2013金屬腐蝕理論及應(yīng)用試題答案-劉維港..

1、2013 金屬腐蝕理論及應(yīng)用試題一、名詞解釋：（5 分） 平衡電位：材碩 1201-1200621-劉維港當(dāng)金屬正離子進(jìn)入溶液成為水合金屬離子后，由于靜電作用不僅水合了該金屬正離子能回到金屬中去，而且也能將溶液中水合了的其他正離子吸引 到金屬上去。當(dāng)這兩個相反過程速率相等且又可逆時，會產(chǎn)生一個穩(wěn)定的 電極電位，稱為平衡電位。腐蝕電位：絕對電位：在金屬腐蝕過程中，腐蝕金屬電極表面上常常有兩個或更多個電極電極反應(yīng)同時進(jìn)行，當(dāng)這些電極反應(yīng)的陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)痛同時以相等的速率進(jìn)行時，電極反應(yīng)將發(fā)生相互耦合，陰、陽極反應(yīng)的電位由于極化原因而相互靠攏，最后達(dá)到一個共同的非平衡電位，此電位稱之為混合電位，

2、也 稱為腐蝕電位。AISI ： AISI選擇性氧化： 在多個元素氧化過程中，存在著競爭氧化的現(xiàn)象，即存在著某一個元素 優(yōu)先氧化的問題，這個現(xiàn)象叫做選擇性氧化。二、回答下列問題： （15 分）1.含有二氧化碳的軟水， 通過兩套不同的供水系統(tǒng)， （1）軟水流經(jīng)銅管進(jìn)入 鍍鋅的鋼水槽，半年左右鍍鋅的鋼水槽發(fā)生穿孔腐蝕； （2）軟水流經(jīng)鍍鋅 管后進(jìn)入鍍鋅的鋼水槽，四年多尚未發(fā)現(xiàn)鍍鋅的鋼水槽有局部腐蝕。請問 這是為什么？浸在某一電解質(zhì)溶液中并在其界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的導(dǎo)體稱之為電極。當(dāng) 金屬和電解質(zhì)溶液接觸時， 在金屬 /溶液界面處將產(chǎn)生電化學(xué)雙電層， 此雙 電層的金屬相與溶液相直接的電位差稱之為電極電位

3、。單個電極上的雙電 層電位差的絕對值稱之為絕對電位。但是單個電極的絕對電位無法測定。 是美國的一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是“美國鋼鐵學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)”的英文首字母縮寫。答：（1）軟水含有 CO2 呈酸性，為導(dǎo)電的腐蝕介質(zhì)。銅與鋅、鐵比較，無論標(biāo)準(zhǔn)電位還 是電偶序，其電位數(shù)值都較高，因此，理論上會發(fā)生電偶腐蝕。其原因有兩種可能： 第一種可能性：如果銅管與鍍鋅水箱直接連接，在連接處附近會發(fā)生電偶腐蝕，導(dǎo)致水 箱泄漏。第二種可能性：如果采取了絕緣措施，對銅管而言，水中含氧可發(fā)生氧去極化腐蝕，即 陽極CuCu2+2e，陰極O2+4H+4eT2H2O,結(jié)果使水流經(jīng)銅管后含有了 Cu2+離子。含 有Cu2+離子的水進(jìn)入水箱后

4、，與鋅發(fā)生置換反應(yīng)，實質(zhì)是發(fā)生了銅離子還原的陰極反 應(yīng)Cu2+2e Cu（ Cu2+是極強(qiáng)的氧化劑），使銅沉積于水箱的靠近進(jìn)口的部分表面， 這樣 沉積銅的表面為陰極， 金屬鋅為陽極， 發(fā)生了間接電偶腐蝕。 當(dāng)鍍鋅層消耗后漏出鐵時， 鐵仍為陽極，繼續(xù)腐蝕，直至穿孔。（ 2）不存在電偶腐蝕問題，發(fā)生的腐蝕為均勻腐蝕，而且鍍鋅層在常溫水中耐腐蝕性 較好，所以使用壽命更長。2. 為了防止雙金屬腐蝕，有人把涂料涂刷在賤金屬（電位較負(fù)的金屬）上， 以防賤金屬加速腐蝕，你對這種做法有何看法？答：這種做法是不對的，會加速賤金屬的腐蝕，原因如下：涂料一般指有機(jī)涂層，除添加鋅粉等的特殊涂層外，一般有機(jī)涂層不導(dǎo)電，

5、多為陰 極性涂層，而且有空隙，避免不了水分子的滲透，因此單獨使用涂料很容易出現(xiàn)大陰極 小陽極的局部腐蝕電池情況。而電化學(xué)腐蝕原理表明：小陽極大陰極組合會加速陽極腐 蝕，反之大陽極與小陰極的連接則會降低腐蝕速率。因此，大陰極小陽極的組合不是過早穿孔，就是空隙處膜下發(fā)生腐蝕而產(chǎn)生的腐蝕 產(chǎn)物使涂層鼓泡、脫落，其防腐壽命很短。3. 第二次世界大戰(zhàn)后不久， 美國制造了一艘豪華游船 “海洋在召喚號 ”，船體 用蒙乃爾 （Monel） 做外殼，用鋼釘鉚接?？稍诤Ｑ笾性嚭讲痪茫w主要構(gòu) 架發(fā)生了嚴(yán)重的破壞，最后不得不報廢了，請你分析一下是什么原因？屬 于什么形態(tài)腐蝕，你認(rèn)為用什么防護(hù)措施可以減輕或防止其腐

6、蝕破壞。答：船體報廢的原因：船體用鋼釘鉚接后，鋼釘與蒙乃爾合金的金屬活潑性不同，在海水這種電解質(zhì)溶液 中形成原電池的原理，加速了兩種金屬中間的化學(xué)腐蝕，致使船體主要構(gòu)架嚴(yán)重破壞， 最后報廢。所屬的腐蝕類型：這種腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，是電偶腐蝕，也是縫隙腐蝕，均是局部腐蝕的一種形 式。電偶腐蝕是兩種或兩種以上不同電極電位的金屬處于腐蝕介質(zhì)內(nèi)相互接觸而引起的 電化學(xué)腐蝕，又稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕?？p隙腐蝕它可能發(fā)全于溶液停滯的縫隙之中 或屏蔽的表面內(nèi)，這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成。防護(hù)措施：電偶腐蝕的主要防止措施有： 選擇在工作環(huán)境下電極電位盡量接近（最好不超過50毫伏）的

7、金屬作為相接觸的電偶對； 減小較正電極電位金屬的面積，盡量使電極電位較負(fù)的金屬表面積增大； 盡量使相接觸的金屬電絕緣 ,并使介質(zhì)電阻增大； 充分利用防護(hù)層，或設(shè)法外加保護(hù)電位。選擇防護(hù)方法時應(yīng)考慮面積律的影響， 以及腐蝕產(chǎn)物的影響等。三、奧氏體不銹鋼與鐵素體不銹鋼均會產(chǎn)生晶間腐蝕，它們的機(jī)理有何異 同？（ 10）答: 奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的機(jī)理 主要有“貧 Cr 理論”, 晶界區(qū)選擇性溶解理論，陽極 相理論，吸附理論（ 1）“貧 Cr 理論” 含碳量較高的奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是由于晶界區(qū)的貧鉻所引起的。 C 在奧氏體 中的飽和溶解度 30% ）涂 層防腐效果最好 , 經(jīng)驗表明： 金屬涂層和有

8、機(jī)涂層配套使用 ,在海洋條件下的保護(hù)壽命可 達(dá)10a以上。有機(jī)涂層作為海水體系防腐涂層種類主要有：環(huán)氧樹脂漆、乙烯樹脂漆、 氯化橡膠漆、聚氨酯漆、無機(jī)富鋅底漆等。另外, 涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合使用 , 是經(jīng)濟(jì)、有效的防腐方法。（4）緩蝕劑 亞鐵離子成膜是目前發(fā)電廠銅合金凝汽器海水直流冷卻系統(tǒng)中廣泛采用的一種防 腐方法 , 對銅合金的沖擊腐蝕、脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕都有明顯效果。成膜所需的亞鐵離 子可以由加入硫酸亞鐵提供或采用電解法直接產(chǎn)生。成膜方式可以是一次造膜、運行中 定期加入或低濃度連續(xù)注入。亞鐵離子成膜工藝直接影響成膜效果 , 成膜不當(dāng)則沒有保 護(hù)效果，甚至?xí)铀俑g；另外，對于污染海水特別是H

9、2S等還原性物質(zhì)污染時，亞鐵造 膜亦沒有保護(hù)效果。（5）聯(lián)合保護(hù) 在海水直流冷卻系統(tǒng)中 , 通常采用多種防腐對策進(jìn)行聯(lián)合保護(hù) , 才能達(dá)到良好效 果。以電廠凝汽器為例 , 防止銅合金管泄漏的較有效措施為采用海綿球清洗、亞鐵成膜 及陰極保護(hù)三者的聯(lián)合保護(hù)。海水管路通常采用涂層、陰極保護(hù)等防腐措施進(jìn)行聯(lián)合保 護(hù)。七、有一條鋼自來水管從城市的地下通過 ,試提出兩種合理的防腐措施對其 進(jìn)行有效的保護(hù) .答 : 水管的腐蝕環(huán)境： 自來水管在城市地下通過，管內(nèi)遭受自來水腐蝕，管外遭受土 壤腐蝕及雜散電流腐蝕。管內(nèi)防腐措施：（1）管道襯里自來水不能被污染，所以一般不使用普通有機(jī)涂層?？梢允褂脽o機(jī) 涂層、金屬

10、鍍層或無毒有機(jī)涂層，無機(jī)涂層常用水泥砂漿襯里，適用于直徑較大管道； 金屬涂層可用熱浸鍍鋅或熱浸鍍鋁鋼管；無毒有機(jī)涂層可使用聚氨酯涂層等。種比較 ,然后把高壓力低流 ,從而使管道內(nèi)部的（2）高壓水射流清洗可以采用用高壓水射流對水管進(jìn)行周期性清洗的方法,高壓水射流清洗是普遍采用地方法 ,它是利用從高壓泵打出來的高壓水經(jīng)水管到達(dá)噴嘴 速的水轉(zhuǎn)換為低壓力高流速的射流對管道內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)不斷的沖洗 垢物脫落下來 ,這樣可以抑制管道內(nèi)部的腐蝕 ,恢復(fù)了管道的通水能力 ,經(jīng)試驗研究這種方 法有很好的效果 ,并且達(dá)到了高效 ,節(jié)能的效果。（ 3）在鋼管內(nèi)使用塑料襯里管道。 管外防腐措施： 腐蝕比管內(nèi)嚴(yán)重，是防腐

11、的重點。首先用拋光機(jī)將表面的銹除凈，用破布將浮銹、 灰塵、油污擦拭干凈，露出金屬光澤。然后涂刷涂層。使用的涂層可以是 :（ 1）熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層 熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層是將防腐用環(huán)氧粉末通過靜電涂覆技術(shù)， 涂覆在 230 度左右的 鋼管上，環(huán)氧粉末在鋼管表面熔融并固化。（ 2） 三層聚乙烯防腐層三層聚乙烯防腐層的結(jié)構(gòu)為溶解環(huán)氧 -共聚物膠粘劑 -聚乙烯防腐層，簡稱三層 PE。 該防腐層是以環(huán)氧粉末涂料為底漆，以改性聚烯烴為中間層，以聚乙烯為面層，由于改 性聚烯烴分子鏈上接枝了馬來酸酐，因此可以與環(huán)氧底漆形成化學(xué)結(jié)合，同時又可以和 面層形成物理融合，從而形成統(tǒng)一的整體，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。（ 3）石

12、油瀝青涂層（石油瀝青 +玻璃布 +表面聚氯乙烯膜），特點是技術(shù)成熟，成本較低。（ 4）石油瀝青涂層 +陰極保護(hù)?；蚓郯滨ネ繉印?2PE、3PE 等。八、根據(jù)腐蝕反應(yīng)的特點，用系統(tǒng)防護(hù)的觀點，控制金屬腐蝕，有哪些途 徑和方法？（ 10）答: （ 1）合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，在設(shè)計設(shè)備時就從設(shè)備的形狀、安裝等方面來防止或減緩腐 蝕速度?？紤]制造加工方法對防腐蝕的影響及防腐施工的方便性。（2）合理選擇材料。根據(jù)金屬材料的腐蝕數(shù)據(jù)，選擇對特定環(huán)境腐蝕率低、價格 便宜、性能好的材料，是常用的、簡便的控制腐蝕的方法，可以使設(shè)備獲得經(jīng)濟(jì)、合理 的使用壽命。（3）在界面上采取防腐措施，如電化學(xué)保護(hù)，施加防護(hù)涂層等。金屬

13、保護(hù)中常用 對其表面進(jìn)行處理以防止腐蝕。金屬在接觸使用環(huán)境之前，先用鈍化劑或成膜劑（鉻酸 鹽、磷酸鹽、堿、硝酸鹽和亞硝酸鹽混合液等）處理，表面生成穩(wěn)定密實的鈍化膜，抗 蝕性大大增加。用有機(jī)涂料保護(hù)大氣中的金屬結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最廣的傳統(tǒng)防腐手段。（4）改進(jìn)環(huán)境條件，如對介質(zhì)進(jìn)行處理，添加緩蝕劑等，如果能消除金屬材料和 設(shè)備在使用環(huán)境中引起腐蝕的各種因素，腐蝕就會中止或減緩。但是多數(shù)環(huán)境條件是無 法控制的，如大氣和土壤中的水分、海水中的氧等都不可能除去。生產(chǎn)流程也是不能任 意改動的，這時可以調(diào)整局部環(huán)境。例如鍋爐進(jìn)水先去氧（加入脫氧劑Na2SO3和N2H4 等），可保護(hù)鍋爐管少受腐蝕；先除去密閉倉庫進(jìn)入

14、空氣的水分，可免貯存金屬部件生 銹；在水中經(jīng)常加入堿或酸以調(diào)節(jié) pH 至最佳范圍 （通常接近中性），可以防止冷卻水對 換熱器和其他設(shè)備的結(jié)垢、穿孔；煉制石油的工藝中也常加堿或氨，使生產(chǎn)流體保持中 性至弱堿性。（5）通過各種合理的管理措施，加強(qiáng)對關(guān)鍵部位的監(jiān)控和改善維修等措施來最終 達(dá)到提高整個設(shè)備運行中的耐腐蝕能力。九、某電站海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)原設(shè)計用材為耐海水腐蝕低合金鋼 10CrMoAl ，但在使用 5年后出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕泄漏， 檢修切開管道發(fā)現(xiàn)管內(nèi) 壁被銹層覆蓋，銹層中含有大量銹瘤，銹瘤外殼呈黃褐色，較為致密，打 破外殼后內(nèi)層為比較疏松的浮銹，銹層下的金屬基體腐蝕嚴(yán)重，呈不均勻 的潰瘍狀腐蝕

15、，個別腐蝕坑深度較大，出現(xiàn)穿孔。在損壞的閥門內(nèi)壁有水流狀腐蝕溝槽。試用腐蝕失效分析方法分析與推測腐蝕失效原因。10)答 : 腐蝕失效分析方法一般分為兩步 :(1)現(xiàn)場調(diào)查； (2)實驗室分析。 (1)在現(xiàn)場調(diào)查的過程中要了解以下幾點：1. 了解失效設(shè)備的名稱、 尺寸、形狀、材料牌號、制造廠家及全部的制造工藝歷史 (了 解冶煉、鑄造、加工、熱處理及裝配等情況 )、投入運行日期、運行記錄、維修記錄、 工藝流程及操作規(guī)程等。,如附著2. 了解失效設(shè)備或部件的結(jié)構(gòu)和制造特征以及失效部件和碎片的腐蝕外觀 物和腐蝕生成物的收集以及一切可疑的雜物和痕跡的觀察等。3. 了解腐蝕失效設(shè)備或管線的服役條件及服役歷

16、史 (介質(zhì)環(huán)境、 溫度、壓力和以前相 關(guān)的監(jiān)測情況 ),應(yīng)特別注意環(huán)境細(xì)節(jié)和異常工況 ,如突發(fā)超載、溫度變化、壓力和偶然與 強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的接觸等。4. 聽取操作人員及佐證人介紹發(fā)現(xiàn)腐蝕失效的情況及其相應(yīng)的處理方法。5. 收集同類或相似部件過去曾發(fā)生過的腐蝕失效情況。(2)實驗室分析。 題目中已經(jīng)寫明現(xiàn)場調(diào)查所需要得到的主要內(nèi)容， 所以以下著重從所觀 察的現(xiàn)象上分析腐蝕失效原因。1. 題目中指出發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁被銹層覆蓋，銹層中含有大量銹瘤這可能是因為循環(huán)冷卻 水在冷卻塔散熱時暴露在空氣中，會有粉塵，微生物 ,細(xì)菌等進(jìn)入 ,而循環(huán)水中的環(huán)境特 別適宜這類生物在里面生存 ,并大量繁殖 ,時間久了形成大量污

17、垢 ,粘泥等附著在管道內(nèi)壁 上 .對內(nèi)壁造成腐蝕 ,剝落下來的鐵銹與粘泥混雜后再與水中的鈣離子鎂離子等結(jié)合產(chǎn)生 氧化鐵碳酸鈣碳酸鎂等等的混合物 ,成分復(fù)雜 . 因此可以在管道內(nèi)部發(fā)現(xiàn)大量呈黃褐色 的銹瘤，并且銹瘤在肉眼下觀察時，顯得比較致密。2. 腐蝕介質(zhì)：從腐蝕介質(zhì)方面考慮，在循環(huán)水處理過程中，大多數(shù)用自來水補(bǔ)充。 而自來水中一般都溶解有一定量的氯離子、02、C02,并且還溶解有各種各樣的鹽類，包括 Na 鹽， Ca 鹽和 Mg 鹽等，這些物質(zhì)都會與循環(huán)水設(shè)備即管道形成原電池。3. 基體嚴(yán)重腐蝕及穿孔的原因： 一方面， 在水的重復(fù)利用過程中， 隨著水分的蒸發(fā)， 水中的溶解鹽類、懸浮固體及非揮

18、發(fā)性有機(jī)物濃度逐步增大，超過一定濃度時在管道、 設(shè)備特別是在換熱面上發(fā)生結(jié)垢；另一方面，在水中有溶解氧存在的條件下，以及鐵的 陽極發(fā)生反應(yīng)，可以促進(jìn)形成腐蝕電池，造成嚴(yán)重的垢下腐蝕；銹瘤覆蓋下的貧氧區(qū)與 裸露的富氧區(qū)之間也能形成氧濃差電池，使金屬遭受局部腐蝕，當(dāng)形成氧濃差電池后， 局部區(qū)域會由于發(fā)生強(qiáng)烈的點蝕而產(chǎn)生穿孔。4. 閥門內(nèi)壁有水流狀腐蝕溝槽的分析：材料的耐點蝕性能與鋼中夾雜物特性、脫氧 程度、磷含量及其偏析等冶金因素有關(guān)。鋼表面形成的腐蝕溝槽，與材料中的帶狀組織 有關(guān)。平行腐蝕溝槽與鋼中的磷偏析有很好的對應(yīng)性。同時，具有磷偏析的鋼通常會形 成鐵素體和珠光體平行相間分布的帶狀組織。此外

19、，鋼中的條狀夾雜物也會造成蝕坑溝 槽狀的腐蝕形態(tài)。另外條件允許的話， 可進(jìn)行以下分析以進(jìn)一步確定腐蝕失效原因 1)微觀組織分析： 用金相顯微鏡、電子顯微鏡觀察腐蝕失效部件的顯微組織 2)化學(xué)成分分析：主要是采 用光譜法等測定腐蝕部件的材料是否符合技術(shù)要求 ,有無用錯材料或出現(xiàn)成分偏差 ,必要 時可進(jìn)行微量元素分析或微區(qū)成分分析。 3)腐蝕產(chǎn)物分析 表面形貌觀察還要配合相 應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果 ,才能更有效地分析出材料失效的原因。 4)腐蝕形貌觀察：腐蝕 形貌真實地反映了材料被腐蝕的全過程 ,通過對材料腐蝕表面形貌的觀察， 可以進(jìn)一步詳 細(xì)了解腐蝕過程十、根據(jù)自己的研究方向，查找一個以上有關(guān)的腐

20、蝕型式試驗標(biāo)準(zhǔn)，對其 簡要描述。（10）答：本人研究生階段研究的課題：光功能陶瓷材料 -Y2O3 系透明陶瓷的制備及其光 物性研究。我研究的是粉狀化合物，不存在腐蝕問題，只是變質(zhì)問題，因而通過查找， 了解了幾個腐蝕型式試驗標(biāo)準(zhǔn)。所謂型式試驗type test,就是在按某種設(shè)計制造一個或多個樣品來確定該設(shè)計是否 符合本標(biāo)準(zhǔn)的全部要求而進(jìn)行的試驗。標(biāo)準(zhǔn) 1：不銹鋼點蝕電位測量的試驗標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)號 Standard No：. GB/T 17899-1999，這個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不銹鋼點蝕電位測量方法 的試樣、試驗溶液、試驗儀器和設(shè)備、試驗條件和步驟、試驗結(jié)果和試驗報告。此標(biāo)準(zhǔn)適用于動電位法測量不銹鋼在中性 3

21、.5%氯化鈉溶液中的點蝕電位。（1）.取樣：從板材取樣時應(yīng)使試驗面平行于板材的軋面，試驗面用符合GB/T 2481.1規(guī)定的粒度的砂紙進(jìn)行研磨，一直磨到粒度為 W20 的砂紙。為了防止縫隙腐蝕，研磨 后可以進(jìn)行鈍化處理（在50C、20% - 30%的硝酸中浸泡1 h以上）。用釬焊或點焊的方 法將導(dǎo)線焊在試樣上。試樣的絕緣，應(yīng)使最終暴露的試驗面的面積為1cm2，板材試樣為10m材10m m,并使試驗面處于試樣上未受釬焊或點焊熱影響的部位。非試驗面部分 和導(dǎo)線用環(huán)氧樹脂、乙烯樹脂或石蠟松香混熔物等絕緣物進(jìn)行涂覆。在測定前，用符合 GB/T 2481.1規(guī)定的粒度為 W28號的砂紙進(jìn)行仔細(xì)打磨。打磨

22、后用蒸餾水貨去離子水沖 洗，再用丙酮或酒精去油。實驗前至少準(zhǔn)備三個平行試樣。（2）.試驗溶液的配制：試驗溶液為 3.5%氯化鈉溶液，用符合 GB/T 1266規(guī)定的分析 純氯化鈉35g溶于965mL蒸餾水或去離子水中配制而成。（3）.試驗儀器和設(shè)備由恒電位儀、電位掃描裝置、記錄儀、玻璃電解槽（容積大于 300mL）和恒溫槽組成。參比電極推薦用甘汞電極或氯化銀電極，輔助電極用鉑電極或 石墨電極，輔助電極的面積至少是工作電極面積的 2倍。但是在對比試驗中，每次試驗 的參比電極和輔助電極應(yīng)分別一致。（4）.試驗條件和步驟：先將試驗溶液注入電解槽中，溶液的體積與試樣面積之比不小于200mL/cm2,然后將試驗溶液加熱并在恒溫槽中保溫，試驗溫度為30C C,測量前向溶液通入純氮或純氬， 進(jìn)行半小時以上的預(yù)除氧。 試驗過程中保持對溶液連續(xù)通氣， 通氣速度按每升試驗溶液 0.