铝合金钝化

关于钝化，在高中化学教材中是这样叙述的：在常温下，铝遇浓硝酸时会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化，从而阻止内部金属进一步发生反应。因此浓硝酸可贮存在铝制品容器中，亦可用铝槽车运输。那到底什么叫做钝化呢？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随着硝酸浓度的增大而增大。当浓度达到一定程度时，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，而后不起反应，即铁变“稳定”了，或者像一般所说的。铁发生“钝化”了。不仅是铁，其他一些金属也可以发生钝化。如Cr、Ni、Co、Mo、Al、Ta、Nb、和W等，其中容易钝化的金属是Cr、Ni、Mo、Al、Fe。不仅硝酸，其他强氧化剂如氯酸、碘酸、重铬酸钾等，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：镁在氢氟酸中钝化，钼和铌在浓盐酸中钝化。一般说来，钝化后的金属，在改变钝化条件后，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。钝化后的铁不能从硫酸铜中置换出铜。有许多因素能够破坏钝化状态，或者阻止金属钝化的发生。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）都能使钝化金属活性化。吸附理论认为，金属表面并不需要形成固态产物膜才钝化，而只要表面或部分表面形成一层氧或含氧粒子（如O2-或OH-）的吸附层也就足以引起钝化了。这吸附层虽只有单分子层厚薄，但由于氧在金属表面上的吸附，改变了金属与溶液的界面结构，使电极反应的活化能升高，金属表面反应能力下降而钝化。此理论主要实验依据是测量界面电容和使某些金属钝化所需电量。实验结果表明，不需形成成相膜也可使一些金属钝化。两种钝化理论都能较好地解释部分实验事实，但又都有成功和不足之处。金属钝化膜确具有成相膜结构，但同时也存在着单分子层的吸附性膜。目前尚不清楚在什么条件下形成成相膜，在什么条件下形成吸附膜。两种理论相互结合还缺乏直接的实验证据，因而钝化理论还有待深入地研究。【典例】铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是__________________________。NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜现在大都认为，金属的钝化是金属与介质作用，生成一层致密保护膜的结果。这层保护膜通常是氧和金属的化合物。例如，在有些情况下，铁氧化后生成较复杂的氧化物，其组成为Fe8O11。经过测定，铁在浓硝酸中的金属氧化膜的厚度在3～4nm。这种氧化膜将金属表面和介质完全隔离，从而使金属变得稳定。钝化使金属变得稳定。从本质上讲，这是由于金属表面覆盖了一层氧化膜，因而提高了金属的抗腐蚀性能。为了提高金属的抗腐蚀性能，可采用化学方法或电化学方法，在金属表面覆盖一层人工氧化膜。这种方法就是通常所说的氧化处理或发蓝。它在机械制造、仪器制造、飞机及各种金属日用品中，作为一种防护装饰性覆盖层而被广泛采用。一般钢铁容易生锈，如果将钢铁零件的表面进行发蓝处理，就能大大增强抗腐蚀能力，延长使用寿命。像弹簧、钢丝等，就是常用这种方法来保护的。常用的发蓝方法有碱性发蓝法和蒸气发蓝法。铁在含有氧化剂和苛性钠的混合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4)，亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生成四氧化三铁氧化膜。

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