第3章_电化学腐蚀动力学
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《金属腐蚀与防护》复习题2022.6第一章绪论.什么是金属的腐蚀?局部腐蚀主要有哪些类型?1.金属腐蚀速度的三种主要表达方式?为什么可以用阳极溶解电流来评价金属腐蚀的速度?2.化学腐蚀和电化学腐蚀的共性与差异?其次章电化学腐蚀热力学.平衡电极电位是如何定义的?在什么条件下才可能建立体系的平衡电极电位?铁放在酸性溶液中能够建立起平衡电极电位吗?平衡电极电位对金属的腐蚀的倾向和腐蚀的速度有什么影响?1.什么是非平衡电极电位?它通常是如何获得的?2.标准电极电位的定义?标准电极电位是如何获得的?3.对参比电极的最基本要求是什么?4.电化学腐蚀发生的根本条件是什么?合金中杂质或其次相的存在对金属腐蚀倾向和腐蚀速度有何影响?5.金属发生腐蚀时,外表至少会有几个电极反响?金属在无氧的自身离子中性溶液中会始终发生溶解腐蚀吗?为什么?金属在有氧的自身离子中性溶液中会始终发生溶解腐蚀吗?6. 一根装运弱酸性化学溶液的碳钢管,由于匀称腐蚀,一年要更换一次。
为了改善管子的耐腐蚀性能,提高使用寿命,对管子内外表实施了化学镀Ni-P非晶镀层的处理,可是管子在投入使用不到2个月却发生了穿孔泄漏。
请从电化学腐蚀的角度分析其可能成因。
第三章电化学腐蚀动力学.什么是电极的极化现象?极化发生的本质缘由是什么?极化对金属腐蚀的速度有什么影响?1.试解释金属的自腐蚀电位和自腐蚀电流的含义?自腐蚀电位是平衡电极电位吗?他们与金属的腐蚀速度有什么关系?金属铁板放置在3%NaCl水溶液中,稳定一段时间后,通过试验测得的开路电位是平衡电位吗?2.阳极极化有儿种类型?成因是什么?3.由图3.11,分析溶液中硫化物及金属中其次相的存在对金属腐蚀速度的影响。
4.塔菲尔方程的基本表达式〃=成立图3.11钢在非氧化酸中的腐蚀极化图5 .电化学极化(活化极化)和浓差极化的形成缘由是什么?第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀•依据n 产曲+6log 九,分析影响析氢过电 位的因素。
腐蚀动力学模型
腐蚀动力学模型是指基于大量实验数据和理论分析建立的一套数学模型,用于解释,
预测和优化腐蚀过程中金属材料的失效行为。
腐蚀动力学模型包括电化学腐蚀模型,应力
腐蚀开裂模型,高温氧化腐蚀模型等多种形式,但它们的基本原理都是相似的。
电化学腐蚀模型是最常见的一种腐蚀动力学模型,它是基于诸如极化曲线,极化电阻,电化学阻抗谱等电化学测试数据建立的。
在电化学腐蚀模型中,腐蚀速率是由电流密度,
金属表面的电位和溶液组成的。
通过对模型参数的优化来拟合实验数据,可以准确地预测
腐蚀速率的变化和确定最优腐蚀防护措施。
应力腐蚀开裂模型是另一种常见的腐蚀动力学模型,它是基于金属材料的裂纹成长原
理建立的。
在应力腐蚀开裂模型中,金属材料在经历应力作用时,可能出现裂纹,然后裂
纹逐渐扩展到材料内部而导致失效。
应力抑制因子,应力浓度因子和应力强度因子是应力
腐蚀开裂模型中的重要参数,它们可以用来评估材料的抗应力腐蚀开裂性能,并且指导相
关腐蚀防护技术的研发。
高温氧化腐蚀模型是一种专门用于研究高温下金属材料的氧化失效行为的腐蚀动力学
模型。
该模型基于氧化层生长的规律和反应动力学原理,考虑到高温,压力,气氛成分,
表面能等因素,可以预测金属材料在高温环境下的氧化速率,氧化层厚度和质量损失等信息,为热工装备的长期运行提供保障。
总之,腐蚀动力学模型是充满挑战又具有广阔应用前景的一个研究领域。
随着新材料
和新工艺的不断涌现,腐蚀动力学模型也将不断更新和完善,为各种工业领域的腐蚀防护
和材料设计提供更加可靠和有效的支持。
《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ϖ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ϖ失和ϖ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。
化学实验中的电化学腐蚀化学实验中的电化学腐蚀是指金属在电解液中发生氧化还原反应而导致金属表面损坏的过程。
电化学腐蚀是一个复杂的过程,涉及到物质的传输与转化、电极反应以及化学平衡等多个方面。
本文将从电化学腐蚀的定义、机理以及预防等方面加以阐述。
1. 电化学腐蚀的定义与机理电化学腐蚀是指金属在特定环境中与电解液发生化学反应,导致金属表面损坏的过程。
主要包括阳极和阴极两个区域,其中阳极区是金属发生氧化反应的地方,阴极区则是金属重新得到电子的地方。
腐蚀反应可以分为两个半反应:氧化半反应和还原半反应。
在阳极区,金属发生氧化反应,失去电子成为离子;在阴极区,离子获得电子还原为金属。
这两个半反应必须同时进行,维持电荷平衡。
导致电化学腐蚀的主要原因是金属与电解液中的离子产生反应,形成氧化物或氢氧化物等产物,使金属表面发生溶解,产生腐蚀现象。
此外,温度、电位、流体速度等因素也会对电化学腐蚀的过程产生影响。
2. 电化学腐蚀的实验方法与技术为了研究电化学腐蚀的过程,科学家们开发了一系列的实验方法和技术。
2.1 极化曲线法极化曲线法是一种通过改变电位观察腐蚀过程的方法。
该方法利用电位扫描仪测量不同电位下的电流变化,从而得到电极电流与电极电位的关系曲线,进而分析腐蚀过程中的各种参数。
2.2 交流阻抗法交流阻抗法是一种通过施加交流电进行测试的方法。
利用交流阻抗仪测量电极的阻抗值,从而得到电化学腐蚀的相关信息,如腐蚀速率、电极界面性质等。
2.3 循环伏安法循环伏安法是一种通过改变电极电位来研究腐蚀反应的方法。
通过改变电位的范围和速率,观察电极电流的变化情况,可以得到电极表面的反应动力学参数。
以上是一些常见的电化学腐蚀实验方法和技术,科学家们利用这些方法和技术可以深入研究电化学腐蚀的机理和特性。
3. 电化学腐蚀的预防措施针对电化学腐蚀的特点和机理,制定相应的预防措施是必要的。
以下介绍几个常用的预防措施。
3.1 阳极保护阳极保护是一种通过在金属表面施加电流,使其成为电化学反应中的阴极而达到保护的方法。
电化学腐蚀动⼒学电化学腐蚀动⼒学20世纪40年代末50年代初发展起来的电化学动⼒学是研究⾮平衡体系的电化学⾏为及动⼒学过程的⼀门科学,它的应⽤很⼴,涉及能量转换(从化学能、光能转化为电能)、⾦属的腐蚀与防护、电解以及电镀等领域,特别在探索具有特殊性能的新能源和新材料时更突出地显⽰出它的重要性,其理论研究对腐蚀电化学的发展也起着重要作⽤。
电化学动⼒学中的⼀些理论在⾦属腐蚀与防护领域中的应⽤就构成了电化学腐蚀动⼒学的研究内容,主要研究范围包括⾦属电化学腐蚀的电极⾏为与机理、⾦属电化学腐蚀速度及其影响因素等。
例如,就化学性质⽽论,铝是⼀种⾮常活泼的⾦属,它的标准电极电位为-1.662V。
从热⼒学上分析,铝和铝合⾦在潮湿的空⽓和许多电解质溶液中,本应迅速发⽣腐蚀,但在实际服役环境中铝合⾦变得相当的稳定。
这不是热⼒学原理在⾦属腐蚀与防护领域的局限,⽽是腐蚀过程中反应的阻⼒显著增⼤,使得腐蚀速度⼤幅度下降所致,这些都是腐蚀动⼒学因素在起作⽤。
除此之外,氢去极化腐蚀、氧去极化腐蚀、⾦属的钝化及电化学保护等有关内容也都是以电化学腐蚀动⼒学的理论为基础的。
电化学腐蚀动⼒学在⾦属腐蚀与防护的研究中具有重要的意义。
第⼀节腐蚀速度与极化作⽤电化学腐蚀通常是按原电池作⽤的历程进⾏的,腐蚀着的⾦属作为电池的阳极发⽣氧化(溶解)反应,因此电化学腐蚀速度可以⽤阳极电流密度表⽰。
例如,将⾯积各为10m2的⼀块铜⽚和⼀块锌⽚分别浸在盛有3%的氯化钠溶液的同⼀容器中,外电路⽤导线连接上电流表和电键,这样就构成⼀个腐蚀电池,如2-1。
图2-1 腐蚀电池及其电流变化⽰意图查表得知铜和锌在该溶液中的开路电位分别为+0.05伏和-0.83伏,并测得外电路电阻R 外=110欧姆,内电路电阻R 内=90欧姆。
让我们观察⼀下该腐蚀电池接通后其放电流随时间变化的情况。
外电路接通前,外电阻相当于⽆穷⼤,电流为零。
在外电路接通的瞬间,观察到⼀个很⼤的起始电流,根据欧姆定律其数值为o o 3k a -0.05(0.83)= 4.41011090I R ??---==?+始安培式中o k ?-——阴极(铜)的开路电位,伏;o a ?——阳极(锌)的开路电位,伏;R ——电池系统的总电阻,欧姆在达到最⼤值I 始后,电流⼜很快减⼩,经过数分钟后减⼩到⼀个稳定的电流值I 稳=1.5×10-4 安培,⽐I 始⼩约30倍。
电化学反应的动力学分析电化学反应是指在电化学条件下,电子参与的化学反应。
电化学反应的研究非常广泛,既涉及到基础学科的理论研究,也应用于实际生产和工程设计中。
动力学分析是电化学反应研究中至关重要的一部分,它可以帮助我们了解反应速率和机理,进而优化反应条件和提高反应效率。
在本文中,我们将围绕电化学反应的动力学分析展开讨论。
首先,我们需要了解电化学反应的基本原理。
电化学反应包括电化学氧化和电化学还原两个过程。
在电化学反应中,通过一个外部电源将电流通过电极引入到电解液中,从而引发化学反应。
这个外部电源称为电化学池,由两个电极(阴极和阳极)和一个电解质溶液组成。
在电化学反应中,电解质溶液中的金属离子或电子会发生转移,这种转移称为电解质的电离或电荷转移。
动力学分析主要关注电化学反应速率的测定和影响因素的研究。
电化学反应速率可以通过电流密度来表征,即单位时间内通过电解质溶液中的电流量。
电流密度与电化学反应速率之间存在一定关系,可以通过电流-时间曲线来观察和分析。
在实际实验中,常常使用电化学方法如极化曲线和循环伏安法来测定电流密度和电化学反应速率。
动力学分析的目的是揭示电化学反应速率的规律和机理。
在分析电化学反应速率时,我们需要考虑多个因素的影响,包括反应物浓度、电极表面特性、温度和电解质浓度等。
这些因素可以通过实验实际测定和理论计算来获得,从而建立电化学反应速率的数学模型。
这个模型可以帮助我们预测和优化电化学反应条件,提高反应效率。
在动力学分析中,还需要考虑电化学反应的反应机理。
电化学反应涉及到电子转移和物质转移两个过程,因此反应机理比较复杂。
通常情况下,我们采用基本的转移系数和速率常数来描述电化学反应的动力学。
这些参数可以通过实验数据的拟合和理论计算来得到。
对于复杂的电化学反应,我们还可以采用循环伏安法和交流阻抗法等高级技术进行研究和分析。
除了基础科学研究,电化学反应的动力学分析还广泛应用于实际工程和生产中。
《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ϖ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ϖ失和ϖ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。
电化学腐蚀动力学例1-3. 活化极化控制腐蚀体系的参数如下:Eec – Eea = 0.5V ,i a 0 = 10-4A/m 2,i c 0 = 10-2A/m 2 b a = 0.06V ,b c = 0.12V(1) 忽略溶液电阻,计算腐蚀电流密度i cor(2) 设溶液电阻 R = 0.1Ω.m2计算腐蚀电流密度i cor解:(1) 因为R = 0,故阴极反应和阳极反应极化后达到混合电位,即 腐蚀电位E cor ,设在腐蚀电位E cor 附近,阴极反应和阳极反应都受到强极化,消去E cor ,得:代入数据,算出lg i cor = 0.111 i cor = 1.29 (A/m 2)前面假设了在腐蚀电位,阴极反应和阳极反应都受到了强极化,现用所得结果进行验证:所以,阴极反应与阳极反应都受到强极化的假定是正确的。
(2) 因为 R ≠ 0,故阴极反应与阳极反应极化后的电位不相同。
设它们 的极化电位分别为E c 和E a ,则有lgc corc ec c c i i b E E -=-=η )exp()exp(00ceccor c aeacor a cor E E i E E i i ββ--=-=0ea ec cor 0ea ec cor lg lg lg ln ln ln c ca c a c a a c a c c a c a c a a c a ib b b i b b b b b E E i i i E E i +++++-=+++++-=ββββββββ)(253.01029.1lg 12.0lg)(247.01029.1lg 06.0lg 2040V i i b V i i b c cor c c a cor a a -=⨯-===⨯==--ηηRi E E i i b E E cor a c a cor a ea a a ⋅=-=-=0lg η所以有:ca cor ea ec c c a c a c a a cor cor c cor c a cor a ea ecb b Ri E E i b b b i b b b i R i i i b i i b E E +⋅--++++=⋅++=-)(lg lg lg lg lg 000代入数据,得到lg i cor =0.111-0.556 i cor此方程可用图解法求解,其结果为 i cor ≈ 0.6 A/m 2用Newton 迭代公式(见附录1)求方程近似解为i cor = 0.598 A/m 2和上段一样,对阴极反应与阳极反应的极化情况进行验证:所以,阴极反应与阳极反应仍符合强极化条件。
《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ϖ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ϖ失和ϖ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。