材料腐蚀
1.何谓化学腐蚀、电化学腐蚀？
2．详细推导V、VL和ia的关系，并标出推导过程中各符号的单位？
※<习题二>
3.名词解释：平衡电极电位、交换电流密度、非平衡电极电位、混合电位、共轭体系。
4.什么是腐蚀原电池，它与干电池工作原理有何区别与联系，它是如何工作的？
5.计算Cu电极在0.1mol/LCuSO4和5 mol/LCuSO4溶液之间构成的浓差电池电动势（忽略其液接电位）。
6.请绘制Fe-H 2O体系的电位-pH图。
※<习题三>
7.什么是零电荷电位，它与自腐蚀电位是否有区别？
8.电化学极化控制下决定腐蚀速率的主要因素是什么？
9.试画出由电化学控制的阳极极化曲线，请写出当阳极过电位大于120mV后的动力学方程。
10.试画出浓度极化控制的阴极极化曲线，并标出极限电流密度，指出极限电流密度的意义。
11.腐蚀电池分类的依据是什么？有哪些类型的腐蚀电池，产生的原因是什么？
12.试用混合电位理论讨论Fe3+对铁在酸中腐蚀行为的影响。
13.试画出阴极和电阻混合控制的Evans图。
※<习题四>
14.析氢腐蚀有哪些特征？影响析氢过电位的因素有哪些？
15.什么是吸氧腐蚀？影响因素有哪些？
※<习题五>
16.金属的自钝化和电化学钝化有何异同？介质中的氧化剂必须满足什么条件才能实现金属的自钝化？
17.何谓钝化和过钝化？
※<习题六>
18.简要阐述电偶腐蚀的影响因素及其作用规律。
19.小孔腐蚀是如何孕育和发展的？
20.比较小孔腐蚀与缝隙腐蚀的异同？
21.试区分晶间腐蚀与选择性腐蚀，举例说明。
22.试阐述应力腐蚀的力学特征、环境特征和材料特征。
※<习题七>
23.试举例画出金属高温氧化的三种动力学规律图
24.水膜厚度与金属腐蚀速率有何关系？
25.管线钢在干土壤与湿土壤交界处腐蚀，哪一端为阳极？为什么？
26.盐有哪些类型？它们对金属的腐蚀作用规律如何？
※<习题八>
27.何谓防腐蚀设计，设计过程中应遵循什么原则？
※<习题九>
28.钻井设备腐蚀环境的特点是什么，会发生哪些腐蚀？
29.集输管线在土壤中可能发生哪些宏观腐蚀类型？为什么？
30.硫酸有何特点？对金属腐蚀作用规律怎样?
第一章金属腐蚀概论
1.1 金属腐蚀定义是什么？金属腐蚀学包含哪些主要内容？是如何分类的？
1.2金属腐蚀与防护和国名经济发展有什么关系？请举例说明。
1.3 金属腐蚀与防护学科是怎样发展起来的？我国金属腐蚀与防护科技发展状况如
何？
1.4 金属防护技术包括哪些基本方面？
第二章金属腐蚀电化学理论基础
2.1 如何判断在一定条件下某种金属材料发生电化学腐蚀的可能性？
2.2 什么叫腐蚀电池？腐蚀电池大致可分为几类？
2.3 什么是极化？何谓电化学极化？何谓浓差极化?
2.4 如何运用腐蚀极化图解释电化学腐蚀？
2.5 什么是析氢腐蚀和吸氧腐蚀？
2.6 何谓钝化？钝化的本质是什么？
2.7 铜电极和氢电极（P H2=2atm）浸在Cu2+活度为1且pH=1的CuSO4溶液中组成电池，25°C，求该电池的电动势，并判断电池的极性。
2.8 成相膜理论和吸附膜理论的区别是什么？
2.9 试判断铁在25℃，中性溶液中是否可能发生耗氧腐蚀。
2.10 低碳刚在pH＝2的无氧水溶液中，腐蚀电位为-0.64V（相对饱和Cu/CuSO4电极）。对于同样钢的氢过电位（单位为V）遵循下列关系：η＝0.7+0.1lgi，式中i的单位为A·cm-2。假定所有钢表面近似作为阴极，计算腐蚀速度（mm·a-1)。
2.11 25℃时，铁在3％NaCl水溶液中腐蚀，欧姆电阻很小，可忽
略不计。测得其腐蚀电位E corr＝-0.544V（SCE)，试计算该腐蚀体系中阴、阳极控制速度。
K sp[Fe(OH)2] = 1.65 × 10-15， E Fe2+/Fe = -0.44 (V)
2.12 已知水以40L·min-1的速度流入钢制管道，并且水中含有5.50ml·L-1的氧（25℃，101325 Pa），水离开管道时的含氧量降为0.15 ml·L-1。假设所有的腐蚀集中发生在面积为30m2的形成Fe2O3的加热区，试求腐蚀速度（以g·m-2·d-1为单位）。
第三章金属材料的耐腐蚀性能
3.1 纯金属按其热力学稳定性可分为哪几种？根据是什么？
3.2 提高合金耐蚀性有哪些途径？其中最有效的途径是什么？举例说明。
3.3 耐蚀金属材料是如何分类的？
3.4 碳钢在盐酸、硫酸、硝酸及碱的溶液中的腐蚀行为如何？
3.5 在耐大气腐蚀用钢及耐海水腐蚀用钢中，通常加入哪些主要合金元素？这些元素是如何提高其耐蚀性能？举例说明。
3.6 不锈钢加入的主要合金元素有哪些？有什么作用？
3.7 不锈钢成分与组织结构关系图能说明什么问题?
3.8 从组成来划分，高温合金分为哪几类？
第四章金属的高温腐蚀与防护
4.1 举例说明高温腐蚀在科学技术发展中的重要性。
4.2 研究高温腐蚀时，热力学有什么作用？如何应用各种热力学图？
4.3 氧化物的晶体结构与缺陷与金属的抗高温腐蚀有什么关系？
4.4 简述各种金属氧化机理？
4.5 合金氧化有什么特点？如何提高合金的抗氧化性能？指出其理论依据。
4.6 金属的高温硫化与氧化相比较有什么特点？
4.7 在O-S混合系中如何提高合金的抗高温腐蚀性能？
4.8 按照热腐蚀酸碱熔融机理，如何提高合金的抗热腐蚀性能？
4.9 如何防止和阻碍金属与合金的碳化？
4.10 高温合金有哪些基本类型？其抗高温腐蚀性能如何？
4.11 抗高温腐蚀涂层有哪些基本类型？分析限制其性能的因素。
第五章全面腐蚀、局部腐蚀与防护
5.1 什么是全面腐蚀？什么是局部腐蚀？全面腐蚀和局部腐蚀有
哪些特征？为什么局部腐蚀较面腐蚀更具危害性？
5.2 什么是点蚀（小孔腐蚀）？点蚀破坏的特点有哪些？
5.3 点蚀容易在金属表面哪些部位发生？
5.4 点蚀发展形成闭塞电池的条件和机理是什么？
5.5 举例说明防止点蚀发生可采取的措施。
5.6 什么事缝隙腐蚀？缝隙腐蚀的特征如何？
5.7 什么是电偶腐蚀？简述电偶腐蚀的机理。
5.8 当A、B两种金属的阴极反应都受氧的扩散控制时，A、B偶接后，A为阴极，B为阳极，二者的面积分别为S A、S B，在电偶效应v 与S A/S B有正比关系，此为电偶腐蚀
集氧面积原理或称汇集原理。试根据极化图和电偶腐蚀原理加以证明。
5.9 什么是晶间腐蚀？产生晶间腐蚀的原因有哪些？
5.10 奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的条件和机理是什么？
5.11 铁素体不锈钢产生晶间腐蚀的条件和机理是什么？
5.12 影响晶间腐蚀有哪些因素？
5.13 防止晶间腐蚀发生可采取的措施有哪些？
5.14 1Cr18Ni9/1Cr18Ni9Ti、1Cr17三种不锈钢应分别采取何种热处理才能避免发生晶间腐蚀？为什么?
第六章应力作用下的腐蚀与防护
6.1 什么事应力腐蚀？发生应力腐蚀开裂需要具备哪些基本条件？
6.2 请简述应力腐蚀开裂的阳极溶解机理。
6.3 Parkins为了说明应变速率在应力腐蚀过程中的重要作用，设计了一个著名的试验。将预制裂纹的碳锰钢试样在Na2CO3-Na2HCO3溶液中进行恒载荷悬臂梁加载。以悬臂梁偏折度与时间作图（如下图示），曲线的斜率表示蠕变的相对值，曲线的变化趋势表示了试件的应力腐蚀敏感性。曲线A对应的试样自始至终施加-650mV（SCE）的极化电位；曲线B对应的试样自始至终施加-900mV的极化电位；曲线C对应的试样40h前施加-900mV的极化电位，40h后移到-650mV 的极化电位；曲线D对应的试样17h前施加-900mV的极化电位，17h 后移到-650mV的极化电位。试分别说明A、B、C、D四个试验中哪种情况发生了应力腐蚀？哪个电位是应力腐蚀的敏感电位？为什么说应变速率对应力腐蚀的作用甚至比应力的作用还重要？
6.4 什么是氢致开裂？氢的来源有哪些？氢在金属中的传输方式如何？
6.5 举例说明什么是不可逆氢脆、什么事可逆氢脆。
6.6 试论述有关可逆氢脆机理的四种理论的主要观点。
6.7 降低氢致开裂敏感性的途径和方法有哪些？
6.8 什么是腐蚀疲劳？腐蚀疲劳有哪些特点？
第七章自然环境中的腐蚀与防护
7.1 什么是大气腐蚀？大气腐蚀的分类和相应的腐蚀特点是什么？
7.2 金属表面形成锈层后大气腐蚀过程的特点是什么？
7.3 第二次世界大战后不久，美国制造的一艘豪华游船“海洋在召
唤号”，船体用Monel合金（一种Ni- Cu合金）做船体外壳，用钢钉铆接。在海洋中试船不久，就发现船体主要构件发生了严重的破坏，最后不得不报废。请分析破坏的原因及腐蚀的形态。用什么措施可以减轻或防止其腐蚀？
7.4 有哪些措施可以防止和减轻金属材料的大气腐蚀？
7.5 土壤腐蚀的特点是什么？
7.6 土壤电解质的特性有哪些？
7.7 土壤腐蚀电极反应阴极过程和阳极过程的特点是什么？
7.8 简述土壤腐蚀宏电池的分类及产生原因。
7.9 什么是杂散电流腐蚀？哪些工业环境容易产生杂散电流腐蚀？如何防止杂散电流腐蚀？
7.10 简述防止土壤腐蚀可采取的措施。
7.11 简述淡水腐蚀电极过程的特性并写出相应的电极反应式。
7.12 海水腐蚀过程的电化学特性是什么？
7.13 简述海洋环境的分类和相应的腐蚀特点。
7.14 海水腐蚀的防护措施有哪些？
7.15 防止微生物腐蚀可采取哪些措施？
第八章工业介质中的腐蚀与防护
8.1 说明碳钢在硫酸、盐酸、硝酸中的腐蚀速度与酸浓度的关系。
8.2 哪些工业金属材料比较适用于碱溶液中?
8.3 在工业冷却水中应主要采取哪些防腐蚀措施?
8.4 影响高温水腐蚀的主要因素是什么？
8.5 在高温高压水中为什么会形成碱腐蚀?应如何避兔?
8.6 熔盐腐蚀有哪些主要反应形式?
8.7 什么是液态金属腐蚀中的温差质量迁移和等温质量迁移现象？
第九章电化学保护技术
9.1 试用电位-pH图和极化曲线说明阴极保护原理。
9.2 牺牲阳极和外加电流的阴极保护有哪些相同点，有哪些不同点？他们各有哪些优缺点？说明之。
9.3 什么叫最小保护电流密度和最小保护电位？怎样确定合理的阴极保护参数？
9.4 什么叫阳极保护？阳极保护与阴极保护有哪些不同点？为什么说阳极保护比阴极保护危险性大些？
9.5 为什么阴极保护和阳极保护不能用于防止大气腐蚀、蒸汽介质的腐蚀和有机介质的腐蚀?进行阴极保护和阳极保护的条件是什么？
第十章金属涂层保护技术
10.1 举例说明阴极性镀层与阳极镀层在防蚀作用上有何差异。
10.2 什么叫电镀？详细说明电镀时电流流通的全部机理。
10.3 试比较电解池与原电池的异同。
10.4 简要说明电镀液的基本成分及其作用。
10.5 什么叫自催化化学镀？与电镀相比，它具有哪些优点？
10.6 什么叫热浸镀？热浸镀层形成的基本条件是什么？
10.7 什么叫渗镀？渗层形成的条件是什么？
10.8 简述钢上镀锌层耐大气腐蚀机理。
10.9 举例说明电镀和热浸镀在冶金制品生产中的应用。
第十一章金属转化膜保护技术
11.1 什么叫化学转化膜？它有何用途？举例说明。
11.2 简述锌的铬酸盐膜的形成机理及防蚀机理。
11.3 何谓转化型磷化膜和假转化型磷化膜？举例说明。
11.4 磷化膜具有哪些特征？它有哪些用途？
11.5 什么叫发蓝？简述钢铁化学氧化膜的生成机理。
11.6 何谓铝阳极氧化？铝阳极氧化过程中电压-时间曲线有何特点，并加以说明。
第十二章非金属涂层保护技术
12.1 什么叫涂料?简述防蚀涂料的组成及其作用。
12.2 什么叫衬里保护？举例说明。
12.3 什么叫玻璃钢？玻璃钢衬里由哪几部分构成？它们各自的作用是什么？
12.4 橡胶衬里的硫化目的是什么？是否应在衬里粘贴前进行？为什么？举出三种硫化方法。
12.5 什么叫搪瓷？它由哪些成分组成？各成分的主要作用是什么？
12.6 防锈油脂由哪些成分组成？各成分的作用是什么？防锈油脂的防护作用是怎样实现的？
第十三章缓蚀剂保护技术
13.1 什么叫缓蚀剂？什么叫缓蚀效率？
13.2 简要说明氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型缓蚀剂的特征。
13.3 为什么铬酸盐是危险性缓蚀剂？
13.4 为什么钢铁的化学酸洗工艺要使用缓蚀剂？采用何种缓蚀剂？
13.5 防锈用缓蚀剂分几类？各举一例。
第十四章金属设备的防腐蚀设计
14.1 什么是防腐蚀设计？它包括哪几个方面?
14.2 在进行防腐蚀设计前，需掌握哪些方面的资料？
14.3 造成设备腐蚀的环境因素包括哪些方面?分别用什么参数评价?
14.4 选择防腐蚀材料的原则是什么?
14.5 为进行合理选材需了解的材料性能有哪些？
14.6 防腐蚀选材的一般程序是什么?
14.7 防腐蚀措施大体可分为哪几类?
14.8 如何根据具体的使用工况选择防腐蚀措施?
14.9 如何鉴别各种防腐蚀措施的有效性和适应性？
14.10 防腐蚀结构设计因遵循的原则是什么？
14.11 防腐蚀强度设计主要包含哪几个方面？
钝化理论在金属腐蚀与防护中的应用
钝化理论在金属腐蚀与防护中的应用 钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法。另外，一种活性金属或合金，其中化学活性大大降低，而成为贵金属状态的现象，也叫钝化。 钝化,金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致密的结构，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。如Fe→Fe2+时标准电位为－0.44V，钝化后跃变到+0.5～1V，而显示出耐腐蚀的贵金属性能，这层薄膜就叫钝化膜。 金属的钝化也可能是自发过程（如在金属的表面生成一层难溶解的化合物，即氧化物膜）。在工业上是用钝化剂（主要是氧化剂）对金属进行钝化处理，形成一层保护膜。 常见例子：冷浓硫酸、冷浓硝酸与铁、铝均可发生钝化。 其钝化的机理可用薄膜理论来解释,即认为钝化是由于金属 与氧化性质作用,作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、牢固地吸附在金属表面上的钝化膜.这层膜成独立相存在,通常是氧化金属的化合物.它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用,防止金属与腐蚀介质接触,从而使金属基本停止溶解形成钝态达到防腐蚀的作用. 金属表面状态变化所引起的金属电化学行为使它具有贵金属的某些特征(低的腐蚀速率、正的电极电势)的过程。若这种变化
因金属与介质自然作用产生，称为化学钝化或自钝化；若该变化由金属通过电化学阳极极化引起，称为阳极钝化。另有一类由于金属表面状态变化引起其腐蚀速率降低，但电极电势并不正移的钝化（如铅在硫酸中表面覆盖盐层引起腐蚀速率降低），称为机械钝化。金属钝化后所处的状态称为钝态。钝态金属所具有的性质称为钝性（或称惰性）。 钝化能使金属变得稳定，从本质上讲这是由于金属表面上覆盖了一层氧化膜，因而提高了金属的抗腐蚀性能。为了提高金属的防护性能，可采用化学方法或电化学方法，是金属表面上覆盖一层人工氧化膜，这种方法就是通常所说的氧化处理或发蓝，如在机械制造、仪器制造、武器、飞机及各种金属日用品中，作为一种防护装饰性覆盖层广泛地被采用。 金属钝化时由于金属和介质作用，生成一层极薄的肉眼所看不见的保护膜。这层膜是金属和氧的化合物。如：在有些情况下，铁氧化后生成结构复杂的氧化物，其组成为Fe3O4。钝化后的铁跟没有钝化的铁有不同的光电发射能力。经过测定，铁在浓硝酸中的金属氧化膜的厚度是3×10∧-9m～4×10∧-9m。这种膜将金属和介质完全隔绝，从而使金属变得稳定。 1.论成相膜理论认为金属钝化是一种界面现象，它没有改变金属本体的性能，只是使金属表面在介质中的稳定性发生了变
腐蚀数据与选材手册
内容有效性 本书是根据腐蚀数据手册的前一版进行修订和改编的。该书补充了许多工业环境和媒体中材料选择的内容，并补充了原书中的数据。该书收集了大约一百万个数据，一百多种材料，1500多种媒体和大约18种工业环境。这是一本具有完整数据和强大实用性的必要参考书。本书的第一章简要介绍了腐蚀的基本概念。第二部分介绍了正确选择材料和设计的原理以及设计工作中应注意的事项。结合原理并列举了许多示例，它也引入了一些材料选择方面的错误。在接下来的十章中，从介质和工业环境的角度介绍了各种材料的耐腐蚀性，重点是硫酸和硫酸行业，硝酸和硝酸行业，盐酸和盐酸行业，氢氟酸和氢氟酸。酸工业，磷酸和磷酸工业，乙酸和乙酸工业，脂肪酸和脂肪酸工业，氯和氯碱工业，氯化钠和盐工业腐蚀数据和重要腐蚀介质（如氢氧化钠，氨水）的材料选择（氢氧化铵）硫，电子工业，罐车工业，航空航天工业，高温腐蚀环境以及工业环境中的各种材料。解释了在不同环境中使用各种材料以及它们的优缺点的比较。在第三部分中，以表格的形式列出了材料在不同介质中的耐腐蚀性。本文收集了一百多种材料，例如金
属和合金，塑料，橡胶，木材，陶瓷，玻璃，混凝土，碳和石墨，涂料，涂料，涂料，乳香，碱，盐，气体，液态金属，其他机械，有机物，石油产品，轻工业产品，食品和植物油，大气，土壤，水和海水以及在不同温度下的腐蚀数据。在第四附录中，介绍了产生应力腐蚀开裂的材料的物理和机械性能以及材料和环境的组合。本书适用于从事化学，石油，石化，轻工，食品，纺织，冶金，建筑，机械，能源，交通，电子，国防，石油，化工，石油和天然气等领域的科研和设计人员，从事腐蚀和防护的工程技术人员，航空航天等行业。高校相关专业的师生也可以参考。 符号说明 腐蚀的基本概念 第一章简介1 1，腐蚀的定义1 二，腐蚀危害1 1.经济损失
四川理工学院金属腐蚀理论及应用试卷
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 材料腐蚀的分类 材料腐蚀类别与相应机理 金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏，称为金属腐蚀。腐蚀现象是十分普遍的。从热力学的观点出发，除了极少数贵金属Au、Pt 等外，一般材料发生腐蚀都是一个自发过程。金属很少是由于单纯机械因素（如拉、压、冲击、疲劳、断裂和磨损等）或其他物理因素（如热能、光能等）引起破坏的，绝大多数金属的破坏都与其周围环境的腐蚀因素有关。 1.1金属的高温氧化腐蚀 1.1.1高温氧化腐蚀概念 在大多数条件下，使用金属相对于其周围的气态都是热不稳定的。根据气体成分和反应条件不同，将反应生成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物等，或者生成这些反应产物的混合物。在室温或较低温干燥的空气中，这种不稳定性对许多金属来说没有太多的影响。因为反应速度很低。但是随着温度的上升，反应速度急剧增加。这种在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。 从广义上看，金属的氧化应包括硫化、卤化、氮化、碳化，液态金属腐蚀，混合气体氧化，水蒸气加速氧化，热腐蚀等高温氧化现象；从狭义上看，金属的高温氧化仅仅指金属（合金）与环境中的氧在高温条件下形成氧化物的过程。 1.1.2高温氧化腐蚀机理 研究金属高温氧化时，首先应讨论在给定条件下，金属与氧相互作用能否自发地进行或者能发生氧化反应的条件是什么，这些问题可通过热力学基本定律做出判断。 金属氧化时的化学反应可以表示成： Me (s)+O 2(g)→MeO 2(g) 对该式来说： 可知，只要知道温度T 时的标准自由能变化值，即可得到该温度下的金属氧化物分解压，然后将其与给定条件下的环境氧分压比较就可判断金属氧化反应式的反应方向。 在一个干净的金属表面上，金属氧化反应的最初步骤是气体在金属表面上吸附。随着反应的进行，氧溶解在金属中，进而在金属表面形成氧化物薄膜或独立的氧化物核。在这 常用腐蚀金相试剂 序号试剂名称成分适用范围注意事项 1 硝酸酒精溶液硝酸 1~5毫升 酒精 100毫升 碳钢及低合金钢的组 织显示 硝酸含量按材料选择， 浸蚀数秒钟 2 苦味酸酒精溶液苦味酸 4~10克 酒精 100毫升 对钢铁材料的细密组 织显示较清楚 浸蚀时间自数秒钟至 数分钟 3 苦味酸盐酸酒精溶液苦味酸 1~5克 盐酸 5毫升 酒精 100毫升 显示淬火及淬火+回 火后钢的晶粒和组织 浸蚀时间较上例约快 数秒钟至一分钟 4 苛性钠苦味酸水溶液苛性钠 25克 苦味酸 2克 水 100毫升 钢中的渗碳体染成暗 黑色 加热煮沸浸蚀5~30分 钟 5 氯化铁盐酸水溶液氯化铁 5克 盐酸 50毫升 水 100毫升 显示不锈钢、奥氏体 高镍钢、铜及铜合金 组织，显示奥氏体不 锈钢的软化组织 浸蚀至显现组织 6 王水甘油溶液硝酸 10毫升 盐酸 20~30毫升 甘油 30毫升 显示奥氏体镍铬合金 等组织 先将盐酸与甘油充分 混合，然后加入硝酸， 试样浸蚀前先行用热 水预热 7 高锰酸钾苛性钠水溶液高锰酸钾 4克 苛性钠 4克 水 100毫升 显示高合金钢中碳化 物、σ相等 煮沸使用，浸蚀1~10 分钟 8 氨水双氧水(H2O2)溶液氨水（饱和） 50毫升 双氧水（3%） 50毫升 显示铜及铜合金组织 随用随配，以保持新 鲜，用棉花蘸擦 9 氯化铜氨水溶液氯化铜 8克 氨水（饱和） 100毫升 同上浸蚀30~60秒 10 硝酸铁水溶液硝酸铁Fe(NO3)3 10克 水 100毫升 显示铜合金组织用棉花擦拭 11 混合酸氢氟酸（浓） 1毫升 盐酸 1.5毫升 硝酸 2.5毫升 水 95毫升 显示硬铝组织 浸蚀10~20秒或用棉花 蘸擦 12 氢氟酸水溶液氢氟酸(HF)（浓） 0.5毫升 水 99.5毫升 显示一般铝合金组织用棉花擦拭 13 苛性钠水溶液苛性钠 1克 水 90毫升 显示铝及铝合金组织浸蚀数秒钟 14 显示原奥氏体晶界试剂⒈苦味酸3克，20型洗衣粉 0.5克（内含烷基磺酸钠），水 100毫升 12CrNi3、30CrMnSi、 38CrMoAl、40CrNiMo 及显示回火高速钢原 奥氏体晶界 40~60℃ 1.5~2分钟 浸蚀后轻抛数秒⒉盐酸25毫升，硝酸4毫升， 水25毫升。 一、填空 1、相界表面处理材料防腐蚀方法有覆盖层保护、表面转化膜和电化学保护这三 种方法。 2、在工程设计建造之初，乃至使用过程中，必须最大限度地防止材料的腐蚀破坏， 从而延长工程项目的同步使用寿命，使得经济造价最合理。 3、金属在腐蚀介质和交变应力共同作用下引起的破坏为腐蚀疲劳。 4、磨损腐蚀指在磨损和腐蚀的综合作用下材料发生的加速腐蚀破坏。有三种表现形式： 摩振腐蚀、湍流腐蚀和空泡腐蚀。 5、合理选材的总原则是：所有零部件都要达到同步劣化，即各零部件的寿命应与 整体工程结构寿命同步。 6、材料失效三要素是：断裂、磨损和磨蚀。 7、技术经济计量学中，Uhlig（初世宪）公式计算比较法的缺点是没有动态考虑年利 率，等效年度费用计算比较法考虑了动态年利率，是更精确计算法。 8、设备外形应避免积水，减少积水间隙，凹槽和坑洼，贮罐和容器的内部形状应有 利于液体排放，管道系统内部要流线化，立式热交换器的上端管束应与管板平齐，卧式热交换器最好向出口端倾斜，避免残留液体。 9、装置和设备的选址要考虑到风向、水流等环境条件带来的腐蚀问题。注意设备 之间的相互影响，避免腐蚀液体泄漏，腐蚀性气流，振动、高温管道等造成的危害。 10、有腐蚀性介质的工序应安排在首工序或尾工序执行，或工序隔离，以减少对 其他工序的污染。 11、土壤中透气性，湿度和金属离子影响土壤的电阻率，生物菌和矿物质影 响土壤的pH，pH和溶氧量则影响土壤的氧化还原电位，进而一起影响土壤的腐蚀速率。 12、钢材受到硫化氢腐蚀以后阳极的最终产物是硫化亚铁，该产物通常是一种有缺陷 的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。 13、在酸性油气田水中，带负电荷的氯离子，基于电价平衡，它总是争先吸附到钢铁 的表面，因此，氯离子的存在往往会阻碍保护性的硫化铁膜在钢铁表面的形成。但氯离子可以通过钢铁表面硫化铁膜的细孔和缺陷渗入其膜内，使膜发生显微开裂，于是 1.常用的金属和合金材料的防腐性能和用途大致如下： ①Cr18Ni9Ti不锈钢（或称镍铬不锈钢），能耐大气、水、强氧化性酸、有机酸、30%以下的碱液及氯氧化物，不耐非氧化性酸（硫酸、盐酸），大量用于仪表作一般防腐材料。 ②Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢（或称钼2钛不锈钢），耐硫酸和氯化物的腐蚀，它比Cr18Ni9Ti不锈钢好，但不耐盐酸，可作镍的代用品，可耐高浓度碱及氯氧化物的腐蚀，可作为调节阀的阀座、阀芯，涡轮流量变送器、差压及压力变送器的测量机构和膜片材料； ③Ni70Cu30合金（或称蒙乃尔合金），因含镍量高，除了有良好的耐碱性外，耐非氧化性酸，特别对氯氟酸具有良好的耐腐性，但不耐强氧化性酸和溶液，可作为调节阀、变送器的测量机构、膜片等耐腐材料； ④镍铬铁钼合金（哈氏合金），哈氏B含有钼26%—30%R，哈氏C含有铬14%—16%，能耐盐酸、硫酸、硝酸以及其他各种酸类，也耐碱和氢氧化物的腐蚀，可作为调节阀和仪表测量机构及膜片材料； ⑤Ni76Cr16Fe7合金（因考耐尔合金），因含镍量高，主要用于高温耐碱和硫化物的材料，可用作调节阀的防腐材料； ⑥钛（titanium）及钛合金，能耐氯化物和次氯酸、温氯、氧化性酸、有机酸和碱等的腐蚀，但因价格较贵，一般作为仪表防腐镀层和薄层衬里； ⑦钽（tantalum (Ta)），其耐腐性能和下班相似，除了氢氟酸、氟、发 烟硫酸、碱外， 2. 普通不锈钢的耐腐性如何？ 不锈钢是含铬11%以上，同时含镍的钢种通称，它在常温氧化环境中（如大气、水、强氧化性酸等）容易纯化，使表面产生一层以氧化铬（Cr2O3）为主，保护性很强的薄膜，其腐蚀率极低，因此得“不锈钢”之名。但当温度增高或环境氧化能力减少时，将由钝态变为活态，腐蚀显着增大。各类不锈钢对有机酸、有机化合物、碱、中性溶液和多种气体都有良好的耐腐性。 在非氧化性酸中（硫酸、盐酸等）腐蚀严重。常为局部腐蚀，当处于纯态和活态边缘，在含有卤素离子的盐溶液中会产生蚀孔。 3.仪表防腐蚀常用的非金属材料有哪几种？它们的耐腐蚀性能如何？ ①塑料类：有酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树指、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、玻璃、氯化聚醚、聚苯硫醚、ABS塑料、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯等。可作仪表和调节阀壳体材料，其中以三氟氯乙烯和聚 姓名：贾永乐学号：201224190602 班级：机械6班 检索主题：材料的腐蚀与防护 数据库：中国知识资源总库——中国期刊全文数据库 检索方法：用高级检索，主题词：腐蚀与防护关键词：材料相与检索结果：1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关 的其它技术和方法。 文献综述 1材料腐蚀与防护的发展史： 所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。 每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。航 空材料的腐蚀损失尤为巨大。我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。航空材料由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀, 增加了飞行器的运营成本, 对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11 000~ 55 000美元之间【2】。1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。 1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组(大气腐蚀专业组)副组长，承担了航空航天部分的调查任务。1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。 1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。由于这类钢材含有(0.2%~0.4% 一、名词解释 哈菲价法则：合金元素对金属氧化物晶体缺陷影响的规律。 应力腐蚀：是指敏感材料在拉应力和特定介质的共同作用下引起的断裂。 晶间腐蚀：是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。在金属（合金）表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。 腐蚀疲劳：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。 点（孔）腐蚀：是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式。 全面腐蚀：是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的也可以是不均匀的。 潮大气腐蚀：相对湿度Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的薄液膜,随水膜厚度增加,V-迅速增大。 干大气腐蚀：空气十分干燥，金属表面上不存在水膜,金属的腐蚀属于常温氧化。 湿大气腐蚀：相对湿度Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜，随水膜厚度增加， V-逐渐减小。 杂散电流腐蚀：是指直流电源设备漏电进入土壤产生的电流，对地下管道、贮罐、电缆等金属设施，造成严重的破坏的腐蚀。 牺牲阳极法阴极保护：在被保护的金属上连接电位更负的金属或合金作为阳极，依靠它不断溶解所产生的阴极电流对金属进行阴极极化。 选择性氧化：如果合金中B组元的浓度低于临界浓度，则最初在合金表面只形成AO，B组元从氧化膜/金属界面向合金内部扩散。但由于B组元与氧亲和力大，随着氧化的进行，当界面处B的浓度达到形成BO的临界浓度时，将发生B+AO---A+BO的反应，氧化产物将转变为BO。这种情形称为合金的选择性氧化。 选择腐蚀：是指多元合金中较活泼组分或负电性金属的优先溶解。 电化学保护 :通过施加外电动势将被保护的金属的电位移向免蚀区 或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。 活化极化（电化学极化）：如果金属离子进人到溶液里的速度小于电子从阳极迁移到阴极的速度，则阳极上就会有过多的带正电荷金属离子的积累，由此引起电极双电层的负电荷减少，于是阳极电位就向正方向移动，产生阳极极化。 浓差极化：在阳极过程中产生的金属离子首先进入阳极表面附近的溶液中，如果进入到溶液中的金属离子向远离阳极表面的溶液扩散得缓慢时，会使阳极附近的金属离子浓度增加，阻碍金属继续溶解．必 材料腐蚀的种类、危害及解决办法 腐蚀是指材料受周围环境的 作用，发生有害的化学变化、电化学变化或物理变化而失去其 固有性能的过程。通常环境介质对材料有各种不同的作用，其 中有多种作用可导致材料遭受破坏，但只有满足以下两个条件，才称为腐蚀作用：①材料受介质作用的部分发生状态变化，转变成新相。②在材料遭受破坏过程中，整个腐蚀体系的自由能降低。 材料腐蚀发生在材料表面。按腐蚀反应进行的方式分为化学腐蚀和电化学腐蚀。前者发生在非离子导体介质中；后者发生在具有离子导电性的介质中，故可通过改变材料的电极电位来改变腐蚀速度。按材料破坏特点分为均匀腐蚀、局部腐蚀和选择性腐蚀。均匀腐蚀指材料表面各处腐蚀破坏深度差别很小，没有特别严重的部位，也没有特别轻微的部分。局部腐蚀是材料表面的腐蚀破坏集中发生在某一区域，主要有孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。选择性腐蚀是金属材料在腐蚀介质中，其活性组元产生选择性溶解，由金属材料合金组分的电化学差异所致。按腐蚀环境又分为微生物腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、海洋腐蚀和高温腐蚀等。 金属材料以及由它们制成的结构物，在自然环境中或者在工况条件下，由于和其所处环境介质发生化学或者电化学作用而引起的变质和破坏，这种现象称为腐蚀，其中也包括上述因素和力学因素或者生物因素的共同作用。某些物理作用例如金属材料在某些液态金属中的物理溶解现象也可以归入金属腐蚀范畴。一般而言，生锈专指钢铁和铁基合金而言，它们在氧和水的作用下形成了主要由含水氧化铁组成的腐蚀产物铁锈。有色金属及其合金可以发生腐蚀但并不生锈，而是形成和铁锈相似的腐蚀产物，如铜和铜合金表面的铜绿，偶尔也被人称作铜锈。由于金属和合金遭受腐蚀后又回复到了矿石的化合物状态，所以金属腐蚀也可以说是冶炼过程的逆过程。上述定义不仅适用于金属材料，也可以广义地适用于塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金属材料。例如，涂料和橡胶由于阳光或者化学物质的作用引起变质，炼钢炉衬的熔化以及一种金属被另一种金属熔融液态金属腐蚀，这些过程的结果都属于材料腐蚀，这是一种广义的定义。金属及其合金至今康 昆 勇 醋酸(<50%)E F/E E E 醋酸(>50%)E/G F/E E E 醋酸(<50%,<200_)E P/E E E 醋酸(>53%)G P/E E E 醋酸(>54%)P/––/E–/E E 乙炔 (100%, <250℉)*E E E E 乙醇E E E E 空气E E E E 硫酸铝 (<50%, <200℉)E1F E E 硫酸铝 (>50%, <200℉)P1P E E 氨 (无水, <500℉)E E E–醋酸氨 (<200℉)E E E E 碳酸氢铵 (<175℉)E P G E 溴化铵 (<20%)G2G G E 氯化铵 (<10%, <200℉)E1,2G E E 氯化铵 (10–20%, <200℉)G1,2G E E 氢氧化铵 (<40%)E P E P 硝酸铵 (<200℉)E P G E 草酸铵 (<40%, <200℉)G G G E 磷酸铵 (单价碱)E F E E 磷酸铵 (二价碱)E F E–磷酸铵 (三价碱)E G E–硫酸铵 (<40%, <200℉)G F G E 苯胺 (100%, <200℉)E G G E 啤酒E E E E 苯E E G E 黑液 (硫酸盐)G1,2G E E 盐水 (钙稀释)P2F E E 溴 (干)P P P E 溴 (湿)P P P E 碳酸钙 (100%, <200℉)E G G E 氯化 (<50%)G1,2G E E 氯化钙 (>50%)G1,2G1,2E E 硫酸钙 (饱和)G G G E 二氧化碳 (气体)E E E E 碳酸(100%, <500℉)E E E E 四氯化碳(干–湿)G E E E 醋酸纤维素 (100%, <100℉)E G E E 硝酸纤维素 (100%, <200℉)G G G E 氯酸 (<20%)P P E E 氯水 (饱和)P1,2F E E 氯气 (干)F G G E 氯气(湿)P1,2G F E 氯气(液体 无水)P G G E 氯仿 (80–100%, <200℉)G E G E 柠檬酸 (<50%, <200℉)E G E E 柠檬酸 (>50%, <200℉)P G E E 原油 (酸性)G E E– 第一章金属与合金的高温氧化 1、金属氧化膜具有保护作用的的充分条件与必要条件 充分条件：膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少；稳定性好，蒸汽压低，熔点高；膜与基体的附着能力强，不易脱落；生长内应力小；与金属基体具有相近热膨胀系数；膜的自愈能力强。必要条件：氧化时生成的金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积之比必须大于1，即PBR值大于1. 2、说出几种主要的恒温氧化动力学规律，并分别说明其意义。 （1）直线规律：符合这种规律的金属在氧化时，氧化膜疏松，易脱落，即不具有保护性，或者在反应期间生成气相或者液相产物离开了金属表面，或者在氧化初期氧化膜很薄时，其氧化速度直线由形成氧化物的化学反应速度决定，因此其氧化速度恒定不变，符合直线规律。 （2）抛物线规律：许多金属或者合金在较高的高温氧化时，其表面可形成致密的固态氧化物膜，氧化速度与膜的厚度成反比，即其氧化动力学符合这种规律。（3）立方规律：在一定温度范围内，一些金属的氧化物膜符合这种规律。（4）对数和反对数规律：许多金属在温度低于300-400摄氏度氧化时，其反应一开始很快，但是随后就降到了氧化速度可以忽略的程度，该行为符合对数或反对数规律。 3、说出三种以上能提高钢抗高温氧化的元素 镍，铝，钛 4.、纯NI在1000摄氏度氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数k=39X10-12 cm2/s，如果这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使0.1cm厚镍板全部氧化所需的时间。 解：由抛物线规律可知：厚度y与时间t存在如下关系： y2=kt，t=y2/k=2.56x108s 5 哈菲价法则：当基体氧化膜为P型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使离子空穴浓度降低，提高电子浓度，结果导致电导率增加，而氧化速率降低，往基体中比此基体原子高价的合金元素，使离子空穴浓度提高，降低电子浓度，结果导致电导率降低，而氧化速度提高。 当基体氧化膜为n型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使电子浓度降低，电导率降低，而基体离子浓度增加，氧化速度增加，往基体中加入比基体原子高价的合金元素，使电子浓度增加，电导率增加，而基体离子浓度降低，氧化速度降低。 以上合金元素对氧化物晶体缺陷的影响规律成为控制合金氧化的原子价规律，简称哈菲原子价法则。 第二章金属的电化学腐蚀 1、解释下列词语 腐蚀原电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做功的短路原电池。 宏观电池：通常是指由肉眼可以见到的电极所构成的“大电池”。 微观电池；在金属表面上由于存在许多微小的电极而形成的电池称为微电池。 《材料腐蚀与防护》习题与思考题 第一章绪论 1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？ 2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？ 3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其?深(mm/a)多大？ 4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度?失和?深。问铁在此介质中是否耐蚀？ 第二章电化学腐蚀热力学 1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。 3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。 4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？ 5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。 b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。 6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？ 7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？ 第三章电化学腐蚀反应动力学 1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？ 5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。 6．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。 7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。 8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？ 9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化？ 10．碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电势为-0.64V（相对饱和Cu-CuSO4电极）。 对于同样的钢的氢过电势（单位为V）遵循下列关系：Γ=0.7+0.1lgι，式中ι单位为A/cm2。 假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度（以mm/a为单位）。 第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀 1．在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快？酸中若含有Pb2+离子为什么会降低锌的腐蚀速度？ 2．说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。 1.何谓化学腐蚀、电化学腐蚀 2．详细推导V、VL和ia的关系，并标出推导过程中各符号的单位 ※<习题二> 3.名词解释：平衡电极电位、交换电流密度、非平衡电极电位、混合电位、共轭体系。 4.什么是腐蚀原电池，它与干电池工作原理有何区别与联系，它是如何工作的 5.计算Cu电极在LCuSO 4和5 mol/LCuSO 4 溶液之间构成的浓差电池电动势（忽略其 液接电位）。 6.请绘制Fe-H 2O体系的电位-pH图。 ※<习题三> 7.什么是零电荷电位，它与自腐蚀电位是否有区别 8.电化学极化控制下决定腐蚀速率的主要因素是什么 9.试画出由电化学控制的阳极极化曲线，请写出当阳极过电位大于120mV后的动力学方程。 10.试画出浓度极化控制的阴极极化曲线，并标出极限电流密度，指出极限电流密度的意义。 11.腐蚀电池分类的依据是什么有哪些类型的腐蚀电池，产生的原因是什么 12.试用混合电位理论讨论Fe3+对铁在酸中腐蚀行为的影响。 13.试画出阴极和电阻混合控制的Evans图。 ※<习题四> 14.析氢腐蚀有哪些特征影响析氢过电位的因素有哪些 15.什么是吸氧腐蚀影响因素有哪些 ※<习题五> 16.金属的自钝化和电化学钝化有何异同介质中的氧化剂必须满足什么条件才能实现金属的自钝化 17.何谓钝化和过钝化 ※<习题六> 18.简要阐述电偶腐蚀的影响因素及其作用规律。 19.小孔腐蚀是如何孕育和发展的 20.比较小孔腐蚀与缝隙腐蚀的异同 21.试区分晶间腐蚀与选择性腐蚀，举例说明。 22.试阐述应力腐蚀的力学特征、环境特征和材料特征。 ※<习题七> 23.试举例画出金属高温氧化的三种动力学规律图 24.水膜厚度与金属腐蚀速率有何关系 25.管线钢在干土壤与湿土壤交界处腐蚀，哪一端为阳极为什么 26.盐有哪些类型它们对金属的腐蚀作用规律如何 ※<习题八> 27.何谓防腐蚀设计，设计过程中应遵循什么原则 1.1材料耐腐蚀性能的评价方法 工程材料在使用时，一定要考虑材料在相应工况环境下的耐蚀能力。也就是说，材料在此环境下是否会发生严重的腐蚀，从而导致工程结构的失效。因此，如何评价在工况环境下，材料表面腐蚀的形态、腐蚀的速度就显得非常具有现实的工程意义。 概括起来，工程材料的耐腐蚀性能的评价方法可以分为三大类：重量法、表面观察法和电化学测试法。 1.1.1重量法 重量法是材料耐蚀能力的研究中最为基本，同时也是最为有效可信的定量评价方法。尽管重量法具有无法研究材料腐蚀机理的缺点，但是通过测量材料在腐蚀前后重量的变化，可以较为准确、可信的表征材料的耐蚀性能。也正因为如此，它一直在腐蚀研究中广泛使用，是许多电化学的、物理的、化学的现代分析评价方法鉴定比较的基础。 重量法分为增重法和失重法两种，他们都是以试样腐蚀前后的重量差来表征腐蚀速度的。前者是在腐蚀试验后连同全部腐蚀产物一起称重试样，后者则是清除全部腐蚀产物后称重试样。当采用重量法评价工程材料的耐蚀能力时，应当考虑腐蚀产物在腐蚀过程中是否容易脱落、腐蚀产物的厚度及致密性等因素后，在决定选取哪种方法对材料的耐蚀性能进行表征。对于材料的腐蚀产物疏松、容易脱落且易于清除的情况，通常可以考虑采用失重法。例如，通过盐雾试验评价不同镁合金的耐蚀性能时，就通常采用失重法, 图1。 而对于材料的腐蚀产物致密、附着力好且难于清除的情况，例如材料的高温腐蚀，通常可以考虑采用增重法图2。 为了使各次不同实验及不同种类材料的数据能够互相比较，必须采用电位面积上的重量变化为表示单位，及平均腐蚀速度，如g.m -2 h -1 。根据金属材料的密度又可以把它换算成单位时间内的平均腐蚀深度，如m/a 。这两类的速度之间的 图1 失重法测试镁合金腐蚀速度 Ni –30Cr –8A l –0.5Y 铸态合金、溅射涂层、渗铝涂层在（a ）1000℃高温氧化增重动力学曲线 (b) Na 2SO 4+25%wtNaCl 热腐蚀增重动力学曲线 金属材料的耐腐蚀性能 概述 变送器与测量介质接触的隔离膜片和远传膜片，是利用金属材料的力学特性，将压力或差压传递给δ室的中心膜片，为了减少压力传递过程中的损耗，一般选用厚度小于0.1mm的金属材料制成。对薄壁材料使用在腐蚀环境下，在期望寿命内，既要保持良好的力学弹性，又要不发生腐蚀渗漏，就要选择比其它结构件耐腐性更强的材料，一般应选择《均匀腐蚀十级标准》规定四级以上材料（即年腐蚀深度小于0.05mm）。 表1-1 常用合金纯金属的耐腐蚀性能 类别 名称 耐腐蚀性能 附注 是常用的奥氏体不锈钢。同标准的 302SST 不锈钢相比较，316SST 和316LSST 对硫酸、硫化物溶液、钠及锰的盐溶液、盐酸溶液及磷酸溶液的耐蚀性都优于 302SST，对醋酸、蚁酸、甲酸和热碱溶液也具有良好的耐蚀性。 此类钢的含碳量较低,故焊接后可不进行热处理,尤其是称为超低碳不锈钢的316LSST,抗晶间腐蚀性能优于316SST，因此耐蚀性能更好。 316SST 316LSST 不耐氢氟酸、湿氯气、盐 酸气体，以及碘、溴等的腐蚀。 不耐硝酸、盐酸、高浓度 或沸腾状态的硫酸，也不适合在酸性铁盐、锡盐等溶液中使用。在测量介质氢氟酸中进入的氧量多时，耐蚀性会下降，在高浓度的氢氧化钠中，耐蚀性也较差。 蒙耐尔合金 除铂和银以外，是最耐氢氟酸的金属之一。也可用作氯化物、海水、碱中的防腐材料。 合 金 具有比一般奥氏体不锈钢高得多的耐腐能力。适于 在多种腐蚀性介质的混合液中使用，如能在湿氯气、干氯气、硝酸（＜50℃）、盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、次氯酸盐、氯化铁、氯化铜、苛性钠、海水和各种有机酸下工作。 哈氏合金C 哈氏C-276 特别能耐碱的腐蚀,不论在高温或熔融的碱中都比 较稳定，所以主要用于制碱工业。 在常温下,镍在海水和盐类溶液及有机介质（如脂肪酸、酚、醇等）中极为稳定。 不耐无机酸腐蚀，在醋酸 和蚁酸中也不稳定。 镍 钛 是耐蚀性非常好的纯金属。特别是在各种浓度的硝酸、有机酸、氯化物、湿氯气和碱中有很强的耐蚀性。 不耐较纯的还原性酸和盐酸的腐蚀。 纯 金 属 不耐氢氟酸、发烟硫酸、游离三氧化硫、碘化钾、含氟离子溶液和高温下的强碱腐蚀。 是具有高度化学稳定性的纯金属。在许多腐蚀性介质中，如对无机酸、王水、有机酸、氯化物、盐类、腐蚀性气体等有极强的耐腐性。 钽 2013金属腐蚀理论及应用试题 材硕1201-1200621-刘维港一、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 1.金属材料最重要、最常见的破坏形式是断裂、磨损和腐蚀。 （1）断裂（crack）是指金属构件受力超过其弹性极限、塑性极限而发生的破坏。可从不同角度分为脆性断裂、塑性断裂、沿晶断裂、穿晶断裂、机械断裂等等。断裂的结果，使构件失效，但金属材料本身还可重新熔炼再用。 （2）磨损(wear)是指金属表面与其相接触的物体或与其周围环境发生相对运动，因摩擦而产生的损耗或破坏。它是个渐变过程。有时磨损了的零件还可修复。例如，用电刷镀可修复轻微磨损的轴。 （3）腐蚀(corrosion)是指金属在其周围环境的作用下引起的破坏或变质现象。从不同角度，曾对腐蚀下过不同的定义，如： (1)“材料因与环境反应而引起的损坏或变质”； (2)“除了单纯机械破坏之外的一切破坏”； (3)“冶金的逆过程”； (4)“材料与环境的有害反应”。 2.金属腐蚀（Corrosion of metals）：金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。就是说，金属腐蚀发生在金属与介质间的界面上。由于金属与介质间发生化学或电化学多相反应，使金属转变为氧化(离子)状态。可见，金属及其环境所构成的腐蚀体系以及该体系中发生的化学和电化学反应就是金属腐蚀学的主要研究对象。 一、腐蚀分类方法 由于腐蚀领域广而且多种多样，因此有不同的分类方法。最常见的是从下列不同角度分类：(1) 腐蚀环境:按腐蚀环境分类最合适，可分为潮湿环境、干燥气体、熔融盐，各种腐蚀试验研究方法主要取决于腐蚀环境； (2) 腐蚀机理：潮湿环境下属电化学机理，干燥气体中为化学机理。 (3) 腐蚀形态类型：点蚀、应力腐蚀、断裂 (4) 金属材料：在手册中是常见的和实用的，但从分类学观点来看，效果不好。 (5) 应用范围或工业部门：实为按环境分类的特殊应用 (6) 防护方法：是从防腐蚀出发，根据采取措施的性质和限制进行分类，如： a. 改变金属材料本身。如改变材料的成分或组织结构，研制耐蚀合金。 b. 改变腐蚀介质。如加入缓蚀剂，改变介质的pH值等。 c.改变金属/介质体系的电极电位。如阴极保护和阳极保护等。 d.借助表面涂层把金属与腐蚀介质分开。 二、按腐蚀环境分类 根据腐蚀环境，腐蚀可分为下列几类。 1.干腐蚀(dry corrosion) (1) 失泽:金属在露点以上的常温干燥气体中腐蚀(氧化)，生成很薄的表面腐蚀产物，使金属失去光泽，为化学腐蚀机理。 (2) 高温氧化:金属在高温气体中腐蚀(氧化)，有时生成很厚的氧化皮。在热应力或机械应力作用下可引起氧化皮剥落。属于高温腐蚀。 2. 湿腐蚀(humid corrosion) 湿腐蚀主要是指潮湿环境和含水介质中的腐蚀。绝大部分常温腐蚀属于这一种。为电化学腐蚀机理。湿腐蚀又可分为以下两类。 (1) 自然环境下的腐蚀：大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、微生物腐蚀。 (2) 工业介质中的腐蚀：酸、碱、盐溶液中的腐蚀；工业水中的腐蚀；高温高压水中的腐蚀。 《材料腐蚀与防护》思考题 第一章绪论 何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？ 表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？ 镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其 深(mm/a)多大？ 已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度 失和 深。问铁在此介质中是否耐蚀？ 第二章电化学腐蚀热力学 如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？ 何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。 何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。 金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？ a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。 b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。 当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？ Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？ 第三章电化学腐蚀反应动力学 从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？ 何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。 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。 何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。 铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L 甘汞电极）时的氢过电势是多少？ Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化？ 碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电势为-0.64V（相对饱和Cu-CuSO4电极）。对于同样的钢的氢过电势（单位为V）遵循下列关系：(=0.7+0.1lg ，式中 单位为A/cm2。假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度（以mm/a为单位）。 第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀 在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快？酸中若含有Pb2+离子为什么会降低锌的腐蚀速度？ 说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。 影响吸氧腐蚀的主要因素是什么？为什么？ 假定所有的Zn表面起阴极作用，Tafel斜率为±0.10V，Zn和H2在Zn上的交换电流密度分别为0.1和10-4A/m2，求Zn在1mol/L盐酸中的腐蚀电势和腐蚀速度（以mm/a为单位）。 计算纯铜与含质量分数为30%锌的铜合金在非含氧酸中的腐蚀速度比。 第五章金属的钝化材料腐蚀的分类
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