金属腐蚀理论总复习题
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:⑴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。
⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （p V ）V P =t h ?=8.76d -V △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； t 是腐蚀时间，
单位y ；d 是金属材料的密度；V P 所以的单位是mm/y 。 失重：失重腐蚀速度(-V )
-
V = St
W -?=St W W 10- W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W1代表腐
蚀以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m 2； 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：由题意得：
（1）对碳钢在30%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st
=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001
=0.4694 g/㎡?h
又d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y
(25℃)中有：
对铝在30%HNO
3
Vˉ=△Wˉ铝/st
=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6
=0.3391g/㎡?h
/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/cm3
d=m
铝
说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀
( 25℃)有：
（2）对不锈钢在20%HNO
3
表面积S=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2
Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3
d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y
对铝有：表面积S=2π×0.022＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2
Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h
试样体积为：V=π×22×0.5=6.28 cm3
d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y
试样在98% HNO3(85℃)时有：
对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st
=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y
对铝：
Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y
说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。
3.镁在0.5mol/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20mm×20mm×0.5mm的
。（在25℃时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg) 薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度V
p
解：由题意得：该试样的表面积为：
S=2×(20×20＋20×0.5＋20×0.5)×10-6 =840×10-6m
压力P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa
根据PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为：
n=PV/RT=98151.9×330×10-6/8.315×(25＋273.15)=0.01307mol
又根据Mg ＋ 2H+→Mg2++H2
Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol
所以：Vˉ=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840×10×10-6×100
=3.7817g/m2·h
查表得：dMg=1.74 g/cm3
有： Vp=8.76Vˉ/d=8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y
4.表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为Icor = 0.55m A。计算铁试样的腐蚀速度V-和V
。
P
解：由题意得：
可知
根据Vˉ=A/nF=i
cor
/s
Vˉ=（A/nF）I
cor
=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2?h
查表得d(Fe)=7.8g/ cm3
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×1.4326/7.8=1.61mm/y
=1.61mm/y
即铁试样的腐蚀速度Vˉ=1.4326 g/㎡·h V
p
补充知识点：
1.腐蚀的分类
⑴按腐蚀环境分类：①大气腐蚀;②土壤腐蚀;③海水腐蚀;④高温气体腐蚀;⑤化工介质腐蚀
⑵按腐蚀破坏形态分类：①全面腐蚀②局部腐蚀
⑶按腐蚀作用的性质分类：
①电化学腐蚀：（金属和环境的相互作用是电化学反应，腐蚀过程有腐蚀电流产生）。
②化学腐蚀：（金属和环境的作用是化学反应，腐蚀过程无腐蚀电流产生）。
③物理腐蚀：（金属和环境相互作用是金属单纯的物理溶解）。
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：⑴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。
⑵特点：①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。②腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。③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。①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、应力和变形的不均匀性、“亚微观”不均匀性。②环境方面：金属离子浓度差异；溶解氧浓度差异；温度差异。
（4）与化学电源的原电池的区别：①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。②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。③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。（5）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盐酸溶液中为例
①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：Me→Me n++ne。
Zn=Zn2++2e-
②阳极反应溶液中的某些物质D的还原反应，一般形式：D+me→De
2H++2e=H
2
↑
③电流回路金属部分：电子的定向运动（电子由阳极流到阴极）
溶液部分：离子的定向运动（阴离子由阴极向阳极迁移，阳离子由阳极向阴极迁移）
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。
①阴极极化控制P
c >>P
a
,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地
位; ②阳极极化控制P
a >>P
c
,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控
制地位; ③欧姆电阻控制R>>P
a ,P
c
,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+0.05V和–0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆电阻为200Ω
(1) 原电池工作后阳极和阴极的电位差E
c – E
a
是多少？
(2) 阳极极化值?E
a 与阴极极化值?E
c
的绝对值之和E
a
+ |?E
c
|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E
c – E
a
、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和ΔE
a
+|Δ
E
c
| 等于多少？电流表的指示又为多少？解：由题意得：
（1）根据E c -E a =IR 则有:E c -E a =IR=0.51mA ×200欧=30mV=0.03V 即原电池工作后阳极和阴极的电压差E c -E a =0.03V （2）△E a =E a -E oa |△E c |=E oc -E c
△E a ＋|△E c |=E a -E oa +E oc -E c =(E oc -E oa )-(E c -E a )=0.05＋0.83-0.03=0.85V 即阳极极化值△E a 与阴极极化值△E c 的绝对值之和为0.85V 。 （3）如果阳极和阴极都不极化，则有P c =0 ，P a =0 I cor =(E oc -E oa )/R=(0.05＋0.83)/200=0.0044A=4.4mA 即电流表指示应为4.4mA 。
（4）当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差 E c =E a ，则有：电位差E c -E a =0
由（2）知：△E a ＋|△E c |=(E a -E c )-(E oa -E oc )=0-(-0.83-0.5)=0.88V
P c +P a =(E oc -E c ＋E a -E oa )/ I cor =(0.88-0.03)/0.15×10-3=5666.7Ω I=(E oc -E oa )/(P c +P a )=(0.05＋0.83)/5666.7=0.000155A
2. 某腐蚀体系的参数为：E 0a = -0.4V ，E 0c = 0.8V ，E cor = -0.2V 。当R = 0时，I cor = 10mA,该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电阻R = 90Ω，那么I ′c or 为多少？腐蚀电池又属于什么控制类型？ 解：由题可知：当R=0时有： I cor =(E oc -E oa )/（P c +P a ）
P c +P a =(E oc -E oa )/ I cor =（0.8+0.4）/10×10-2=120Ω
P c =(E oc -E c )/ I cor =(0.8＋0.2)/10×10-3
=100Ω 则有 P a =120-100=20Ω
因为P c >>P a ，所以该电池属于阳极极化控制。 当欧姆电阻R=90Ω时有：
I cor ′=(E oc -E oa )/(P c +P a +R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA
因为R 与P c 接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阳极极化共同控制。
补充知识点：
1.腐蚀电池的工作环节：
（1） 阳极反应：金属的氧化反应 （2） 阴极反应：溶液中某些物质的还原反应
(3) 电流回路：金属部分电子的定向移动，电子由阳极流向阴极
溶液部分：离子的定向移动，阳离子由阳极向阴极移动，阴离子由阴极向阳极移动。
在金属内部，电流从阴极到阳极，在溶液内部离子在阳极到阴极间产生定向迁移从而形成闭合回路。 2.法拉第定律：
定义：氧化或还原1mol 的任何物质所需要的电量为nF 腐蚀电流密度：i cor =I cor /S
V=Ai
cor
/nF
A:金属的原子量，单位为g
F：法拉第常数，1F=26.8A·h
n:摩尔质量
3.腐蚀电池与化学电源的原电池相比，腐蚀电池的特点：
①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。
②腐蚀电池的阳极和阴极是短路的，电池工作时产生的电流完全消耗在电池内部，转变为热，不能对外做功。
③腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。
第三章电化学腐蚀的倾向（腐蚀热力学问题）
思考题
1.请说明：电位的表示方法，平衡电位的意义，能斯特公式的应用，非平衡电位的概念。
答:1）电位：金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的电极电位，简称电位，记为φ。电位的绝对值是无法测量的,只能测得其相对值，相对值记为E，选一个参考电极和待测电极组成原电池系统，测得其电位差。规定标准氢电极的电位为0.因此用标准氢电极作参考电极所测得的电位差就是待测电极相对于标准氢电极的电位值。（二者数值相等）。
2）平衡电位的意义：当电极反应达到平衡时，电极系统的电位为平衡电位，
亦称可逆电位，记为E
e ,
平衡电位总是和电极反应联系在一起。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。在两相之间物质的迁移和电荷的迁移都是平衡的,即没有物质与净电荷的积累。
3）能斯特公式的应用: 将电极反应的平衡电位和参与电极反应的各组分的活度（或分压）即具体的腐蚀环境条件联系起来，有平衡电位计算公式
计算题
2. 将铁置于饱和空气的碱溶液(pH = 10)中，按阳极反应为
(1) Fe + Fe2+ + 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH)
2
+ 2e
计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？
解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为：
O
2+2H
2
O+4e-=4OH-
Ee=E0
（OH-/O2）+RT㏑(Po
2
/a4
OH-
)/nF
=0.401＋0.0591·lg(0.21/10-16)/4=0.627V (1) 当阳极反应为Fe=Fe2+＋2e-
有Fe2+＋2OH-=Fe(OH)
2
↓
查得Ksp
Fe(OH)2
=1.87×10-15
a(Fe2+)=Ksp
Fe(OH)2
/a[OH]2=1.87×10-15/10-8=1.87×10-7mol/L 由：Fe=Fe2＋+2e-
又有Eea= -0.440＋0.02955lg a(Fe2+）
= -0.440＋0.02955lg1.8×10-7= -0.639V
（2）当阳极反应为 Fe＋2OH-=Fe(OH)
2
+2e-
查表有Ee
Fe(OH)2
=-0.875V [OH]= 10-4mol/L
Ee=E0+RT㏑(1/a[OH4])/nF
= -0.875＋(8.315×298.15)/(2×96500)×2×2.3lg10-4 = -0.639V
综上则有两种计算所得结果相同，即二者的腐蚀倾向一样。
3. 将两根铜棒分别浸于0.01mol/L CuSO
4溶液和0.5mol/L CuSO
4
溶液，组成一
个金属离子浓差电池。
(1) 哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？
(2) 写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。
（3）该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？
解：（1）铜棒在0.01 mol/LCuSO
4
溶液中时有：Cu=Cu2+＋2e-查表得：γ(Cu2+)=0.41
又根据Ee
Cu/Cu2+
=E0＋RT㏑a(Cu2+)/nF
=0.337＋0.059·lg(0.01×0.41)/2=0.266V
当铜棒在0.5mol/LCuSO
4
溶液中时有：γ(Cu2+)=0.0668
Ee'
（Cu/Cu2+）
= E0＋RT㏑a(Cu2+)/nF
=0.337＋0.059lg(0.5×0.0668)/2
=0.293V
因为Ee
Cu/Cu2+ Cu/Cu2+ ，即铜在0.01 mol/LCuSO 4 溶液中的电位比在 0.5mol/LCuSO 4溶液中电位低。故有铜在0.01 mol/LCuSO 4 溶液中作阳极，而在0. 5mol/LCuSO 4 溶液中的铜棒作阴极。 （2）阳极反应：Cu=Cu2＋＋2e-，其平衡电位Eea=0.266V 阴极反应：Cu2++2e-=Cu ，其平衡电位Ee'=0.293V （3）Eec=Ee' Cu/Cu2+ =0.293V 而Eea=Ee' Cu/Cu2+ =0.266V 有腐蚀倾向Eec－Eea=0.293－0.266=0.027V=27mV 即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是27mV 补充知识点： 1.金属电极反应的特点： ①电极的金属材料不仅是电极反应进行的场所参与者； ②金属电极是腐蚀电池的阳极反应； ③气体电极反应和氧化还原电极反应都可以作为腐蚀电池的阴极反应： ④氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极 2.标准电位：当参与电极反应的各组分活度（或分压）都等于1，温度规定为25℃这种状态称为标准状态。此时，平衡电位Ee等于Eθ，故Eθ称为标准电位。标准电位是平衡电位的一种特殊情况，标准电位只取决于电极反应的本性，而平衡电位既与电极本质有关，又与参与电极反应各组分活度（或分压）以及温度有关。 =2H+ +2e 3.标准氢电极：（Pt）H 2 常用的参考电极：SHE，SCE 4.电动序的定义:表明各种金属转变为氧化状态的倾向（活泼顺序）电动序可以用来粗略的判断金属的腐蚀倾向。 5.电位偏离平衡的原因： ①电极界面虽只有一个电极反应，但有外电流流入或流出，使平衡状态被打破； ②电极表面不止一个电极反应，它们的电位都将偏离平衡电位 6.电位-PH平衡图的应用 1.预测腐蚀的可能性及其类型 2.指示腐蚀控制的途径 7.电位-PH图的区域：稳定区（免蚀区）；腐蚀区；钝化区 8.电位-PH平衡图的局限： ①只能分析体系的腐蚀倾向，不能指示腐蚀速度； ②仅适用于分析金属-水简单体系在室温下的腐蚀行为； ③只涉及到纯金属，而工程上多适用合金； ④PH值是指处于平衡状态的溶液PH值，而金属表面附近溶液的PH值与主溶液P H值是有差别的. 第四章电化学腐蚀的速度（腐蚀动力学问题） 思考题 1.请说明:均匀腐蚀的腐蚀电位和腐蚀电流密度的概念;电极反应的耦合、混合电位、电流加和原理的应用. 答： ①均匀腐蚀的腐蚀电位：指金属和溶液都是均匀的，金属和溶液两相之间的电位差。 ②腐蚀电流密度：在金属和溶液都是均匀的情况下，金属腐蚀单位面积所通过的电流。 ③电极反应的耦合：在混合电位E，一个电极反应按阳极反应方向进行，一个电极反应按阴极方向进行，其速度相等。 ④混合电位:Eea＜E＜Eec，E是这一对电极反应的共同极化电位。Ecor介于Eea 和Eec之间⑤电流加和原理:（1）自然腐蚀状态；在腐蚀电位Ecor，阳极反应速度和阴极反应速度相等。即总的氧化反应速度等于总的还原反应速度，这是金 属表面无电荷积累这一要求的必然结果。（2）极化状态：在极化状态，阳极反应速度和阴极反应速度不再相等，其差值等于外加极化电流密度。i=i a -|i c | 2.微极化和强极化的公式的应用条件是什么？ 答：微极化的应用条件：电极反应极化程度小，电位偏离平衡电位不远。 强极化的应用条件：电极反应极化程度大，电位偏离平衡电位很远。 计算题 1、表面积为202cm 铁样品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中，经过50h 试验，测定了铁样品的损失质量为0.1g 。已知在铁表面上析氢反应符合Tafel 公式 ||lg 125.064.0i --=η 其中,η单位为V 。i 的单位为A/2cm ，试计算： （1）样品厚度的减少△h （mm ） （2）铁试样的腐蚀电流密度i cor （A/2m ） （3）铁试样的腐蚀电位Ecor (条件：Fe 的原子量为55.8，Fe 的密度为7.8g/3cm ,法拉第常数F=96500C/mol =26.8Ah/mol) 解：（1）根据失重腐蚀 mm t Vp h y mm d V Vp h m g st W V 0064.02436550 12.1/12.18 .71 76.876.8/150 10201.02 4=??=?=?∴=?==∴?=??=?= ---有 即样品的厚度加少量△h=0.0064mm （2） 2 --/A 9606.08.551 8.262A A m nFV icor icor nF V =??==?= 可知有根据 （3）阴极反应22H 2H e =++ 当PH=1时其平衡电位E ec =-0.0591PH=-0.0591×1=-0.059V 在腐蚀电位下，阴极反应过电位： V Eec icor Ecor V icor Eec Ecor c 707.0059.0)109606.0(lg 125.064.0||lg 125.064.0) (||lg 125.064.04-=-??--=+--=∴--=-=-η 补充知识点： 1.电极反应的步骤： ①液相传质 : 溶液中的反应物向电极界面迁移 ②电子转移（放电）: 反应物在电极界面上发生电化学反应，放出电子（氧化）或得到电子（还原），转变为产物 ③液相传质或新相生成: 产物如果是离子，向溶液内部迁移；如果是固体或气体，则有新相生成 2.阳极极化分为：电化学极化（离子在阳极上积聚导致）；浓差极化（电极周围与溶液中的离子浓度差）；电阻极化 阴极极化分为：电化学极化；浓差极化 3.动力学基本方程式(字母的含义) ???????????? ??-? ?? ? ??=-=←→← → βηβηexp exp o i i i i Tafel 公式 η=a ±blg|i| (η代表过电位，a 代表Tafel 常数，b 代表Tafel 斜率，i 代表电流密度 b=2.3β) 第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 思考题 1、析氢电位的定义，析氢腐蚀的特征及影响因素？ 答： ⑴析氢电位：氢气析出的时候，在一定的阴极电流密度下，氢的平衡电位和过电 位的差值。()2H ?=?? ? ??e H ?-()2H η ⑵析氢腐蚀的特征：①与金属表面的活性有关②与溶液中的组分（如水，氢离子）在金属表面上的吸附有关③吸附铬合物是阴极反应的中间产物④吸附铬合物放电是阴极反应的速度控制步骤。 ⑶影响因素：①溶液：PH 值、溶液中的其他组分、温度；②金属：金属材料种类和杂质、阴极区面积、金属表面的状态. 2.氧的离子化电位的定义，吸氧腐蚀的特征及影响因素？ 答：氧的离子化电位的定义：在一定的阴极电流密度下，氧的平衡单位和过电位的差值。 吸氧腐蚀的特征： ⑴在一定范围内金属本身的性质和热处理情况对腐蚀速度影响很小； （2）腐蚀速度与溶液pH 值无关； （3）在微电池腐蚀的情况下，微阴极区数目的增加对金属腐蚀速度影响很小。 影响因素： （1）充气情况：当氧浓度增大，吸氧腐蚀速度增大，腐蚀电位正移 （2）温度：温度升高使电极反应速度加快，扩散系数增大；温度升高又使氧的溶解度下降 （3）盐溶度：盐溶度增加即改善溶液导电性，又使氧的溶解度降低 流速和搅拌：提高溶液流速或者搅拌溶液，可以使扩散层厚度减小，氧的极限扩散电流密度i d 增大，从而吸氧腐蚀速度增大。 补充知识点： 1.发生析氢腐蚀的体系： ①标准电位负值很大的活泼金属；②大多数工程上使用的金属(Fe)；③正电性金属一般不会发生析氢腐蚀，但是当溶液中含有络合剂使金属离子的活度保持很低时，正电性金属也可能发生析氢腐蚀 2.氢的析出电位：氢气析出的时候，在一定的阴极电流密度下，氢的平衡电位和过电位的差值。 3.吸氧腐蚀的体系：①所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能发生；②某些正电性金属（Cu）在含溶解氧的酸性和中性溶液中能发生吸氧腐蚀。 4.吸氧腐蚀的液相传质步骤：①氧由气相通过界面进入水溶液；②氧借助于对流和扩散通过溶液主体层；③氧借助于扩散通过扩散层达到金属表面 5.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较： 去极化剂浓度：析氢腐蚀的浓度随溶液中氢离子的活度增加而增加，吸氧腐蚀的浓度随溶液温度和盐浓度增大而减小 极化控制类型：析氢腐蚀主要是活化极化控制，吸氧腐蚀主要是浓度极化。 计算题 1.(1)在pH=0的除氧硫酸铜溶液中（aCu2+=0.1mol/L）,铜能否发生析氢腐蚀生 成Cu2+？如果能发生，腐蚀倾向是多少伏？ (2)在pH=10的除氧氰化钾溶液中(aCNˉ=0.5mol/L),铜能否发生析氢腐蚀？如果能发生腐蚀倾向是多少伏？ 设腐蚀生成的[Cu(CN)2]ˉ离子的活度等于10-4mol/L，已知电极反应Cu+2CN-ˉ=[Cu(CN)2]ˉ+e的标准电位E0=-0.446V。 解：（1）由题意可知，铜的氧化反应为Cu=Cu2+＋2e， 铜电极反应的标准电位E o=0.337V, 则铜的氧化反应的平衡电位为, Eea=E o＋RT(lnaCu2+/aCu)/nF =0.337＋0.5×0.059×lg0.1 =0.3075V PH=0的除氧硫酸铜溶液中有2H+＋2e=H 2 析氢反应的平衡电位Eec=E o＋RT(lnaH+/PH )/nF 2 =-0.0591×0=0V 由电位比较准则知Eea>Eec，所以铜不可能发生析氢腐蚀生成Cu2+ ]ˉ＋e， （2）E o由题意可知，铜的氧化反应为Cu＋2CNˉ=[Cu（CN） 2 则铜氧化反应的平衡电位为 ]ˉ)/([aCNˉ]×[aCNˉ]) Eea=RTln(a[Cu（CN） 2 =-0.446+0.0591lg10-4/0.52 =-0.647V 在PH=10的除氧硫酸铜溶液中有2H++2e=H 2 析氢反应的平衡电位Eec=－0.0591×PH=-0.0591×10=-0.591V 由电位比较准则知Eec>Eea，所以铜能发生析氢腐蚀。 其腐蚀倾向 △E=Eec －Eea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV 所以铜能发生析氢腐蚀，腐蚀倾向为56mV 。 第六章 金属钝化 思考题 1.画出Fe 钝化曲线并描述各过程。 答： AB 是活性溶解区 e 2Fe Fe 2+→+ BC 是钝化过渡区 e 8H 8O Fe O H 4Fe 3432++→++ CD 是稳定钝化区 e Fe O 6H 6O H 3Fe 2322++→++ DE 是过钝化区 e H 4O 2O OH 422-++→ C 、维钝电流。B 、致钝电流。 1、致钝电流密度，i 致越小说明体系越容易钝化。 2、Ep 致钝化电位，B 点对应的电位，Ep 负值越大，体系越容易钝化。 3、C 维钝电流，i 维越小，钝化膜的保护性能越好。 4、CD ，钝化区电位越宽，金属钝态越稳定。 2、简述金属腐蚀的成相膜理论和吸附理论 答：金属腐蚀的成相膜：表面上生成成相的保护性固体产生膜（多数为氧化物膜），将金属和溶液机械隔离开，由于氧化物膜溶解速度很小，因而使金属腐蚀速度大大降低。 支持成相膜理论的实验事实：浓硝酸中铁表面钝化膜是r-Fe 2O 3,钝化膜厚度为25-30A 0. 金属腐蚀的吸附：金属表面（或部分表面）上形成了氧和含氧粒子的吸附层， 使得金属表面的化学结合力饱和，阳极反应活化能增大，因而金属溶解速度降低，即吸附理论强调了钝化是金属反应能力降低造成的，而不是膜的机械隔离。 支持吸附理论的实验事实：对某些体系只需要通入极小的电量，就可以使金属钝化，这些电量甚至不足以形成单原子吸附氧层。 补充知识点： 1.钝态的特征：①金属钝化以后腐蚀速度大大降低；②钝化后金属的电位强烈正移；③钝化膜的稳定性；④钝化只是金属表面性质的改变 2.钝化的定义：在一定的条件下，当金属的电位由于外加阳极电流或局部阳极电流而移向正方向时，原来活泼地溶解着金属表面状态会发生某种突变，金属的溶解速度则急速下降，这种表面状态的突变过程叫做钝化。 3.钝化参数：⑴致钝电流密度，i 表示腐蚀体系钝化的难易程度；⑵致钝化电 致 对应于金属钝位，Ep，极化电位超过Ep才能使金属钝化；⑶维钝电流密度，i 维 化后腐蚀速度；⑷钝化区电位范围，钝化区电位范围越宽，表明金属钝态越稳定。 4.实现自钝化的途径：①提高金属材料的钝化性能；②加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使E p和i p降低。 第七章金属的高温氧化 思考题 1.金属表面上膜具有保护性的条件是什么？ 答：(1)体积条件，氧化物体积与消耗的金属体积之比大于1,是氧化膜具有保护的必要条件。 (2)膜具有良好的化学稳定性，致密，缺陷少，蒸汽压低。（3）生成的膜具有一定的强度与塑性，与基体结合牢固，否则，由于膜生成过程体积膨胀产生的内应力能造成膜的破裂 （4）P－B比大于1（氧化物具有保护性的必要条件） 2.提高合金高温抗氧化性能的途径有哪些？ 答：(1)按Hauffe原子价定律，加入适当合金元素，减少氧化膜中的缺陷浓度。（2）生成具有良好保护作用的复合氧化物膜。（3）通过选择性氧化形成保护性优良的氧化膜。（4）增加氧化物膜与基体金属的结合力，在耐热钢和耐热合金中加入稀土元素能显著提高高温抗氧化性能。 第八章局部腐蚀 1.局部腐蚀的定义，类型和危害特征 答：局部腐蚀的定义：是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。 主要类型（写出5种以上）：（1）晶间腐蚀、缝隙腐蚀；（2）点偶腐蚀、氢损伤、细菌腐蚀、杂散电流腐蚀；（3）小孔腐蚀、选择性腐蚀；（4）应力腐蚀、磨 损腐蚀 危害的特征：危害性；集中性；突发性 2.造成电位腐蚀的影响因素 答：影响因素 （1）腐蚀电位差 腐蚀电位差表示电偶腐蚀的倾向，两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差越大，组成电偶对时阳极金属收到加速腐蚀破坏的可能性越大。 （2）极化性能 一般来说，在阴极性金属1M 上去极化剂还原反应越容易进行，即阴极反应极化性能越弱，阳极性金属2M 的电偶腐蚀效应越大，造成的破坏越严重。 （3）阴、阳极表面面积21S /S 随着阴极性金属1M 面积增大，阳极性金属2M 的电偶电流密度i g 都增大，电偶腐蚀破坏加重。 （4）溶液导电性 溶液导电性对电偶电流的分布有很大的影响。 3.简述不锈钢的贫铬理论，提高不锈钢抗晶间腐蚀的措施 答：不锈钢在弱氧化性介质中发生的晶间腐蚀可以用贫铬理论解释 （1）奥氏体不锈钢 碳在奥氏体中的饱和溶解度小于0.02％，一般不锈钢的含碳量都高于这个数值，当不锈钢从固溶温度冷却下来时，碳处于过饱和，受到敏化处理时，碳和铬形成碳化物在晶界析出。由于碳化铬含铬量很高，而铬在奥氏体中扩散率很低，这样在晶界两侧形成了贫铬区，其含铬量低于12％。因而钝化性能与晶粒不同，即晶界区和晶粒本体有了明显的差异。 （2）铁素体不锈钢 碳在铁素体中的溶解度更小，但铬在铁素体中的扩散速度较大(比在奥氏体中大两个数量级)，这样的特点使铁素体不锈钢甚至从高温区快速冷却时也较易析出碳化铬。形成晶界贫铬区。在700~800℃退火时，由于铬比较快自晶粒内部向晶界扩散而消除贫铬区，从而使晶间腐蚀倾向降低。 (3)提高不锈钢抗晶间腐蚀的措施 a.固溶处理，避免敏化处理 b.加入稳定元素钛或铌 c.降低含碳量 4.Scc 定义、特征及影响因素 答：①Scc ：应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成的金属破坏，在固定（静止）应力情况，称为应力腐蚀破裂（或应力腐蚀开裂） ②特征：a 、主要是合金发生Scc ，纯金属极少发生；b 、对环境的选择性；c 、只有拉应力才引起Scc ，压应力反而会阻止或延缓Scc 的发生；d 、裂缝方向宏观上和拉应力垂直，其形态有晶间型、穿晶型、混合型；e 、Scc 有孕育期，因此Scc 的破断时间tf 可分为孕育期、发展期和快断期三部分；f 、发生Scc 的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，在大多数情况下合金发生Scc 时均匀腐蚀速度很小，因此金属失重甚微。 ③影响因素： <1>力学因素 a、应力应力使材料发生形变，而形变使表面膜破裂，应力与环境腐蚀的相互促进，才使得材料在很弱的腐蚀性介质中发生破坏 b、临界应力和临界应力强度因子 <2>腐蚀因素 a、Scc对环境有选择性； b、氧化剂的存在有决定性作用； c、温度有着重要的影响，一般来说，温度升高，材料发生Scc倾向升高； d、干湿交替环境使有害离子浓缩，Scc更容易发生。 <3>冶金因素 合金的化学成分、热处理、组织结构、加工状态对其Scc敏感性都有影响，对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的Scc来说，提高Ni含量，加入硅、铜，有利于提高耐Scc性能，增加碳含量也有利于提高不锈钢耐Scc性能，但含碳量大则容易产生晶间型Scc 5缝隙腐蚀的定义 答:缝隙腐蚀是指腐蚀破坏发生在金属表面上的缝隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态可以是蚀孔、蚀坑，也可以是全面腐蚀。 6.腐蚀疲劳的定义和特征？ 答：腐蚀疲劳的定义：在循环应力（交变应力）和腐蚀环境的联合作用下，金属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳（CF） 腐蚀疲劳的特征： （1）任何金属（包括纯金属）在任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 （2）环境条件（腐蚀介质条件种类、温度、PH值、氧含量等）对材料的腐蚀疲劳行为都是显著影响 （3）纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频率有关 （4）腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型 （5）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（失效），以实现长期安全运行，叫做腐蚀控制，也叫做腐蚀控制。 2.腐蚀控制的途径 答：①金属材料 1）为预定使用环境选择恰当的耐蚀材料（选材）。 2）研制在使用环境中具有更优良耐腐性能的新材料。 ②环境降低环境对金属材料的腐蚀性 ③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（主体设备材料、零部件材料、覆盖材料），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（如覆盖层）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： ①兼顾工艺和腐蚀控制的要求，制定适宜的工艺操作规程 ②保持平稳操作，防止工艺参数大幅度波动 ③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ηa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： :阴极保护中所取的极化电位 ①保护电位E pr ：与所取保护单位对应的外加极化电流密度 ②（最小）保护电流密度i pr 3.阳极保护实现必须具备的两个条件： ①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； ②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 ：使金属钝化所需的外加阳极极化电流密度。 ①致钝电流密度i 致 ：钝化区所对应的阳极极化电流密度。 ②维钝电流密度i 维 5.缓蚀剂定义：在腐蚀环境中以适当浓度的形式，（一般是以很少的剂量）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（即腐蚀抑制剂）。 6.覆盖层的保护效果和使用寿命取决的三个因素: ①材料在基体表面上是完全覆盖的。 ②覆盖层的均匀连续、孔隙和缺陷少。 ③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（PVD） 9.参比电极的基本要求:①电位稳定②不容易极化③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： ①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； ②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：⑴土壤是土粒、水和空气的混合物，由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；⑵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： ①由于海水导电性好，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。 ②海水中含有大量的氯离子，容易造成金属钝态局部破坏。 ③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。 ④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。 金属腐蚀理论复习题 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: 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:⑴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。 ⑵均匀腐蚀速度的表示方法: ①深度:年腐蚀深度 (p V ) V P =t h ?＝d -V △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; t 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 。 ②增重： V + =St W +? = St W W 10- Ｗ0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W 1代表腐 蚀以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m 2； t 代表腐蚀的时间,单位h 。 ③失重：失重腐蚀速度(-V ) - V ＝ St W -?=St W W 1 0- W0代表腐蚀前金属试样的质量,单位g; Ｗ１代表 腐蚀以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m 2； 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:由题意得： （1)对碳钢在３０%HNO 3( 25℃)中有: Ｖˉ=△W ˉ/st =（18.7153-18.６７39)／45×２×(２０×40＋２0×3+４0×3０)×０.000０01 =0．4694 ｇ/㎡?h 又d=m ／v=18.７１54/20×4０×0.003=7.798g ／c ｍ2 ?h V ｐ=8.７6Ｖˉ/d=8.76×0．4694/７．798=０.53m ｍ/y 对铝在30％HNO 3(2５℃)中有: V ˉ=△W ˉ铝/s ｔ ＝(１6.１82０－16.１347)/2×(３０×４0+３0×5＋40×５）×45×1０-6 第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀 2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀) 《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 （跟着剑哥走，有肉吃。） 习题解答 第一章 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V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st = mh 又有d=m/v=20×40×=cm2h Vp=ˉ/d=×=y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st = =㎡h d=m铝/v=30×40×5×=cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。 （2）对不锈钢在20%HNO 3( 25℃)有： 表面积S=2π×2 .0＋2π××= m2 015 Vˉ=△Wˉ/st= g/ m2h 试样体积为：V=π××= cm3 d=W/V== g/cm3 Vp=ˉ/d=×=y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π××= m2 02 Vˉ=△Wˉ/st= g/ m2h 试样体积为：V=π×2 2×= cm3 d=W/V== g/cm3 Vp=ˉ/d=×=y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st = g/ m2h Vp=ˉ/d=×=y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st= m2h Vp=ˉ/d=×=y 说明：硝酸浓度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25C，压力760mmHg；试样尺寸为2020 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度V p。（在25C时水的饱和蒸汽压为） 解：由题意得：该试样的表面积为： S=2×(20×20＋20×＋20××6 10-m2 10-=840×6 压力P= mmHg = mmHg= 根据PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为： n=PV/RT=×330×6 10-/×(25＋= 又根据Mg ＋2+ H H—>+2 Mg＋ 2 Mg腐蚀的量为n(Mg)= 所以：Vˉ=nM(Mg)/St=×840×6 10-×100= g/ m2h 查表得：d Mg= g/cm3 有：Vp=ˉ/d=×=y 4.表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为Icor = 。计算铁试样的腐蚀速度V-和V p。 解：由题意得： 根据Vˉ=A/nF=i cor可知 Vˉ=（A/nF）I cor/s =××2××4×= m2h 查表得d(Fe)= cm3 Vp=ˉ/d=×=y 即铁试样的腐蚀速度Vˉ= g/㎡*h Vp=y 第二章 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:⑴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。 ⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （p V ）V P =t h ?=8.76d -V △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； t 是腐蚀时间， 单位y ；d 是金属材料的密度；V P 所以的单位是mm/y 。 失重：失重腐蚀速度(-V ) - V = St W -?=St W W 10- W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W1代表腐 蚀以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m 2； 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：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st 金属腐蚀与防护试卷1 一、解释概念:（共8分，每个2分） 钝性，碱脆、SCC、缝隙腐蚀 二、填空题：（共30分，每空1分） 1．称为好氧腐蚀，中性溶液中阴极反应为，好氧腐蚀主要为控制，其过电位与电流密度的关系为。 2．在水的电位-pH图上，线?表示关系，线?表示关系，线?下方是的稳定存在区，线?上方是的稳定存在区，线?与线?之间是的稳定存在区。 3．热力系统中发生游离CO2腐蚀较严重的部位是，其腐蚀特征是，防止游离CO2腐蚀的措施是，运行中将给水的pH值控制在范围为宜。 4．凝汽器铜管在冷却水中的脱锌腐蚀有和形式。淡水作冷却水时易发生脱锌，海水作冷却水时易发生脱锌。 5．过电位越大，金属的腐蚀速度越，活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位偏离E corr足够远时，电极电位与极化电密呈关系，活化极化控制下决定金属腐蚀速度的主要因素为、。 ) 6．为了防止热力设备发生氧腐蚀，向给水中加入，使水中氧含量达到以下，其含量应控制在，与氧的反应式为，加药点常在。 7．在腐蚀极化图上，若P c>>P a，极极化曲线比极极化曲线陡，这时E corr值偏向电位值，是控制。 三、问答题：（共24分，每小题4分） 1．说明协调磷酸盐处理原理。 2．自然界中最常见的阴极去极化剂及其反应是什么 3．锅炉发生苛性脆化的条件是什么 4．凝汽器铜管内用硫酸亚铁造膜的原理是什么 5．说明热力设备氧腐蚀的机理。 6．说明腐蚀电池的电化学历程，并说明其四个组成部分。 / 四、计算：（共24分， 每小题8分） 1．在中性溶液中，Fe +2=106-mol/L ，温度为25℃，此条件下碳钢是否发生析氢腐蚀并求出碳钢在此条件下不发生析氢腐蚀的最小pH 值。（E 0Fe 2+/Fe = - ） 2．写出V -与i corr 的关系式及V t 与i corr 的关系式，并说明式中各项的物理意义。 3．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位： Cu = Cu 2+ + 2e E 0Cu 2+/Cu = + H 2 = 2H + + 2e E 02H +/H = 2H 2O = O 2 + 4H + + 4e E 0O 2/H 2O = + 问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀 五、分析：（共14分，每小题7分） 1．试用腐蚀极化图分析铁在浓HNO 3中的腐蚀速度为何比在稀HNO 3中的腐蚀速度低 { 2. 炉水协调磷酸盐-pH 控制图如图1，如何根据此图实施炉水水质控制，试分析之。 (25 15 20 pH o C) 9.809.609.409.209.008.80 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R =2.8R =2.6 R =2.4R =2.3R =2.2R =2.1 《金属腐蚀与防护》教设计案 一、教材分析 山东科技出版选修《化学反应原理》第一章第三节三、金属腐蚀与防护，在学习电解及原电池原理的基础上，通过分析铜铁接触形成原电池的例子，理解金属腐蚀的电化学原理及防护的原则，介绍电化学在生产生活中的应用。 二、教学目标 【教学目标】 知识与技能：1．理解金属的电化学腐蚀，学会防止金属腐蚀的一般方法．2．结合电化学原理，探究分析影响金属腐蚀的外界条件. 过程与方法：从实验探究过程提高对实验现象的观察能力和分析能力 情感、态度与价值观：通过学习金属腐蚀与生产，生活实际相联系的内容，增强学生的学习兴趣，发展学生们的探究能力 【重点难点】金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。 三、教学过程 1、从生活案例引入（图片） 2、分析学习目标 3、对预习情况进行分析 4、学生实验探究并进行讨论，得出结论 5、总结并练习 学案设计如下： 【课前预习】 1、金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围环境中的物质发生反应而腐蚀损耗的现象。金属腐蚀一般分为和。 （2）铁锈的生成原理是怎样的？（用反应化学方程式表示） 2、金属的防护 （1）改变金属组成和结构，如在金属中添加其他元素形成等。 （2）加，如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 （3）电化学防护 【课内探究】 一、金属腐蚀 [实验探究] 将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因？ 相同点： 不同点： 练习：如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于__________腐蚀． (2)若试管内的液 面上 升，则原溶液呈 _____________性，发生__________腐蚀；电极反应： 负极___________________，正极____________________． (3)若试管内的液面下降，则原溶液呈__________性，发 生__________腐蚀；电极反应：负极____________，正 极____________________． 总结： 二、金属的防护 电化学防护： ①牺牲阳极保护法——原理。（阴极）：被保护的金属 设备；（阳极）：比被保护的金属活泼的金属。 ②外加电流的阴极保护法——原理：：被保护的金属设 备；：惰性电极。 《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 习题解答 第一章 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V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6 =0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。 （2）对不锈钢在20%HNO3( 25℃)有： 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。 2013金属腐蚀理论及应用试题 一、名词解释：（5分） 平衡电位：当金属正离子进入溶液成为水合金属离子后，由于静电作用不仅水合了该金属正离子能回到金属中去，而且也能将溶液中水合了的其他正离子吸引 到金属上去。当这两个相反过程速率相等且又可逆时，会产生一个稳定的 电极电位，称为平衡电位。 腐蚀电位：在金属腐蚀过程中，腐蚀金属电极表面上常常有两个或更多个电极电极反应同时进行，当这些电极反应的阴极反应和阳极反应痛同时以相等的速率 进行时，电极反应将发生相互耦合，阴、阳极反应的电位由于极化原因而 相互靠拢，最后达到一个共同的非平衡电位，此电位称之为混合电位，也 称为腐蚀电位。 绝对电位：浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称之为电极。当金属和电解质溶液接触时，在金属/溶液界面处将产生电化学双电层，此双 电层的金属相与溶液相直接的电位差称之为电极电位。单个电极上的双电 层电位差的绝对值称之为绝对电位。但是单个电极的绝对电位无法测定。AISI：AISI是美国的一种行业标准，是“美国钢铁学会标准”的英文首字母缩写。 选择性氧化：在多个元素氧化过程中，存在着竞争氧化的现象，即存在着某一个元素优先氧化的问题，这个现象叫做选择性氧化。 二、回答下列问题：（15分） 1.含有二氧化碳的软水，通过两套不同的供水系统，（1）软水流经铜管进入镀锌的钢水槽，半年左右镀锌的钢水槽发生穿孔腐蚀；（2）软水流经镀锌管后进入镀锌的钢水槽，四年多尚未发现镀锌的钢水槽有局部腐蚀。请问这是为什么？ 答：（1）软水含有CO2呈酸性，为导电的腐蚀介质。铜与锌、铁比较，无论标准电位还是电偶序，其电位数值都较高，因此，理论上会发生电偶腐蚀。其原因有两种可能： 第一种可能性：如果铜管与镀锌水箱直接连接，在连接处附近会发生电偶腐蚀，导致水箱泄漏。 第二种可能性：如果采取了绝缘措施，对铜管而言，水中含氧可发生氧去极化腐蚀，即阳极Cu→Cu2++2e，阴极O2+4H++4e→2H2O,结果使水流经铜管后含有了Cu2+离子。含有Cu2+离子的水进入水箱后，与锌发生置换反应，实质是发生了铜离子还原的阴极反应Cu2++2e→Cu（Cu2+是极强的氧化剂），使铜沉积于水箱的靠近进口的部分表面，这样沉积铜的表面为阴极，金属锌为阳极，发生了间接电偶腐蚀。当镀锌层消耗后漏出铁时，铁仍为阳极，继续腐蚀，直至穿孔。 （2）不存在电偶腐蚀问题，发生的腐蚀为均匀腐蚀，而且镀锌层在常温水中耐腐蚀性较好，所以使用寿命更长。 2.为了防止双金属腐蚀，有人把涂料涂刷在贱金属（电位较负的金属）上，以防贱金属加速腐蚀，你对这种做法有何看法？ 答：这种做法是不对的，会加速贱金属的腐蚀，原因如下： 涂料一般指有机涂层，除添加锌粉等的特殊涂层外，一般有机涂层不导电，多为阴极性涂层，而且有空隙，避免不了水分子的渗透，因此单独使用涂料很容易出现大阴极 四川理工学院试卷（2007 至2008 学年第 2 学期） 课程名称： 金属腐蚀理论及应用 命题教师： 龚敏，陈琳 适用班级： 2005级材料科学与工程专业（腐蚀与防护方向） 考试 2008年 5月 日 共 6 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试 题 一、简答题（共35分） 1. 什么是阳极保护，其适用条件是什么？（6分） 用阳极钝化方法达到减小金属腐蚀的目的，这种防护技术叫做阳极保护。 2分 阳极保护的适用条件是: （1）阳极极化曲线具有活态—钝态转变。 2分 （2）阳极极化时必须使金属的电位正移到稳定钝化区内。 2分 2. ++ >H H Cu Cu E E /0/0 22，为何在潮湿的大气中铜会受到腐蚀； ++ 3. 从材料、环境和力学三方面叙述应力腐蚀破裂的主要特征。（6分） （1）主要是合金发生SCC，纯金属极少发生。2分 （2）对环境的选择性形成了所谓“SCC的材料―特定环境组合”。2分 （3）只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓SCC的发生。2分 4. 简述腐蚀电池的三个工作环节。（6分） （1）阳极反应：通式：Me→Men++ne 2分 （2）阴极反应：通式：D+me＝[D.me] 2分析氢反应：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2分金属部分：电子由阳极流向阴极 溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移 5. 金属氧化膜具有良好保护性需要满足哪些基本条件？（6分） （1）P-B比大于1是氧化物具有保护性的必要条件。2分 （2）膜有良好的化学稳定性。2分（3）膜有一定的强度和塑性，与基体结合牢固。2分 【或（4）膜与基体金属的热膨胀系数差异小，不易剥落。（5）膜的组织结构致密、缺陷少。】 6. CPT和CCT的含义是什么？如何使用CPT、CCT来评价材料的耐蚀性能？（6分）（1）CPT：临界孔蚀温度1分CCT：临界缝蚀温度1分（2）临界孔蚀温度越高，材料的耐小孔腐蚀性能越好。2分临界缝蚀温度越低，材料的耐缝隙腐蚀性能越差。2分 第2页 课程 实 验 者 名 称 页数（ ） 专业 年级、班 同组者姓名 级别 姓 名 实验 日 期 年 月 日 一、目的和要求 1、 掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。通过测定Fe 在NaCl 溶液中的极化曲线，求算Fe 的自腐蚀电位，自腐蚀电流 2、论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用 二、基本原理 当金属浸于腐蚀介质时，如果金属的平衡电极电位低于介质中去极化剂（如H +或氧分子）的平衡电极电位，则金属和介质构成一个腐蚀体系，称为共轭体系。此时，金属发生阳极溶解，去极化剂发生还原。在本实验中，镁合金和钢分别与0.5mol/L 的NaCl 溶液构成腐蚀体系。 镁合金与NaCl 溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为： 阳极： Mg= Mg 2++2e 阴极： 2H 2O+2e=H 2+2OH - 钢与NaCl 溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为： 阳极： Fe= Fe 2++2e 阴极： 2H 2O+2e=H 2+2OH - 腐蚀体系进行电化学反应时的阳极反应的电流密度以 i a 表示， 阴极反应的速度以 i k 表示， 当体系达到稳定时，即金属处于自腐蚀状态时，i a =i k =i corr （i corr 为腐蚀电流），体系不会有净的电流积累，体系处于一稳定电位c ?。根据法拉第定律，即在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，故可阴阳极反应的电流密度代表阴阳极反应的腐蚀速度。金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。因此求得金属腐蚀电流即代表了金属的腐蚀速度。金属处于自腐蚀状态时，外测电流为零。 极化电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线称为极化曲线。测量腐蚀体系的阴阳极极化曲线可以揭示腐蚀的控制因素及缓蚀剂的作用机理。在腐蚀点位附近积弱极化区的举行集会测量可以可以快速求得腐蚀速度。在活化极化控制下，金属腐蚀速度的一般方程式为： 其中 I 为外测电流密度，i a 为金属阳极溶解的速度，i k 为去极化剂还原的速度，βa 、βk 分别 为金属阳极溶解的自然对数塔菲尔斜率和去极化剂还原的自然对数塔菲尔斜率。 令?E 称为腐蚀金属电极的极化值，?E ＝0时，I ＝0；?E>0时，是阳极极化，I>0,体系通过阳极电流。?E<0时，I<0， 体系通过的是阴极电流，此时是对腐蚀金属电极进行阴极极化。因此外测电流密度也称为极化电流密度 测定腐蚀速度的塔菲尔直线外推法：当对电极进行阳极极化，在强极化区，阴极分支电流i k =0, )]ex p()[ex p(k c a c corr k a i i i I β??β??---=-=c E ??-=?)]ex p()[ex p(k a corr E E i I ββ?--?=)ex p(a corr a E i i I β?== 腐蚀与防护试题 1化学腐蚀的概念、及特点 答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。 是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。 归纳化学腐蚀的特点 在不电离、不导电的介质环境下 反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应 腐蚀速度与程度与外界电位变化无关 2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？ 答案：氧化膜保护作用条件： ①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度 氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。 PB原理的数学表示： 反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量 氧化物的体积： V MO = m'/ ρ ' 用? = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ） 当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件 部分金属的?值 氧化物?氧化物?氧化物? MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7 MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。 MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别 答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀 ②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生 ④与环境电位密切相关 金属腐蚀理论复习大纲 ● 金属腐蚀和耐蚀性的意义； ● 均匀腐蚀速度的表示方法：失重腐蚀速度，增重腐蚀速度，年腐蚀度的计算公式，相互换算公式。 ● 腐蚀电池的概念和特点。● 腐蚀电池的工作环节（举例说明） ●腐蚀电流密度和失重腐蚀速度的换算公式。 ● 电位的表示方法，平衡电位的意义，Nernst 公式的应用，非平衡电位的概念。 ● 电化学腐蚀倾向的判断，电位比较准则的应用。 ● 用电位－pH平衡图说明腐蚀倾向和腐蚀控制的途径。 ● 基本概念：极化，去极化，过电位η，极化值ΔE。 ● Evans极化图的作法，用Evans极化图表示腐蚀电流的影响因素。 ● 活化极化、浓度极化的概念，判断电极反应极化控制类型的条件。 ● 过电位和电极反应速度的关系，动力学方程和极化曲线的概念。 ● Tafel方程式的数学形式、图形表示、适用条件和应用。 ● 交换电流密度的概念及意义，与电极反应极化性能的关系。 ● 极限扩散电流密度的计算（注意Cb的单位） ● 均匀腐蚀的腐蚀电位和腐蚀电流密度。 ●电极反应的耦合，混合电位，电流加和原理的应用。 ●均相腐蚀电极极化状态下的电位、电流关系，活 化极化腐蚀体系的动力学方程式和极化图，阳极反应受活化极化控制、阴极反应受浓度极化控制体系的动力学方程和极化图。 ● 微极化和强极化的意义，用极化电阻Rp和法拉第电阻Rf求icor和i0方法。 ● 复相电极的电位和电流关系。 ● 用活化极化腐蚀体系的理论说明析氢腐蚀的特点。 ● 用阳极反应受活化极化控制，阴极反应受 浓度极化控制腐蚀体系的理论说明吸氧腐蚀特点。 ● 析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较。● 金属钝态的特征。 ● 阳极钝化体系的阳极极化曲线，单位区间及钝化参数。 ● 几种钝化体系的极化图。● Flade电位的意义。 ● 高温氧化倾向的判断，氧化物的分解压和电动势的应用。 ● 氧化物的分解压和电动势的计算，它们与温度和氧压的关系。 ● 氧化膜具有保护性的条件，p－B的含义。 ● 两类氧化膜的缺陷，缺陷浓度对氧化速度的影响。 ● 局部腐蚀的概念，七种局部腐蚀的定义。 ● 电偶腐蚀的影响因素，集氧面积原理。 ● 孔蚀和缝隙腐蚀的影响因素，孔蚀和缝隙腐蚀的比较。 ● 用特征电位表示孔蚀和缝隙腐蚀倾向。 ● 用闭塞腐蚀电池理论说明发生局部腐蚀环境条件的典型例子。 ● 说明发生局部腐蚀材料条件的典型例子； ● 不锈钢敏化处理和贫铬理论； ● SCC的特征，最常见的合金－环境组合，临界电位和临界应力。 ● 磨损腐蚀的影响因素，临界流速，发生湍流腐蚀和空泡腐蚀的原因。 精心整理 腐蚀电化学分析 杨聪仁教授编撰 一、实验目的 以电化学分析法测量金属在不同环境下的腐蚀速率。 二、实验原理 2-1均匀腐抑制剂及以免产生所以大阴极面积对小阳极面积的情形应尽量避免。 孔蚀腐蚀 孔蚀是会在金属上产生空孔的局部腐蚀类型。此类型的腐蚀若造成贯穿金属的孔洞，则对工程结构会有相当的破坏效果。但若没有贯穿现象，则小蚀孔有时对工程设备而言是可接受的。孔蚀通常是很难检测的，这是因为小蚀孔常会被腐蚀生成物覆盖所致。另外蚀孔的数目及深度变化也很大，因此对孔蚀所造成的破坏不太容易做评估。也因为如此，由于孔蚀的局部本质，它常会导致突然不可预测的破坏。蚀孔会在腐蚀速率增加的局部区域发生。金属表面的夹杂物，其他结构不均匀物及成份不均匀处，都是蚀孔开始发生的地方。当离子和氧浓度差异形成浓淡电池时也可产生蚀孔。 间隙腐蚀是发生于间隙及有停滞溶液之遮蔽表面处的局部电化学腐蚀。若要产生间隙腐蚀，必须有一个间隙其宽度足够让液体进入，但却也可使液体停滞不流出。因此，间隙腐蚀通常发生于开口处有百万分之几公尺或更小宽度的间隙。 粒间腐蚀 粒间腐蚀是发生在合金晶界及晶界附近的局部腐蚀现象。在正常情况下，若金属均匀腐蚀时，晶界的反应只会稍快于基地的反应。但在某些情况下，晶界区域会变得很容易起反应而导致粒间腐蚀，如此会使合金的强度下，甚至导致晶界分裂。 应力腐蚀 金属 播时， 当腐蚀 当金 因此摩擦 2-2腐蚀速率之测试 在实验室中一般用来评估材料的耐蚀性及腐蚀行为有下列几种方式： (1)计划性间歇测试法(Planned-intervaltests) 腐蚀反应是涵括环境反应与金属反应两者。计划性间歇测试法(ASTMG31)可显示两件事：环境之侵蚀性(corrosivity,reactivity)是如何随时间在改变，以及金属腐蚀度(corrodibility)是如何随时间在改变，溶液侵蚀性是由于腐蚀生成物浓度增高，溶液中所含原侵蚀性物种逐渐消耗短缺，或因微生物在溶液中生长或死亡等原因而随时间在改变。金属腐蚀度通常会因腐蚀生成物有趋势在金属表面 金属腐蚀学习题 腐蚀学第一章习题 1、导出腐蚀速度mm/a与mg/dm2·d间的一般关系式。 思考题 2、什么是腐蚀?为何提出几种不同的腐蚀定义? 3、举例说明研究腐蚀的意义. 4、化学腐蚀和电化学腐蚀的区别是什么？ 5、金属的主要腐蚀形态有哪些？ 10、表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有什么联系？这些腐蚀速度表达式中，哪些是量方程式？哪些是数值方程式？它们之间的主要区别是什么？ 腐蚀学第二章习题 1、计算在25℃和50℃下的2.3RT/F值。 2、计算Zn在0.3mol/L ZnSO4溶液中的电极电位（相对于SHE），换算成SCE电位值是多少？ 3、计算离子活度为10-6mol/L时，Ag/Ag+、Cu/Cu2+和Fe/Fe2O3/H+的平衡电极电位以及第三个电极的pH值。(已知：uoAg=0 , uoCu=0 , uoFe=0, uoFe2O3=-742.200KJ/mol , uo= 77.12KJ/mol , uoCu2+=65.52 KJ/mol, uoH+=0) Ag+ 4、计算25℃时，下列电极的标准电极电位 a)、Cu在氰化物溶液中（注意铜为1价） b)、Ni在氨溶液中 c)、Zn在碱溶液中 5、计算Ag/AgCl电极在1mol/L NaCl溶液中的电位。 6、计算40℃氢分压P H2=0.5atm时氢电极在PH=7的溶液中电极电位。 7、计算25℃时，铁在pH=9.2的0.5mol/L NaCl溶液中的电极电位。 10、Zn(阳极)与氢电极(阴极)在0.5mol/L ZnCl2溶液中组成电池的电动势为+0.590V，求溶液的pH值。 11、把Zn浸入pH=2的0.001 mol/LZnCl2溶液中，计算该金属发生析氢腐蚀的理论倾向。(以电位表示) 12、计算镍在pH =7的充空气的水中的理论腐蚀倾向。假定腐蚀产物为H2和Ni(OH)2, Ni(OH)2的溶度积为1.6×10-16。 13、铜电极和氢电极(P H2=0.2MPa)浸在Cu2+活度为１且pＨ＝１的硫酸铜溶液中组成电池，求该电池的电动势，并判断电池的极性。 14、计算在pH=0的充空气的CuSO4溶液中铜是否因腐蚀而生成Cu2+（活度为１）和H2（0.1MPa），并以电位差表示腐蚀倾向的大小。 金属腐蚀与防护实验指导书 课程编号：03030101 适用专业：金属材料工程专业 课程类别：专业教育课程 郝小军徐宏妍编 实验一 金属极化曲线测试 一、目的要求 1、掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法。 2、绘制并比较一般金属（镁合金）和有钝化性能（铝合金、不锈钢）的金属的阳极极化曲线的异同，初步掌握有钝化性能的金属在腐蚀体系中的临界孔蚀电位的测定方法。 3、通过阳极极化曲线的测定，判定实施阳极保护的可能性，初步选取阳极保护的技术参数，了解击穿电位和保护电位的意义。 4、掌握恒电位仪的使用方法，了解恒电位技术在腐蚀研究中的重要作用。 二、基本原理 阳极电位和电流的关系曲线叫做阳极极化曲线。为了判定金属在电解质溶液中采取阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数——致钝电流密度、维钝电流密度和钝化区的电位范围，需要测定阳极极化曲线。 阳极极化曲线可以用恒电位法和恒电流法测定。图1是一条较典型的阳极极化曲线。 一般金属（镁合金）的阳极极化曲线为ax 曲线。对有钝化性能的金属（铝合金、不锈钢），曲线abcdef 是恒电位法（即维持电位恒定， 测定相应的电流值）测得的阳极极化曲线。当电位从a 逐渐向正移动到到b 点时，电流也随之增加到b 点，当电位过b 点以后，电流反而急剧减小，这是因为在金属表面上生成了 一层高电阻耐腐蚀的钝化膜，钝化开始发生。人为控制电位的增高，电流逐渐衰减到c 。在c 点之后，电位若继续增高，由于金属完全进 入了钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值——维钝电流。当使电位增高到d 点以后，金属进入了过钝化状态，电流又重新增大。从 a 点到 b 点的范围叫活性溶解区，从b 点到c 点叫钝化过渡区，从c 点到d 点叫钝化稳定区， 过d 点以后叫过钝化区。对应于b 点的电流密度叫致钝电流密度，对应于cd 段的电流密度叫维钝电流密度。 若把金属作为阳极，通以致钝电流使之钝化，再用维钝电流去保护其表面的钠化膜，可使金属的腐蚀速度大大降低，这就是阳极保护的原理。 用恒电流法测不出上述曲线的bcde 段。在金属受到阳极极化时其表面发生了复杂的变化，电极电位成为电流密度的多值函数，因此当电流增加到b 点时，电位即由b 点跃增到很正的e 点，金届进入了过钝化状态，反映不出金属进入钝化区的情况。由此可见只有用恒电位法才能测出完整的阳极极化曲线。 本实验采用恒电位仪逐点恒定阳极电位，同时测定对应的电流值，并在半对数坐标上绘成E-i 曲线，即为恒电位阳极极化曲线。 E ,m V i ,mA/cm 2 图1 阳极极化曲线 有钝化性能的金属： abcdef ——恒电位法测定；abef ——恒电流法测定 一般金属：ax 曲线 第 三 章 1. 在下列情况下，氧电极反应的平衡电位如何变化： (1) 温度升高10?C (取Po 2 =1atm ，pH = 7)。 (2) 氧压力增大到原来的10倍 (温度25?C)。 (3) 溶液pH 值下降1单位 (温度25?C)。 解：在中性溶液中，阴极的反应为：O 2+2H 2O+4- e =4OH- 其平衡位则为Ee=E 0（OH-/O2）+ nF RT ㏑(Po 2/4 OH a -) （1） 当温度升高10℃后有： Ee = E 0（OH-/O2）+ nF T R )10(+×㏑(Po 2/4 OH a -) =E+nF RT ㏑(Po 2/4OH a )+ nF R 10㏑Po 2/4 OH a - 则平衡电位变化量△Ee1= Ee’- Ee=nF R 10㏑(Po 2/4 OH a -) =nF R 10㏑Po 2－nF R 10㏑4OH a - 又因㏑4OH a =2.3lg 4 OH a ，则有lg OH a =pH －14 所以：△Ee1=10×8.314/(4×96500) × ㏑Po 2-10×8.314/(4×96500)×4×2.3×(7-14) =0+0.01387=0.0139V>0 即：温度升高10℃后平衡电位正移0.0139V 。 （2） 当氧压力增加到原来的10倍时 ' '2 Ee =E ＋nF RT ㏑(10Po 2/4OH a )=E ＋nF RT ln10＋nF RT ㏑(Po 2/4 OH a -) △E 2= E e’’－Ee =nF RT ln10 =(8.314×298.15)/(4×96500)×2.3 =0.0148V>0 即氧压力增大到原来的10倍时有氧电极平衡电位正移0.0148V （3） 当溶液pH 值下降1时有 金属腐蚀学试验讲义 实验一重量法测定金属腐蚀速度 一、目的要求 1、通过实验进一步了解金属腐蚀的基本原理及各种因素（如温度、介质及其浓度、缓蚀剂）对它的影响；加强对金属腐蚀与环境条件密切相关的认识。 2、通过实验掌握重量法测定金属腐蚀速度的方法。 3、初步了解缓蚀剂对金属腐蚀的抑制作用。 二、实验原理 测定金属腐蚀速度的方法很多，如重量法、电阻法、极化曲线法等等。重量法是一种古典方法，然而重量法得到的数据比较真实可靠。所以使用快速测定法如电阻法、线性极化法等得到的数据一般都要与重量法得到的加以对照，并以重量法为依据。但是，这种方法主要只能用于全面腐蚀，不宜用于晶间腐蚀、孔蚀等局部腐蚀。 重量法分为增重法和失重法。前者只限于腐蚀产物不脱落而且附着牢固的情况，如高温氧化及耐蚀金属的大气腐蚀等。失重法应用范围较广，但测定精度因试片大小、实验时间、腐蚀程度而异。重量法一般采用分析天平，精确到0.1mg。 酸在工业上广泛使用，金属在酸中的腐蚀属于电化学腐蚀，其腐蚀严重，规律复杂。酸对金属的腐蚀规律在很大程度上取决于酸的氧化性质。非氧化性酸如盐酸，其阴极过程纯粹是氢去极化过程，而氧化性酸如浓硝酸，其阴极过程主要是氧化剂的还原过程，在金属表面生成一层耐蚀的氧化膜。 但是我们不可能把酸类截然分为氧化酸与非氧化酸，如硝酸的浓度较稀时，腐蚀随浓度增加而增加，属氢去极化腐蚀，当浓度超过30%，则腐蚀速度迅速下降，浓度达到50%时，腐蚀速度降到最小，此时硝酸成为氧化性的酸，如碳钢在浓硝酸中腐蚀的阴极过程。 NO3- + 2H++e→NO2 + H2O 或NO3-+4H++3e→NO+2H2O 缓蚀剂是添加到腐蚀介质中能阻止金属腐蚀或降低腐蚀速度的物质，在用化学法除锈时，酸中加入少量的硫脲或乌洛托品就是起该种作用，它们能抑制金属的腐蚀，但却并不妨碍氧化皮层及锈层的溶解和脱落。有的缓蚀剂还能减小氢脆。 三、实验内容及步骤 （一）试片的准备 1、准确测量碳钢试片的尺寸（每组十二片）金属腐蚀理论复习题
金属腐蚀与防护
金属腐蚀理论及腐蚀控制答案
金属腐蚀理论总复习题
金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案
金属腐蚀与防护
金属腐蚀与防护课后答案
2013金属腐蚀理论及应用试题答案
四川理工学院金属腐蚀理论及应用试卷
实验报告-极化曲线测量金属的腐蚀速度
金属腐蚀与防护课后习题答案
金属腐蚀理论及其控制复习大纲
腐蚀电化学实验报告
金属腐蚀学习题教学文案
金属腐蚀与防护实验指导书
金属腐蚀理论及腐蚀控制考试重点题
金属腐蚀学讲义(试验2011)