การกัดกร่อนและการชุบเคลือบโลหะด้วยไฟฟ้า
การกัดกร่อนและการชุบเคลือบโลหะด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าประยุกต์ที่โลหะเกิดการละลายหรือถูกเคลือบผ่านปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้า ซึ่งควบคุมการเสื่อมสภาพของวัสดุและเทคโนโลยีการเคลือบโลหะ
Definition
สาขาหนึ่งของเคมีไฟฟ้าประยุกต์ที่เกี่ยวข้องกับการละลายทางเคมีไฟฟ้าของโลหะ (การกัดกร่อน) และการชุบเคลือบโลหะด้วยไฟฟ้า (การชุบด้วยไฟฟ้า) รวมถึงฟิล์มพื้นผิวและวิธีการควบคุมกระบวนการเหล่านี้
Scope
ขอบเขตนี้ครอบคลุมเคมีไฟฟ้าของปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสิ่งแวดล้อม: การกัดกร่อนของโลหะที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติผ่านการละลายที่ขั้วบวกและการรีดักชันที่ขั้วลบ การชุบเคลือบโลหะโดยเจตนาด้วยไฟฟ้า การก่อตัวของฟิล์มเฉื่อยและการเคลือบป้องกัน และกลยุทธ์การป้องกันการกัดกร่อน ซึ่งเชื่อมโยงความเสถียรทางเทอร์โมไดนามิก จลนพลศาสตร์ของขั้วไฟฟ้า และเคมีพื้นผิวเข้ากับการปฏิบัติทางวิศวกรรม
Sub-topics
Core questions
- ปฏิกิริยาแอโนดิกและแคโทดิกที่เชื่อมโยงกันขับเคลื่อนการกัดกร่อนของโลหะที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติได้อย่างไร?
- โลหะถูกชุบเคลือบอย่างมีระบบได้อย่างไรโดยการผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์?
- ฟิล์มเฉื่อยและสารเคลือบช่วยชะลอหรือป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างไร?
- ปัจจัยทางเทอร์โมไดนามิกและจลนพลศาสตร์ใดบ้างที่ตัดสินว่าโลหะจะเกิดการกัดกร่อนหรือยังคงได้รับการป้องกัน?
Key theories
- ทฤษฎีศักย์ผสมของการกัดกร่อน
- โลหะที่เกิดการกัดกร่อนอย่างอิสระจะรักษาสมดุลศักย์การกัดกร่อนที่อัตราการละลายของโลหะที่ขั้วบวกและอัตราการรีดักชันที่ขั้วลบ (ของออกซิเจนหรือโปรตอน) มีค่าเท่ากัน กระแสการกัดกร่อนนี้จะกำหนดอัตราการสูญเสียโลหะ
- การควบคุมการชุบเคลือบด้วยกฎของฟาราเดย์
- ในการชุบเคลือบด้วยไฟฟ้า ปริมาณโลหะที่ถูกเคลือบจะถูกควบคุมโดยกฎของฟาราเดย์ ในขณะที่การก่อตัวของนิวเคลียส การเติบโต และสารเติมแต่งจะควบคุมลักษณะทางสัณฐานวิทยา การยึดเกาะ และคุณภาพของการเคลือบ
Clinical relevance
การกัดกร่อนก่อให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจและความปลอดภัยอย่างมหาศาลในโครงสร้างพื้นฐาน การขนส่ง และอุตสาหกรรม ในขณะที่การชุบเคลือบด้วยไฟฟ้าช่วยให้เกิดการเคลือบป้องกันและตกแต่ง การเชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์ และการสกัดโลหะด้วยไฟฟ้า การควบคุมกระบวนการเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวิศวกรรมวัสดุและการใช้ทรัพยากร
History
กฎของฟาราเดย์ว่าด้วยการแยกสลายด้วยไฟฟ้า (คริสต์ทศวรรษ 1830) ได้กำหนดปริมาณการชุบเคลือบและการละลาย อีแวนส์ได้กำหนดให้การกัดกร่อนเป็นกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และแผนภาพศักย์ไฟฟ้า–pH ของปูร์เบซ์ (คริสต์ทศวรรษ 1940–1960) ได้แสดงขอบเขตความเสถียรทางเทอร์โมไดนามิกของโลหะ
Key figures
- Marcel Pourbaix
- Ulick R. Evans
- Michael Faraday
Related topics
Seminal works
- jones1996
- paunovic2006
- bard2001
Frequently asked questions
- การกัดกร่อนเป็นเพียงการเกิดสนิมหรือไม่?
- การเกิดสนิมเป็นการกัดกร่อนเฉพาะของเหล็กและเหล็กกล้า แต่การกัดกร่อนโดยทั่วไปคือการเสื่อมสภาพทางเคมีไฟฟ้าของโลหะใดๆ ผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชันที่เชื่อมโยงกับสิ่งแวดล้อม
- การชุบเคลือบด้วยไฟฟ้าเป็นการย้อนกลับของการกัดกร่อนได้อย่างไร?
- การกัดกร่อนคือการละลายของโลหะที่ขั้วบวกอย่างเป็นธรรมชาติกลายเป็นไอออน ในขณะที่การชุบเคลือบด้วยไฟฟ้าใช้กระแสไฟฟ้าที่จ่ายเข้าไปเพื่อรีดิวซ์ไอออนของโลหะกลับไปเคลือบบนพื้นผิว ทั้งสองกระบวนการถูกควบคุมโดยปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้าและกฎของฟาราเดย์เดียวกัน