腐蚀复习提纲 (1).doc

题型：填空，名词解释，简答题，分析题第1章 金属电化学腐蚀基本理论1. 掌握腐蚀的定义与分类。腐蚀指材料由于环境作用引起的破坏或变质。金属腐蚀指金属表面与周围介质发生化学或电化学作用而遭受破坏的现象。按腐蚀机理金属腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解三大类。按破坏的特征金属腐蚀可分为全面腐蚀、局部腐蚀。2. 化学腐蚀：金属与电介质直接发生化学作用而引起的破坏。腐蚀介质直接与金属表面的原子相互作用而产生腐蚀，没有电流产生，为单纯的氧化还原反应。电化学腐蚀：金属表面与电解质水溶液或熔盐所形成局部电池所产生的腐蚀。表现为阳极失去电子，阴极得到电子以及产生电流。3. 熟练掌握常见的局部腐蚀类型。应力腐蚀破坏：拉应力与腐蚀介质联合作用发生开裂破坏。腐蚀疲劳：腐蚀介质与交变应力或脉冲应力作用下产生的腐蚀。磨损腐蚀：摩擦副在腐蚀介质中产生的腐蚀。孔腐蚀：腐蚀集中在某些活性点上，蚀孔直径等于或小于蚀孔深度。晶间腐蚀：腐蚀沿晶间进行，使晶粒间失去结合力，金属强度急剧降低。缝隙腐蚀：发生在铆接、螺纹连接、焊接接头、密封垫片等缝隙处的腐蚀。电偶腐蚀：在电解液中，异种金属接触时，电位较正金属促使电位较负的金属加速其腐蚀。4. 掌握金属腐蚀的历程。金属腐蚀的本质就是金属与周围介质作用变成化合物的过程，即氧化还原反应。根据氧化还原反应发生的条件不同，将金属的腐蚀历程分为两种类型：化学腐蚀(Chemical corrosion)，其特点是氧化剂直接与金属表面的原子碰撞，化合而形成腐蚀产物，即氧化还原在反应粒子相碰撞的瞬间直接于碰撞的反应点上完成。例如高温气体中活泼金属的初期氧气过程。电化学腐蚀(Electrochemical corrosion)，其特点是金属的腐蚀存在两个同时进行却相互独立的氧化还原过程，即阳极反应(anode reaction)和阴极反应(cathode reaction)。例如锌在含氧中性水溶液中的腐蚀。5. 理解相关概念：电极过程电极表面附近薄层电解质层中进行的过程和电极表面上发生的过程；电极反应电极和溶液界面上发生的电化学反应；去极化反应阴极区所发生的还原反应；氧化还原电极当去极化反应在阴极进行时，阴极的电极材料本身不发生任何变化，只是反应物在其表面氧化或还原时带走或输送电子，且氧化或还原的产物留在溶液中而不在电极上析出，这种电极为氧化还原电极。6. 熟练掌握工业上常见的去极化反应。（1）阳离子还原：（2）中性分子离子化：（3）阴离子还原：7. 熟练掌握极化与超电压的概念，简要分析产生极化现象的原因，能够解释三种极化形式（详见课本）。通常把这种电池工作过程中由于电流流动而引起的电极电位偏离初始值现象，称为极化现象。产生极化现象的根本原因是阳极或阴极的电极反应与电子迁移速度存在差异而引的。通常分为：电化学极化、浓差极化、膜阻极化等。8. 理解极化曲线的概念，对于给定的腐蚀体系，能够判断Icorr的决定因素（P24-25）。9. 掌握常用的腐蚀速度表示法。在均匀腐蚀的情况下，常采用重量指标和深度指标来表示腐蚀速度。10. 熟练掌握腐蚀速度的影响因素P30-31。金属本身的影响：金属的电极电位、超电压、钝性、组织成分、表面状态以及腐蚀产物等。电极电位越高，金属的耐蚀性越好；超电压越大，极化越大，金属的腐蚀速度越小；钝化能力越强，材料越稳定；金属的组成对腐蚀速度影响较大。单相固溶体加入的合金元素也会提高金属基体的热力学稳定性或促进钝化或形成保护膜等方式；而复相合金由于存在电位差而易形成微电池。材料表面越粗糙，越容易腐蚀；腐蚀产物致密氧化膜。处理工艺：热处理可有效改善合金中的应力分布、晶粒大小以及第二相的形貌与分布以及再结晶等。冷变形、机械加工以及铸造和焊接等处理会影响金属的腐蚀状态和腐蚀速度。介质环境：包括组成、pH值、温度、浓度、流速以及压力等。影响主要集中在阴离子的种类上，阴离子增加金属腐蚀速度的作用顺序为：。pH值的影响：化学稳定性较高的金属 (Au，Pt)，其电极电位较高，腐蚀不受影响；两性金属(Al，Pb，Zn，Cu)等，其氧化物和腐蚀产物在酸性和碱性溶液中均可溶解，不能形成保护膜，腐蚀速度较快，只有在中性范围内较小；钝性的金属（Fe、Ni、Cd、Mg） 形成碱性保护膜，溶于酸而不溶于碱。11. 熟练掌握去极化、析氢腐蚀和耗氧腐蚀的定义，掌握析氢腐蚀和耗氧腐蚀产生的条件。能减弱或消除极化过程的作用成为去极化作用。析氢腐蚀和耗氧腐蚀就是两种典型的去极化腐蚀形式。溶液中的氢离子作为去极剂，在阴极上放电，从而促使金属阳极溶解过程持续进行而引起的金属腐蚀，称为析氢腐蚀。发生析氢腐蚀的条件阳极电位必须低于阴极的析氢电极电位。溶液中的中性氧分子在腐蚀电池的阴极上所发生的离子化反应，称为耗氧反应。阴极上发生耗氧反应，使阳极金属不断溶解，由此引起的金属腐蚀称为耗氧腐蚀。发生耗氧腐蚀的条件金属阳极初始电位必须低于该溶液中氧的平衡电位12. 简述析氢腐蚀的特点。阴极材料的性质(氢超电压大小)对腐蚀速度影响很大，例如含汞杂质的锌在0.5mol/L的H2SO4中的腐蚀速度远远低于含Cu、Fe杂质的锌；溶液的流动状态对腐蚀速的影响不大，因为阴极过程的主要阻力是电化学极化，而氢离子在电场作用下向阴极的输送相对很容易；阴极面积增加，加快腐蚀速度；氢离子浓度增加(pH减小)、温度升高都将加快腐蚀速度。13. 根据pH值不同，耗氧反应可分为如下三种：、14. 根据耗氧腐蚀极化图，分析耗氧腐蚀的特点（P39-40）。.腐蚀过程的控制步骤受金属在溶液中的腐蚀电位影响。当阳极金属的电极电位较正时，阳极极化曲线和阴极极化曲线交与Ee,O2B段，腐蚀由氧的离子化反应控制；当阳极金属的电极电位较负时，阳极极化曲线和阴极极化曲线交与FSN段，腐蚀由氧的扩散反应控制。锌、铸铁、碳钢在水或中性溶液中；当阳极金属的电极电位很负时，阳极极化曲线和阴极极化曲线交与SQG段，腐蚀过程既有耗氧腐蚀也有析氢腐蚀。.扩散控制时腐蚀速度与金属本身的性质关系不大。. 溶液的含氧量对腐蚀速度的影响很大。溶液内氧的含量越高，则氧的平衡电极电位和极限电流都会增加。. 阴极面积 对宏电池来说增加面积将加快腐蚀速度；而对微电池来说，几乎没有影响。例如不同钢材在水中的全面腐蚀过程。. 溶液的流动状态对腐蚀速度影响很大。15. 掌握钝化的概念。金属表面已从活性溶解状态变成了非常耐腐蚀状态，这种突变现象即为钝化，目前解释这一现象常用成相膜理论和吸附理论。16. 掌握金属钝化的特征。受金属本性、合金元素、钝化介质以及温度的影响。金属本性：钝化趋势TiAlCrMoMgNiFeMnZnPbCu，只表示钝化的倾向，而不是耐蚀性。自钝化金属钝化膜破坏时又可以重新恢复钝态；合金元素：合金化是改善金属钝性的一种有效方法，例如加入自钝化能力比较强的金属可以促使钝化。Fe中加入Cr，便形成不锈钢；钝化介质：钝化剂氧化剂(HNO3,H2O2,HClO3等)和非氧化性介质(Mg在HF)。活性离子的特征有关(Cl-Br-I-F-ClO4-OH-SO42-)。温度：温度越低越容易钝化。17. 熟练掌握可钝化金属的阳极极化曲线（图1-42），掌握图上有关标示的意义。四个特征电位（金属电极平衡电位EA、金属的临界钝化电位ECP、初始稳态钝化电位EP、过钝化电位ETP）、四个区域（活态区、过渡区、钝态区和过钝化区）以及两个特征电流密度（临界钝化电流密度iCP、维钝电流密度iP。18. 简述金属钝化的应用。阳极保护技术：利用外加电源可使钝化金属阳极极化。当金属电极电位极化到ECP，金属由活态转为钝态，如果使阳极电位维持在稳态区时便可使金属保持钝态，实现阳极保护。化学钝性提高金属腐蚀性：利用钝化剂使阳极钝化(例如对碳钢来说，加少量铬酸盐、硝酸钠等)，但注意其用量。因为钝化阳极的同时，也可作为阴极的去极剂。此外利用钝性的不可逆性对金属可实行钝化预处理。添加钝化合金元素提高其耐蚀性：加入少量的易钝化合金元素提高耐蚀性。例如Fe中加Cr、Al、Si等提高其在含氧酸中的腐蚀。添加活性阴极元素提高钝化金属或合金的耐蚀性：对某些不具备自钝化条件的金属合金加入少量阴极性元素，增大其在介质中的腐蚀电流。当钝化电位对应的阴极电流密度大于钝化电流密度时，就可实现自钝化。碳钢中加入0.2的Cu可显著提高其在大气中的耐蚀性。第2章 影响局部腐蚀的结构因素1. 掌握局部腐蚀和全面腐蚀的定义。全面腐蚀(General Corrosion)腐蚀是在整个金属表面上进行。局部腐蚀(Localized Corrosion)腐蚀只集中在金属表面局部特定部位进行，其余大部分几乎不腐蚀，事先无法预知，容易发生脆性断裂失效，危害性特别大。2. 掌握应力腐蚀的定义及其基本条件，熟悉电化学阳极溶解理论解释应力腐蚀。应力腐蚀破裂指金属结构在应力和特定腐蚀环境共同作用下引起的破裂。条件敏感材料、特定环境和拉应力。3. 从结构设计与加工角度，提出减小局部应力的方法。选用对接焊接结构、大的曲率半径、采用流型设计、等厚连接、焊接部位开缓和槽、错开焊缝、环焊设计在支座外等。 4. 掌握疲劳断裂和腐蚀疲劳的概念。疲劳断裂金属构件在变动负荷作用下，经过一定周期后所发生的断裂。腐蚀疲劳由腐蚀介质和变动负荷的联合作用而引起的断裂破坏。5. 掌握磨损腐蚀的概念。磨损腐蚀腐蚀介质与金属构件以较高速度作相对运动而引起的金属腐蚀破坏，也叫冲刷腐蚀。磨损腐蚀的两种形式：湍流腐蚀、空泡腐蚀6. 掌握孔蚀的概念，根据闭塞电池模型论述其产生机理(P60)。金属的大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微，但局部地方(粗糙界面的不连续保护膜)出现腐蚀小孔并向深处发展的现象，称为小孔腐蚀或点蚀。7. 熟练掌握点蚀的防护。 合理的选材：加入适量的能提高抗点蚀的合金元素，如Cr、Mo、Ni等的不锈钢改善表面处理工艺，提高钝态稳定性。 降低环境介质的有害元素，特别是卤素离子。 合理的结构设计：消除死区， 防止有害物质浓缩。 采用阴极保护。 对金属设备、装置采用电化学保护是防止小孔腐蚀发生的较好措施。阴极极化使电位低于保护电位Ep，使设备材料处于稳定的钝化区。 缓冲剂 ：封闭系统中采用缓蚀剂，不锈钢采用硝酸盐、铬酸盐、亚硝酸钠等。8. 缝隙腐蚀金属与金属或与非金属之间存在很小的缝隙(0.025-0.1mm)时，缝隙内介质不易流动而形成滞留状态，促使缝隙内的金属加速腐蚀。缝隙腐蚀实例：螺纹连接、铆接板的接合面、设备底板与基础接触面等。第3章 金属在某些环境中的腐蚀1. 金属高温氧化腐蚀速度用氧化膜厚度变化与时间关系式表达，不同金属在不同条件下规律不同，大致遵循直线、抛物线、立方、对数和反对数等5种规律。2. 为了提高金属的抗高温氧化性能，采用合金化途径。简述合金化提高金属抗氧化性的途径：减小氧化膜的晶格缺陷浓度，半导体氧化膜中间隙金属离子浓度、金属离子空位浓度或阴离子空位浓度愈高，氧化速度愈快。加入合金元素可减少间隙离子浓度或离子空位，可提高抗氧化性能。依靠选择氧化生成保护膜，添加氧亲和力强的合金元素，生成新的氧化层。合金元素的离子半径 基体金属离子半径。生成稳定的新相（复合氧化物），使反应物质在其中的扩散速率非常小，提高了金属抗氧化性质。3. 掌握提高钢抗氢腐蚀途径：确定适宜的工作温度和压力；降低碳含量，微碳纯铁有很好抗氢腐蚀性能，但强度较低。 钢中加入强碳化物形成元素，结合生成稳定碳化物，提高钢的抗氢腐蚀性能。4. 金属与含硫气体(S蒸气、SO2、H2S等)接触，反应生成硫化物，使金属不断腐蚀的现象称硫化。5. 潮大气和湿大气腐蚀属于电化学腐蚀，腐蚀速度较大，决定大气腐蚀程度的主要因素是大气的成分和湿度。6. 海洋环境的腐蚀分为：海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区等区域。 7. 简述埋地钢铁管道的保护措施：（1）减小土壤的腐蚀性，加强排水，保持土壤干燥。在酸性土壤地段，可以在钢管周围填充石灰石碎块。在埋置管道时用腐蚀性较小的土壤回填 。（2）覆盖层保护，石油沥青层有良好的防水性和耐蚀性。氧煤焦沥青耐蚀性很好，但毒性大 。塑料粘结带适宜长距离管道的现场机械化施工，但费用较高。（3）阴极保护和涂料联合。阴极保护和涂料联合是保护地下钢铁管道最经济有效的方法。地下管道的阴极保护可采用牺牲阳极保护法，也可以采用外加电流保护法。 第四章 金属结构的耐蚀性1. 了解耐蚀合金化的途径：1）提高金属热力学稳定性：金属中加热力学稳定性高的合金元素。2）减弱合金阴极活性：适用于阴极控制腐蚀过程。3）减弱合金阳极活性：阻滞阳极过程进行。2. 了解主要合金元素的种类及其对耐蚀性的影响。如：铬、镍、钼、硅、铜、氮3. 掌握常用的耐蚀性结构材料的种类：依靠钝化获得乃是能力的金属：18-8不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、高硅铸铁；可钝化或腐蚀产物稳定的金属：碳钢与铸铁、铅与铅合金；依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：如贵金属Au、Pt、Ag，铜。4. 了解常用结构材料的耐蚀性。含Cr18%，Ni8-9%的一系列18-8型铬镍奥氏体不锈钢，具有优良的耐蚀性、热塑性、冷变形能力和可焊接性。Cr是主要钝化元素，Ni亦是可钝化元素， Cr、Ni总量相当于n/8定律的n=2的值。室温下各种浓度的硝酸、浓硫酸中都是耐蚀的，但沸腾浓硝酸会引起过钝化而剧烈腐蚀，中等浓度以下硫酸，尤其当温度较高时腐蚀严重。对于磷酸浓度小于10%室温下才稳定。在盐酸、氢氟酸等非氧化酸中与普通钢无区别。有机酸及化合物中稳定，只是不耐沸腾冰醋酸。18-8铬镍不锈钢中镍对碱除熔融碱外具有很强耐蚀能力。5. 含14.518%Si的铁碳合金称高硅铸铁。6. 不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏，最常见的有晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀。7. 为了提高不锈钢抗孔蚀的能力，可以采取的措施包括（P115）： (1)减少溶液中卤素离子浓度；(2)提高溶液流速，防止杂质附着于金属表面，产生部分供氧不足；(3)添加缓蚀剂，如：OH、NO3、SO42、ClO4；(4)增加Cr、Mo等合金元素；(5)阴极保护：保护电势处于钝化区。8. 熟练掌握结构材料选择原则。结构材料是化工机械设备的基础，正确合理选择材料是保证，原则是技术上可行，经济上合理。使用性能原则：加工工艺性能原则；经济性原则。第6章 防腐方法1. 按照作用原理不同，电化学保护分为阴极保护和阳极保护两类。2. 将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属得到保护的方法，称外加电流阴极保护，简称电保护。3. 被保护金属设备上连接一个电位更负的强阳极金属，促使阴极极化，该方法称牺牲阳极保护，也称护屏保护或保护器保护。4. 阴极保护中衡量是否达到完全保护的两个基本参数是最小保护电流密度和最小保护电位。5. 使金属腐蚀停止，亦即达到完全保护时所需的最小电流值称最小保护电流，若以电流密度计量称最小保护电流密度。在阴极保护下，当金属刚好完全停止腐蚀时的临界电位，称为最小保护电位。6. 熟练掌握阴极保护设计要点：确定合理的保护度； 阳极材料的选择； 护屏或辅助阳极的合理配置； 要预留保护参数的监测点7. 熟练掌握护屏保护的阳极材料的选择标准及常用材料：为了使被保护构件的表面获得足够的电流密度护屏必须：具有足够负的电位，并且极化性能愈小愈好；在使用过程中，表面不产生高电阻的硬壳，溶解均匀。锌与锌合金、镁合金、铝合金常做护屏材料，锌铝镉三元合金在海水中使用电流稳定、寿命长、价格便宜。8. 熟练掌握电保护的辅助阳极材料的选择标准和常用材料。凡是导电的材料均可用来制作辅助阳极。主要要求： (i) 介质中耐腐蚀； (ii) 导电性好； (iii)机械性能好。 最常用的是废钢、石墨、高硅铸铁、铅银合金、铅铂复合阳极、镀铂钛、镀铂钽、铂合金。9. 熟练掌握阳极保护的概念：利用金属在电解质溶液中依靠阳极极化建立钝化的特性而实施的保护方法。外加直流电源正极接被保护设备，负极接辅助电极。10. 熟练掌握阳极保护中阴极材料的选择，并列举几种典型情况。选择的基本原则：耐蚀、有一定的机械强度、制作容易、价格便宜，对某些材料还要考虑氢脆的影响。浓硫酸：铂、镀铂电极、钽、钼等；稀硫酸：银、铝青铜、石墨等；对硫酸纯度要求不高时：高硅铸铁或普通铸铁；盐类溶液和碱类溶液：高镍铬合金、普通碳钢11. 掌握砖板衬里的结构设计特点： (1)为便于手工衬里施工和检修，设备直径不宜小于700mm，反应罐等密封设备应设有人孔或可拆卸大法兰。法兰转角处衬贴耐腐蚀材料。（2）设备焊缝采用对焊接，其内表面的焊缝凸起高度2.5mm；深入设备的接管，端部与设备内表面齐平；避免斜插管。（3）液面以下器壁尽可能不安装接管；（4）设备内直接通入蒸汽加热时，蒸汽管出口不得对准砖板衬里层以免冲击振动砖板脱落；同时有搅拌器时，蒸汽出口应与搅拌方向一致。(5) 设备底部衬里常用人字形排列，丁字形排列，施工方便，但缝成直线易渗透；扇形排列适于锥形衬里。(6) 设备顶盖可以适当降低衬里的要求, 若腐蚀性大，可衬玻璃钢、酚醛软片橡胶、小瓷片。 12. 熟练掌握橡胶衬里技术要点：（1）设备焊缝部位，转角处不易衬贴，残留空气受热会引起衬层的鼓泡，进行缺陷处理时可采用挂线排气法。（2）衬贴：胶板上覆盖不易粘附垫布，边衬边抽垫布，衬贴在一定温度下进行烙压，加热可增加塑性，排除空气，保证贴合。（3）硫化：硫化程度决定硫化温度和时间，硫化温度一般控制在140150，硫化时间通常根据测定橡胶的硬度和强度来确定。不同配方的胶片,不同厚度的衬层,通过实验确定硫化终点值。 13. 熟练掌握橡胶衬里的结构设计要点： (1)对设备表面凹凸部位要求高，所有焊缝处打磨成一定坡度或圆角，原则上不应采用铆接，特殊需要则用埋头螺钉；(2)法兰口上不要密封线，以免缝隙中残留空气造成衬层鼓泡；(3)设备接口应与设备表面齐平。管道、顶盖、塔节可拆连接采用法兰连接；(4)平面或弧面上胶板粘结结构有对接和搭接两种形式，除转动设备外，一般都用坡口搭接； (5)物料进出口接管的衬层结构，其胶缝应顺着介质流动方向塔接；(6)转动设备胶片塔接方向应与转动方向一致。 避免接缝受冲击或摩擦作用而脱胶。14. 在钢铁设备表面涂覆高含硅量的瓷釉，经高温煅烧而形成致密玻璃质耐蚀层的保护方法是化工搪瓷。15. 化工搪瓷设备转角部位必须均匀圆滑过渡，转角越大越好，不少于10mm，从而避免应力集中爆瓷。壁厚按计算再增加2-3mm，壁厚不得小于6mm，以防高温搪烧变形、减薄。圆筒设备高径比一般为0.81.6，最好为1。16. 利用电镀、喷镀、热镀、化学镀的方法在金属本体镀上另一金属或合金保护层的保护方法是金属涂层。金属涂层有阴极性和阳极性两种。典型的金属镀层工艺方法有：电镀、化学镀、热喷镀、热浸镀等。17. 重点掌握连接、容器及其附件的防腐蚀结构设计，能够判断各种结构的优劣。详见课本图6-23至图6-