大气腐蚀与防护论文

第一篇：大气腐蚀与防护论文

大气腐蚀与防护

摘要：金属材料是我们生产生活中运用最广泛的材料，它有着强度大，硬度高等优点，在实际应用过程中，人们逐渐发现金属材料容易被大气腐蚀，每年因为大气腐蚀人们要承受巨大经济损失，本文主要探究大气腐蚀的原理和原因，以及主要的防护措施。

关键字：金属材料，大气腐蚀，原因，防护措施。

前言：据统计，材料的大气腐蚀所造成的损失占全部腐蚀的一半以上，因此，材料的大气腐蚀与防护对策的研究在本世纪处成为一个重要的研究对象。美国试验与材料学会(ASTM)自1916年开始大气腐蚀研究，并进行大量的大气腐蚀数据积累，近年来的大气腐蚀试验研究项目主要集中在工程材料户外长期腐蚀暴露试验，我国材料环境腐蚀试验自1982年开始国产常用材料大气，海水，土壤环境长期系统的腐蚀试验研究，至今也取得了大量有价值的研究成果。那么究竟为甚么大气会腐蚀金属呢？其原理是怎么样的呢？

一、大气腐蚀的原理

金属腐蚀，是指金属材料与周围环境发生化学、电化学和物理等作用而引起的变质和破坏。大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种，在一定的相对湿度下，大气中的水气在金属表面上凝聚或吸附成水膜是造成金属大气腐蚀的主要原因之一。由于在大气环境中，金属表面存在着一层饱和了氧的电解液膜，所以在合适的湿环境中 大气腐蚀阴极过程优先以氧的去极化过程进行。

金属材料的大气腐蚀过程所涉及的体系是一个复杂的多相系统。影响大气腐蚀的因素复杂众多, 主要取决于金属材料种类及其表面状态,环境湿度，温度等气候条件的影响,以及大气中污染物质的影响。人们通过研究发现大气腐蚀与微滴的出现有着密切联系。微液滴现象是一种新发现的实验现象!当易被腐蚀的金属表面上预先形成有腐蚀性主液滴时!在合适的条件下!主液滴的周围有更小的微液滴出现并不断扩展“ 微液滴的形成和扩展遵循一定的规律!并与大气腐蚀起始过程密切相关” 电化学极化结果显示!大气腐蚀过程中的腐蚀电流是微液滴形成和发展的推动力" 当大量的微液滴出现，诱导期的长短取决于由材料，主液滴及环境气氛所组成体系腐蚀性的强弱。体系的腐蚀性越强，腐蚀发生得越快，微液滴出现的诱导期越短。我们通过对微液滴的形成和扩展来探究大气腐蚀的影响因素。影响微液滴形成和扩展的因素 1.环境气氛

由前可知，微液滴现象与大气的腐蚀过程密切相关。而大气腐蚀过程是一种在饱和了氧的液膜下所发生的电化学腐蚀过程，其阴极过程优先以氧的去极化反应进行。因此气氛中有无氧化性气体必将影响微液滴的形成与扩展。实验结果表明： 当实验箱中的空气被惰性气体替代时，不管金属材料的耐腐蚀性好还是不好，也不管预先形成的主液滴是否具有腐蚀性，微液滴均不能形成，即微液滴的形成是以腐蚀过程的发生为前提。因此，在合适的条件下只要有腐蚀过程发生就能出现微液滴现象，这是微液滴现象与大气腐蚀过程密切相关论断的直接证据之一。

2.相对湿度

由于大气腐蚀是一种薄电解液膜下的电化学反应，空气中的水气分子在金属表面凝聚而生成水膜和空气中氧气通过水膜进入金属表面是发生大气腐蚀的基本条件。作为与大气腐蚀过程密切相关的微液滴现象肯定要受大气中的相对湿度的影响。

3.环境温度

材料所处的环境温度及其变化是影响大气腐蚀的又一重要因素。因为它能影响金属表面水蒸气的凝聚 水膜中各种腐蚀气体和盐类的溶解度，水膜电阻以及腐蚀电池中阴极和阳极过程的反应速度。当大气中的相对湿度超过临界值时，温度的影响更为明显。在微液滴的形成和扩展过程中，温度同样起着很重要的作用。在一定的相对湿度下，温度越高，气相中水分子密度越大，越有利于水蒸气的吸附和凝聚，微液滴也更容易形成和扩展。结论

微液滴的出现是一种与大气腐蚀密切相关的实验现象，其形成与扩展与环境气氛、相对湿度、温度及主液滴的浓度等环境参数密切相关。同时，微液滴的形成和扩展与主液滴的表面扩散有关。对于腐蚀性体系，由于主液滴中央与边缘之间的电势差而形成的腐蚀电流是微液滴形成和扩展的推动力。微液滴的形成机理及其在大气腐蚀过程中所起的作用仍在研究中。

二、各种金属的大气腐蚀对比

过总结各种金属材料在中国不同环境下的长期大气腐蚀试验结果，环境中包括了亚热带、温带，工业性、海洋性，干燥环境及湿热环境等各种典型环境。材料中包括了最常用的碳钢及低台金钢、不锈钢，铝及铝台金、铜及铜合金等典型材料。分析了环境对大气腐蚀的作用，碳钢、低合金钢在不同腐蚀环境中所显示的大气腐蚀性规律在初期与后期大不相同。环境对碳钢的影响极为明显，不同环境的腐蚀率可以相差三十倍。不锈钢随铬、镍含量和环境的不同，其大气腐蚀行为有较大差异。环境中的盐粒子含量是造成铝及铝合金腐蚀的主要因素；铜及铜合金中的其他合金元素对其大气腐蚀有较大的影响。

三、大气腐蚀的防护措施

1.金属腐蚀的危害：金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的30% ,造成地球上的有限资源日益枯竭.全世界每90s就有1t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月,因此,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大,甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。为了提高金属材料的使用寿命和使用性能，减少因为腐蚀带来的经济损失，我们需要对金属的腐蚀进行防护。2.金属腐蚀防护的方法

1.改变金属的组成这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成从而改善性能不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具餐具等就是以此为材料的。2.形成保护层在金属表面覆盖各种保护层把被保护金属与腐蚀性介质隔开是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护

（1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色厚度一般为520μm在大气中有较好的耐蚀性。

（2）氧化处理将钢铁制品加到NaOH的混合溶液中加热处理其表面即可形成一层厚度约为0.51.5μm 的蓝色氧化膜(主要成分为四氧化三铁)以达到钢铁防腐蚀的目的此过程称为发蓝处理。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。

（3非金属涂层用非金属物质如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料(如塑料、橡胶、聚酯)等涂在金属表面上形成保护层称为非金属涂层也可达到防腐蚀的目的。例如船身、车厢、水桶等常涂油漆汽车外壳常喷漆枪炮、机器常涂矿物性油脂等。

（4）金属保护层它是以一种耐腐蚀性较强的金属或合金镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。金属镀层的形成除电镀、化学镀外还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法 阴极保护法金属的腐蚀是一阳极过程。因此,防治金属腐蚀的第三大对策就是将金属置于阴极,即阴极保护法。阴极保护法具体又分为两种。其一是将被保护的金属(阴极)和电极电势较低的金属(作为牺牲性阳极而溶解掉)接在一起,这也称为牺牲阳极保护法。比如海上航行的船只,在船底四周镶上锌块,此时,船体是阴极受到保护,锌块是阳极代替船体而受腐蚀。其二是将被保护的金属接在外加电源的负极上使之成为阴极,正极则接到一些废铁上作为牺牲性阳极或接到某些导体如石墨、高硅铸铁、铅银合金、镀铂钛等上面作为惰性阳极。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或输油管常用这种方法防腐。3.4 缓蚀剂法缓蚀剂是一类能够防止或减缓金属腐蚀的无机物或有机物目前应用范围较广,具有用量少、保护效能高、不改变金属制品性能,使用方便等优点。无机缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚硝酸盐等。有机缓蚀剂如炔醇类、羧酸盐类、杂环类、有机磷酸盐类、胺类、醛类等譬如医院中常用&解新洁尔灭和多亚硝酸钠溶液浸泡钢制器械, 以达到消毒和防腐蚀的双重目的。3.5 寻找新的耐腐蚀替代品上述四大对策只能防护不能根治。解决金属腐蚀问题的根本方法是研制开发新的耐腐蚀材料,如特种合金、新型陶瓷、复合材料等。比如实验室中常用铂作坩锅或惰性电极,防腐效果很好,但因其成本太高而不可能在工业上大规模使用。不锈钢则是便宜得多因而也用得较为普遍。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。由爆炸焊接新技术制造出的一种钛钢复合材料,既不怕酸、碱、盐等的腐蚀,价格也较低。化工厂的反应罐、输液管道,用钛钢复合材料来替代不锈钢,使用寿命可大大延长。科学家研制成功的一种貌似玻璃的透明金属,称“金属玻璃”,它具有很高的抗张强度,还对外界酸碱的侵蚀显现出惊人的抵抗力。精密陶瓷,已开始在精密机械和化工领域取代金属材料和高分子材料。在宇航、核能等领域中,工程陶瓷可取代昂贵的耐蚀、耐热合金。随着科技的进步,新的耐腐蚀材料正层出不穷。

参考文献：

[1] 陶琦等.金属腐蚀及其防护措施的研究进展.湖南有色金属.2007,23(2):43-46 [2] 包月霞.金属分类和防护方法.广东化工.2010,37(207):199-216 [3] 祝耀昌.实验室环境试验项目顺序剪裁探讨[J].军用标准化,2003(3)[4] 柯伟．中国腐蚀调查报告[M]．北京：化学工业出版社．2003．

[5] 曹楚南．王光雍，李兴濂，等．中国材料科学的自然环境腐蚀[M] 北京：化学工业出版社．2004．

第二篇：材料腐蚀与防护

航空材料的腐蚀与防护

姓 名：王 俊 专 业：材料物理 学号：1320122111

航空材料的腐蚀与防护

摘要：材料腐蚀的概念和研究材料腐蚀的重要性，航空材料的分类和演变，航空材料腐蚀防护技术的历史和现状特点，航空材料腐蚀现象及其机理，腐蚀对航空材料的影响，解决航空材料腐蚀问题及其防护与治理。

关键词：航空材，腐蚀，防护。前言

金属和它所在的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏，称为金属腐蚀。随着非金属材料的发展，其失效现象也越来越引起人们的重视。因此腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料，定义为：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。

腐蚀现象在人们在社会生产及使用到的各种材料中都普遍存在，由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀，增加了飞 行器的运营成本，对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。因此开展航空产品的腐蚀与防护的研究具有明显的经济和社会效益。

1.航空材料的历史与发展

1.1航空材料的概论

航空材料是航空工业主要基础，航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用.航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。1.2.航空材料的分类 航空材料有不同的分类方式。按成份可分为四大类: 

1）金属材料:铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末冶金合金等。

2）无机非金属材料:玻璃、陶瓷等。

3）高分子材料:透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工程塑料等。

4）先进复合材料:聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料、碳 /碳复合材料等。

按使用功能可分为两大类:结构材料和功能材料。1.3航空材料的演变

早期飞机的结构以木材、蒙布、金属丝绑扎而成，后来又发展为木材与金属的混合结构。到了二十世纪三十年代，随着铝合金材料的发展，全金属承力蒙皮逐渐成为普遍的结构形式。二十世纪三、四十年代，镁合金开始进入航空结构材料的行列。

四、五十年代，不锈钢 成为航空结构材料。到五十年代中期开始出现钛合金，嗣后并被用于飞机的高温部位。二十世纪六十年代，开发出树脂基先进复合材料，后来在树脂基复合材料的基础上又出现了金属基复合材料。现代飞机大量采用新型材料。2.航空材料的不同腐蚀

航空器包括很多不同种类的航空材料，这些材料的种类不同，所处工作环境不同，导致航空材料的腐蚀具有多样性。

2.1环境作用下的电化学腐蚀

电化学腐蚀是一种非常普遍的现象，很多材料物品都会受到其影响。而电位差与电解质溶液就是形成电化学腐蚀的两个基本条件。在飞行器结构中，不同的结构由于承担的功能不同，所使用材料的性质也不同。例如，飞行器的蒙皮多采用具有出色延展性而强度相对较低的铝合金，起落架和龙骨梁则多选用高强度的合金钢。材料不同，它们的电极，如果接触就有可能产生腐蚀的隐患；就算是同种类的材料，由于其内部杂质的存在或其自身就是由不同电极电位多相组成。因此, 构成飞行器的航空材料客观上都存有电化学腐蚀的可能。仅有电极电位差，而没有在电极间传递电荷的电解质溶液, 并不会形成导致腐蚀现象的腐蚀电池，但现实中飞行器的电化学腐蚀现象说明电解质溶液在飞行器中普遍存在。

2.2 承力结构应力腐蚀

材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。应力腐蚀是应力和腐蚀环境共同作用下的材料破坏形式。应力腐蚀仅发生在特定的腐蚀环境和材料体系中，其特点是造成此种破坏的静应力远低于材料的屈服强度，断裂形式为没有塑性变形的脆断，且主要由拉应力造成。

以起落架的应力腐蚀为例，飞行器的起落架结构为飞行器的主要受力结构之一，当飞行器处于停放状态时，起落架的轮轴受拉应力作用，可能在相应的腐蚀介质作用下发生应力腐蚀。起落架材质一般为镀铬的高强钢，铬镀层强度高、耐磨但镀层较脆，容易在飞行器起降的交变载荷作用下沿缺陷剥落而失效。

2.3 发动机的高温腐蚀

发动机的主要腐蚀表现形式是高温氧化腐蚀。推力大、效率高、油耗低、寿命长是航空发动机发展趋势。只有对涡轮进口燃气温度进行提升，才能供给出需 要的增压比与流量比，实现提升推力的同时降低油耗。所以发动机涡轮叶片的抗高温腐蚀性能极其关键。对此主要可采取以下几种方法:保障性能前提之下，提高叶片材料本身的熔点及高温抗氧化能力；使用与基体材料亲和力更好、高温性 能更好的抗氧化保护涂层。

2.4 意外腐蚀

飞行器服役中还存在意外腐蚀。这种腐蚀与飞行器的设计、选材及运行环境无关，完全是由人为不当操作造成。比如机上承载强腐蚀性物质，发生泄漏而造成飞行器发生腐蚀。通过编制详细的操作流程与有关部门加强监督管理，并制定相应的强制性规定规范，并由专人进行负责落实便可完全避免人为因素而造成的腐蚀现象。

3.腐蚀机理和测试技术研究

高强度航空材料在力学-环境因素的交互作用下可能会发生应力腐蚀而导致灾难性的事故。因此开展应力腐蚀的测试和研究是腐蚀和防护的一项重要内容。目前已经发展了一些应力腐蚀敏感性的测试标准。这些试验标准在研究新研材料和引进飞机材料的应力腐蚀性能方面发挥了重要作用。另外也有人设计了一些非标准的应力腐蚀试验来模拟试件的服役条件，试验的结果与实际情况符合的较好。由于实际的应力腐蚀往往发生在大气环境中,所以设计了一种便携式拉伸应力腐蚀试验器,用于开展户外大气应力腐蚀的研究。

飞机结构往往由多种材料构成,在一定条件下不同材料的相互接触会导致接触腐蚀和电偶腐蚀。研究者对钢与铝合金和钛合金接触时的电偶腐蚀和防护方法进行研究,得到了很多对实际工程有指导价值的结论。随着复合材料在航空产品上得到应用,复合材料和金属材料接触时所引起的相容性问题开始得到人们的重视,并提出了一些防护措施。现役飞机铝合金构件的主要腐蚀形式是点腐蚀，点蚀形成的蚀坑通常是腐蚀疲劳的裂纹的裂纹源，航空材料的腐蚀疲劳损伤往往是在腐蚀点上的裂纹生成和扩展导致的。点蚀形成现在比较公认的是蚀点内部发生的自催化过程。铝合金材料点蚀形成是一种自发催化闭塞电池作用的结果，蚀点不断向金属深处腐蚀，并使在钝化过程受到抑制，由于闭塞电池的腐蚀电流使周围得到了阴极保护，因而抑制了蚀点周围的全面腐蚀，但是加速了点蚀的迅速发展。随着腐蚀时间的延长，点蚀的深度和表面半径都在不断的增大，相邻的蚀点会相互交错形成更大更深的蚀点。

4.表面强化和防护

4.1 航空发动机高温防护涂层

航空发动机所用的高温防护涂层一般可分成扩散涂层和包覆涂层。目前我国已经发展出多种发动机部件所使用的镍镉扩散涂层、渗Al，Al+Si料浆涂层、Pt-Al涂层、包覆型M、Cr、Al、X涂层、热障涂层、抗氧化防脆化涂层、封严涂层等,部分涂层进入批量生产阶段。MC r A IY 涂层是一种包覆性涂层,它克服了传统铝化物涂层与基体之间互相制约的弱点，进一步提高了发动机材料的抗氧化的能力。随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断提高,我国开展了热障涂层（thermal barrier coatings,简称TBC s)的研究。热障涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的涂层系统。ZrO2 是目前陶瓷隔热面层中研究最多的成分。热循环试验证明柱状晶组织较普通的纤维状组织具有更高的抗热疲劳性能另外我国还开展了纳米陶瓷热障涂层的研究。4.2表面强化

表面强化工艺技术涉及到各种金属材料(钢、铝合金、钛合金、高温合金、金属基复合材料等)，对于不同的晶体结构(面心立方、体心立方、密排六方)有多种不同的强化方法和工艺参教；同时根据航空高强度构件外形的几何形状不同，选择不同工艺参教和前后顺序的搭配方式。但是，所有强化工艺处理后材料都会因为塑性变形引起表层组织结构、残余应力和硬度的梯度以及表面形貌等发生变化，起到降低外加拉应力和应力集中系数的作用，从而对耐磨性和疲劳性能 产生影响。电子束表面处理是利用高能量密度的电子束对材料表面进行加工，是不同于机械加工的一种新型加工方法悄。

12I，其中电子束物理气相沉积以及电子束表面处理等在工业上的应用最为广泛。电子束加工方法起源于德国，经过几十年的 发展，目前全世界已有几千台设备在核工业、航空航天工业、精密加工业及重型 机械等工业部门应用，现已完全被工业部门所接受。电子束表面改性技术是20世纪70年代才发展起来的新技术。电子束表面改性处理包括金属材料的表面淬 火、表面合金化、表面清洗及熔覆、薄极退火，以及半导体材料的退火和掺杂等。目前，电子束表面非晶态处理及冲击淬火等先进处理工艺的研究也已经在世界各国广泛展开。激光冲击强化(Laser Shock Pening，LSP)技术是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。目前激光冲击技术在工程中应用最广泛的领域是合金材料的表面强化，与滚压、喷丸、冷挤压等材料表面强化处理的方法相比，激光冲击强化处理具有非接触，无热影响区和强化效果显著等突出的优点。其原理是当短脉冲(十几纳秒)的高峰值功率密度(大于109W／cm2)的激光辐射金属靶材时，金属表面吸收层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高温(大于10000K)、高压(大于1GPa)的等离子体，该等离子体受到约束层约束时产生高强度压力冲击波，作用于金属表面并向内部传播。材料表层就产生应变硬化，残留很大的压应力。激光束经过凸透镜聚焦后，功率密度可以达到1～50 GW／cm2，接着大部分激光能量将被涂层吸收，能量转化成冲击波的形式，透明物质水即所谓限制层，它将基体和基体表面的涂层包覆起来。

5.航空材料的腐蚀与防护的意义

我国的腐蚀和防护研究为我国航空工业的发展做出了应有的贡献,在腐蚀机理和测试、航空发动机高温防护涂层以及表面处理和防护技术等方面都取得了不小成绩。

参考文献

[ 1]《航空材料与腐蚀防护》--------------讲义中国民航大学理学院材料化学教研室------------苏景新

[ 2]《我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望》----------蔡健平，陆峰，吴小梅.[3]《航空材料腐蚀疲劳研究进展.腐蚀与防护》-------耿德平，宋庆功。[4] 《TA 15钛合金与铝合金接触腐蚀与防护研究》-------------张晓云，孙志华，汤智慧等 [5]《航空材料的腐蚀问题与防治对策》------------------------------崔坤林.[6]《民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究》--------杨洪源，刘文。

[7]《材料腐蚀与防护》-------------冶金工业出版社------------孙秋霞主编。

第三篇：《材料腐蚀与防护》思考题

《材料腐蚀与防护》思考题 第一章绪论

何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？

表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？

镁在海水中的腐蚀速度为1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其深(mm/a)多大？

已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度失和深。问铁在此介质中是否耐蚀？

第二章电化学腐蚀热力学

如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？ 何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？

a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。b)将你的答案换成相对于SCE的电势值。

当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？

Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？ 第三章电化学腐蚀反应动力学

从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？

混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？ 何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。

试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。

铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？

Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化？

碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电势为-0.64V（相对饱和Cu-CuSO4电极）。对于同样的钢的氢过电势（单位为V）遵循下列关系：(=0.7+0.1lg，式中单位为A/cm2。假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度（以mm/a为单位）。第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀

在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快？酸中若含有Pb2+离子为什么会降低锌的腐蚀速度？

说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。影响吸氧腐蚀的主要因素是什么？为什么？

假定所有的Zn表面起阴极作用，Tafel斜率为±0.10V，Zn和H2在Zn上的交换电流密度分别为0.1和10-4A/m2，求Zn在1mol/L盐酸中的腐蚀电势和腐蚀速度（以mm/a为单位）。计算纯铜与含质量分数为30%锌的铜合金在非含氧酸中的腐蚀速度比。第五章金属的钝化 画出金属的阳极钝化曲线，并说明该曲线上各特性区和特性点的物理意义。衡量金属钝化性能好坏的电化学参数是什么？ 何谓过钝化现象？过钝化对金属的腐蚀有何影响？ 4 金属自钝化必须满足的两个条件是什么？ 试用成相膜理论、吸附膜理论解释金属的钝化现象，并比较两种理论的不同之处。第六章局部腐蚀

点蚀产生的条件和诱发因素是什么？ 简要阐述点蚀机理及防止措施。

铁铬合金在质量分数为3.5%NaCl水溶液中遭受点蚀时，其蚀孔为什么会成为较深的坑？ 从电化学保护的观点论述铁基体上多层镍铬镀层体系的耐蚀性。什么是电偶腐蚀？用混合电势理论阐述其基本原理。铁板上装铜铆钉浸入海水，铁的腐蚀为何增加不多？ 白铁（铁上镀锌）制成的容器为什么不宜用来盛沸水？

何谓晶间腐蚀、石墨化腐蚀、选择性腐蚀？这些腐蚀各有何特点？ 哪些金属材料易产生选择性腐蚀？阐述黄铜脱锌的机理和防止办法。

根据贫Cr理论指出合金元素Cr、Ni、C、Ti、Nb等对奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀的作用及它们之间的相互关系。

暴露于海水的18-8不锈钢中的一个蚀坑以每年0.5cm的深度增长，这个速度相当于蚀坑底部流过多大的平均电流密度？

5个铁铆钉，每个的总暴露面积为3.2cm2，插入暴露面积为7430cm2的铜板中，此板浸入一充空气的搅拌着的电解液中。已知该溶液中未铆接时铁以0.165mm/a的速度腐蚀。试问铆接后铁铆钉的腐蚀速度为多大（以mm/a计）？

若同样尺寸的5个铜铆钉插入同样尺寸的铁板，问铁板的腐蚀速度多大？ 第七章应力作用下的腐蚀

比较应力腐蚀断裂、氢损伤和腐蚀疲劳在产生条件上各有何特点？ 应力腐蚀断裂有何特征？防止应力腐蚀断裂的主要措施有哪些？ 金属中的氢是怎么来的？在金属中以什么形式存在？ 何谓疲劳腐蚀，试述疲劳腐蚀机理 第八章金属在自然环境中的腐蚀与防护 为什么说大气腐蚀属于电化学腐蚀的范畴？

影响大气腐蚀的主要因素有哪些？SO2和固体尘粒为什么会加速大气腐蚀？ 在大气中长期暴露的钢材，其腐蚀速度逐渐变慢，请叙述其变慢的原因。海水腐蚀的主要特点是什么？与海水的组成和性质有何关系？ 阐述土壤腐蚀的特点及其电极过程控制因素。

土壤中细菌和杂散电流为什么会引起土壤中金属的腐蚀？如何控制这两种腐蚀？ 金属构件埋设在粘土处比埋设在沙土处的腐蚀速度为什么严重些？ 第九章高温腐蚀

如何判断高温下氧化膜的稳定性？

决定金属氧化膜的完整性的条件是什么？金属氧化膜的保护性取决于哪些重要因素？ 金属氧化膜生长的动力学有哪几种主要规律？每种氧化的控制过程是什么？

试用Wagner氧化膜生长模型推导金属高温氧化的抛物线动力学规律，并用导出结果对氧化过程进行分析，指出该理论的指导意义。提高合金抗氧化性能的途径有那些？

纯镍在1000℃氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数K=39×10-12cm2/s,如这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使悬挂在此气氛中0.1cm厚镍板全部氧化所需要多少年? 第十章金属材料的耐蚀性

1．利用合金化提高金属耐蚀性的途径有哪些？ 2．简述金属耐蚀合金化机理。

3．试比较铁在氧化性酸和非氧化性酸中的腐蚀规律。

4．耐候钢的主要合金成分是什么？其耐大气腐蚀的主要原因是什么？ 5．不锈钢的主要腐蚀类型有哪些？简述其腐蚀原理。

6．黄铜的主要腐蚀形态是什么？说明腐蚀原因、机理和预防方法。

第四篇：材料腐蚀与防护复习题

材料腐蚀与防护复习题

适用于材料成型与控制专业

一、名词解释

1、腐蚀:

材料与所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。

2、腐蚀原电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池；

特点：1.阳极反应都是金属的氧化反应，造成金属材料的破坏

2.反应最大限度的不可逆

3.阴、阳极短路，不对外做功

3.腐蚀电池的工作环节：1.阳极反应通式：Me→Men++ne

可溶性离子，如

Fe-2e＝Fe2+

；2.阴极反应通式：D+me＝[D.me]

2H++2e＝H2

析氢腐蚀或氢去极化腐蚀；3.电流回路

金属部分：电子由阳极流向阴极溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移

4.形成腐蚀电池的原因：金属方面：成分不均匀；表面状态不均匀；组织结构不均匀；应

力和形变不均匀；

“亚微观”不均匀；环境方面：金属离子浓度差异；氧浓度的差异；

温度差异

5.交换电流密度：当电极反应处于平衡时，电极反应的两个方向进行的速度相等，此时按两

个反应方向进行的阳极反应和阴极反应的电流密度绝对值叫做交换电流密度。

6.电动序：将各种金属的标准电位

E0的数值从小到大排列起来，就得到

“电动序”。

7.腐蚀电位：金属在给定腐蚀体系中的电极电位

。电偶序：在某给定环境中，以实测的金属和合金的自然腐蚀电位高低，依次排列的顺序

8.电化学腐蚀倾向的判断：自由焓准则

当△G<0，则腐蚀反应能自发进行。

|Δ

G|愈大则腐蚀倾向愈大。当△G=

0，腐蚀反应达到平衡。当△G>

0，腐蚀反应不能自发进行。

9.电极：金属浸于电解质溶液中所组成的系统。

10.电位:金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的绝对电极电位，简称电位，记为E。

11.电极电位：电极系统中金属与溶液之间的电位差称为该电极的电极电位。

11、平衡电位：当电极反应达到平衡时，电极系统的电位称为平衡电位，记为

Ee

意义：

当电极系统处于平衡电位时，电极反应的正逆方向速度相等，净反应速度为零。在两相ｃ、a

之间物质的迁移和电荷的迁移都是平衡的。

12.、非平衡电位：当电极反应不处于平衡状态，电极系统电位称为非平衡电位

13.标准电位：电极反应的各组分活度(或分压)都为

1，温度为

250

C

时，平衡电位

Ee

等

于

E0，E0

称为标准电位。

14.平衡电位的意义：平衡电位总是和电极反应联系在一起的。当电极系统处于平衡电位时

电极反应的正方向速度和逆方向速度相等，净反应速度为零。

在两相之间物质的过程和

电荷的迁移都是平衡的。

15.活化极化：

电子转移步骤的阻力所造成的极化叫做活化极化，或电化学极化；

浓度极化：

液相传质步骤的阻力所造成的极化叫做浓度极化，或浓差极化。电极反应是受电化学反应速度控制。

16.阳极极化(阴极极化)

答：当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象，称为阳极极化。（当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象，称为阴极极化）

17.极化：由于电极上有净电流通过，电极电位显著地偏离了未通过净电流时的起

始点位的变化现象。

去极化：消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程称为去极化作用，则能消除或减弱极化的现象称为去极化。

19.钝性:金属或合金在一定条件下有活化态转变为钝态的过程为钝化，金属或合金钝化后所具有的耐蚀性为钝性。

20．混合电位：指腐蚀过程可分为两个或两个以上的氧化反应和还原反应，且反应过程不会有净电荷的积累，也称为自腐蚀电位。

21.吸氧腐蚀：指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中发生电化学反应引起阳极金属或合金不断溶解的腐蚀现象。

析氢腐蚀

以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程，称为析氢腐蚀

22.材料失效的三种形式是：

断裂、磨损

和

磨蚀。

23.全面腐蚀

：是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的也可以是不均匀的。

17．局部腐蚀：指仅局限或集中在金属的某一特定部位的腐蚀，其腐蚀速度远大于其他部位的腐蚀速度。

24.应力腐蚀

：是指敏感材料在拉应力和特定介质的共同作用下引起的断裂。

25.晶间腐蚀

：是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。在金属（合金）表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。

26.腐蚀疲劳

：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。

点（孔）腐蚀：是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式。

27.缝隙腐蚀：由于缝隙的存在，使缝隙内溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难而引起缝隙内金属的腐蚀的现象。

28.选择性氧化：如果合金中B组元的浓度低于临界浓度，则最初在合金表面只形成AO，B组元从氧化膜/金属界面向合金内部扩散。但由于B组元与氧亲和力大，随着氧化的进行，当界面处B的浓度达到形成BO的临界浓度时，将发生B+AO---A+BO的反应，氧化产物将转变为BO。这种情形称为合金的选择性氧化。

29.选择腐蚀：是指多元合金中较活泼组分或负电性金属的优先溶解。

30.腐蚀疲劳:材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。

磨损腐蚀指在磨损和腐蚀的综合作用下材料发生的加速腐蚀破坏。有三种表现形式：

摩振腐蚀、湍流腐蚀

和

空泡腐蚀。

31.电化学保护：通过施加外电动势将被保护的金属的电位移向免蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。

32.阴极保护：将被保护的金属与外加直流电源的负极相连，在金属表面通入足够的阴极电流，使金属电位变负，阴极极化以降低或防止金属腐蚀的方法。

33.阳极保护：将被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连，在电解质溶液中使金属构件阳极极化至一定电位，使其建立并维持稳定的钝态，从而阳极溶解受到抑制，腐蚀速度显著降低，使设备得到保护。

34.外加电流阴极保护法：将被保护金属设备与直流电源的负极相连，使之成为阴

极，阳极为一个不溶性的辅助电极，利用外加阴极电流进行阴极极化，二者组成宏观电池实现阴极保护的方法。

13.牺牲阳极阴极保护法:

在被保护的金属上连接电位更负的金属或合金作为阳极，依靠它不断溶解所产生的阴极电流对金属进行阴极极化。

35．保护电位：在阳极极化曲线中，在极化电流上升时进行回扫，与正扫曲线相交，此点的电位称为保护电位。

二、判断题

1、阴极反应是电解质中的金属失去电子发生氧化反应程。(×)

2、只能导致金属材料腐蚀破坏而不能对外做有用功的短路原电池称为腐蚀电池。(√)

3、在电极系统中，溶液中金属离子浓度越高，电极的电极电位越负。(×)

4、电极反应达到平衡时所具有的电位，通常称为平衡电极电位。(√)

5、因外电流流入或流出，电极系统的电极电位随电流密度改变所发生的偏离平衡电极电位的现象称为电极极化现象。(√)

6、由于腐蚀介质中去极化剂的存在，使得单一金属不能够与腐蚀介质构成腐蚀电池。(×)

7、在对金属实施电化学保护时，为避免氢损伤，阴极保护电位不能高于析氢电位。(×)

8、非氧化性酸的腐蚀速度随氢氧根离子浓度的增加而上升。(×)

9、在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，阳极性覆盖层能够对基体金属起到阳极保护作用。(√)

10、在生产中的有色金属零件和黑色金属零件集中堆放。(×)

11.发生电化腐蚀时都有能量的转变，且被腐蚀的金属总是失电子。(×)

12.非平衡电极电位的物质交换和电荷交换均不平衡。(×)

13.在充氧的H2SO4

中Cu

片首先发生吸氧腐蚀，然后发生析氢腐蚀。(×)

14.对氢脆敏感的材料不能采取阴极保护。(√)

三、填空题

1.材料腐蚀是指材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。

2.金属的电化学腐蚀的发生条件是金属或合金的化学成分不均一，含有各种杂质和合金元.存在，组织结构不均一，物理状态不均一，表面氧化（保护）膜不完整。

3.根据腐蚀倾向的热力学判据，金属发生腐蚀的电化学判据为（(△G)T,P＜0）。

4．Pb在酸性含氧的水溶液中会发生

吸氧

腐蚀。

5．氧去极化腐蚀速度主要取决于（溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面的放电速度）。

6．在氧去极化的电化学反应中，对于敞开体系，当温度升高时，腐蚀速度（降低）。

7.发生析氢腐蚀的条件介质中必须有

H

+

存在和腐蚀电池的阳极金属电位必须低于氢的平衡电极电位。

8．点蚀通常发生在（有钝化膜）金属表面上，并且介质条件为（含有Cl-离子）。

9．缝隙腐蚀发生应满足的条件为：（氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用）。

10、一般涂层的结构包括

底漆、中间层、面

漆。

11、发生吸氧腐蚀时，在碱性介质中阴极反应式

（O2

+

2H2O

+

4e

=

4OH-），在酸性介质中

阴极反应式（O2

+

4H+

+

4e

=

2H2O）

12、析氢腐蚀体系主要受

活化

极化控制，而吸氧腐蚀体系主要受

浓差

极化控制。

13、在阴极保护中,判断金属是否达到完全保护,通常用

最小保护电位、最小保

护电流密度

判断。

14、发生析氢腐蚀的条件

介质中必须有

H

+

存在和腐蚀电池的阳极金属电位必须低于氢的平衡电极电位。

15．按缓蚀剂的作用机理，可将缓蚀剂分为：阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂，其中阳极型缓蚀剂用量不足易造成孔蚀。

16．在电化学保护法中，如控制不当，外加电流阴极保护法易造成杂散电流腐蚀，阳极保护法易加剧金属的腐蚀。

17.金属发生化学腐蚀和电化学腐蚀的倾向均可用自由能进行判断。

18.阳极保护基本原理是将金属进入阳极极化，使其进入钝化区而得到保护。

19.材料的防护常从以下五方面进行:(1)正确选材;(2)合理的结构设计;(3)

覆盖层保护;(4)电化学保护;(5)缓蚀剂保护。

20.合金中的杂质、碳化物等第二相一般是作为阴极，使合金的腐蚀速度

加

快。

21.由于生成了H2CO3，使CO2

对金属构件有极强的腐蚀性。

22.在电化学腐蚀中，腐蚀速度可以用

电流密度i

表征。

23.就腐蚀的危害性而言，局部腐蚀和全面腐蚀，局部腐蚀的危害更大。

24．在氧去极化的电化学反应中，对于敞开体系，当温度升高时，腐蚀速度降低。

25.发生析氢腐蚀的条件

介质中必须有

H

+

存在和腐蚀电池的阳极金属电位必须(低

于)氢的平衡电极电位。

1、金属的腐蚀过程，其实质就是金属单质被（氧化）形成化合物的过程。

2、金属材料的化学腐蚀是指金属表面与（环境）介质直接发生纯化学作用而引起的破坏。

3、借助于氧化还原反应将化学能直接转变为（电能）的装置叫做原电池。

4、当电极系统处于平衡电位时，电极反应的正方向速度和逆方向速度（相等）。

5、当金属与介质或不同金属相接触时，（电化学腐蚀）时才发生腐蚀。

6、电极的任何去极化过程，都将导致金属腐蚀速度的（加快）。

7、两种或两种以上的异种金属或合金、甚至同一金属的不同部位，在腐蚀介质中相互接触时，都将因（腐蚀）电位的不同而发生电偶腐蚀现象。

8、金属电化学腐蚀导致氢损伤的主要原因是因为（析氢）反应。

9、金属在盐酸中的腐蚀速度随盐酸浓度的（升高）而上升。

10、静止淡水中金属腐蚀的过程主要受（氧）的扩散步骤所控制。

11、按潮湿程度，大气腐蚀可分为（干大气腐蚀）（潮大气腐蚀）（湿大气腐蚀）。

12、涂料的组成分为三部分：（主要成膜物质）（次要成膜物质）（辅助成膜物质）。

13、阴极保护分为（牺牲阳极保护）和（外加电流阴极保护）两种。

14、能阻止或减缓金属腐蚀的物质就是（缓蚀剂）

15、金属腐蚀的本质是金属由能量高的（单质状态）向能量低的化合物状态转变的过程。

16、按腐蚀反应的机理分，腐蚀分为（化学腐蚀）和（电化学腐蚀）。按腐蚀形态分，腐蚀分为（全面腐蚀）和（局部腐蚀）。

17、根据控制步骤的不同，可将极化分为两类，（电化学极化）和（浓差极化）。

18、混合电位理论：当一个电绝缘的金属试件腐蚀时，（总氧化速度）与（总还原速度）相等。

19、腐蚀定义中所指的（材料）是内因，（环境）是外因。

20、常见的局部腐蚀有（电偶腐蚀）（点蚀）（缝隙腐蚀）（晶间腐蚀）及（应力腐蚀破裂）等。

21、由闭塞电池引起的孔内酸化作用从而加速腐蚀的作用，称为（自催化酸化作用）。

22、缝宽在（0.025~0.1）mm之间的微小缝隙才能发生缝隙腐蚀。

23、对于缝隙腐蚀，（氧浓差电池）的形成，对腐蚀开始起促进作用，而（自催化酸化作用）是造成腐蚀加速的根本原因。

24、缝隙腐蚀的起因是（氧浓差电池）的作用，（闭塞电池的酸化自催化作用）是造成缝隙腐蚀加速进行的根本原因。

25、金属发生高温氧化时，氧化膜具有保护性的必要条件是

PBR>1。

发生应力腐蚀的3个基本条件是(敏感的金属材料)、(特定的腐蚀介质)、(足够大的拉伸应力)，应力腐蚀断裂分3个阶段，依次为(孕育期)、(裂纹扩展期)(快速断裂期)。

二、选择题

1.下列哪种说法是错误的？（B）

A、化学腐蚀是金属与环境介质直接发生化学反应而产生的损伤。

B、化学腐蚀过程中有电流产生。

C、高温会加速化学腐蚀。

D、如果腐蚀产物很致密的话，能形成保护膜，减慢腐蚀速度，甚至使腐蚀停止下来。

2.电化学腐蚀中（B）

A．电位高的金属容易被腐蚀。

B.电位低的金属容易被腐蚀。

C．两种金属同时发生化学反应。

D.无论是否有电解质溶液存在，只要有电位差就会发生腐蚀。

3.下列哪种说法正确？（D）

A、化学腐蚀发生在有电位差的两种金属接触面处。

B、对于化学腐蚀来说，电位低的金属容易被腐蚀。

C、温度对化学腐蚀没有影响。

D、化学腐蚀是金属与环境介质直接发生化学反应而产生的损伤

4.构件外观可能没有明显变化的腐蚀是什么腐蚀？

（D）

A.表面腐蚀。

B.丝状腐蚀。

C.磨损腐蚀。

D.晶间腐蚀。

5.根据腐蚀的过程将腐蚀分为（B)

A.全面腐蚀和局部腐蚀

B.化学和电化学腐蚀

C.大气腐蚀和海水腐蚀D.应力腐蚀和微生物腐蚀

6.晶体中的空位属于（C）。

A、线缺陷

B、面缺陷

C、点缺陷

D、体缺陷

7.点腐蚀是金属表面（A）由于微电池作用而发生的腐蚀。

A.某个局部B.基体大部

C

.基体全部

金属在腐蚀介质中同时受（B）作用而发生的腐蚀，叫疲劳腐蚀。

A.热应力

B.交变应力

C

.残余应力

8.金属电偶腐蚀（D）

A．与两种相互接触金属之间的电位差无关。

B.与是否存在腐蚀介质无关。

C．发生在电极电位相同的两种金属之间。

D.取决于两种相接触金属之间的电位差

9.应力腐蚀是（B）

A、发生在受拉应力的纯金属中的一种腐蚀开裂。

B、发生在受恒定拉应力作用的合金构件中的一种腐蚀开裂。

C、发生在受压应力的纯金属中的一种腐蚀开裂。

D、发生在受压应力作用的合金构件中的一种腐蚀开裂。

10.应力腐蚀的三要素是（D）

A、纯金属、拉应力和腐蚀介质环境。

B、纯金属、剪应力和腐蚀介质环境。

C、拉应力和剪应力，腐蚀介质。

D、合金，恒定拉应力，腐蚀介质

11.铝合金的丝状腐蚀（D）

A、是金属表面发生的均匀腐蚀。

B、是由于金属暴露在氧中而发生的腐蚀。

C、是由于热处理不当而发生的腐蚀。

D、其特征是漆层下面有隆起。

12.不能用来解释不锈钢点蚀机理的是：（A）

A．

能斯特公式

B自催化酸化作用C．闭塞电池

D．“环状”阳极极化曲线

13.、腐蚀疲劳发生的条件是（C）

A特定材料和敏感介质

B静应力和腐蚀介质

C交变应力和腐蚀介质

D特定材料和静应力

14.下列材料在相同条件下较易腐蚀的是（B）

A金属材料表面均匀

B金属材料表面粗糙

C金属材料电位较正

D金属材料表面光滑

15．能够用来判断金属电化学腐蚀速度大小的是

D

A．电极电位

B．能斯特公式

C．电位－pH图

D．腐蚀极化图

16．中性盐水的阴极极化曲线

D

A.只反映氢去极化行为

B.只反映氧去极化行为

C.先反映氢去极化行为后反映氢和氧共同去极化行为

D.先反映氧去极化行为后反映氧和氢共同去极化行为

17．为了控制奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，以下方法无效的是：C

A．重新固溶处理

B．稳定化处理

C．降低含碳量

D．低温回火处理

18．钢铁设备在封闭系统的水中发生耗氧腐蚀时，腐蚀速度随着温度的升高而：C

A．增大

B．减小

C．先增大后减小

D．不变

19．下列金属中最不易发生钝化的是：B

A．铬

B．铜

C．钛

D．钼

20．牺牲阳极保护法的依据是：D

A.钝化机理

B.成膜理论

C.线性极化理论

D.电偶腐蚀原理

21．下列体系中，不属于应力腐蚀的体系是：C

A．低碳钢在热浓氢氧化钠溶液中

B．黄铜在氨水溶液中

C．低碳钢在海水中

D．不锈钢在热的氯离子溶液中

22．不能用来解释不锈钢点蚀机理的是：A

A．能斯特公式

B．自催化酸化作用

C．闭塞电池

D．“环状”阳极极化曲线

23．下列物质中不能作为腐蚀过程去极化剂的是：A

A．H2

B．O2

C．Cu2+

D．Cl2

24．进行阴极保护时：B

A．被保护设备是阳极

B．辅助电极是阳极

C．设备的极化电位比自腐蚀电位正

D．辅助电极不受腐蚀

25.下面那个图与原电池的极化曲线图最接近：B

26.、下列防腐措施中，属于电化学保护法的是（C）

A、用氧化剂使金属表面生成一层致密稳定的氧化物保护膜

B、在金属中加入一些铬或镍支撑金属或合金

C、在轮船的船壳水线以下部分装上一锌锭

D、金属表面喷漆

27.有关氯离子腐蚀，下列说法错误的是：C

A、氯离子容易穿透金属表面氧化层进入金属内部，破坏金属的钝态。

B、氯离子容易被吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属受到破坏。

C、大多数金属，在含氯离子的溶液中是通过氢去极化而腐蚀的，所以在氯离子浓度高的时候，容易产生腐蚀。

D、氯离子的电负性质高，离子半径相对较小，使得其对金属的腐蚀很容易发生。

四、简答题

1、化学腐蚀和电化学腐蚀的主要差别是什么

答:化学腐蚀和电化学腐蚀的主要差别在于:化学腐蚀是金属直接与周围介质发生纯化

学作用而引起的腐蚀,腐蚀中没有自由电子的传递;电化学腐蚀是指金属在电解质溶液

中由于原电池的作用而引起的腐蚀,腐蚀中有自由电子的传递。

2、金属点蚀一般在什么条件下发生?以铝材在充气的NaCl溶液中孔蚀为例简述小孔腐蚀的机理。

答:金属点蚀发生条件有:(1)表面容易产生钝化膜的金属材料;(2)有特殊介质离子存在;(3)电位大于点蚀电位。

点蚀的发展机理目前主要用蚀孔内自催化机制作用(闭塞腐蚀电池理论)。铝材易于钝化，在充气的NaCl

溶液中，易于形成蚀孔，于是蚀孔内外构成膜-孔电池，孔内金属处于活化状态(电位较负)，蚀孔外的金属表面处于钝态(电位较正)。

孔内阳极反应:

Al→Al

3+

+3e

孔外

阴极反应:

1/2O2+H2O+2e→2OH

孔口

PH

数值增高，产生二次反应:

Al

3+

+2OH

→Al(OH)3



Al(OH)3



沉积在孔口形成多孔的蘑菇状壳层，使得孔内外物质交换困难，孔内介

质相对孔外介质呈滞流状态。孔内O2

浓度继续下降，孔外富氧，形成氧浓差电池。其作

用加快孔内不断离子化，孔内Al

3+

浓度不断增加，为保持中性，孔外Cl

向孔内迁移，与孔内

Al

3+

形成AlCl3，AlCl3

浓缩、水解等使得孔内

PH

数值下降，PH

可以达到

2~3，点

蚀以自催化过程不断发展下去。

孔底

由于孔内的酸化、H

+

去极化的发生以及孔外氧去极化综合作用，加速孔底金属溶解速度，从而使蚀孔不断向纵深迅速发展。

3、简述金属在极化过程中腐蚀速度减慢的主要原因是什么

答:金属在极化过程中腐蚀速度减慢的原因主要有以下三方面:(1)活化极化。由于电

极反应速度缓慢引起极化,从而造成金属腐蚀速度减慢。(2)浓差极化。电极反应过程

中,由于电化学反应进行得很快,而电解质中物质传输过程很缓慢,导致反应物扩散迁

移速度不能满足电极反应速度的需要,而引起极化,从而造成金属腐蚀速度减慢;生成物从电极表面向溶液深处扩散过程的滞后,使反应物或生成物在电极表面的浓度和溶液

中的浓度出现差异,形成浓度差,而引起极化,从而造成金属腐蚀速度减慢。(3)电阻极化。在电极表面生成钝化膜,从而产生极化,造成金属腐蚀速度减慢。

4.简述钝化产生的原因及钝化的意义。

化学因素：由强氧化剂引起的；电化学因素:外加电流的阳极极化产生的钝化。

意义：提高金属材料的钝化性能；促使金属材料在使用环境中钝化，是腐蚀控制的最有效途径之一。

5.简述晶间腐蚀产生的条件、机理、影响因素及其防止晶间腐蚀的措施。

产生的条件:

组织因素--晶界与晶内的物理化学状态及化学成分不同，导致其电化学性质不均匀;环境因素--腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。

机理:

贫化理论和晶间杂质偏聚理论。贫化理论：在某些条件作用下，铬沿晶界扩散速度要比晶粒内扩散慢，补充不上，在晶界上出现贫铬区，当处于适宜的介质条件下时，就会形成腐蚀原电池，Cr23C6及晶粒为阴极，贫铬区为阳极而遭受腐蚀。杂质偏聚或第二相析出理论：这种晶间腐蚀与σ

相在晶界析出有关。在过钝化电位下，发生的σ相选择溶解。

影响因素：1）加热温度与时间，钢的最短加热时间和晶间腐蚀敏感性大小都与它的成分有关。2）合金成分：碳：奥氏体不锈钢中碳量愈高，晶间腐蚀倾向愈严重；铬：能提高不锈钢耐晶间腐蚀的稳定性。镍：增加不锈钢晶间腐蚀敏感性。钛、铌：高温能形成稳定的碳化物。

防止晶间腐蚀措施。

①变介质的腐蚀性；

②采用适当的工艺措施以尽量避免金属或合金在不适宜的温度受热，③采用低碳和高纯的不锈钢或合金，把碳、氮等含量降到合理水平；

④在不锈钢中添加钛、铌等强碳化物形成元素，形成碳化钛和碳化铌，以减少晶界贫铬现象。

6.以不锈钢在充气的溶液中孔蚀为例，简述小孔腐蚀的机理。

蚀孔内的自催化酸化机制，即闭塞电池作用。蚀孔一旦形成，孔内金属处于活化状态（电位较负），蚀孔外的金属表面仍处于钝态（电位较正），蚀孔内外构成了膜

孔电池。孔内阳极反应：

孔外阴极反应：

孔口PH值增高，产生二次反应：

Fe（OH）3沉积在孔口形成多孔的蘑菇状壳层。使孔内外物质交换困难。孔内O2浓度继续下降，孔外富氧，形成氧浓差电池。其作用加速了孔内不断离子化，孔内Fe2+浓度不断增加，为保持电中性，孔外Cl-向孔内迁移，并与孔内形成FeCL2。孔内氯化物浓缩、水解等使PH值下降，点蚀以自催化过程不断发展下去。孔底，由于孔内的酸化，H+去极化的发生及孔外氧去极化的综合作用，加速了孔底金属的溶解速度。

7.简述应力腐蚀产生的条件、机理、影响因素及其防止应力腐蚀的措施。

产生的条件:

1.敏感材料:合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。

2.特定的腐蚀介质:发生应力腐蚀断裂与其所处的特定的腐蚀介质有关.3.拉伸应力:增加拉伸应力会降低疲劳寿命，增加拉伸应力会降低疲劳寿命，而增加压缩应力则可提高疲劳强度。

机理:

闭塞电池理论:

认为在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行，在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的蚀孔扩展为裂纹，产生SCC

。这种闭塞电池作用与前面的孔蚀相似，也是一个自催化的腐蚀过程，在拉应力作用下使裂纹不断扩展，直至断裂。膜破裂理论:

认为金属表面是由钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性离子Cl-的作用下易引起钝化膜破裂，露出活性的金属表面。介质沿着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。

影响因素:应力、环境、冶金因素。

防止应力腐蚀的措施:

a.合理选择材料;

b.减少或消除残余拉应力;

c.改善介质条件;

d.电化学保护;

e.涂层保护

8.简述腐蚀电池的三个工作环节。

（1）阳极反应：通式：Me→Men++ne

（2）阴极反应：通式：D+me＝[D.me]

析氢反应：2H++2e＝H2

吸氧反应：O2+4H++4e＝2H2O

（酸性溶液中）；

O2+2H2O+4e＝4OH-（中性或碱性溶液中）

（3）电流回路

金属部分：电子由阳极流向阴极

溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移

9.金属氧化膜具有良好保护性需要满足哪些基本条件？

1)PBR大于1；2）膜要致密、连续、无空洞、晶体缺陷少；3）稳定性好、蒸汽压低、熔点高；4）膜与基体的附着力强，不易脱落；5）生长内应力小；6）与基体具有相近的热膨胀系数；7）膜的自愈能力强。

10.绘出Fe—H2O的E—pH图，指出保护区、腐蚀区、钝化区和过钝化区。并举例说明该图的应用。

答案：

金属的E—pH图的应用

预计一定条件下的金属腐蚀行为

反应金属自发腐蚀热力学倾向

指明金属实施保护的可能性与方向

总结E—pH图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。

常见金属在中性介质中都比较稳定。

应用举例：如图，当环境条件在圆点处时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。

11.理论电位—pH图的局限性？

答案：一些局限性：

1．由于金属的理论电位—pH图是一种以热力学为基础的电化学平衡图，因此它只能预示金属腐蚀倾向的大小，而不能预测腐蚀速度的大小。

2．图中的各条平衡线，是以金属与其离子之间或溶液中的离子与含有该离子的腐蚀产物之间建立的平衡为条件的，但在实际腐蚀情况下，可能偏离这个平衡条件。

3．电位—pH图只考虑了OH-这种阴离子对平衡的影响。但在实际腐蚀环境中，往往存在Cl-、SO42-、P032-等阴离子，它们可能因发生一些附加反应而使问题复杂化。

4．理论电位—pH图中的钝化区并不能反映出各种金属氧化物、氢氧化物等究竟具有多大的保护性能。

5．绘制理论电位—pH图时，往往把金属表面附近液层的成分和PH大小等同于整体的数值。实际腐蚀体系中，金属表面附近和局部区域内的pH值与整体溶液的pH值其数值往往并不相同。

因此，应用电位—pH图时，必须针对具体情况，进行具体分析，过分夸大或贬低电位—pH图的作用都是不对的。

12.何谓腐蚀极化图?说明其应用。

答案：一腐蚀电池，开路时，测得阴、阳极的电位分别为E0,C和E0,A。然后用可变电阻把二电极连接起来，依次使电阻R值由大变小，电流则由零逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电位，绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图，就是腐蚀极化图。因此，腐蚀极化图是一种电位—电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。

腐蚀极化图的应用

（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素

(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C-

EO,A)，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）

(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）

(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）

(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。

（2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。

13.钝化过程可划为四个阶段

活化溶解区：随电位升高值E1,电流密度由I1逐渐增加至I2,电位达到E2就不再增加。称E1为初始电位，称I1为初始电流密度，E2为致钝电位，I2为致钝电流密度。

人们称E1—E2区为活化溶解区。

活化—钝化过渡区：电位到达E2之后阻隔阳极过程的氧化膜不但生成和溶解，随着电位的升高，氧化膜越来越完整。这段电流测得的是上下抖动的虚线。但电位到达E3时，电流密度稳定一较小值I3

。人们称E3对应的电流密度I3为维钝电流密度，称E2—E3区为活化—钝化过渡区。

钝化区：电位到达E3后，随电位升至E4时，电流密度始终维持在I3。

在E3—E4电位区间内，当电流密度小于I3时，金属就会再度腐蚀。这对阳极实施电化学保护有重要意义。人们称E3—E4电位区间为钝化区。

过钝化区：当电位到达E4后继续升高，形成的氧化膜物质可能被氧化成更高价阳离子或变成可溶性阴离子或升华，或再更高的为电场作用下，氧化膜的半导体性质已不能够保护金属的进一步氧化。从而使腐蚀再度开始并加剧。人们称大于E4电位为过钝化区。

结论：由金属钝化过程㏒I—E曲线可知，具有意义的是钝化区。这一区域可使金属处于保护。要达到这一区域，金属充当阳极时的外电位与电流密度必须控制到这一区域。若不是外加电压和电流，金属与钝化剂及环境要有较好的对应和选择。

显然，钝化区的E3越低，E4越高，其钝化能力越强。越易实现阳极保护。

14.金属钝化的解释有几种理论？

（1）成相膜理论

这种理论认为，当金属阳极溶解时，可以在金属表面生成一层致密的、覆盖得很好的固体产物薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层，把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，导致金属溶解速度大大降低，使金属转入钝态。

（2）吸附理论

吸附理论认为，金属钝化是由于表面生成氧或合氧粒子的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构，并使阳极反应的活化能显著提高的缘故。即由于这些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降低了，因而发生了钝化。

15、根据极化图说明外加电流阴极保护原理，并说明阴极保护的主要参数，应如何选择这些参数。

原理：由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。

保护参数

保护电位Epr：阴极保护中所取的极化电位。要使金属的腐蚀速度降低到零，取阳极反应平衡电位作为保护电位（Epr=

Eea）。

(最小)保护电流密度ipr：与保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密度。保护电位是基本的控制指标。

确定保护电位时应考虑两个方面的因素：第一，Epr值（越负越好）；第二，析氢反应的影响。

16.说出几种恒温氧化的动力学规律，并说明其意义。

直线规律：y=kt+c,y—氧化膜厚度，t—时间，k—氧化线性速度常数。意义：表面氧化膜多孔，不完整，不具有保护性，对金属进一步氧化没有抑制作用。

抛物线规律：y2=kt+c，表明氧化膜具有保护性，氧化受离子通过扩散通过表面氧化膜速度控制。

立方规律：y3=3kt+c,扩散阻滞作用比膜增厚所产生的阻滞更为严重。

对数与反对数规律：y=klg(t+t0)+A,说明氧化过程扩散阻滞作用远比抛物线规律大。

17.腐蚀极化图不能由实验直接测定，试画图说明使用Tafel极化曲线反推法如何得到腐蚀极化图。

测得Tafel曲线后，将两条曲线做切线，切线交点为S，过S做平行线，得Ecorr。

将S与两平衡电位，EO,A，EO,C连接起来就得到腐蚀极化图。

18.影响氢去极化腐蚀的主要因素

.金属材料的性状：金属材料的本质、表面状态及金属阴极相杂质都会影响到金属的氢去极化腐蚀。材料与表面状态不同其氢过电位值不同，氢过电位值愈大，氢去极化腐蚀速度愈小，反之亦然。若杂质相的氢过电位很小，就会加速金属的腐蚀。

.pH值减小，氢离子浓度增大，氢电极电位变得更正，加速金属的腐蚀.阴极区的面积增加，氢过电位减小，阴极极化率降低，析氢反应加快，从而导致腐蚀速度增大。

.温度升高也使氢过电位减小，而且温度升高，阳极反应和阴极反应都将加快，所以腐蚀速度随温度的升高而增大。

19.影响氧去极化腐蚀的主要因素：

阳极材料电极电位降低则氧去极化腐蚀的速度增大。溶解氧浓度增大，氧去极化腐蚀速度随之增大。但当溶解氧浓度提高到使腐蚀电流密度达到该金属的临界钝化电流密度时，金属将由活化溶解态向钝化态转化，其腐蚀速度就会显著降低。.溶液流速越大，腐蚀速度也就越大。但当流速增大到氧的还原反应不再受浓差极化控制时，腐蚀速度便与流速无关。对于可钝化金属，金属便转入钝态。.盐浓度的增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所提高。但当盐浓度高到一定程度后，腐蚀速度反而会随盐浓度的提高而减慢。.温度升高氧的扩散和电极反应速度加快，因此在一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。但温度升高又会降低氧的溶解度（敞口系统），使金属的腐蚀速度减小。

20.影响腐蚀的材料因素、环境因素及结构因素各有哪些？

答：影响腐蚀的材料因数（内因）有：、金属的种类，、合金元素与杂质，、表面状态，、内应力，、热处理，、电偶效应；环境因素（外因）：、去极剂种类与浓度，、溶液PH值，、温度，、流速，、溶解盐与阴、阳离子；设备结构因素：、应力，、表面状态与几何形状，、异种金属组合，、结构设计不合理等。

21.金属构件发生电化学腐蚀时，对于大阴极-小阳极和小阴极-大阳极的结构，哪种的腐蚀危害性大？为什么？

答：大阴极-小阳极的电化学腐蚀的危害性大。因为阴、阳极面积比增大与阳极的腐蚀速度成直线函数的关系，增加比较迅速。即阴极的面积增大，阳极的腐蚀速度加快。

22.应力腐蚀发生必须满足的条件是什么？

答：应力腐蚀必须是在拉应力和特定介质的联合作用下发生，构成一定材料发生应力腐蚀的条件是：拉应力和特定介质。

23.何谓腐蚀疲劳?

与纯机械疲劳和应力腐蚀断裂相比有何特点?

答：腐蚀疲劳：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂

腐蚀疲劳的特点：①腐蚀疲劳的S—N曲线与纯力学疲劳的S—N曲线形状不同，腐蚀疲劳不存在疲劳极限。

②腐蚀疲劳与应力腐蚀不同，只要存在腐蚀介质，纯金属也能发生腐蚀疲劳。

③腐蚀疲劳强度与抗拉强度间没有一定的联系。

④腐蚀疲劳裂纹多起源于表而腐蚀坑或表面缺陷．往往成群出现，裂纹主要是穿晶型，并随腐蚀发展裂纹变宽。

⑤腐蚀疲劳断口即有腐蚀的特征又有疲劳的特征(疲劳辉纹)、而纯力学疲劳断口有两种情况：对于塑性材料断口为纤维状，呈暗灰色；脆性材料断口呈现出一些结晶形状。

24.写出吸氧腐蚀在不同pH条件下的反应方程式，论述氧的阴极还原过程，讨论可能的控制步骤并说明原因。

在中性或酸性条件下：O2+4H++4e→2H2O

在碱性条件下：

O2+2H2O+4e→4OH-

氧的阴极还原过程

：

(1)氧由空气/溶液界面溶解进入溶液；

(2)氧在扩散和对流的作用下进入阴极附近；

(3)氧在扩散作用下进入双电层，吸附在电极表面；

(4)氧在阴极上得到电子，发生吸氧腐蚀。

控制步骤：

(1)

为控制步骤，因为氧不足以消耗阴极上的电子，使腐蚀减慢。

(2)

为控制步骤。

25.论述点蚀的机理，并阐述点蚀与缝隙腐蚀的区别。

点蚀是闭塞性腐蚀，在金属面上首先有金属的溶解，形成蚀坑，在蚀坑内氧浓度比外界低，形成浓差腐蚀。使腐蚀进一步加速蚀孔生长。由于金属的腐蚀而产生金属离子的浓度升高，吸引负离子和水解产生H+形成HCl等继续维持了点蚀（5）。

点蚀先前没有蚀孔，形成之后继续腐蚀，在回扫形成的包络曲线所环绕的面积上，点蚀只继续生长，不会有新的点蚀生成。

缝隙腐蚀是在腐蚀前就已经有了缝隙，在腐蚀介质中继续沿缝隙进行腐蚀，在回扫形成包络曲线所环绕的范围内，缝隙腐蚀不但继续生长还有新的腐蚀生长。

26.试画出氧去极化过程的阴极极化曲线并解释图中各拐点的意义。

作图

当阴极电流密度较小且供氧充分时，相当于极化曲线的Ep段，这时过电位与电流密度的对数呈直线关系，阴极过程的速度取决于氧的离子化反应。

当阴极电流密度增大时，相当于图中的pfs段，由于氧的扩散速度有限，供氧受阻，出现了明显的浓差极化。阴极过程受氧的离子化反应和扩散共同控制。

当ic大约等于id时，氢的去极化过程就开始与氧的去极化过程同时进行，得到总的阴极去极化曲线。

27.何为缓蚀剂？缓蚀剂的分类？简要介绍不同缓蚀剂的作用机理。

答案：缓蚀剂是一种当它以适当的浓度或形式存在于介质中时，可以防止和减缓腐蚀的化学物质或复合物质。

缓蚀剂的分类：

(1)按化学结构分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。

(2)按使用介质的pH值分为酸性介质(pH

≤1～4)缓蚀剂、中性介质(pH＝

5～9)缓蚀剂和碱性介质(pH

≥

10～12)缓蚀剂。

(3)按介质性质分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂。

作用机理：

(一)缓蚀剂的吸附理论

吸附理论认为，许多有机缓蚀剂属于表面活性物质，这些有机物分子由亲水疏油的极性基和亲油疏水的非极性基组成；当它们加入到介质中后，缓蚀剂的极性基定向吸附排列在金属表面，从表面上排除了水分子和氢离子等致腐粒子，使之难于接近金属表面，从而起到缓蚀作用。如各种胺类化合物。

(二)缓蚀剂的成膜理论

．

成膜理论认为，缓蚀剂能与金属或腐蚀介质的离子发生反应，结果在金属表面上生成不溶或难溶的具有保护作用的各种膜层，膜阻碍了腐蚀过程，起到缓蚀作用。

(1)这类缓蚀剂中有一大部分是氧化剂，如铬酸盐、重铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等，它们使金属表面生成是有保护作用的氧化膜或钝化膜。这类缓蚀剂相当于钝化剂的作用。

(2)有一些非氧化性的有机缓蚀剂，如硫醇与铁在酸性介质中、喹啉与铁在盐酸中，能够生成难溶的化合物膜层，叫做沉淀膜。沉淀膜起到类似于氧化膜的作用，达到缓蚀效果。

(三)电极过程抑制理论

这种理论认为，缓蚀剂的作用是由于缓蚀剂的加入抑制了金属在腐蚀介质中的电化学过程，减缓了电化学腐蚀速度。由图3—3可以看出，缓蚀剂的存在可能分别增大阴极极化或阳极极化，也可能同时增大阴极极化和阳极极化，根据缓蚀剂对电化学过程阻滞的类型，将缓蚀剂分为以下三种。

1．阳极抑制型缓蚀剂

2．阴极抑制型缓蚀剂

3．混合抑制型缓蚀剂

五、综合题

1、下图是典型的阳极极化曲线，请指出:(金属用Me

表示)

(1)ER、b

E、p

E、op

E、b

I、p

I

和B

点、D

点、E

点、F

点的意义。

(2)A-B

区、B-C

区、C-D

区、D-E

区、E-F

区、F-G

区的名称和A-B

区、B-C

区、C-D

区、D-E

区可能发生的阳极反应式。

(3)利用该图说明外加电流法阳极保护的基本原理，并说明阳极保护的主要参数，应如何选择这些参数。

答:(1)ER--自腐蚀电位

b

E

--临界钝化电位(致钝电位)

I

b

I

p

阳

极

电

流

密

度

i

阳极电位E

p

E

--钝态电位(维钝电位)

op

E

--过钝化电位

b

I

--临界钝态电流密度(致钝电流密度)

p

I

--钝态电流密度(维钝电流密度)

B--金属钝化的开始点

D--金属过钝化的开始点

E--金属二次钝化的开始点

F--金属二次过钝化的开始点

(2)A-B

区:活性溶解区:Me→Me

n+

++ne

B-C

区:活化-钝化过渡区:3Me+4H2O→Me3O4+8H

+

+8e

C-D

区:钝化区或稳定钝化区:2Me+3H2O→Me2O3+6H

+

+6e

D-E

区:过钝化区:Me3O4+4H2O

→Me2O7

+8H

+

+8e

可能还发生:4OH

→O2+2H2O+4e

E-F

区:二次钝化区

F-G

区:二次过钝化区

(3)外加电流法阳极保护的基本原理是将Me

进行阳极极化，使其进入钝态区而得到保

护。阳极保护的主要参数:临界电流密度

b

I、钝化区电位范围（p

E

~

op

E)、维钝电流

密度

p

I

。选择这些参数时

b

I

应越小越好，便于

Me

易于进入钝态区，且降低设备的投资

费用;（p

E

~

op

E)越宽越好，便于

Me

维持在钝态区，否则

Me

很容易从钝化区进入活

化区或过钝化区，不但起不到保护作用，相反，在通电情况下，只会加速Me的腐蚀;

p

I

应越小越好，便于Me

维持在钝态，且耗电量小。

2、Fe在25℃，3%NaCL中腐蚀时，欧姆电阻不计。其腐蚀电位Ecorr=-0.54V(SCE)。试计算此腐蚀体系中阴极、阳极控制程度。已知Fe(OH)2的金属在与空气接触溶度积Ksp=1.65x10-15，饱和甘汞电极（SCE）电位为0.244V，氧还原标准电位为0.401V，Fe溶为Fe2+的标准电位为-0.44V。

Fe-2e→Fe2+

Fe2++2OH—=Fe(OH)2

解答：因为

[OH-]=10-7

所以

O2+2H2O+4e=4OH—

阳极占：

阴极占：

所以腐蚀属于阴极控制。

3、试说明Zn在CuSO4溶液中能否腐蚀？

解答：设Zn在CuSO4溶液中能被腐蚀，产生两个电化学反应。两个反应的标准电极电位为：阳极反应：Zn→Zn2++2e

阳极反应Cu

2++2e→Cu

=-2×96484×【0.337-（-0.763）】=-2122645J<0

Zn在CuSO4溶液中有腐蚀倾向。

4、金属在与空气接触的中性介质中，依靠氧还原（去极化）反应进行腐蚀。试确定金属可能发生腐蚀的可逆电位。（介质温度为250C,空气中氧分压p=21278.25Pa）。

解答：计算氧在阴极过程的氧电极电位。

中性介质阴极反应O2

+

2H2O

+

4e→4OH-

由能斯特方程式O(氧化态)+ne→R(还原态)

只有在中性溶液中的可逆电位比0.805V小的金属，才有可能在250C的中性溶液中依靠氧的去极化作用维持电化学腐蚀过程。

5、由Butler-Volmer方程

正向阴极反应电流密度

逆向阳极反应电流密度

推导Tafel公式和线性极化方程。

解:

强极化时的近似公式

(当h

200mV):

当强阳极极化时（ha很大),ia=

io

exp

(bnFha

/RT)

当强阴极极化时（hc很大),ic=

-io

exp

(anF

hc

/RT)

上式取对数整理，获Tafel关系

—过电位与极化电流的关系：

h

=

a

+

b

lg

i

其中

a

=

-2.3RT

lg

io

/

anF,b

=

2.3RT

/

anF

a

—

Tafel常数，与电极材料、表面状态、溶液组成及温度有关；

b

—

Tafel

斜率，与材料无关不大。

（2）弱极化时的近似公式（h

＜

5mV）：

将以下电化学极化方程式：

ia

=

io[exp(2.3

ha/ba)

exp(-2.3

hc/

bc)]

ic

=

io[exp(-2.3

hc

/

bc)

exp(2.3

ha

/

ba)]

指数项按级数展开(x→0,ex=1+x)，略去高次项，可得近似公式：

ha

=

RT

ia/ionF

=

Rr

ia

hc

=

RT

ic/ionF=

Rr

ic

其中：Rr

=h/

ia

=

RT/ionF

—法拉第电阻或电化学传荷电阻，表征电化学腐蚀的速度。

6.为了确定亚汞离子在水溶液中是以Hg+

还是以形式存在，涉及了如下电池

测得在18

ºC

时的E

=

mV，求亚汞离子的形式。

解：设硝酸亚汞的存在形式为，则电池反应为

电池电动势为

作为估算，可以取。

所以硝酸亚汞的存在形式为。

7.wagner理论推导K常数过程：阳极反应：，阴极反应：，电池总反应：

总电阻=离子电阻+电子电阻

假设在t秒内形成氧化膜的克当量数为J，膜长大速度以通过膜的电流I表示，则有

积分得，则

式中na、nc、ne分别为阴、阳离子、电子迁移数，ｋ为氧化膜比导电，F为法拉第常数，E为金属氧化膜的电动势（），D为扩散系数，J为氧化物当量。

第五篇：材料腐蚀与防护学习心得

材料腐蚀与防护学习心得

经过一学期的学习，以及老师的精心讲解，我对过程装备腐蚀与防护这门课程有了更深的认识。现在就本人的学习心得与对课本的认识作如下讲述：

腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；人工器官材料在血液、体液中的腐蚀；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。

目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的。因此，研究材料的腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防止腐蚀的措施。对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率无疑具有十分重要的意义。

比如说管道吧，管道腐蚀产生的原因： 1外界条件

① 输管道涉及的土壤性质比较复杂，准确评定其腐蚀性非常困难道周围介质的腐蚀性介质的腐蚀性强弱与土壤的性质及其微生物密切相关，然而对于长。

② 周围介质的物理性状的影响：主要包括地下水的变化、土壤是否有水分交替变化等情况，以及是否有芦苇类的根系影响等。

③ 包括环境温度和管道运行期间产生的温度。温度的升高，腐蚀的速度会大大加快。温度的高低与管路敷设深度有直接的关系，同时更受地域差别的影响。④ 蚀速度，杂散电流可对管道产生电解腐蚀。

⑤油气本身含有氧化性物质：如含水，及H S、C O 等酸性气体可造成类似原电池的电化学反应和破坏金属晶格的化学反应，可造成管道内壁的腐蚀。

2.防腐措施的问题

防腐层失效是地下管道腐蚀的主要原因，轻度失效可增大阴极保护电流弥补防腐作用；特殊的失效，如因防腐层剥离引起的阴极保护电流屏蔽及防腐层的破坏，管道就会产生严重的腐蚀。腐蚀发生的原因是防腐层的完整性遭到破坏，主要产生于防腐层与管道剥离或是防腐层破裂、穿孔和变形。

①防腐层剥离，即防腐层与管道表面脱离形成空问。如果剥离的防腐层没有破口，空间没有进水一般不产生腐蚀。若有破口，腐蚀性介质进入就可能出现保护电流不能达到的区域，形成阴极保护屏蔽现象。在局部形成电位梯度，管道就会因此产生腐蚀。管道内壁有足够大的拉应力，拉应力与腐蚀同时作用，可产生危害更大的应力腐蚀破裂。

②防腐层破裂、穿孔、变形，可直接破坏防腐层，腐蚀介质从破口进人防腐层，还能进一步促成防腐层剥离，在一定条件下产生阴极屏蔽，破裂严重时可导致管道腐蚀。破裂的主要原因为土壤应力、外力和材料老化。穿孔多由施工时的创作不当或外力所造成。还有报道认为，腐蚀层不完整造成局部腐蚀加剧，如某油田计量站管道防护层多处破损点，形成小阳极，造成局部腐蚀。

③有些工程未能对金属管道及时有效地实施阴极保护措施。阴极保护对延长金属管道使用寿命十分重要，尤其是当管道老化或局部破损后阴极保护的作用显得非常重要。

④)管道补口、维修没有完全按防腐标准规范执行。管道补口要求将粘附在金属管道表面残留物清除干净，然后用电动钢丝刷等除锈达到2级标准，再刷防腐漆或缠防腐胶带，如果除锈2级标准达不到2级标准容易造成底漆与管道粘结不牢，发生剥离或阴极剥离，为管道腐蚀埋下隐患。

石油管道腐蚀的分类

(1)和一般的腐蚀一样，按照最基本的可以分成3大类，一般化学腐蚀、电化学腐蚀、与物理腐蚀，其中石油管道以其所处的的复杂环境，是这3中腐蚀都占有，但是是以电化学腐蚀为主。

(2)按石油管道破坏形式的分类：石油管道被破坏就只有内壁及外壁，更具体的是

① 点蚀：在点或孔穴类的小面积上的腐蚀叫点蚀。这是一种高度局部的腐蚀形态，孔有大有小，一般孔表面直径等于或小于它的深度，小而深的孔可能使金属板穿孔；孔蚀通常发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属（如不锈钢﹑钛等）。

② 缝隙腐蚀：金属表面由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙（如焊缝、铆缝﹑垫片或沉积物下面等），缝隙的存在使得缝隙内的溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难，由此而引起的缝隙内金属的腐蚀，称为缝隙腐蚀。由于石油管道都是里程很长不可能一根钢管做的那么长，所以都是通过焊接技术将其连接起来的，所以这中腐蚀在石油管道中最常见。③晶间腐蚀：沿着合金晶界区发展的腐蚀叫间晶腐蚀。腐蚀由表面沿晶界深入内部，外表看不出迹象，但用金相显微镜观察可看出晶界呈现网状腐蚀.这种腐蚀可使金属在表面上看不出有任何变化的情况下丧失强度，造成构件或设备的严重破坏.晶间腐蚀易发生在不锈钢﹑镍合金上。

④丝状腐蚀：涂有透明清漆或油漆膜的金属暴露在潮湿的大气中时，金属表面由于漆膜能渗透水分和空气而发生腐蚀.腐蚀产物呈丝状纤维网样，这种腐蚀称丝状腐蚀。其产生原因是潮湿大气的作用，其机理为氧的浓差电池作用。

⑤应力腐蚀开裂：也称SCC。金属和合金在腐蚀与拉应力的同时作用下产生的破裂，称为应力腐蚀开裂。这是一种最危险的腐蚀形态，但它只是在一定条件下才能发生：一是有一定的拉应力；二是有能引起该金属发生应力腐蚀的介质；三是金属本身对应力腐蚀敏感.如“奥氏体不锈钢—氯离子”,“碳钢－硝酸根离子”等。应力腐蚀的裂缝形态有：沿晶界发展的晶间破裂和穿越晶粒的穿晶破裂，也有二者的混合型。一般认为纯金属不会发生应力腐蚀的，含有杂质的金属或是合金才会发生应力腐蚀

⑥电偶腐蚀：当两种金属浸在腐蚀性溶液中，由于两种金属之间存在电位差，如相互接触，就构成腐蚀电偶。较活泼的金属成为阳极溶解，不活泼金属（耐腐蚀性较高的金属）则为阴极，腐蚀很小或完全不腐蚀。这种腐蚀称为电偶腐蚀，或接触腐蚀，亦称为双金属腐蚀

管道防腐对策

目前石油管道防护工程上主要由四类防腐腐蚀技术，分别是覆盖层技术电化学保护技术、缓蚀剂技术和合理选材优化结构。前两种技术直接与管道材料——环境界面，是应用最广泛的技术类别；缓蚀剂着眼与环境，最后一种技术着眼与材料本身，似乎是机械设计部分的事。但是搞设计的一定要多知道防腐需要考虑的角度，可以达到事半功倍的效果。

以上是本人对这门课的认识，感谢老师的讲解。