金屬腐蝕與防護(hù)

1、1.什么是金屬腐蝕：金屬腐蝕是指金屬在周圍介質(zhì)中（最常見是液體和氣體）作用下，由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理變化溶解而產(chǎn)生的破壞。可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕。均勻腐蝕時(shí)金屬腐蝕速率的表示方法及換算關(guān)系金屬腐蝕速度的質(zhì)量指標(biāo)：v=w0-w1/st金屬腐蝕速度的深度指標(biāo)：vl=v*24*365/(100)2p=v*8.76/p金屬腐蝕速度的電流指標(biāo)：ia=v*n/m*26.8*104均勻腐蝕的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：耐蝕性評(píng)定 耐蝕性等級(jí) 腐蝕深度 耐 蝕 1 <0.1 可 用 2 0.11.0 不可用 3 >1.02、相間電位差的形成：帶電粒子或偶極子在界面層中的非均勻分布(a)帶電粒子

2、在兩相間的轉(zhuǎn)移或利用外電源向界面兩側(cè)充電使兩相中出現(xiàn)剩余電荷，形成“雙電層”。 (b)陰、陽離子在界面層中吸附量不同，使界面與相本體中出現(xiàn)等值反號(hào)電荷.在界面的溶液一側(cè)形成吸附雙電層。 (c)溶液中極性分子在界面溶液一側(cè)定向排列，形成偶極子層。 (d)金屬表面因各種短程力作用而形成的表面電位差。絕對(duì)電極電位：=（電極材料）-（溶液）電極材料和溶液的電位差相對(duì)電極電位：平衡電極電位：電荷和物質(zhì)都達(dá)到了平衡，金屬/溶液界面上就建立起一個(gè)不變的電位差值，這個(gè)差值就是金屬的平衡電極電位標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)平衡電極電位：交換電流密度：ik=ia=io，io是與ik和ia的絕對(duì)值均相等的

3、電流密度，稱為該電極反應(yīng)的交換電流密度能斯特公式：3、電動(dòng)序：按金屬標(biāo)準(zhǔn)電極電位大小排列的順序表稱為電動(dòng)序電偶序：按實(shí)用金屬和合金在具體適用介質(zhì)中的腐蝕電位（即非平衡電位）的相對(duì)大小排列而成的序列表用途和局限：用電動(dòng)序只能粗略地判定金屬腐蝕的傾向，往往在實(shí)際條件下使用的金屬大都是合金，且表面有氧化膜，絕大多數(shù)又是在不含自身離子的體系中，若用電動(dòng)序來推斷電偶中腐蝕情況，經(jīng)常會(huì)得出相反的結(jié)果。在實(shí)際使用中常應(yīng)用電偶序來判斷不同金屬材料接觸后的電偶腐蝕傾向，用電動(dòng)序不合適。雖然電偶序在預(yù)測(cè)金屬電偶腐蝕方面要比電動(dòng)序有用，但它也只能判斷金屬在偶對(duì)中的的極性和腐蝕傾向，不能表示出實(shí)際的腐蝕速度。4、如何

4、進(jìn)行金屬電化學(xué)腐蝕傾向的判斷：A、金屬和電解質(zhì)溶液構(gòu)成的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，發(fā)生腐蝕反應(yīng)時(shí)體系自由焓減小，自由焓減小愈多，體系的腐蝕傾向愈大。B、可逆電池電動(dòng)勢(shì)與腐蝕傾向C、電位-pH圖5、根據(jù)Fe-H2o體系的電位-pH圖，可采用的防護(hù)措施有哪些？A、陰極保護(hù)法：使之陰極極化，把電位降到穩(wěn)定區(qū)，使鐵免遭腐蝕B、陽極保護(hù)法：把電位升高到達(dá)鈍化區(qū)，使鐵的表面生成并維持有一層保護(hù)性氧化膜而顯著降低腐蝕C、介質(zhì)處理：將體系中的溶液的pH值調(diào)至913之間，同樣可使鐵進(jìn)入鈍化區(qū)而得到保護(hù)6、腐蝕電池的工作歷程溶液中：陽離子從陽極向陰極移動(dòng) 陰離子從陰極向陽極移動(dòng)類型：宏觀腐蝕電池：通常是指由肉眼可見的電極

5、構(gòu)成的“大電池” 微觀腐蝕電池：由于金屬表面的電化學(xué)不均勻性（表面各部位電位不等）所引起的許多極微小的電極而形成的電池。7、電化學(xué)腐蝕的次生過程如何進(jìn)行：陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物進(jìn)一步相互作用的過程，結(jié)果生成沉淀或腐蝕產(chǎn)物膜8、金屬標(biāo)準(zhǔn)電極電位的正負(fù)與腐蝕速度有一定的相應(yīng)關(guān)系嗎？為什么？9、對(duì)參比電極的要求是什么：A、電極的平衡電位重現(xiàn)性好，也就是說容易建立相應(yīng)于熱力學(xué)平衡的電極特點(diǎn)B、容許通過一定的“測(cè)量電流”而不發(fā)生嚴(yán)重的極化現(xiàn)象10、比較過電位和極化兩個(gè)概念的異同過電位：過電位是電極的電位差值，為一個(gè)電極反應(yīng)偏離平衡時(shí)的電極電位與這個(gè)電極反應(yīng)的平衡電位的差值極化：當(dāng)電極上有靜電流通過時(shí)，引起電

6、極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象11、極化的原因電極的極化主要是電極反應(yīng)過程中控制步驟所受阻力的反應(yīng)類型 電化學(xué)極化（電化學(xué)過程速度最慢） 濃度極化（液相傳質(zhì)步驟最慢）電阻極化12、電化學(xué)步驟的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義傳遞系數(shù)：反映雙電層中電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)速度的影響交換電流密度io：反映電極反應(yīng)進(jìn)行的難易程度13、當(dāng)體系達(dá)到極限擴(kuò)散時(shí)，電極表面被還原物質(zhì)的濃度如何？CS=0相應(yīng)的極限擴(kuò)散電流密度如何求？id=nFD*Co/（D 擴(kuò)散系數(shù) Co初始濃度 擴(kuò)散層厚度）14、Cso= Co0（1-ik/id）在整個(gè)電極反應(yīng)過程中擴(kuò)散步驟是各步驟中最慢的步驟，當(dāng)有電流通過時(shí)，電子轉(zhuǎn)移步驟仍處于平衡狀態(tài)ik=nFD（

7、Co- Cs）/在Co和不變的情況下，擴(kuò)散層的濃度梯度在Cs=0時(shí)達(dá)到最大值，相當(dāng)于被還原物質(zhì)一擴(kuò)散到電極表面就立即被還原掉id=nFD Co0/極限擴(kuò)散電流密度與被還原物質(zhì)在溶液本體中的濃度成正比，而與擴(kuò)散層厚度成反比15、濃度極化對(duì)電化學(xué)極化的影響P60（1）ioid，并且k很速度小，即極限擴(kuò)散電流密度遠(yuǎn)大于電極反應(yīng)的交換電流密度而陰極過電壓又很小，即電化學(xué)步驟是整個(gè)電極反應(yīng)速度的唯一控制步驟的情況（2）極限擴(kuò)散電流密度與電極反應(yīng)的交換電流密度相差不多而陰極過電位很大的情況，此時(shí)ik=id，即整個(gè)陰極還原反應(yīng)的速度完全由擴(kuò)散步驟控制16、電阻極化的特點(diǎn)電阻極化是指電流通過電解質(zhì)溶液和電極表

8、面的某種類型的膜時(shí)產(chǎn)生的歐姆電位降。它的大小與體系的歐姆電阻很有關(guān)系，對(duì)不同的電極系統(tǒng)來說，電阻極化的數(shù)值差別很大。這部分的歐姆電位降是包括在總的極化測(cè)量值之中。17、單電極體系：共軛體系：在金屬與電解質(zhì)溶液構(gòu)成的腐蝕體系中，如果在電極上失去電子靠某一電極過程，而得到電子卻靠另一電極過程18、電偶腐蝕效應(yīng)：通常把A、B兩種金屬偶接后，陽極金屬A的總腐蝕電流icA與未偶合時(shí)該金屬的自腐蝕電流icA之比稱為電偶腐蝕效應(yīng)陰極保護(hù)效應(yīng)：合金在腐蝕過程中，腐蝕介質(zhì)不是按合金比例侵蝕，而是發(fā)生了其中一種成分的選擇性溶解，使合金在電偶腐蝕電池中，陰極體溶解速度減小的效應(yīng)19、活化控制的單電極體系的電化學(xué)基本

9、動(dòng)力學(xué)方程式共軛體系金屬腐蝕速度基本方程式（強(qiáng)、弱、微）20、活化均勻腐蝕體系的腐蝕速率ic的影響因素有哪些？P66（1）陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的交換電流密度ia0和ik0，都是表征各自的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。顯然交換電流密度越大，腐蝕電流的密度ic就越大（2）陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的塔菲爾斜率a和k數(shù)值越大，ic就越?。?）腐蝕過程陰、陽反應(yīng)的平衡電位差（Ee1Ee2）越大，腐蝕速度越大21、實(shí)測(cè)極化曲線和理想極化曲線關(guān)系內(nèi)電流和外電流以及外加極化電流關(guān)系22、如何進(jìn)行實(shí)測(cè)極化曲線的外推法23、電化學(xué)腐蝕過程的控制因素的計(jì)算24、分析合金雜質(zhì)對(duì)析氫和吸氧微電池腐蝕的影響析氫：金屬材料的種類及表面狀態(tài)，

10、主要決定氫析出反應(yīng)的有效電位的氫過電位受金屬種類及金屬中陰極相雜質(zhì)的性質(zhì)的影響。氫過電位低的陰極性雜質(zhì)對(duì)腐蝕起促進(jìn)作用，而氫過電位高的雜質(zhì)將會(huì)使基本金屬腐蝕速度減小。吸氧：與金屬中陰極性雜質(zhì)或微陰極的數(shù)量或面積的增加關(guān)系不大。因?yàn)樵跀U(kuò)散控制的條件下，即使陰極的總面積不大，但實(shí)際上用來可輸送氧的溶液體積通道基本上已被占用完了，所以，繼續(xù)增加微陰極并不會(huì)引起擴(kuò)散過程顯著增強(qiáng)，也就不會(huì)顯著增大腐蝕速度。25、分析氧去極化腐蝕的影響因素（1）與氧的溶解濃度有關(guān)（2）對(duì)于氧去極化陰極過程，濃度極化很突出，常常占主要地位（3）與金屬中陰極性雜質(zhì)或微陰極的數(shù)量或面積的增加關(guān)系不大（4）溫度的影響比較氫去極化

11、腐蝕和氧去極化腐蝕（P105）26、弄清金屬發(fā)生鈍化、孔蝕時(shí)，陽極掃描曲線上各參數(shù)的意義。Ee-Ecp電位區(qū)：Ee是金屬電極的平衡電位，Ecp為金屬的臨界鈍化電位。在這一電位區(qū)內(nèi)，金屬的陽極溶解過程主要是活性溶解。Ecp-Ef電位區(qū)叫做鈍化過渡區(qū):Ef稱為活化電位，金屬開始鈍化，陽極電流密度開始急劇增長(zhǎng)。Ef-Etp電位區(qū)叫做穩(wěn)定鈍化區(qū)：Etp為過鈍化電位，金屬表面處于鈍化狀態(tài)，金屬的陽極溶解電流密度很小，表面形成鈍化膜。曲線1是典型的不銹鋼在氯化鈉溶液中發(fā)生的孔蝕，超過Eb電位，孔蝕發(fā)生、發(fā)展很快。曲線2是不銹鋼在室溫濃鹽酸或100以上高濃Mgcl2溶液中，孔蝕起始于接近活化/鈍化轉(zhuǎn)變區(qū)的電

12、位下，而且發(fā)生在直至吸氧反應(yīng)電位較正的電位區(qū)，實(shí)際上不存在鈍化區(qū)。曲線3是鐵在clo4-溶液中，孔蝕發(fā)生在過鈍化電位區(qū)。曲線4鐵在硫酸鹽溶液中，孔蝕發(fā)生在活化、鈍化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，在致鈍電位下蝕孔密度最高。曲線5是低碳鋼中含有硫化物夾雜在近中性氯化物溶液中，硫化物夾 雜區(qū)侵蝕，孔蝕成核，所以孔蝕也可能發(fā)生在活化電位區(qū)弄清影響鈍態(tài)建立的若干因素P127（1）金屬本身性質(zhì)的影響（2）介質(zhì)的成分和濃度的影響（3）介質(zhì)pH值的影響（4）氧的影響（5）溫度的影響27、電偶腐蝕：兩種或兩種以上具有不同電位的金屬接觸時(shí)形成的腐蝕，又稱不同金屬的接觸腐蝕。電偶腐蝕的原理：耐蝕性較差的金屬（電位較低）接觸后稱為陽極，

13、腐蝕加速；而耐蝕性較高的金屬（電位較高）則變成陰極受到保護(hù)，腐蝕減輕或甚至停止。面積效應(yīng)：電偶腐蝕電池的陽極面積減小，陰極面積增大，將導(dǎo)致陽極金屬腐蝕加劇。因?yàn)殡娕几g電池工作時(shí)陽極電流總是等于陰極電流，陽極面積愈小，則陽極上電流密度就愈大，即陽極金屬的腐蝕速度減小（大陰極-小陽極）。孔蝕的“自催化酸化效應(yīng)”：當(dāng)孔蝕一旦發(fā)生，蝕孔內(nèi)金屬發(fā)生溶解，如果是在含氯離子水溶液中，則陰極反應(yīng)為吸氧反應(yīng)，由于孔內(nèi)氧的不斷消耗，孔內(nèi)氧濃度下降，而蝕孔外溶液中仍保持富氧，形成孔內(nèi)外“供氧差異電池”。孔內(nèi)陽極溶解使金屬離子不斷增加；為保持電中性，蝕孔外陰離子向孔內(nèi)遷移，孔內(nèi)氯離子濃度升高，遇到陽離子形成氯化物，

14、并發(fā)生水解，這使孔內(nèi)氫離子濃度升高，pH值降低而酸化。28、孔蝕和縫隙腐蝕的區(qū)別和控制方法孔蝕：從金屬表面向內(nèi)部擴(kuò)展形成空穴或蝕坑狀的局部腐蝕形態(tài)控制方法：（1）改善介質(zhì)條件，如減少氧化劑、降低溫度、提高pH值等（2）選用耐孔蝕的合金材料（3）陰極保護(hù)（4）對(duì)合金表面進(jìn)行鈍化處理：提高材料鈍態(tài)穩(wěn)定性（5）使用緩蝕劑，注意緩蝕劑用量不足，反而會(huì)加速腐蝕縫隙腐蝕：由于金屬表面與其他金屬或非金屬表面形成狹縫或間隙，并有介質(zhì)存在時(shí)在狹縫內(nèi)或近旁發(fā)生的局部腐蝕控制方法：（1）合理設(shè)計(jì)（2）電化學(xué)保護(hù)（3）選材（4）緩蝕劑的應(yīng)用29、貧鉻理論：由于晶界析出碳化鉻而引起晶界附近鉻的貧化而造成晶間腐蝕晶界雜質(zhì)

15、選擇性溶解：在一些非敏化態(tài)中，主要由于雜質(zhì)元素P、Si等在晶界吸附而產(chǎn)生晶間腐蝕臨界應(yīng)力：鈍化合金的SCC理論：（1）陽極溶解理論（2）氫脆理論（3）應(yīng)力吸附破裂理論（4）堿脆30、絲狀腐蝕：在金屬或非金屬涂層下面的金屬表面發(fā)生的一種細(xì)絲狀腐蝕，行跡為絲狀，延跡線所發(fā)生的腐蝕在金屬上挖出一條可察覺的小溝疲勞腐蝕：材料或構(gòu)件在交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用下引起的脆性斷裂稱為疲勞腐蝕磨損腐蝕：由于腐蝕流體和金屬表面間的相互運(yùn)動(dòng)，引起金屬的加速破壞和腐蝕選擇性腐蝕：由于通過腐蝕過程多元合金中較活潑組分的優(yōu)先溶解，是屬于化學(xué)成分的差異而引起的細(xì)菌腐蝕（微生物腐蝕）：指在微生物生命活動(dòng)參與下所發(fā)生的腐蝕3

16、1、了解金屬在各種環(huán)境中的腐蝕情況A、高溫腐蝕B、大氣腐蝕C、土壤腐蝕D、海水腐蝕E、細(xì)菌腐蝕32、高分子材料的老化高分子老化的兩種類型的特點(diǎn)及環(huán)境應(yīng)力開裂33、無機(jī)非金屬材料的主要成分及腐蝕機(jī)理風(fēng)化：34、何為防腐蝕技術(shù)：為控制或防止金屬腐蝕而采取的各種方法，稱為防腐蝕技術(shù)常用的控制金屬腐蝕的方法：A、正確選用金屬材料和合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)B、改變環(huán)境成分，添加緩蝕劑C、電化學(xué)保護(hù)D、采用保護(hù)性覆蓋層35、何為緩蝕劑：在腐蝕介質(zhì)中加入少量就能顯著減弱或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，也叫腐蝕抑制劑。緩釋劑的幾種分類：按化學(xué)成分：無機(jī)緩蝕劑&有機(jī)緩蝕劑 按作用機(jī)理：陽極型緩蝕劑&陰極型&

17、;混合型 按緩蝕劑形成的保護(hù)膜：氧化（膜）型&沉淀（膜）型 按物理性質(zhì)：水溶性&油溶性&氣相36、電化學(xué)陰極保護(hù)的原理：將被保護(hù)金屬作為陰極，進(jìn)行外加陰極極化以降低或防止金屬腐蝕的方法陽極保護(hù)的原理：將被保護(hù)金屬設(shè)備與外加直流電源的正極相連，在腐蝕介質(zhì)中使其陽極極化到穩(wěn)定的鈍化區(qū)，金屬設(shè)備就得到保護(hù)。名詞解釋去極化劑：能消除或減弱極化作用的物質(zhì)交換電流密度：ik=ia=io，io是與ik和ia的絕對(duì)值均相等的電流密度，稱為該電極反應(yīng)的交換電流密度混合電位：在共軛體系中，總的陽極反應(yīng)速率等于總的陰極反應(yīng)速率，這時(shí)的電極電位稱為混合電位活化極化：空泡腐蝕：液體與金屬構(gòu)件高速

18、相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在金屬表面局部地區(qū)產(chǎn)生渦流，伴隨著氣泡在金屬表面迅速生成和破裂，呈現(xiàn)與孔蝕相似的腐蝕特征。絲狀腐蝕：在金屬或非金屬涂層下面的金屬表面發(fā)生的一種細(xì)絲狀腐蝕，行跡為絲狀，延跡線所發(fā)生的腐蝕在金屬上挖出一條可察覺的小溝極限擴(kuò)散電流密度：非平衡電極電位：表征不可逆電極反應(yīng)的電極電位傳遞系數(shù)：電化學(xué)步驟的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)，反應(yīng)雙電層中電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)速度的影響老化：高分子材料在加工、儲(chǔ)存和使用過程中，由于內(nèi)外因素綜合作用，其物理化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能降低的現(xiàn)象。極化：當(dāng)電極上有靜電流通過時(shí)，引起電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象鈍化：金屬的電極電位因施加陽極電流而向正方向移動(dòng)，當(dāng)超過一定數(shù)值后，金屬的溶解速度

19、不但不繼續(xù)隨之增大，卻反而劇烈的減小了濃差極化：如果電子轉(zhuǎn)移步驟的速度比反應(yīng)物或產(chǎn)物的液相傳質(zhì)步驟的速度快，則電極表面和溶液深處的反應(yīng)物的濃度將出現(xiàn)差別，由這種濃度差引起的電極電位變化稱之為濃度極化平衡電極電位：電荷和物質(zhì)都達(dá)到了平衡，金屬/溶液界面上就建立起一個(gè)不變的電位差值，這個(gè)差值就是金屬的平衡電極電位析氫腐蝕：以氫離子還原反應(yīng)為陰極過程的腐蝕吸氧腐蝕：以氧的還原反應(yīng)為陰極過程的腐蝕選擇性腐蝕：由于通過腐蝕過程多元合金中較活潑組分的優(yōu)先溶解，是屬于化學(xué)成分的差異而引起的電偶腐蝕：兩種或兩種以上具有不同電位的金屬接觸時(shí)形成的腐蝕，又稱不同金屬的接觸腐蝕。共軛反應(yīng)：在一個(gè)孤立金屬電極上同時(shí)以

20、相等的速度進(jìn)行著一個(gè)陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的現(xiàn)象自鈍化：只要將金屬或合金侵入介質(zhì)中，不依靠外加陽極極化電流，它將與介質(zhì)自然作用成鈍化狀態(tài)風(fēng)化：大氣與玻璃的作用陰極保護(hù)效應(yīng)：合金在腐蝕過程中，腐蝕介質(zhì)不是按合金比例侵蝕，而是發(fā)生了其中一種成分的選擇性溶解，使合金在電偶腐蝕電池中，陰極體溶解速度減小的效應(yīng)陽極保護(hù)：將被保護(hù)金屬設(shè)備與外加直流電源的正極相連，在腐蝕介質(zhì)中使其陽極極化到穩(wěn)定的鈍化區(qū)，金屬設(shè)備就得到保護(hù)。緩蝕劑：在腐蝕介質(zhì)中加入少量就能顯著減弱或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，也叫腐蝕抑制劑。填空題1、金屬腐蝕是指金屬在周圍介質(zhì)中作用下由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理變化溶解而產(chǎn)生的破壞2、由于理論電位p

21、H圖是一種以熱力學(xué)為基礎(chǔ)的電化學(xué)平衡圖，它只能用于預(yù)測(cè)金屬腐蝕傾向大小，不能預(yù)示金屬腐蝕速度大小3、電極的極化主要是電極反應(yīng)過程中控制步驟所受阻力的反應(yīng)。根據(jù)控制步驟的不同，可將極化分為兩類：電化學(xué)極化和濃度極化4、極化現(xiàn)象的本質(zhì)在于電子的遷移比電極反應(yīng)及其有關(guān)的連續(xù)步驟完成得快5、極化曲線是指表示電極電位與極化電流或極化電流密度之間關(guān)系的曲線，通常穩(wěn)態(tài)法測(cè)極化曲線的兩種方法中（恒電位法&恒電流法），只有恒電位法才能測(cè)得連續(xù)完整的極化曲線6、參比電極是非極化電極，其交換電流密度大7、埋地管道經(jīng)砂土和粘土帶，鋼管腐蝕發(fā)生在粘土帶一側(cè)，這使?jié)獠铍姵氐淖饔?、按照金屬表面的電解液膜層存在和狀態(tài)不同，可把大氣腐蝕分為干的大氣腐蝕、潮的大氣腐蝕和濕的大氣腐蝕三類。9、析氫腐蝕陰極過程主要是受活化極化控制，吸氧腐蝕的陰極過程主要是受濃差極化控制。在自然界中普遍存在因而破壞性最大的是吸氧腐蝕。10、寫出8種常見的局部腐蝕：電偶腐蝕、點(diǎn)蝕腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、細(xì)菌腐蝕、絲狀腐蝕、磨損腐蝕、腐蝕疲勞。11、環(huán)形陽極極化曲線的“滯后環(huán)”越大，表明該金屬的耐孔蝕性能越差?？孜g電位越正，表明金