金属腐蚀与防护复习资料

1、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。半导体类型加合金元素相对原子价导电率氧化速度N型ZNO,TIOLIAL低高减小增加增加降低P型NIO,FeOLICr高低增加减小增加降低应力腐蚀 ：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

2、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Rh100%，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

3、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

4、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然使阳极电位住正方向移动，产生阳极极化。高温热腐蚀：金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在工作表面的沉积盐（硫酸钠）及周围工作气体发生综合作用而产生的腐蚀现象。 次生反应：从阳极区扩散过程来的金属离子和从阴极区迁移来的氢氧根离子相遇形成氢氧化物沉淀产物（次生产物）的过程。P-B比：氧化过程中生成金属氧化膜的体积与生成这些金属氧化膜所消耗的金属的体积之比。PBR=V（MeO）/V(Me)极化：

5、当电极有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大，这种对平衡电势的偏离称为电极的极化。去极化：凡是能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的均叫作去极化。能起到这种作用的物质叫作去极剂，去极剂也是活化剂。析氢过电位：当阴极电位负到EH时，才发生析氢反应，EH为析氢电位。析氢电位EH与氢平衡电位E0之差为析氢过电位， 钝性:金属或合金在一定条件下有活化态转变为钝态的过程为钝化，金属或合金钝化后所具有的耐蚀性为钝性。交换电流密度：一个电极处于平衡态时，电极的氧化和还原两个方向正好相反的反应仍在不断进行，只是速度相等而宏观上观察不到变化。电极处于电化学平衡时，正向

6、与逆向电流密度相等时，其单向电流密度的绝对值。腐蚀原电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。吸氧腐蚀：指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中发生电化学反应引起阳极金属或合金不断溶解的腐蚀现象。二、 问答题1.说出几种恒温氧化的动力学规律，并说明其意义。 直线规律：y=kt+c,y氧化膜厚度，t时间，k氧化线性速度常数。意义：表面氧化膜多孔，不完整，不具有保护性，对金属进一步氧化没有抑制作用。抛物线规律：y2=kt+c，表明氧化膜具有保护性，氧化受离子通过扩散通过表面氧化膜速度控制。立方规律：y3=3kt+c,扩散阻滞作用比膜增厚所产生的阻滞更为严重。对数

7、与反对数规律：y=klg(t+t0)+A,说明氧化过程扩散阻滞作用远比抛物线规律大。2.简述提高合金抗高温氧化可能的途径。1)减少基体氧化膜中晶格缺陷的浓度；2）生成具有保护性的稳定新相；3）通过选择性氧化生成优异的保护膜。3.金属氧化膜具有保护作用的充分必要条件。1)PBR大于1；2）膜要致密、连续、无空洞、晶体缺陷少；3）稳定性好、蒸汽压低、熔点高；4）膜与基体的附着力强，不易脱落；5）生长内应力小；6）与基体具有相近的热膨胀系数；7）膜的自愈能力强。4.简述二元合金的几种氧化形式。Page235.简述几种主要的恒温氧化动力学规律，并分别说明其意义。Page146.金属高温氧化产物有几种形

8、态，简要说明固态氧化膜生长机制及氧化膜具有保护作用的充分与必要条件。教材78页7.指出高温氧化理论（wagner）要点，结合金属氧化的等效电池模型推导出高温氧化速度常数K的表达式，并讨论式中各参数的意义。Page16 8.流速对扩散控制下的活化-钝化金属的腐蚀速度的影响如图2-30所示（书P53），比较二者的腐蚀速度，并阐明其原因。在氧扩散控制的条件，体系未进入钝态前，腐蚀速度随流速增加而增加。当流速达到或超过速度3时，极限扩散电流密度iD已达到或超过临界钝化电流密度ib，金属由活化态转变为钝态。此时阳极（金属）的腐蚀由氧扩散控制转变为阳极电阻极化控制，其腐蚀速度为维钝电流密度ip，（图中D点

9、速度）。当溶液流速继续增加时，如速度达到4，腐蚀过程又转为氧扩散控制，其腐蚀速度将迅速增加。这是由于流速过大液体的冲击或气泡作用将钝化膜冲破导致活化溶解。9.简述晶间腐蚀产生的条件、机理、影响因素及其防止晶间腐蚀的措施。产生的条件: 组织因素-晶界与晶内的物理化学状态及化学成分不同，导致其电化学性质不均匀;环境因素-腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。机理: 贫化理论和晶间杂质偏聚理论。贫化理论：在某些条件作用下，铬沿晶界扩散速度要比晶粒内扩散慢，补充不上，在晶界上出现贫铬区，当处于适宜的介质条件下时，就会形成腐蚀原电池，Cr23C6及晶粒为阴极，贫铬区为阳极而遭受腐蚀。杂质偏聚或第二

10、相析出理论：这种晶间腐蚀与 相在晶界析出有关。在过钝化电位下，发生的相选择溶解。影响因素：1）加热温度与时间，钢的最短加热时间和晶间腐蚀敏感性大小都与它的成分有关。2）合金成分：碳：奥氏体不锈钢中碳量愈高，晶间腐蚀倾向愈严重；铬：能提高不锈钢耐晶间腐蚀的稳定性。镍：增加不锈钢晶间腐蚀敏感性。钛、铌：高温能形成稳定的碳化物。防止晶间腐蚀措施。变介质的腐蚀性；采用适当的工艺措施以尽量避免金属或合金在不适宜的温度受热，采用低碳和高纯的不锈钢或合金，把碳、氮等含量降到合理水平；在不锈钢中添加钛、铌等强碳化物形成元素，形成碳化钛和碳化铌，以减少晶界贫铬现象。 10.以不锈钢在充气的溶液中孔蚀为例，简述小

11、孔腐蚀的机理。蚀孔内的自催化酸化机制，即闭塞电池作用。蚀孔一旦形成，孔内金属处于活化状态（电位较负），蚀孔外的金属表面仍处于钝态（电位较正），蚀孔内外构成了膜 孔电池。孔内阳极反应：孔外阴极反应：孔口PH值增高，产生二次反应：Fe（OH）3沉积在孔口形成多孔的蘑菇状壳层。使孔内外物质交换困难。孔内O2浓度继续下降，孔外富氧，形成氧浓差电池。其作用加速了孔内不断离子化，孔内Fe2+浓度不断增加，为保持电中性，孔外Cl-向孔内迁移，并与孔内形成FeCL2。孔内氯化物浓缩、水解等使PH值下降，点蚀以自催化过程不断发展下去。孔底，由于孔内的酸化，H+去极化的发生及孔外氧去极化的综合作用，加速了孔底金属

12、的溶解速度。11.简述应力腐蚀产生的条件、机理、影响因素及其防止应力腐蚀的措施。产生的条件: 1. 敏感材料:合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。2.特定的腐蚀介质:发生应力腐蚀断裂与其所处的特定的腐蚀介质有关.3.拉伸应力:增加拉伸应力会降低疲劳寿命，增加拉伸应力会降低疲劳寿命，而增加压缩应力则可提高疲劳强度。机理: 闭塞电池理论: 认为在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行，在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的蚀孔扩展为裂纹，产生SCC 。这种闭塞电池作用与前面的孔蚀相似，也是一个自催化的腐蚀过程，在拉应力作用下使裂纹不断扩展，直至断裂。膜破裂理论: 认为金属表面是由钝化

13、膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性离子Cl-的作用下易引起钝化膜破裂，露出活性的金属表面。介质沿着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。影响因素:应力、环境、冶金因素。防止应力腐蚀的措施: a. 合理选择材料; b. 减少或消除残余拉应力; c. 改善介质条件; d.电化学保护; e. 涂层保护12.简述钝化产生的原因及钝化的意义。化学因素：由强氧化剂引起的；电化学因素:外加电流的阳极极化产生的钝化。意义：提高金属材料的钝化性能；促使金属材料在使用环境中钝化，是腐蚀控制的最有效途径之一。 13.简述大气腐蚀的过程。当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要是

14、氧去极化。阴极过程：阳极过程：在薄的液膜条件下，氧更易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。当液膜增厚，氧到达金属表面有一个扩散过程，因此腐蚀过程受氧扩散过程控制。14.简述人体环境中金属植入材料可能发生哪些腐蚀，其特点和危害如何。均匀腐蚀：在人体环境中，问题是均匀腐蚀产物的生物相容性。点腐蚀 ：钛合金及钴铬钼合金点蚀倾向小，不锈钢点蚀倾向大。电偶腐蚀：选用材料不同（电位差异）就容易产生电偶腐蚀。缝隙腐蚀：多零件植入装置，会遭受缝隙腐蚀，不锈钢植入器件。磨损腐蚀：是由于植入器件之间反复的、相对的滑动所造成的表面磨损与腐蚀环境的综合作用结果。晶间腐蚀：危害是相当严重的。腐蚀疲劳：

15、耐腐蚀疲劳性能很重要。15.结合阴极性元素对可钝化体系腐蚀规律影响的示意图，说明阳极曲线中主要的特征参数及每一部分的涵义。并描述加入阴极性合金元素促进阳极钝化的过程和特点？A-B区活性溶解区。金属的自腐蚀电位ER到临界钝化电位Eb之间为活性溶解区，即A-B区。金属电极的阳极电流密度随电位升高而增大。金属处于活性溶解状态，以低价形式溶解。 2) B-C区,活化-钝化过渡区。当电极电位达到临界钝化电位Eb态时，金属表面发生突变，电位继续增加，电流急剧下降，金属由活化态进入钝化态。金属表面上生成过渡氧化物。对应B点的Eb和ib分别称为致钝电位和致钝电流密度。B点标志着金属钝化的开始。 3）C-D区，

16、钝化区或稳定钝化区。金属处于钝态并以ip（维钝电流密度）的速度溶解着。 ip 基本上与电极电位无关，即随着电位增加，在一个相当宽的电位范围内。金属阳极溶解速度几乎保持不变。此时金属表面上可能生成一层耐蚀性好的高价氧化物膜。4）D-E区，过钝化区。过钝化区的特征是阳极电流密度再次随电位的升高而增加。当电位超过Eop时，金属溶解速度急剧增加。加入阴极性合金元素促进阳极钝化的过程和特点:p109加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件.其次加入阴极性元素的种类、数量要同基体合金、环境相适应，加入的阴极性元素要适量，否则加速腐蚀.16.铅试样浸入PH=2，温度为40，已除氧的酸溶液中，计算Pb2+能达到

17、的最大浓度?解：阴极反应：2H+2e=H2 Eec=-0.059×(313/298)PH=-0.248V 阳极反应：Pb=Pb2+ 2e Eea=E0+0.02955 ×(313/298)lgCPb2+ =-0.126+0.031lgCPb2+ 当Eea=Eec时，CPb2+达到最大，所以 -0.248=-0.126+0.031lgCPb2+ 计算得：CPb2+=1.16×10-4mol/L17.按水膜的厚度大气腐蚀可分为几类，说明各类腐蚀的特点。干的大气腐蚀：金属表面上不存在水膜,金属的腐蚀属于常温氧化。 潮的大气腐蚀：Rh<100%，在金属表面上存在肉眼

18、不可见的薄液膜,随水膜厚度增加,V-迅速增大。湿的大气腐蚀：Rh100%，金属表面上形成肉眼可的水膜，随水膜厚度增加， V-逐渐减小。大气腐蚀的特点：氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。即使液膜呈酸性，在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制；18.根据极化图说明外加电流阴极保护原理，并说明阴极保护的主要参数，应如何选择这些参数。原理：由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。保护参数 保护电位Epr：阴极保护中所取的极化电位。

19、要使金属的腐蚀速度降低到零，取阳极反应平衡电位作为保护电位（Epr= Eea）。 (最小)保护电流密度ipr：与保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密度。保护电位是基本的控制指标。确定保护电位时应考虑两个方面的因素：第一，Epr值（越负越好）；第二，析氢反应的影响。19.按缓蚀剂的作用机理，缓蚀剂可分为几种类型？简要说明各类缓蚀的电化学原理按照电化学理论（缓蚀机理）：分为阳极型、阴极型、混合型； 阳极型：大部分是氧化剂，如过氧化氢、重铬酸盐、铬酸盐、亚硝酸钠、硅酸盐等，这类缓蚀剂常用于中性介质中阴极型：能抑制阴极过程，增加阴极极化，从而使腐蚀电位负移。混合型； （结合图形自行说明）1. 局部腐蚀的特征和危害何在？特征：局部腐蚀形式多样性.局部腐蚀普遍性 。局部腐蚀危害性 腐蚀集中在个别位置急剧发生、腐蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预计、控制难度大、危害大，易突发灾难事故2、