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2023.03.20河北
像我这个职业说实话休假在家确实事情不多，朋友五湖四海，能方便聚在一起的知心朋友就更少了，甚是伤感！曾几何时，高中同学已多年不联系，即使熟悉一二，聚会聊天也是怪怪的，已经没有了曾经那种纯真无邪的吹牛谈四海了。
作者近照
在了解船体防腐蚀的基本原理同时，必然会涉及到高中化学的一些知识，为了让小伙伴们知其然必知其所以然,让我们荡起双桨回到过去，翻开起尘封多年发黄的书本，把已经交给老是多年的知识毫不吝啬的从老师那里要回来吧！
高中化学实验
记得我上高中时，我虽然选择的是理科，但是化学成绩不是很好，不过原电池这个知识点还是能看懂的，下面的这个动图是高中化学（电化学知识）最经典的一个试验，当铜板和锌板同时插入稀硫酸溶液中，会产生一系列化学现象，由于锌板的活泼型比铜板强，所以锌原子极易失去电子，被氧化成Zn2+进入稀硫酸溶液中，锌板上的失去的电子通过导线（或者实物接触）流向铜板，根据电荷同性相吸异性相斥原理，负2-价硫酸根离子向锌板靠拢，溶液中的游离H+离子向铜片靠拢，在铜片处2个H+相结合获得电子还原成氢原子，氢原子在结合生成氢分子从铜片上溢出，结果是：溶液中H+离子浓度逐渐减小，同时锌板被腐蚀消耗，锌棒变细，其质量不断减轻。
铜锌原电池原理动画图
如果我们把外部导线连接一个精密的电流表（如下图），可以发现当产生上述所有现象同时，电流表的指针会发生摆动，这套装置就是原电池最基本、最经典的雏形，即利用两个电极的电势不同金属或者非金属，产生电势差从而使电子流动产生流，是一种将化学能转化成电能的装置。也是目前我们日常使用一次性照明电池、控制用电池、纽扣电池等电池基本原理，由于这种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后不能重复使用，故又也称为一次电池。
铜锌原电池（电解质：稀硫酸）微观反应方程式原理如下：
铜锌原电池
锌易失电子作负极，发生氧化反应生成锌离子进入溶液。
负极(Zn)电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+（失去电子发生氧化反应），锌块的质量不断减小。
铜不活泼作正极，正极上氢离子得到电子生成氢气，有气泡生成，发生还原反应。
正极(Cu)电极反应式为：2H++2e-=H2↑（得到电子发生还原反应），溶液中氢离子浓度减小。
总反应式为：Zn+2H+═Zn2++H2↑
铜锌原电池原理图
通过以上知识学习，我们基本上对原电池有了最基本的了解，也可以得出产生原电池反应最基本的3个条件如下：
1、电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。
2、电解质存在。
3、两电极之间有导线连接（或者两极间直接接触），形成闭合回路。
原电池原理的实际应用
船锚及船体的腐蚀
跑过船的小伙伴都深有感触，船上生锈真是无处不在无孔不入，其是甲板部的弟兄们最怕甲板及船体生锈了，整天是没完没了的气榔头除锈打油漆，烈日炎炎下水头带头磨洋工，敲完船头敲船尾，敲完船尾敲舱盖，底漆和环氧漆一层又一层涂抹，真是劳民伤财，吃力不讨好的工作，尤其是国企船舶一旦远洋回国，为了面子工程，甲板、机舱真是打了个底朝天，曾经碰到一个不喜欢机舱打油漆的机务访船，一进机舱一股新鲜的油漆味，抱怨大管为啥机舱到处打油漆咋不把花铁板掀开，背面也打了呢？
言归正传，理解上述讲解的原电池的原理之后，我们就好理解金属发生腐蚀的基本原理了，其实金属在自然界中的腐蚀是复杂的，多方面的因素共同作用的，所谓金属腐蚀即是指金属或者合金与周周接触到的气体或者液体进行物理和化学反应而导致的一种破坏性侵蚀损耗的过程。
简言之，金属腐蚀的本质就是金属本身失去电子变成阳离子的过程（发生氧化反应M-ne-=Mn+）即金属被氧化成金属离子而产生的消耗，比如通常所说的生锈【Fe2O3.XH2O(铁锈）】。
下面咱们再说说这两种金属腐蚀的特点：
（1）传统化学腐蚀：金属跟接触到的物质(一般为非电解质)直接发生氧化还原反应而引起的一种腐蚀。
（2）电化学腐蚀：不纯的金属(或合金)接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。
自然界中大部分金属腐蚀主要是一种化学过程，而且95%是电化学腐蚀所造成的，同时伴随着氧化-还原反应的发生，尤其是日常生活使用铁质用品、交通运输工具、工业生产的设备、机构等等，使用清一色的金属多是以钢铁作为基本的构造单元，尤其是非常“潮”的远洋运输货轮，自从入水投入营运几乎全部是躺在海水或者淡水里，很难避免钢铁的腐蚀，下面我们学习一下，钢铁到底是怎么发生腐蚀的，这对我们后续更进一步了解钢铁防止腐蚀的采取的有效措施，提供理论性的帮助。
坞修作业
通常纯铁的抗腐蚀的能力比较强，不容易被腐蚀，但是硬度和强度不够，不能满足实际生产需求，为了提高纯铁的机械性能，必然要在炼铁的过程中加入其他金属或者非金属元素，提高纯铁的机械性能和拉伸强度，所以“钢铁”应运而生，钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金，其中C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、也是最主要的，用量最大的金属材料，例如造船钢板通常用铁碳合金钢包括碳素钢和低合金钢。
众所周知，海水是自然界中量最大、腐蚀性较强的一种天然电解质，且海水中溶有大量的以氯化钠为主的盐类，同时海水中又溶解了大量的氧气，是钢铁腐蚀的强烈的催化剂，所以钢铁在海水中的腐蚀强度是淡水区域的很多倍。
（1）析氢腐蚀
金属在大气环境中接触到的电解质溶液一种是带酸性的溶液，且溶液中含有氢离子。在发生原电池反应时，这些氢离子和杂质极（阴极）上的电子结合，生成氢气放出来。这种有氢气放出来的电化学腐蚀，称作析氢腐蚀。
条件：水膜呈强酸性（溶有CO2、SO2、H2S）
铁（负极）：Fe-2e-=Fe2+
Fe2++2H20=Fe(OH)2+2H+
杂质（正极）：2H++2e-=H2
总式：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2
氢气在碳的表面放出，由于有氢气析出铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。
（2）吸氧腐蚀：
钢铁在海水中的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，导因为电性极强的海水溶液中必然溶解了大量的氧气，由于天然海水的PH值经常稳定在7.9-8.4之间呈现弱碱性，这为吸氧腐蚀提供充足的电解质条件，所以钢铁在海水中的腐蚀基本都是吸氧腐蚀。
当金属落在潮湿的空气里时，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量H＋和OH－，还溶解了O2等气体，结果在钢铁表面形成了一层中性电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池，也会为发生吸氧腐蚀提供条件。
条件：水膜呈中性、弱酸性或者碱性
铁（负极）：2Fe-4e-=2Fe2+
杂质（正极）：O2+2H2O+4e-=4OH-
总式：2Fe+O2+O2=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3.XH2O(铁锈）+(3-X)H2O
吸氧腐蚀原理图
在上图电化学反应过程中吸收消耗氧气，所以叫做吸氧腐蚀。
由于析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2最终被氧化生成Fe(OH)3，然后Fe(OH)3再次脱水生成Fe2O3.XH2O(铁锈）。铁锈是一种棕红色的物质，由于它不像铁那样坚硬，一块铁完全生锈后体积会胀大8倍，所以质地疏松且很容易脱落，这也是船体钢板在腐蚀后逐年变薄的原因。
正如前文所述，由于海洋高盐度的水质环境，温度及气候复杂多变，所有的海工设备，如石油钻井平台、跨海大桥、潜艇海船等等，尤其是海船必须有一个可靠稳定性强的防腐蚀措施，目前海工设备防腐蚀技术已经有了突飞猛进的发展。
1、改变金属的内部结构提高其化学性质稳定（不锈钢：如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢。青铜：是在在纯铜(紫铜)中加入锡或铅的合金）。
2、表面覆盖保护层
a、用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属。
b、在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。
涂抹矿物油脂、油漆等，目前高性能环保油漆，是船舶钢板化学防腐技术的辅助办法。
c、用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。(表面钝化)
3、电化学防护法：（目前船舶钢板化学防腐蚀主要办法）
a、牺牲活泼金属（阳极）的阴极保护法(被保护的设备与活泼的金属相连接)
牺牲阳极的阴极保护原理图
实际生产中通常在坞修时，在船壳水下部分镶上锌块【负极（锌块）：外加的一种更活泼的金属可以有效地防止船壳腐蚀】，此时正极（Fe）被保护金属，所以可以有效的阻止船体钢板进一步腐蚀。
船舶牺牲阳极的阴极保护实际应用
b、（ICCP）外加电流的阴极保护法(把被保护的设备与外接电源的负极相连)
外加电流的阴极保护法原理图
如上图原理图，外加电流阴极保护是通过外部电源来改变周围环境的电位，使得需要保护的设备的电位一直处在低于周围环境的状态下，从而成为整个环境中的阴极，这样需要保护的设备就不会因为失去电子而发生腐蚀了。
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