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1、金属腐蚀理论复习题金属腐蚀理论复习题金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题 第一章 绪论 思考题 1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。 答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏 三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。 2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？ 答:金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周

2、围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。 均匀腐蚀速度的表示方法： 深度：年腐蚀深度 ?hV-VP=h是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V-代表失重腐蚀速度； ttd是腐蚀时间，单位y；d是金属材料的密度；VP所以的单位是mm/y。 增重： W0?W1?W?V= =W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g；W1代表腐蚀以StSt+后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g； S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。 失重：失重腐蚀速度(V?) ?W?W0?W1V= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g； W1代表腐StSt?蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样

3、质量，单位g； S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。 计算题 计算题 1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 表1 解：题意得： 对碳钢在30%HNO3( 25)中有： V=W/st =()/452(20402034030) = g/?h 又d=m/v=/2040=/cm2?h Vp=/d=/=/y 对铝在30%HNO3(25)中有： V=W铝/st =()/2(3040305405)4510-6 =/?h d=m铝/v=/(30405)=/cm3 说明：碳钢的V比

4、铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀 对不锈钢在20%HNO3( 25)有： 表面积S=22= m2 V=W/st=()/400= g/ m2?h 试样体积为：V= cm3 d=W/V=/= g/cm3 Vp=/d=/=/y 对铝有：表面积S=22= m2 V=W/st=()/20= g/ m2?h 试样体积为：V=22= cm3 d=W/V=/= g/cm3 Vp=/d=/=/y 试样在98% HNO3(85)时有： 对不锈钢：V=W/st =()/2= g/ m2?h Vp=/d=/=/y 对铝： V=W/st=()/40=/ m2?h Vp=/d=/=/y 说明：硝酸浓度

5、温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。 3.镁在/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25 C,压力760mmHg(760mmHg=1atm=101325Pa);试样尺寸为20mm20mm的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。Icor/s =/24=/ m?h 查表得d(Fe)=/ cm3 Vp=/d=/=/y 即铁试样的腐蚀速度V= g/h Vp=/y 补充知识点： 1.腐蚀的分类 按腐蚀环境分类：大气腐蚀;土壤腐蚀;海水腐蚀;高温气体腐蚀;化工介质腐蚀 按腐蚀破坏形态分类：全面腐蚀 局部腐蚀 按腐蚀作用的性质分类： 电化学腐蚀：。 化学腐蚀：。 物理腐蚀

6、：。 2第二章 腐蚀电池 思考题 1.腐蚀电池的概念和特点以及形成腐蚀电池的原因，与作为化学电源的原电池的区别在哪里？为什么干电池本身不是腐蚀电池，而锌壳内表面上形成的原电池是腐蚀电池？ 答：腐蚀电池：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：腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。腐蚀电池的阴、阳极短路，电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。 (3)形成腐蚀电池原因：这是因为金属方面和环境方面存在电化学不均一性。金属材料方面：金属材料的成份不均匀性、金属表面的状态不均匀性、金属组织结构不均匀性、应力

7、和变形的不均匀性、“亚微观”不均匀性。环境方面：金属离子浓度差异；溶解氧浓度差异；温度差异。 与化学电源的原电池的区别：原电池的氧化还原反应是分开进行的，即阳极氧化，阴极还原；腐蚀电池则在发生腐蚀位置同时同地进行反应。原电池是特殊的异相催化反应，受电极界面双电层影响较大。原电池中物质进行转变过程中有电子通过外电路；腐蚀电池工作中产生的电流完全消耗在电池内部。 干电池本身不止锌壳内表面上的反应,干电池包括锌的电解反应和二氧化锰与氢气的反应,所以干电池本身不是腐蚀电池,而锌壳内表面上形成的原电池只导致锌材料破坏而不对外做有用功，是腐蚀电池。 2.举例说明腐蚀电池的工作环节。 解：以含杂质铜锌块浸于

8、盐酸溶液中为例 阴极反应 金属的氧化反应，当氧化反应产物是可溶性离子时，一般形式写成：MeMen+ne。Zn=Zn2+2e- 阳极反应 溶液中的某些物质D的还原反应，一般形式：D+meDe2H+2e=H2 电流回路 金属部分：电子的定向运动 溶液部分：离子的定向运动 在金属内部电流从阴极到阳极，在溶液内部里电流从阳极到阴极，形成闭合回路。 极化图的意义和作法，用Evans极化图表示腐蚀电流的影响因素，请用Evans极化图说明，铁和锌在同样的酸溶液中，虽然锌的平衡电位比铁的平衡电位更负，但于析氢反应在锌上更难进行，因为锌的腐蚀电池比铁的腐蚀电流小 答：1）Evans极化图的作法：在极化曲线图上忽

9、略极化曲线的具体形状而用直线表示便得到Evans极化图。 2）用Evans极化图表示影响腐蚀电流的因素 当起始电位差增大，腐蚀电流增大；当腐蚀电池的工作阻力增大，则腐蚀电流减小。这些影响用Evans极化图表示十分清楚。3）用Evans极化图表示腐蚀电池的控制类型 阴极极化控制 PcPa,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位; 阳极极化控制 PaPc,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位; 欧姆电阻控制 RPa,Pc,总阻力中以欧姆电阻为主。 计算题 1. 将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为 +和 。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通

10、，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为。已知电路的欧姆电阻为200 (1) 原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec Ea是多少？ (2) 阳极极化值 ?Ea与阴极极化值 ?Ec的绝对值之和Ea + |?Ec|等于多少? (3) 如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？ (4) 如果使用零电阻电流表，且溶液电阻可以忽略不计，那么电流达到稳态后，阳极与阴极的电位差Ec Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和Ea+|Ec| 等于多少？电流表的指示又为多少？ 解：题意得： 根据Ec-Ea=IR 则有:Ec-Ea=IR=200欧=30mV= 即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea= 任何金属在任

11、何介质中都能发生腐蚀疲劳，即不要求特定的材料-环境组合 环境条件对材料的腐蚀疲劳行为都是显著影响 纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频率有关 腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型 对金属材料进行阳极极化，可使裂纹扩展速度明显降低 补充知识点： 1.电偶序：将各种金属材料在某种环境中的腐蚀电位测量出来，并把它们从高到低排列，便得到电偶序。 2.晶间腐蚀：指的是腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区，沿着晶界发展，即晶界区溶解速度远大于晶粒溶解速度。 第九章 腐蚀控制概论 1.腐蚀控制的定义:调节金属材料与环境之间的相互作用，使金属设备、结构或零件保持其强度和功能，不至于因发生腐蚀而劣化甚至损坏，以实现长期

12、安全运行，叫做腐蚀控制，也叫做腐蚀控制。 2.腐蚀控制的途径 答：金属材料 1）为预定使用环境选择恰当的耐蚀材料。 2）研制在使用环境中具有更优良耐腐性能的新材料。 环境降低环境对金属材料的腐蚀性 界面 1）避免设备暴露表面局部区域条件强化。 2）用覆盖层将金属材料与环境隔离开。 3.腐蚀控制的原则:经济上合理、技术上可行、管理上有效。 第十章 防腐蚀设计 1.防腐设计：防腐设计包括耐蚀材料的选择，在设备结构设计和强度校核中考虑腐蚀控制的要求，在设计中为准备采用的防护技术提供必要的实施条件，对加工制造技术提出提示性意见。 第十一章 加工建造和操作运行中的腐蚀控制 1.腐蚀控制工艺操作的一般原则

13、： 兼顾工艺和腐蚀控制的要求，制定适宜的工艺操作规程 保持平稳操作，防止工艺参数大幅度波动 控制原料及工艺水质量，特别要严格控制有害杂质的含量。 第十二章 防护方法 1.阴极保护效应：金属-电解质溶液腐蚀体系收到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化过电位a减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。 2.阴极保护参数： 保护电位Epr:阴极保护中所取的极化电位 保护电流密度ipr：与所取保护单位对应的外加极化电流密度 3.阳极保护实现必须具备的两个条件： 腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区，即在阳极极化时金属能够钝化； 阳极极化时金属的电位要正移到钝化区内。 4.阳极保护参数 致

14、钝电流密度i致：使金属钝化所需的外加阳极极化电流密度。 维钝电流密度i维：钝化区所对应的阳极极化电流密度。 5.缓蚀剂定义：在腐蚀环境中以适当浓度的形式，添加某种物质，能使金属的腐蚀速度大大降低，这种物质叫做缓蚀剂。 6.覆盖层的保护效果和使用寿命取决的三个因素: 材料在基体表面上是完全覆盖的。 覆盖层的均匀连续、孔隙和缺陷少。 覆盖层与基体金属的结合力良好。 7.覆盖层保护技术的主要种类:金属覆盖层、非金属覆盖层、化学转化膜 8.金属镀层：电镀、喷涂、渗镀、热浸、化学镀、真空镀 9.参比电极的基本要求:电位稳定不容易极化安装方便,使用可靠 第十三章 金属在某些环境中的腐蚀与防护 1.空气的相

15、对湿度:空气中水蒸气的含量与同温度下饱和水蒸气含量的比值。 2.大气腐蚀的三种类型：干的大气腐蚀(是纯的化学氧化过程)、潮的大气腐蚀(是阳极极化控制)、湿的大气腐蚀(是阴极极化控制)。 3.大气腐蚀的特点： 氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程，即使金属表面的液膜呈酸性，氧分子还原反应仍占阴极过程的主要地位； 氧容易到达金属表面，有利于金属钝化，潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制。 4.土壤的腐蚀性：土壤是土粒、水和空气的混合物，于水中溶有各种盐类，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀；土壤是复杂的多相结构，含有多种无机物质和有机物质，这些物质的种类和含量既影响土壤的酸碱性，又影响土壤的导电性。 5.影响土壤腐蚀性的因素：含水量、含盐量、pH值、电阻率。 6.海水腐蚀的特点： 于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻很小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显著的点偶腐蚀破坏。 海水中含有大量的氯离子，容易造成金属钝态局部破坏。 碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限扩散电流密度增大的因素，如空气良好，流速增大，都会使碳钢腐蚀速度增大。 按海洋环境的腐蚀分为：海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区。