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金属腐蚀与防护课后习题答案

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

⑤有次生产物

4、解释现象:试验1:铜块与锌块相互接触,放入稀盐酸介质中,在铜块一侧有氢气产生,而锌块逐渐溶解。

试验2:将铜块与锌块不相互接触,而在体系外用导线连接,若在导线间连接电流表。铜块一侧有氢气产生,而锌块逐渐溶解,电流表针发生转动。

试验3:将锌块置于稀盐酸介质中,可见锌块不断溶解,氢气不断产生。

答案:在电动序上,锌比铜易失去电子,电子通过导线或与铜接触面进入铜块,在铜表面将电子传递给氢离子而形成氢气。同时锌离子进入溶液。 Zn → Zn 2++2e 阳极 2H ++2e(Cu) →H 2↑ 阴极

锌块自身在盐酸介质之中的溶解问题的解释:微观动态腐蚀电池。

结论:将两种不同电极电位的金属相互接触(或用导线连接)放入同一种电解质溶液中。 现象:电位较正的一端产生气泡,较负的一端会逐渐溶解。

5、解释现象:试验:3%NaCl 水溶液1滴至光亮的铁片上,加少量铁氰化钾(K 3Fe(CN)6)和酚酞试剂,然后把铁片置于磁场中。

现象:在液滴上逐渐产生蓝红相间的斑点,接着液滴中心变蓝,边缘便成粉红,液滴缓慢旋转。

答案:解释现象:

在液滴上,初期溶解氧一旦被还原,大气中的氧优先溶于液滴边缘,使液滴中心相对贫氧,使整个液滴产生氧浓差。结果:液滴中心较负成为阳极, 发生:Fe →2e = Fe 2+反应。 Fe 2+ 与K 3Fe(CN)6作用,形成蓝色。 液滴边缘部位较正,成为阴极, 发生:O 2+H 2O +4e →4OH -反应。 OH -与酚酞作用,形成粉红色。 又由于液滴中心的Fe 2+ 向边缘扩散, OH -向中心扩散,使在铁片内部的电子流向液滴边缘而形成磁场,在外磁场的相互作用下,使液滴发生旋转。

6、举例说明氧浓差腐蚀

答案:例:金属在土壤中(与土接触点为贫氧,为负极,金属腐蚀;与空气接触点为富氧,为正极,金属不腐蚀。)

船的吃水线附近(水下为贫氧区,为负极,金属腐蚀;水上为富氧区,金属不腐蚀。 搅拌杆与液面接触处(同上)。

7、解释现象:试验:一根铜丝一端置于0.1mol/LCuSO 4溶液中,另一端置于1mol/LCuSO 4溶液中。发现,铜丝置于0.1mol/LCuSO 4溶液中的一端发生腐蚀(不断溶解)。

答案:解释:由于两种浓度的盐通过铜丝组成了同一体系:高浓度一端铜离子有沉积的趋势,低浓度的一端铜有溶解的趋势,则,低浓度一端溶解给出的电子沿铜片流向另一端(高浓度一端),以满足沉积铜所需要的电子。只所以发生电子流动,是因为在两端盐浓差使铜丝两端产生电位差。

8、解释现象:试验:一根铁丝一端置于高温溶液中,另一端置于低温溶液中。发现,铁丝置于高温溶液中的一端发生腐蚀(不断溶解)。

答案:解释:高温部位金属活性强,易脱离金属表面而氧化,低温区或性弱。这样形成高温区的金属氧化,产生的电子由铁丝流向低温一端,是低温一端的金属离子沉积。

各种热交换器、燃烧器等已发生温差腐蚀

9、绘出Fe —H 2O 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:

金属腐蚀与防护课后习题答案

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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1,当环境条件在红点处时,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。

10、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。

11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时,如何判断哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常见的阴极去极化反应是什么?

答案:(1)氢离子还原反应或析氢反应(电极反应式);

(2)溶液中溶解氧的还原反应;

(3)溶液中高价离子的还原反应;

(4)溶液中贵金属离子的还原反应。

判断:(⊿G)T,P= nF⊿E

(⊿G)T,P= nF(EC - EA)其中:EC 为氧化剂电位; EA为还原剂电位。因此,⊿E越负,反应可能性越最大;

有些情况下可利用氧化剂的平衡电极电位EC来粗略判断阴极去极化反应的可能性大小。

最常见的阴极去极化反应:析氢反应和吸氧反应

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、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。

答案:

金属腐蚀与防护课后习题答案

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14、混合电位理论的基本假说是什么?

答案:混合电位理论包含两项基本假说:

(1)任何电化学反应都能分成两个或两个以上的氧化分反应和还原分反应。

(2)电化学反应过程中不可能有净电荷积累。

根据混合电位理论,腐蚀电位是由同时发生的两个电极过程,即金属的氧化和腐蚀剂的还原过程共同决定的,是腐蚀体系的混合电位。因此,根据腐蚀极化图很容易确定腐蚀电位并解释各种因素对腐蚀电位的影响。而根据腐蚀电位的变化却不能准确判断腐蚀速度的大小或变化。必须测定相应的极化曲线,根据腐蚀极化图或动力学方程式才能确定腐蚀速度,研究腐蚀动力学过程和机理。

15、何谓差异效应?产生负差异效应的原因是什么?

(1) 答案:差异效应现象和定义

图中开关又断开的情况下,锌试样处于自腐蚀状态,锌上的析氢速度为V 0。然后接通开关,使锌试样与同溶液中的电位正的金属铂连通,锌上的析氢速度为V 1,则

×100%

×100%

金属腐蚀与防护课后习题答案

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(2)差异效应的腐蚀极化图解释

(3)负差异效应,及其形成原因

16、为什么说防腐就是防水?(可从极化与去极化角度解释)

答案:在一般情况下,具备腐蚀电池条件后,腐蚀初始速度较大,但很快变慢,直至很小。此现象称为极化现象。但当环境有水存在时,会发生:

氢去极化腐蚀:氢离子还原为氢气。

酸性介质中: 2H ++2e → H 2

反应步骤如下: H + H 2 O → H + + H 2 O

H + +M (e )→ MH

MH +MH → H 2 +2M

或 MH + H + +M (e )→ H 2 +2M

碱性介质中:

H 2O +M (OH -)→ OH -+M(H 2O )

M(H 2O ) → M ( H )+ OH

- M ( H )+ M ( H )→ H 2 +2M

氢离子小,得电子后变相,使反应不断进行,去极化能力强。

氧去极化腐蚀

氧分子在阴极上的还原反应(生成H 2O 、OH -)的电化学腐蚀称为氧去极化腐蚀。

由于氧分子的非离子化,氧分子在溶液中的溶解度较小(常压下最高浓度约为

10-4mol/L ),所以,氧向金属表面的输送过程如下:

①通过空气-溶液界面融入溶液,

②以对流或扩散方式通过溶液的主要厚度层,

③以扩散方式通过金属表面的溶液静止层而到达金属表面。

一般认为步骤③是传质最慢步骤。

在酸性介质中氧电极过程为:

形成半价氧离子 O 2 +e → O 2

- 形成二氧化一氢 O 2- +H + → HO 2

形成二氧化一氢离子 HO 2 +e → HO 2-

形成过氧化氢 HO 2

- +H + → H 2O 2 形成水 H 2O 2 + 2H + +2e → 2H 2O

或 H 2O 2 → 1/2 O 2 + H 2O

总反应 O 2 + 4H + +4e → 2H 2O

一般认为,第一步骤为控制步骤。

氢离子小,来源广泛,还原产物离开溶液。总的表现出氢去极化能力很强。氧在水中溶解有限,扩散速度较慢,但过电位较小。总的表现出氧去极化能力相对较小。

结论:H +(H 2O)和O 2是防腐的主要敌人,防腐应该说就是防水、防酸和防氧。显然,去湿,调整pH 值,除氧是防腐的首要问题。

17、金属钝化的概念及钝化图和应用

答案:金属在腐蚀过程中,由于极化,尤其是阳极极化,使腐蚀速度急剧下降,这在金属防腐中有重要意义。

要利用这一现象,即必须研究金属极化的规律。由于阳极极化使金属的腐蚀减缓,因此,把阳极极化称为金属的钝化。

钝化过程可划为四个阶段

活化溶解区:随电位升高值E 1,电流密度由I 1逐渐增加至I 2,电位达到E 2就不再增加。称E 1为初始电位,称I 1为初始电流密度, E 2为致钝电位, I 2为致钝电流密度。 人们称E 1—E 2区为活化溶解区。 ㏒I

E

0 E 1 E 4 E 3 E 2 ㏒I 1

㏒I 2

㏒I 3-4

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。

18、关于金属钝化的解释有几种理论?简述各理论并比较?

(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。

(3)两种理论的比较

共同点;差异点

19、什么叫局部腐蚀?为什么说局部腐蚀比全面腐蚀更有害?

答案:全面腐蚀:腐蚀在整个金属表面上进行。

局部腐蚀:腐蚀集中在金属表面局部,大部分几乎不发生腐蚀。

全面腐蚀的阴阳极尺寸微小且紧密靠拢、动态变化不定,在微观上难以分辨,在宏观上更不能区别。

局部腐蚀的阴阳极区独立存在,至少在微观上可以分开。阳极区面积小,阴极区面积大。

有人把全面腐蚀归为化学腐蚀,把局部腐蚀归为化学腐蚀。很明显,全面腐蚀可以预测,易于观察变化,容易预防和发现,危害较小;对于局部腐蚀,由于发生在局部,甚至发生在金属的内部,极具隐蔽性,不易观察和发现,往往预测不到而毫无预兆突然发生,危害性较大。目前,由于局部腐蚀的预测和防止还存在困难,故局部腐蚀引发的突然灾难事故,远远大于全面腐蚀带来的事故。

20、电偶腐蚀的概念、因素、控制

答案:

⑴电偶腐蚀的概念

异金属在同一介质中接触,由于腐蚀电位不相等有电偶电流通过,是电位较低的金属加速溶解,造成接触处的局部腐蚀;而电位较高的金属,溶解速度反而减少。

上述的本质是两种不同的金属电极构成宏观原电池腐蚀,称为电偶腐蚀,亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。

例一:沿海一硫酸厂,SO2冷凝器采用内管石墨(走SO2),外管为碳钢(走冷凝—海水)。

石墨与碳钢在套接上有局部连接。使用半年后,局部腐蚀穿孔。

例二:各种金属管道中的连接处、转弯处沉积的异金属离子,都会构成电偶腐蚀。

例三:金属连接的螺丝、铆钉、焊接材料等等

⑵影响电偶腐蚀的因素

两种金属的电偶序位置

两种金属的面积比:阳极的腐蚀速度υ与阴极的面积大小有关阴极的面积越大,腐蚀速度越快。阴极面积S k ,阳极面积S a,二者之比为: S k / S a。阳极的腐蚀速度有:υ=k S k / S a

在氢去极化腐蚀时,阴极面积相对较大时,阴极电密度相对较小,使阴极上的氢过电位变小,氢去极化的能力就越大,使阳极的腐蚀速度增加。

在氧去极化腐蚀时,阴极面积相对较大时,对阳极腐蚀速度影响相对于氢去极化腐蚀较小,但还是会加剧阳极腐蚀。

介质的电导率:介质是电化学腐蚀的离子导体,异金属共处于同一介质中接触处为电子导体。

当电子导体电阻很小时,离子导体的导电能力决定腐蚀速度。

当介质有较强的导电能力时(强电解质溶液)阳极的表面(四面八方)都可发生腐蚀(偶电流可分散到远离接触点的阳极表面上去,阳极所受腐蚀较为均匀),容易观察到表面的腐蚀痕迹。容易预防。

当介质有较弱的导电能力时(弱电解质溶液)阳极的大部分表面(四面八方)不发生腐蚀(偶电流不能分散到远离接触点的阳极表面上去),容易在接触点附近发生腐蚀,结果相当于缩小了阳极面积,加大了接触点的腐蚀速度,且腐蚀点隐藏在不易观察的接触面上,不以预防,危害较大。

⑶电偶腐蚀的控制

在设计设备与部件时,避免异金属腐蚀

必需异金属接触时,选用电偶序相近的异金属

必需异金属接触时,采用大阳极小阴极的结构

必需异金属接触时,采用非金属绝缘

必需异金属接触时,要进行较好的表面处理

21、小孔腐蚀的概念、特征、因素与控制

答案:

⑴小孔腐蚀的概念:在金属的局部地区,出现向深部发展的腐蚀小孔,其余地区不腐蚀或腐蚀轻微,这种腐蚀形态称为小孔腐蚀,简称孔蚀或称点蚀。

具有自钝化的金属(含合金),如不锈钢、铝、铝合金,钛或钛合金等,碳钢在氧化皮或绣层有孔隙的情况下,在含有氯离子的介质中,经常发生小孔腐蚀。

⑵金属小孔腐蚀的特征

蚀孔小,直径约为数10微米;蚀孔深:深度一般大于孔径;疏密不等,多少不一。空口多数有腐蚀产物覆盖。

腐蚀开始到暴露(肉眼可见)一般要经历200天以上。(诱导期较长)

孔蚀沿重力方向发展,一旦形成蚀孔,具有“向下深挖”的动力。

一些蚀孔在外界影响下,可能停止发展,留下一些蚀坑;少数蚀孔继续发展,甚至穿透金属。

⑶影响小孔腐蚀的因素

金属性质的因素:自钝化金属敏感

介质中离子的影响:尤利格等人确定氯离子浓度与电位的关系:

18-8不锈钢 E b= - 0.088㏒αCl + 0.108

铝 E b= - 0.124㏒αCl - 0.0504

人们称Cl是小孔腐蚀的“激发剂”。

但介质中有FeCl3、CuCl2、HgCl2时,不仅具备了氯离子条件,还具备了氧化剂条件,

即使在缺氧条件下也会发生小孔腐蚀。为什么?

温度和酸度:影响不明显。(条件环境是使金属钝化,非钝化环境条件不是这里讨论的问题)⑷介质流速影响

介质的流速对对小孔腐蚀有双重作用:流速增加,加大溶解氧向金属表面传送,使钝化膜易形成;流动的介质带走了金属表面的沉积物,除去了小孔腐蚀的封闭环境,减少了小孔腐蚀的机会。

实验:将1Cr13不锈钢片置于50℃、流速0.13m/s的海水中, 1个月后发生小孔腐蚀并穿孔;当海水流速增加到2.5m/s时,13个月后无小孔腐蚀;当流速到形成湍流,钝化膜经不起冲刷而破坏,产生另一类腐蚀——磨损腐蚀。

经验使我们会看到:不锈钢设备经常运转,小孔腐蚀较轻,长期不使用易发生小孔腐蚀。金属的表面状态:平整程度、清洁程度、焊渣、伤痕等

⑸小孔腐蚀的控制

选用耐小孔腐蚀的材料:

降低介质中氯离子浓度

加入缓蚀剂

预钝化

外加阴极电流保护

22、缝隙腐蚀的概念、特点与控制。缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别?

答案:

⑴缝隙腐蚀的概念:金属在腐蚀介质中,由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙,使缝隙内介质处于滞留状态,引起缝隙内金属加剧腐蚀。典型例子:法兰连接面,螺母压紧面,焊缝气孔或虚焊面,锈层,长期密不透风的覆盖物下面等。

⑵缝隙腐蚀的特点:缝隙大小约在0.025~ 0.1mm之间(肉眼不易分辨)。当缝隙宽度大于

0.1mm后,缝隙内的介质不易滞留,不易发生缝隙腐蚀。

缝隙腐蚀的金属比小孔腐蚀更为普遍,除易钝化金属易发生外,其他金属也发生缝隙腐蚀。

缝隙腐蚀的介质比小孔腐蚀更为普遍,几乎所有的介质环境下都可发生缝隙腐蚀,而在活泼性阴离子的中性介质中最易发生。

⑶缝隙腐蚀的控制

选材上采用耐蚀合金:

结构设计上防止形成缝隙:

腐蚀程度金属之间镙杆(栓)连接>叠(加)焊(接)>对(齐)焊(接)。

对缝隙用固体填实。

采用电化学保护

金属表面的状态:光洁度、整洁度

⑷缝隙腐蚀与小孔腐蚀的异同点

①起源不同:小孔腐蚀起源于金属表面的孔蚀核,缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙; 材料、介质条件不同:小孔腐蚀,易钝化金属,只在含有Cl 离子的介质中发生,缝隙腐蚀可在任何金属、介质中发生;

②腐蚀过程不同:小孔腐蚀是慢慢形成闭塞电池,缝隙腐蚀由于先有缝隙的存在而是闭塞电池形成较快;小孔腐蚀往往沿重力方向发展,孔直径小而形成全封闭的闭塞电池,而缝隙腐蚀各种方向都有发展,缝隙相对于小孔较宽,形成的闭塞电池的程度较小孔要小(半闭塞滇池)。

③腐蚀的形态不同:小孔腐蚀的孔窄而深,缝隙腐蚀的蚀坑是广而浅;小孔腐蚀一旦形成,新的时孔不再发生,缝隙腐蚀将不断发生新的腐蚀点。

23、 晶间腐蚀的概念、特点、因素与控制。举一个晶间腐蚀的例子。

答案:

⑴晶间腐蚀的概念:腐蚀沿着金属或合金的晶粒(体)边界或它的邻近区域发展,晶粒本身腐蚀很轻微。

⑵晶间腐蚀的特点与危害:腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱,直至使金属的机械强度完全尚失。遭受腐蚀的不锈钢,表面看来还很光亮,但轻轻敲打,就会碎成细粒,并可见细粒表面发生颜色改变(锈迹斑斑)。此种腐蚀隐蔽性很强,易造成设备的突然破坏,危害性极大。

晶间腐蚀敏感性高的材料:不锈钢 镍基合金 铝合金 镁合金等。

⑶晶间腐蚀的控制

重新固溶处理

钝化处理

稳定化处理

采用低碳钢、双相钢

⑷电焊。当电焊后没有及时淬火或稳定化处理可能引起晶间腐蚀。

24、 应力腐蚀的概念、特征与控制。

答案:

应力腐蚀的概念:

是指金属材料在固定应拉力和特定介质的共同作用下引起的破裂。SCC 。

特征:

工程上常用的材料,如不锈钢、铜合金、碳钢、高强度钢等,在特定介质中都可能产生应力腐蚀破裂。在腐蚀的过程中材料先出现微观腐蚀裂纹,然后再扩展为宏观裂纹;微观裂纹一旦生成,其发展速度比其他类型局部腐蚀快得多。例,碳钢在海水中的应力腐蚀速度是小孔腐蚀的106,而且材料在破裂前没有明显的预兆。显然,应力腐蚀破裂是局部腐蚀最具危险的腐蚀。

应力腐蚀的控制

选用耐蚀的材料:海水中、盐水中碳钢好

双相钢港应力腐蚀能力强:例 1Cr10Ni10双相钢42%MgCl 2沸腾介质中,2000小时无应力腐蚀破裂;而奥氏体不锈钢1小时内材料破裂。

控制应力:在制备和装配构件时,应使构件具有最小的残余应力。正确进行热处理,消除构件的内应力。

控制介质:

采用电化学保护

25、 疲劳腐蚀的概念、机理和控制。

概念:金属材料在循环应力或脉动应力和介质的联合作用下,引起的断裂腐蚀形态。

疲劳腐蚀机理:交变应力、脉动应力使金属表面形成滑移,由于挤压效应,使局部产生高温、裂缝而形成裂纹源,最后发展成为宏观腐蚀疲劳纹。直至断裂。

腐蚀疲劳的控制:选材、表面处理、阳极保护等等。

26、(磨损腐蚀)水轮机叶片、船螺旋桨的背面(迎流体面的反面),常出现孔蚀坑。请正确解释产生这种腐蚀的原因。

答案:由于水轮机叶片、船螺旋桨的背面与介质(水)的相对运动使其表面遭受介质(水)的磨损腐蚀。机理是:金属构件与介质做高速相对运动,使金属背面(迎流体面的反面)产生负压,局部表面产生涡流和气泡,气泡在不断生成与破灭,破灭的气泡产生的压力不断拍打着金属的表面而使金属表面产生腐蚀,产生类似湍流腐蚀的孔蚀坑。这种腐蚀称为空泡腐蚀,有称空穴腐蚀或汽蚀。

27、金属腐蚀防护的方法

答案:研究腐蚀机理,探讨腐蚀规律,了解发生腐蚀的原因及影响腐蚀的相关因素,主要目的就是指出高效简便、切实可行的防止金属材料或设备腐蚀的得力措施,达到防蚀,减蚀、缓蚀、免蚀的目的,以控制腐蚀造成的破坏,延长材料或设备使用寿命。由于腐蚀本身的复杂性,腐蚀防护技术涉及范围很广,内容十分丰富。实践中应用最广的腐蚀防护措施有,

(1)正确选材和合理设计。

(2)改善腐蚀环境。调整酸度、湿度、添加缓蚀剂等

(3)电化学保护。阳极保护、阴极保护、联合保护

(4)表面保护。钝化、电镀、涂层

28、防腐结构设计

答案:合理的结构设计对于腐蚀控制十分重要,因为即使选用了性能良好的耐蚀材料,也会由于结构设计不合理而造成水分和其它腐蚀介质的积存、局部过热、应力集中、流体涡流等,从而引发多种形态的局部腐蚀,加速构件的腐蚀破坏,造成严重的腐蚀后果。可以这样讲:合理选材主要侧重于控制材料的全面腐蚀,而合理的结构设计主要是为控制材料的局部腐蚀。

防腐结构设计主要从下述方面考虑:

⑴尽量避免水分及尘粒的积存,水溶性介质及尘粒的积存会引起并加速有关部位的局部腐蚀,因此应尽量避免可能使水分及尘粒积存的结构。

⑵正确选择连接方式

结构设计中,同种材料或异种材料的连接是不可避免的,各种连接方式都可能引发缝隙腐蚀或电偶腐蚀,因此必须重视正确选择连接方式。常用的连接方式有配合尺寸连接、螺纹连接,铆接,焊接,粘结和法兰盘连接等,各种连接方式都有各自的特点。从防腐角度看,粘结不仅无缝隙,而且粘接剂多为绝缘体,粘结剂形成膜可隔绝被连接件的直接接触,有利于防止电偶腐蚀,所以是最佳的连接方式。当然对于别的连接方式,只要采取可靠的对应措施,也可以避免或减轻发生局部腐蚀的趋势,故针对具体情况,合理选择连接方式并辅之以相应的防腐措施是防腐结构设计中的重要内容。

⑶防止环境差异引起的腐蚀

由于环境差异会形成多种宏观腐蚀电池,导致阳极区的局部金属发生严重腐蚀。比如由于温度差形成温差电池,由于通气差异形成氧浓差电池;由于浓度差形成盐浓差电池等,它们都属于环境差异电池,基于这类因素造成的腐蚀,都属于环境差异腐蚀。在结构设计中,应当注意避免局部金属之间的环境差异,比如将加热器安置于溶液的中间,防止形成环境差异电池,减轻或消除由于环境差异造成的腐蚀。

⑷防止各种局部腐蚀

结构设计合理与否,与发生多种形式的局部腐蚀有密切的关系,诸如电偶腐蚀、缝隙腐蚀,应力腐蚀、湍流腐蚀等都可能由于不合理的结构设计而引发。

29、防腐工艺设计

无数事实表明,金属材料的加工制造和装配与腐蚀事故的发生关系密切,许多腐蚀问题是由于不合理的工艺过程留下的严重隐患造成的,因此必须高度重视防腐工艺设计。

下面就加工环节中应考虑到的防腐措施作一扼要介绍。

(一)机械加工

(1)金属材料进行机械加工成型工艺时应保证较小的残余应力。

(2)金属材料经过机械成型加工后应及时进行消除应力热处理。

(3)磨光、抛光及喷丸处理有助于提高材料耐蚀性。

(4)保证机械加工表面光洁度,特别是在应力集中处。

(5)机械加工中使用的切削冷却液,应对加工材料无腐蚀性。

(6)对某些零件应采取必要的工序间防锈措施。

(二)热处理

(1)应防止金属高温氧化和脱碳,最好采用真空热处理、可控气氛热处理、感应加热处理或使用热处理保护涂料。

(2)对有氢脆敏感性的材料如高强钢、超高强钢及钛合金,不能在含氢气氛中加热。

(3)对易产生沿晶腐蚀和应力腐蚀的材料,应避开敏感的热处理温度,并严格遵守工艺规程。

(4)对于在腐蚀性介质中处理的工件,应及时清除腐蚀性残留物。

(S)对于可产生较大残余拉应力的热处理,在最终热处理后,须采取消除应力措施。

(6)表面淬火、化学热处理等有助于提高材料耐蚀性,若有条件或可能时,应尽量采用。

(三)锻造和挤压

(1)应控制锻件流线末端的外露。

(2)对有较大残余应力的锻件应采取消除应力措施。

(3)某些锻造工艺对提高耐蚀性有利,如对高强度铝合金来说,自由锻比模锻更有利于提高锻件的抗应力腐蚀能力。

(四)铸造

(1)尽量采用精密铸造工艺,减少铸件的孔洞、砂眼。

(2)若有可能应尽量除去铸件表面的多孔层或进行封孔处理。

(3)避免铸件上镶嵌件与铸件之间较大的电位差,减轻电偶腐蚀的危害。

(五)焊接

(1)从防腐角度看,对接焊比搭接焊好,连续焊比断续焊和点焊好,若有可能,最好以粘接代替焊接。

(2)焊材成分应与基体成分相近,或焊条材料电位比基体更正一些,避免大阴极(基体),小阳极(焊缝)的不良腐蚀组合。

(3)焊缝处的热影响区容易发生局部腐蚀,应采取必要的保护措施。

(4)焊接后,焊缝处的残渣应及时清理干净,以免残渣引起局部腐蚀。

(5) 点焊件、断续焊件及单面搭接焊件,宜采用涂漆或喷涂金属等方法。

(6)焊接和表面处理二者在工序上应有合理全排。

(六)表面处理

许多零件或构件都要经过电镀、氧化、涂漆等各种表面处理,这些工序虽然属防腐措施,但若处理不当也会腐蚀工件或留下腐蚀隐患。

(1) 脱脂、酸洗等表面处理工序可能产生过腐蚀或渗氢,应慎重处理。

(2) 电镀,氧化处理后要及时清理残留的各种腐蚀性介质。

(3) 酸洗、电镀后要考虑除氢处理。

(4) 联结件或组合件一般先进行表面处理,然后联结或组合。

(5) 对于破损的表面处理层应及时返工或修补。

(6) 对高强、超高强度钢、铝、镁、钛合金等,应严格遵守相应的要求和规定。

(七),装配.

(1)装配前应检查和核实零件的镀层是否正确,保护层是否有损伤,零件是否已发生腐蚀等。

(2) 易于发生腐蚀的零件,不允许赤手装配,防止手汗对零件的腐蚀。

(3)装配时注意不要造成过大的装配应力。

(4)对不宜接触的材料不能装配在一起。

(5)对有密封要求的部位,在装配中要保证密封质量。

(6)装配中及装配结束后应及时进行清理检查,除去灰尘,金属屑等残留物,并检查通风孔、排水孔等孔口,使之不被堵塞,以便腐蚀性介质及时排除。

30、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

31、什么叫电化学阴极保护?有几种方法?区别是什么?

答案:

金属腐蚀与防护课后习题答案

32、电化学阳极与电化学阴极保护的不同点是什么?

答案:

两种电化学保护的比较

阴极保护和阳极保护都属于电化学保护,都只适用于导电的介质中,都可以考虑与缓蚀剂、表面涂层等联合保护,但二者又有以下区别:

⑴被保护金属

从理论上看,阴极保护对各种金属材料都有保护效果,而阳极保护只能用于在具体介质条件下能够钝化的金属,否则反而会加剧金属的腐蚀溶解。

⑵介质的腐蚀性‘,

阴极保护不宜用于强腐蚀性介质中,否则保护电流太大,保护效果不佳,而阳极保护可用于弱、中、强乃至极强的腐蚀性介质中。

⑶保护电位偏离造成的后果

对阴极保护,如果电位偏离保护电位,不致造成严重后果;而对阳极保护,则可能使金属活化或过钝化,造成严重的腐蚀后果。

⑷外加电流值

阴极保护外加电流值较大.且不代表金属腐蚀速度,阳极保护外加电流值较小,通常代表被保护金属的腐蚀速度。

⑸外加电流分布均匀性

阴极保护电流分布不均匀,因此所需辅助电极数量比阳极保护大。

⑹安装运转费用

阴极保护对电源要求不严,但保护电流值很大,故设备安装费用低而运行费用高。阳极保护恰恰相反,需要恒电位仪及参比电极,设备费用高而运行费用较低。

33、我们说,化学腐蚀是全面腐蚀,电化学腐蚀是局部腐蚀。从“全面”和“局部”的比较而言,不难得到结论,化学腐蚀比电化学腐蚀的危害更严重。这个结论对吗?请阐述理由。

34、若要求你对地下埋设的煤气管道进行防腐设计,请指出关键点。

答案:预防的关键点(为什么):①氢损伤的预防②氧浓差腐蚀的预防③细菌腐蚀的预防

④杂散电流的预防。防护方法:选择耐氢损伤管材;采用涂层和电化学保护。(详细内容)。

35、阐述腐蚀与防护的意义。

36、学习腐蚀与防护科学知识之后的体会。

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