鋼筋混凝土腐蝕157 7.4.1鋼筋混凝土腐蝕機理157 7.4.2鋼筋混凝土結構的腐蝕防護159 【科學視野】中國工業與自然環境腐蝕調查160 【科學家簡介】當代金屬腐蝕與防護專家：柯偉院士163 思考練習題163 第二篇腐蝕電化學測試方法 第8章腐蝕電化學測量基礎166 8.1腐蝕電化學測量概述166 8.1.1腐蝕電化學測量的特點166 8.1.2腐蝕電化學研究方法的類型167 8.1.3腐蝕電化學研究方法發展167 8.2電極電位的測量168 8.2.1電位測量技術168 8.2.2腐蝕電化學測量繫統的組成169 8.3電極繫統170 8.3.1研究電極及其制備170 8.3.2輔助電極及其作用172 8.3.3參比電極172 8.3.4Ag/AgCl微參比電極174 8.4電解池及其應用175 8.4.1電解池材料175 8.4.2電解池的設計與應用176 8.4.3幾種常用的電解池178 8.5電化學測量儀器179 8.5.1恆電位儀工作原理179 8.5.2恆電位儀的電路組成180 8.5.3恆電位儀使用方法182 8.5.4電化學工作站簡介183 8.6電化學實驗前的準備184 8.6.1二次蒸餾水的制備184 8.6.2氫氣和氮氣的淨化185 8.6.3鍍鉑黑的方法186 【科學視野】石英晶體微天平及其在大氣腐蝕研究中的應用186 【科學家簡介】中國年輕的中科院院士：盧柯院士189 思考練習題190 第9章穩態極化曲線測量192 9.1穩態192 9.1.1穩態的概念192 9.1.2穩態測量方法的特點193 9.2穩態極化曲線測量193 9.2.1自變量控制方式193 9.2.2控制電流法和控制電位法的選擇194 9.2.3自變量的給定方式194 9.3慢掃描法測定穩態極化曲線196 9.3.1動電位掃描法196 9.3.2線性電流掃描法197 9.4穩態極化測量在腐蝕電化學研究中的應用197 9.4.1金屬腐蝕機理的研究197 9.4.2金屬腐蝕速度的極化測量198 9.4.3金屬局部腐蝕的研究——動電位法測定孔蝕特征電位202 9.4.4金屬鈍態及其影響因素的研究203 【科學視野】電化學極化過程實驗數據處理分析的研究204 【科學家簡介】燃料電池專家：衣寶廉院士208 思考練習題210 第10章電化學阻抗譜方法211 10.1引言211 10.1.1阻抗的概念211 10.1.2交流阻抗的復數表示212 10.1.3電化學阻抗譜的種類214 10.1.4電化學繫統的等效電路214 10.1.5電化學交流阻抗法的特點216 10.2電化學控制引起的阻抗217 10.2.1電化學極化下交流阻抗法測定Rl、Rct和Cd217 10.2.2電荷傳遞控制的腐蝕體繫220 10.3擴散控制引起的阻抗220 10.3.1交流電極化引起的表面濃度的波動220 10.3.2濃差極化時可逆電極反應的法拉第阻抗221 10.3.3濃差極化時腐蝕電極反應的法拉第阻抗222 10.4電化學阻抗的測量223 10.4.1電化學阻抗測試的特點223 10.4.2電化學阻抗的測試224 10.4.3頻率域的測量技術224 10.4.4時間域的測量技術225 10.5電化學阻抗譜的數據處理與解析226 【科學視野】電化學原位實驗技術228 【科學家簡介】腐蝕電化學專家：曹楚南院士230 思考練習題232 第三篇金屬的電化學防護技術 第11章緩蝕劑236 11.1概述236 11.1.1緩蝕劑的定義236 11.1.2緩蝕劑分子的結構特征236 11.1.3緩蝕劑的技術特性237 11.2緩蝕劑的分類238 11.2.1按化學成分分類238 11.2.2按作用機理分類238 11.2.3按緩蝕劑所形成的保護膜特征分類238 11.2.4按物理狀態分類239 11.2.5按用途分類240 11.3緩蝕劑的作用機理240 11.3.1緩蝕劑的電化學機理240 11.3.2緩蝕劑的物理化學機理242 11.3.3緩蝕劑的協同作用245 11.4緩蝕作用的影響因素246 11.4.1介質流速的影響246 11.4.2溫度的影響246 11.4.3緩蝕劑濃度的影響247 11.5緩蝕劑的測試評定及研究方法247 11.5.1實驗室中緩蝕劑性能測試247 11.5.2現場條件下緩蝕劑性能測試250 11.6緩蝕劑的應用252 11.6.1在石油與化學工業中的應用252 11.6.2在化學清洗中的應用253 11.6.3在冷卻水繫統中的應用255 11.6.4在大氣腐蝕中的應用255 【科學視野】自組裝膜技術在金屬防腐蝕中的應用256 【科學家簡介】海洋腐蝕權威：弗朗西斯.L.拉克258 思考練習題260 第12章電化學保護法261 12.1陰極保護法261 12.1.1陰極保護的基本原理261 12.1.2陰極保護的基本控制參數263 12.1.3外加電流陰極保護法265 12.1.4犧牲陽極保護法271 12.1.5陰極保護的應用範圍273 12.2陽極保護法273 12.2.1陽極保護的基本原理274 12.2.2陽極保護的主要參數275 12.2.3陽極保護參數的測定280 12.2.4陽極保護應用及實例280 【科學視野】陰極保護也有一段奇特的歷史281 【科學家簡介】金屬腐蝕和陰極保護專家：哈維漢克283 思考練習題284 第13章電鍍285 13.1電鍍概述285 13.1.1電鍍的定義285 13.1.2電鍍的目的285 13.1.3鍍層的分類285 13.1.4合格鍍層的條件286 13.1.5電鍍液的組成及功能286 13.2電鍍的基本原理287 13.2.1電鍍的陰極過程——電沉積過程287 13.2.2電鍍的陽極過程289 13.2.3電流效率290 13.3影響電鍍質量的因素291 13.3.1電鍍溶液的影響291 13.3.2工藝因素的影響292 13.4電鍍液的性能293 13.4.1鍍液的均鍍能力和深鍍能力293 13.4.2電鍍時陰極上電流的分布294 13.4.3電流密度及均鍍能力的測定方法296 13.4.4提高鍍液均鍍能力的機械措施297 13.5常用鍍層舉例298 13.5.1電鍍鋅298 13.5.2電鍍銅300 13.6電鍍工藝過程中的鍍前預處理和鍍後處理303 【科學視野】鮮花電鍍技術304 【科學家簡介】電化學專家：屠振密教授306 思考練習題307 附錄308 附錄1一些物理化學常數(IUPAC 1988推薦值)308 附錄2幾種氣體在水中的溶解度［在標準狀況下1cm3水中溶解氣體的體積(cm3)］308 附錄3甘汞電極相對標準氫電極的電極電位308 附錄4線性極化技術中B的文獻值（摘錄）309 附錄5水的飽和蒸氣壓309 附錄6酸性溶液中的標準電極電位E (298K)310 附錄7堿性溶液中的標準電極電位E(298K)312 附錄8清除各種金屬腐蝕產物的化學方法313 參考文獻314 主題索引315

本書的全部內容建立在三個重要的基礎上，，作者多年為應用化學專業本科生及研究生講授《金屬腐蝕與防護》、《金屬腐蝕與防護實驗》等必修課，積累了豐富的教學經驗；第二，作者對現有金屬腐蝕與防護科學成就進行了整理與總結；第三，作者及同事多年從事金屬腐蝕與防護的研究，積累了一些科研成果。所以，本書適合從事金屬腐蝕與防護以及與此有關的本科生和研究生學習腐蝕電化學理論及其研究方法，並將這些理論應用於實際。 本書具有如下幾個特色。 (1)指導思想上 在選材和內容的編排上突出電化學腐蝕理論，但任何理論的發展都與實踐緊密相連，離不開儀器的測試，所以本書不同於將金屬腐蝕與防護都面面俱到的《金屬腐蝕學》，而是將腐蝕電化學理論與腐蝕電化學測試緊密結合起來。另一個特點是突出了與腐蝕電化學知識有關的防護技術，旨在使讀者清楚如何利用學到的腐蝕電化學知識為工農業生產服務，培養讀者理論聯繫實際的能力。同時在編寫中突出物理概念，盡量避免煩瑣和不必要的數學推導，在保持全書繫統和重點的前提下，充分考慮了相關知識的銜接和知識面的拓寬，對一些次要和不相關的內容作了大量的刪減，使本教材既可以作為應用化學專業本科生的必修課程用書，也可以作為有關專業的研究生教學用書及相關人員的參考書。 (2)內容體繫上 本書繫統地、深入淺出地論述了腐蝕電化學的基本原理、主要研究方法以及腐蝕電化學理論在工業中的主要應用，內容上專注於金屬的電化學腐蝕與防護，既考慮了腐蝕電化學的基礎知識與腐蝕電化學研究及測試的統一，也考慮了腐蝕電化學的理論與應用的統一。同時為擴大讀者的知識面，增加本書的趣味性和可讀性，配合主干內容在“科學視野”部分精選了部分院士及專家學者的一些研究成果、科學展望、學科發展、科普常識等內容。為幫助讀者樹立正確的科學觀，培養讀者的人文素質，在每章後介紹本領域著名的科學家業績，以科學家事跡啟迪人生。 (3)編排順序上 全書以金屬材料的電化學腐蝕與防護為主要內容，分為三篇：篇為腐蝕電化學原理，主要講授金屬腐蝕的熱力學、金屬腐蝕的動力學、電化學腐蝕的陰極過程、金屬的鈍化、金屬的局部腐蝕、金屬在自然環境中的腐蝕等；第二篇為腐蝕電化學測試方法，包括腐蝕電化學測量基礎、穩態極化曲線測量及電化學阻抗譜方法等；第三篇為腐蝕電化學原理的應用，即材料保護技術，主要介紹緩蝕劑的腐蝕電化學、金屬的電化學保護、電鍍等。 (4)深度和廣度上 本書的主要讀者對像是應用化學專業沒有繫統深入學習過基礎電化學的本科生，同時兼顧到腐蝕電化學專業的研究生，因此在深度上具有階梯式特點，有些比較難的章節(如第10章電化學阻抗譜方法)本科生可以不講或選講，而作為研究生的必學內容。同時有些內容適合有關的科研人員參考。 為便於讀者深入思考所學的內容，鞏固所學的知識，加深對知識的理解，每章後有一定數量的緊緊圍繞主干和重點內容的思考題和計算題。 學習好腐蝕電化學基本原理離不開與此密切聯繫的實踐活動，希望讀者在學習的同時多參加實驗室的實踐活動，使讀者對金屬材料腐蝕過程的基本原理和防護技術有更深刻的理解和掌握，為從事金屬材料腐蝕與防護方面的工作或研究奠定扎實的基礎。《腐蝕電化學》是一門以電化學為基礎，涉及材料科學、物理化學、表面科學等學科的交叉性、綜合性學科，同時又是一門實踐性很強的專業課。目前該書的姊妹書《金屬腐蝕與防護實驗》已於2015年由化學工業出版社出版發行，有興趣的讀者可以參閱。 對本書做出貢獻的專家學者有：王鳳平教授主要完成第2、3、4、5、6、7章，習題及附錄的編寫；敬和民副教授主要完成第1、10、11、12、13章的編寫；辛春梅教授主要完成第8、9章的編寫。湖南大學化學化工學院餘剛教授在百忙中為本書提出了許多寶貴的意見和建議。與此同時，作者還參考了國內外大量的專著、文獻以及本書作者的部分研究成果，一並列在參考文獻中。王曉丹、劉丹、朱夢思、張航、姜鼎、郭亦菲等擔任本書部分文字的輸入和圖表繪制。作者向所有為本書做出貢獻的同仁表示衷心的感謝。全書後由王鳳平潤色和定稿。 由於編者水平有限，書中缺點疏漏在所難免，如蒙指正，不勝感激（wang_fp@sohu.com）。 編著者 2017年5月於大連