腐蚀与防护复习资料

1、1. 材料腐蚀的概念：材料与环境介质接触的表面发生作用（物理、化学或电化学），而引起的破坏或变质（性能退化)。2. 根据反应类型划分腐蚀种类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解腐蚀。3. 腐蚀过程的本质是什么？ 金属从一个热力学不稳定状态向稳定状态转变的，是一种自然趋势，可以从冶炼金属（或合金）时所消耗能量的多少或者难易程度来大致判断其腐蚀倾向大小。4. 材料的损坏或失效类型：腐蚀、磨损和断裂，决定了材料的寿命。5. （计算题）金属腐蚀速度的表示方法：失重法（增重法）、深度法和电流密度。1)失重法：v 式中:W-为腐蚀速度（g/m2.h） ；m0为试样腐蚀前的重量；m1为试样清除腐蚀产物后的质量（

2、g）；S为试样表面积（m2）；t为腐蚀时间（h）。2) 深度法: 式中: D为腐蚀深度,单位为mm/a。V为腐蚀速度（g/m2.h）， 为金属的密度，g/cm3。3) 由失重指标转换为电流密度指标:其中icorr，A/cm2,V失,g/(m2·h) 三级标准6. 腐蚀原电池:阴极,阳极,内电路:离子导通的回路;外电路:金属本身. 腐蚀原电池特征：短路的原电池；材料表面分为阳极和阴极，阴极和阳极具有不同电位，位于不同位置；阳极和阴极之间要有两个电性连接：电子导体通道和离子导体通道；离子导体为腐蚀环境。7. 盐水滴试验:实验说明：金属表面结构或组织不均匀性，或腐蚀介质不均匀性，都可以导致

3、腐蚀电池的形成；失电子的阳极反应和得电子的阴极还原反应是在两个相对独立的区域进行的，但彼此又不可分割同时完成；金属的电化学腐蚀过程随着电流的发生，该电流表征金属腐蚀速度；发生局部腐蚀情况下，通常阳极区面积比阴极区面积小得多，阳极区腐蚀强烈。8.宏观电池、微观电池：宏：金属材料和介质的差异；微：电化学不均匀性宏观腐蚀电池（宏电池）： 阳极和阴极电极尺寸相对较大，宏观上单独的电极肉眼可见（可分辩）。微观腐蚀电池(微电池)：阳极和阴极尺寸微小，宏观上单独的电极不可见，肉眼不可分辩。二者都是电化学作用的基本单元，但作用结果不同。9. 电极电位：金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的绝对电极电位，记为

4、10. j双电层：由于金属和溶液的内电位不同，在电极系统的金属相和溶液相之间存在电位差，因此，两相之间有一个相界区，叫做双电层。 电极系统中发生电极反应，两相之间有电荷转移，是形成双电层的一个重要原因。11. 平衡电极电位：12. 电动序：将各种金属的标准电位E0 的数值从小到大排列起来，就得到 “电动序” 。 电偶序：就是将金属材料在特定的电解质溶液中实测的腐蚀（稳定）电位值按高低（或大小）排列成表的形式。 13.电化学腐蚀倾向的判断 ：自由焓准则： 当G<0，则腐蚀反应能自发进行。 |DG|愈大，则腐蚀倾向愈大。 当G= 0，腐蚀反应达到平衡。当G>0，腐蚀反应不能自发进行。G

5、的计算：14. 电位-pH图（详见P3234） 电位-pH图的概念：将金属腐蚀体系中各种反应的平衡电位与溶液pH值的函数关系绘制成的图。 作用：就能直观地从图中判断在给定条件下发生腐蚀反应的可能性。 (1)腐蚀区：稳定存在的状态是Fe2+ 、Fe3+、FeO42-和HFeO2-等离子。 (2)免蚀区：金属处于热力学稳定状态。 (3)钝化区：金属表面生成稳定的氧化物、氢氧化物或盐膜。金属是否遭受腐蚀，取决于膜是否有保护性。 将E、pH条件移出腐蚀区的途径：详见P34 降低铁的电极电位，对铁进行阴极保护。 把铁的电位升高，使之进入钝化区。 调整溶液pH=913，可使铁进入钝化区。 该图的局限性：根

6、据热力学数据绘制的电化学平衡图，只能分析腐蚀倾向及倾向性大小，不能指示腐蚀速度；图中反应的是平衡状态的情况，溶液浓度是平均浓度，实际情况几乎都偏离平衡状态，而且电极表面的溶液真实局部浓度也会有别于平均浓度（pH值是指处于平衡状态的溶液pH值，而金属表面附近溶液的pH值与主体溶液pH值是有差别的），必然有一定误差； 仅适用于分析纯金属水简单体系在室温下的腐蚀行为，而工程上多使用合金，用于分析实际问题时只能以主要合金元素为考查对象；阴离子只考虑了OH-，实际环境介质中大量存在的Cl-和SO42-等未被考虑，这些阴离子对腐蚀过程的影响可能较大；图中指示的钝化区只涉及金属氧化物或者氢氧化物，并不能反映

7、该产物的实际保护性能，即只提供了金属受保护的必要条件，而充分条件要结合产物的实际物理化学性征来决定。15. 极化现象：电池工作过程中由于电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象，称为极化现象。 产生原因 详见P47、48极化的类型:1)阳极极化：活化极化、浓差极化、电阻极化 2）阴极极化：活化极化、浓差极化16. 过电位：由于有电流通过而引起的电极电位偏离原来电极电势的变化值叫做过电位。17. 绘制极化曲线： 极化曲线电极电位随电流密度变化的关系曲线， 完整而直观地表达出一个电极过程的极化性能（极化度与外电流匹配关系）。极化曲线外延法求腐蚀速度、典型的阳极极化曲线（阶段及意义）详见P50、51

8、极化图的应用见P666918. 析氢腐蚀、吸氧腐蚀 析氢腐蚀：溶液中的氢离子作为去极化剂，在阴极上放电，促使金属阳极溶解过程持续进行而引起的金属腐蚀。吸/耗氧腐蚀：阴极上耗氧反应的进行，促使阳极金属不断溶解，引起的金属腐蚀。 氢的超电压的影响因素：与电极材料的种类有关：高（Hg）中（Fe）低（Pt）与电极的表面状态有关：粗糙的表面低于光滑表面；与溶液的PH值有关：酸性溶液中: 碱性溶液中:与溶液的温度有关：与某些添加剂有关：如缓蚀剂，胺、醛类等有机物质19. 钝化：金属在一定条件下，或经过一定处理，其腐蚀速度明显降低的现象叫做钝化。 P80.81金属钝性的应用：1）、阳极保护（电化学钝化）；2

9、）、强氧化性盐钝化提高金属耐蚀性（化学钝化）；3）、添加活性阳极元素/易钝化合金元素，提高合金的耐蚀性(自钝化)。20.金属本质属性：1）一般的，稳定性越高，即平衡电位越高的金属，腐蚀倾向性越小，耐蚀性越好。2）Au、Pt等贵金属的耐蚀性能大大优于Fe、Zn等。3）某些活性高的金属，如Mg、Al、Ti等，稳定性低，尽管在环境介质中腐蚀倾向性较大，但是钝化特性改变了此类金属的应用前景。 金属表面状态：表面均匀光滑有助于改善耐蚀性；精磨、抛光能减缓腐蚀； 粗糙、划伤、缝隙、缺陷均能造成腐蚀加剧。21. 电偶腐蚀：在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较

10、正的金属受到保护的腐蚀现象。利用电偶腐蚀的原理可以采用贱金属的牺牲对有用的部件进行牺牲阳极阴极保护。 电偶腐蚀效应： 当两种金属偶接后，作为阳极的金属的阳极电流密度与未偶接时该金属的阳极电流密度（即自腐蚀电流密度)的比值，用表示：正差异效应： 负差异效应： 基本概念：1） 点蚀（小孔腐蚀/孔蚀）：腐蚀集中在金属表面的很小范围内，并深入到金属内部，形成小孔状腐蚀形态。蚀孔直径小、深度大。第一阶段：蚀孔成核（发生）钝化膜破坏理论和吸附理论 第二阶段：蚀孔生长（发展） “闭塞电池” 的形成为基础，并进而形成“活化钝化腐蚀电池”自催化作用 2） 缝隙腐蚀： 电解质溶液存在，在金属与金属及金属和非金属之

11、间构成狭窄的缝隙内，介质的迁移受到阻滞时而产生的一种局部腐蚀形态。 初期阶段，缝内外的金属表面发生相同的阴、阳极反应过程。 后期阶段，由于缝内缺氧，缝外富氧，形成了“供氧差异电池”。 二者的腐蚀加速机制：闭塞电池的酸化自催化作用3) 晶间腐蚀: 金属材料在腐蚀介质中，腐蚀总是沿着或紧挨着晶粒边界发生，而晶粒本身不腐蚀或者腐蚀轻微的局部腐蚀形态。4) 应力腐蚀开裂：通常在某种特定的腐蚀介质中，材料在不受应力时腐蚀甚微；而受到一定的拉伸应力时（可远低于材料的屈服强度），经过一段时间后，由于腐蚀介质和应力的协同作用，即使是延展性很好的金属也会发生脆性断裂。 22. 覆盖层防止电偶腐蚀：涂装在贵金属上

12、23. 选择性腐蚀：典型：黄铜脱锌 灰口铸铁石墨化 钢高温脱碳24. 小孔腐蚀和缝隙腐蚀比较： 25.晶间腐蚀的防护措施：1）降低含碳量：低碳不锈钢,甚至是超低碳不锈钢,可有效减少碳化物析出造成的晶间腐蚀。2）合金化：在钢中加入Ti或Nb，析出TiC或NbC，避免贫Cr区的形成。3）适当的热处理：对含碳量较高（0.060.08）的奥氏体不锈钢，要在10501100进行固溶处理；对铁素体不锈钢在700800进行热处理；加Ti和Nb的不锈钢要经稳定化处理。4）适当的冷加工：敏化前进行3050的冷形变，可以改变碳化物的形核位置，促使沉淀相在晶内滑移带上析出，减少在晶界的析出。26. SCC的四种脆：

13、低碳钢：NaOH溶液、硝酸盐溶液、含H2S和HCl溶液、碳酸盐、磷酸盐奥氏体不锈钢：氯化物水溶液、高温高压含氧高纯水、连多硫酸、碱溶液铜和铜合金：含NH4+的溶液、氨蒸汽、汞盐溶液、SO2大气、水蒸汽钛和钛合金：发烟硝酸、甲醇（蒸汽）、NaCl溶液（>290）、HCl（10，35）、 H2SO4（67）、湿Cl2（288，346，427）、N2O4（含O2，不含NO，2474）27. 氢的来源及影响： 内氢： 材料在使用前内部就已经存在的氢，主要是在冶炼、热处理、酸洗、电镀、焊接等过程 中吸收的氢 外氢（也称为环境氢）：材料在使用过程中，与含氢介质接触或进行阴极析氢反应吸收的氢。 影响因

14、素：金属及冶金质量；应力；介质（阴离子浓度，介质温度）P113 28. 腐蚀疲劳： 机械疲劳：材料在交变应力作用下导致(疲劳)裂纹萌生、亚临界扩展，最终失稳断裂的过程。 腐蚀疲劳还有腐蚀介质对金属的作用。交变应力与腐蚀介质共同作用 29.大气腐蚀：金属材料暴露在空气中，由于大气中的水和氧气的化学和电化学作用而引起 的腐蚀。 大气腐蚀不是一 种腐蚀形态，而是金属和合金在大气环境中的一类腐蚀的总称。金属表面的液膜厚度对大气腐蚀的速度有非常大的影响。 速度最快，微观主导。30. 土壤腐蚀： 用电阻率评价。 原因：局部不均匀性所引起的腐蚀宏电池；埋设深度不同及边缘效应； 金属所处状态的差异; 异金属接

15、触 杂散电流：由原定的正常电路漏失而流入它处的电流，主要来源是应用直流电大功率电气装置，如电气化铁道、电解及电镀槽、电焊机电化学保护装置等。 直流或低频率交流。I：路轨（阳极）½|土壤|½管线（阴极）；II：管线（阳极）½|土壤| 路轨（阴极）。 31.海水腐蚀：32微生物腐蚀：硫酸盐还原菌厌氧；硫氧化菌 嗜氧；铁细菌 嗜氧33涂层的设计： 涂料的组成：成膜物质、颜料、稀释剂、催干剂、固化剂 衬里：树脂类胶泥对非氧化性酸有较好的耐蚀性； 环氧、呋喃：适用于酸碱交替的场合； 酚醛胶泥：常用于渗透性较大的稀酸介质； 环氧-呋喃胶泥：提高呋喃胶泥的粘结强度； 环氧胶泥：

16、粘结强度高、收缩性小、抗渗透性好、价格贵，一般用于挤缝和勾缝。34. 电化学保护：根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进行保护的方法。分为阴极保护和阳极保护。35. 缓蚀剂： 种类：P186 常用酸洗缓蚀剂：1）乌洛托品 适用酸液：盐酸、硫酸 适用金属：黑色金属 2）兰5 适用酸液：硝酸 适用金属：碳钢 、铜及其合金 36.介质处理:除去介质中有害成分；调节介质的pH值；降低介质的水分等方法。 思考题： 一、外加电流阴极保护与牺牲阳极阴极保护技术有何异同？答：1）同为阴极保护技术，都是对被保护金属施加阴极极化，使其进入E-pH图所示的稳定区，只是施加阴极极化电流的驱动来源不同，前者为外电源直接提供

17、阴极电流，系统实际相当于电解池，后者由活性较高的金属阳极溶解而提供，系统实际是宏观的电偶腐蚀原电池。2）外加电流方式可以通过调节外电源的输出电压，而改变保护回路中的电流值的大小，从而调整被保护金属的电位，适用范围更广；相对的，牺牲阳极方式在设计安装完成以后，系统中的保护电流，除随环境介质波动以及被保护金属构件和牺牲阳极的电极表面状态变化而发生微小的改变外，保护电流不可随意调节。3）前者需要使用不溶解或者低消耗的辅助阳极材料，装置耐久，能够使系统的服役寿命大大延长；而牺牲阳极条件下，在设计之初就结合装置的结构特点、保护面积和系统预计的服役年限确定了阳极用量及布局方案，常常因阳极消耗大，需要有维护

18、与更换的预案，总体上的服役时间较前者短。4）前者在施工前期投入较大，安装完成后，后续运行有操作、管理和维护的费用，时常需要对电源和参比电极进行检测和维护；后者的前期投入较小，施工难度较小，一般的不存在长距离布线，而且服役期间内基本可以免维护。5）前者在方案设计与安装施工过程中若存在不周之处，可能对周围附近的金属构件带来意外的杂散电流干扰腐蚀；后者由于保护回路的驱动电压较小，输出能力有限，因此对附近的金属构件不会形成明显的杂散电流腐蚀干扰，尤其适用局部保护的场合。 二、分析阴极保护与阳极保护的异同答：1）两种电化学保护技术都适用于连续液相电解质环境中。2）从原理上，任何金属材料的腐蚀问题均可以采用阴极保护方法进行控制，适用面广；而对于阳极保护技术来讲，其适用的条件要求就苛刻得多，仅适用于腐蚀金属在环