金属腐蚀理论总复习题(3)

2020-05-12 09:13

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Eo=0.337V, 则铜的氧化反应的平衡电位为, Eea=Eo+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=H2

析氢反应的平衡电位Eec=Eo+RT(lnaH+/PH2)/nF =-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+? (2)Eo由题意可知,铜的氧化反应为Cu+2CNˉ=[Cu(CN)2]ˉ+e, 则铜氧化反应的平衡电位为

Eea=RTln(a[Cu(CN)2]ˉ)/([aCNˉ]×[aCNˉ]) =-0.446+0.0591lg10-4/0.52 =-0.647V

在PH=10的除氧硫酸铜溶液中有2H++2e=H2

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。

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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 Fe?Fe2??2e

BC是钝化过渡区 3Fe?4H2O?Fe3O4?8H??8e CD是稳定钝化区 2Fe?3H2O?Fe2O3?6H??6e DE是过钝化区 4OH-?O2?2H2O?4e

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-Fe2O3,钝化膜厚度为25-30A0.

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,

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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致表示腐蚀体系钝化的难易程度;⑵致钝化电位,Ep,极化电位超过Ep才能使金属钝化;⑶维钝电流密度,i维对应于金属钝化后腐蚀速度;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Ep和ip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

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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M1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M2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S1/S2 随着阴极性金属M1面积增大,阳极性金属M2的电偶电流密度ig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

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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。

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