DC_第二章_电化学腐蚀的理论基础(1)
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化工设备腐蚀与防护技术思考题绪论1. 什么是金属的腐蚀?金属腐蚀的根本原因是什么?2. 腐蚀的危害体现在哪些方面?3. 为什么说腐蚀与防护科学是一门边缘科学?4. 什么是化学腐蚀?什么是电化学腐蚀?二者的区别与联系是什么?5. 常见的局部腐蚀有几种?6. 腐蚀过程的共同特性是什么?第一章化学腐蚀1. 什么是金属的氧化?2. 金属的化学腐蚀有什么特点?3. 金属氧化的热力学判据?4. 影响金属氧化膜形成的因素有哪些?5. 金属的氧化属于化学腐蚀,却又由电化学模型来解释之为什么?6. 满足哪些条件的金属氧化膜才有保护作用?7. N型氧化物和P型氧化物的导电机理是什么?如何用哈菲原子价规律解释合金化提高金属耐蚀性的原理?8. 金属氧化的动力学曲线有几种类型?9. 钢铁高温氧化时的氧化产物组成是什么?氧化膜增长机理又是什么?10. 铸铁肿胀的实质是什么?11. 什么是氢腐蚀?处于氢脆和氢腐蚀状态的金属材料有什么特性?12. 为什么说金属的硫化比氧化更严重?13. 加工高硫原油的减压填料塔停工处理不当可能会出现自燃,试分析其原因?如何防止自燃发生?14. 什么是高温烟气的硫酸露点腐蚀?如何防止之?第二章电化学腐蚀的理论基础1.说明三类双电层的带电状态,并解释为什么会形成这种电荷分布结构?2.什么叫电极电位、平衡电极电位、标准电极电位?如何确定电极的电极电位?3.作为参比电极必须满足哪些条件?4.什么是标准电位序?什么是腐蚀电位序?5.金属发生电化学腐蚀的热力学条件是什么?6.电位-pH图中的三类曲线各代表什么含义?7.氢电极和氧电极的电位-pH图中氢、氧平衡线把图分成哪三个区域?8.Fe-H2O系的电位-pH图被各条曲线分成几类区域?其在腐蚀科学研究中有什么作用?9.什么是腐蚀电池?腐蚀电池的组成条件是什么?10.简述腐蚀电池的工作历程?11.微观腐蚀电池形成的原因有哪些?12.什么是极化现象、阳极极化、阴极极化?13.电化学极化形成的原因是什么?14.埃文斯极化图有什么作用?15.什么是共轭体系?16.什么是腐蚀电位?17.什么是金属的钝化?金属钝化的特征是什么?18.金属钝化曲线有几个特征电位?这些特征电位将曲线分成几部分?19.什么金属钝化理论的成相膜理论及吸附膜理论?20.什么是析氢腐蚀?什么是吸氧腐蚀?21.氧电极的极化曲线可分成哪几个区域?22.工程结构中对同时存在由不同材料构成的阴、阳极时,如何确定阴阳极的相对面积?为什么?23.衡量金属钝化性能好坏的电化学参数是什么?其物理意义是什么?24.影响电化学腐蚀的因素有哪些?25.在腐蚀电池Fe|NaCL(充气的)|Pt中(1)阴、阳极各是哪一个?(2)外电流的方向怎样?(3)铁和铂片上主要进行的反应是什么?写出电极反应方程式?(4)将NaCL溶液换成稀HCL溶液,反应将发生什么变化?26. 一个铁钉完全浸泡在充氧的水中,它会在什么部位发生腐蚀?写出相应的阳极和阴极反应式?第三章常见的局部腐蚀1. 常见的八大局部腐蚀形态是什么?2. 全面腐蚀的电化学特点是什么?工程中如何控制全面腐蚀?3. 什么叫电偶腐蚀?电偶腐蚀的机理是什么?4. 为什么说工程结构中存在异种金属组合时“大阴极、小阳极”结构不合理?5. 孔蚀的机理是什么?孔蚀发展过程中形成的闭塞电池的本质是什么?6. 试以铝合金在含有氯离子的溶液中发生孔蚀时的自催化原理?7. 什么是缝隙腐蚀?缝隙腐蚀的机理是什么?8. 缝隙腐蚀和点蚀的异同点是什么?9. 什么叫选择性腐蚀?常见的选择性腐蚀有哪些?10. 黄铜脱锌的机理是什么?11. 为什么灰铸铁会发生选择性腐蚀而球墨铸铁却不会?12. 什么叫沿晶腐蚀?沿晶腐蚀发生的内因与外因是什么?13.说明18-8不锈钢发生晶间腐蚀的贫化机理?应采用什么措施防止?14. 什么是应力腐蚀开裂?应力腐蚀开裂发生的条件是什么?15. 应力腐蚀开裂发生的机理有哪些?分别是什么?16. 什么是腐蚀疲劳?腐蚀疲劳的特点是什么?17. 影响腐蚀疲劳的因素有哪些?18. 说明空泡腐蚀发生的详细过程?19. 金属的孔蚀一般会在什么条件下发生?某工厂有一台海水换热器,由于碳钢管束腐蚀严重,想改用铝材或不锈钢的换热器,对此谈谈你的看法?第四章金属在自然环境中的腐蚀1. 按照潮湿程度,金属的大气腐蚀有哪几类?它们是否有本质区别?2. 影响大气腐蚀的因素有哪些?为什么大气中的尘埃易引起钢铁腐蚀?3. 防止大气腐蚀主要有哪些措施?4. 海水腐蚀的阳极过程有什么特点?5. 金属发生大气腐时,水膜层厚薄程度对水膜下的腐蚀过程有何影响?6. 试比较海水腐蚀、大气腐蚀和土壤腐蚀异同点?7. 影响土壤腐蚀的因素有哪些?8. 什么是杂散电流腐蚀?9. 东营地区的新自行车较周围其他地区相比为什么会在较短的时间内生锈,试从腐蚀与防护角度出发解释其原因?如何防止其生锈?10. 钢铁在含SO2的工业大气中比在洁净大气中腐蚀严重,解释其原因?11. 埋在土壤中的钢管同时经过沙土带和粘土带,哪个土壤带的金属会发生腐蚀?为什么?12. 乙烯生产工艺中要在低于-100℃的温度下把裂解气中的CH4、H2、C2H6、C2H4等介质进行低温分离。
电化学腐蚀机理分析电化学腐蚀是一种通过电化学反应造成金属或其他材料腐蚀的过程。
在工业生产和日常生活中,电化学腐蚀是一个普遍存在的问题,会对设备、建筑物等造成损害,影响使用寿命和安全性。
因此,了解电化学腐蚀的机理对于预防和控制腐蚀至关重要。
在电化学腐蚀的过程中,通常涉及到三个基本元素:金属、电解质和电流。
金属作为阳极或阴极,在电解质中通过电导体与电流发生作用。
阳极和阴极之间的电子传递导致阳极溶解,而阴极则发生还原反应。
这种过程导致金属表面发生氧化、腐蚀,最终形成腐蚀产物。
电化学腐蚀的机理受到多种因素的影响,其中包括温度、湿度、PH值、电流密度等。
在高温、潮湿环境下,腐蚀速率会加快,而酸性或碱性环境也会影响腐蚀过程。
此外,电流密度的大小也会对腐蚀速率产生重要影响,过大或过小的电流密度都可能加剧腐蚀现象。
除了外部因素,金属的化学成分、晶粒结构等内部因素也会对电化学腐蚀产生影响。
不同金属的化学活性不同,因此在相同环境条件下,其耐蚀性也各不相同。
晶粒的尺寸、取向等结构特征也会影响金属的耐蚀性能,进而影响腐蚀过程的进行。
钝化是一种常见的防止电化学腐蚀的方法,通过在金属表面形成一层致密、不易溶解的氧化物膜,阻隔金属与电解质之间的直接接触。
这样可以有效减缓金属表面的腐蚀速率,延长金属的使用寿命。
除了钝化外,选择合适的防护涂层、控制环境条件、改变电场分布等方法也可以有效降低电化学腐蚀的发生。
在实际工程中,要根据具体情况综合运用各种防腐措施,以最大程度地延缓电化学腐蚀的发生。
同时,定期检查设备、加强维护保养也是防止腐蚀的重要手段。
只有通过深入了解电化学腐蚀的机理并采取有效措施,才能更好地保护设备、延长使用寿命,减少资源浪费和环境污染。
综上所述,电化学腐蚀是一个复杂的过程,受到多种因素的影响。
只有通过深入研究电化学腐蚀的机理,了解各种因素间的相互作用,才能有效预防和控制腐蚀的发生。
在实际工程中,需要根据具体条件综合应用各种防腐措施,从而保护设备、延长使用寿命,实现可持续发展的目标。
第二章电化学腐蚀理论基础金属腐蚀从腐蚀历程上分为电化学腐蚀和高温腐蚀两大类,电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式,因此本章内容是本门课程的重要理论基础。
本节课要求掌握:电化学腐蚀的定义;腐蚀原电池的特点和分类。
电化学腐蚀的定义:金属材料与电解质溶液相接触时,在界面上将发生有自由电子参加的氧化和还原反应,从而破坏了金属材料的特性。
这个过程称为电化学腐蚀。
电化学腐蚀现象极为常见在潮湿的大气中,桥梁钢结构的腐蚀;海水中船体的腐蚀;土壤中输油输气管道的腐蚀;在含酸、碱、盐等工业介质中的腐蚀,一般均属于此类。
•第一节腐蚀原电池过程用腐蚀原电池模型来解释电化学腐蚀原因及过程。
一、腐蚀原电池1.原电池例如:Zn片和Cu片放入稀盐酸溶液中,用导线通过电流表把它们连接起来(电流表指针转动)就构成了原电池装置。
阳极Zn:Zn →Zn2++2e (氧化反应)阴极Cu:2H++2e →H2 ↑(还原反应)2. 腐蚀原电池的定义及特点阳极Zn:Zn →Zn2++2e (氧化反应)阴极Cu:2H++2e →H2 ↑(还原反应)(1)腐蚀原电池的定义:只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。
(2)腐蚀原电池的特点:1. 电池的阳极反应是金属的氧化反应,结果造成金属材料的破坏。
2. 电池的阴、阳极短路,产生的电流全部消耗在内部,转变为热,不对外做功。
电化学腐蚀的实质是以金属为阳极的腐蚀原电池过程,在绝大多数情况下,这种电池是短路了的原电池。
3.腐蚀原电池的工作过程:阳极过程Me →Men++ne阴极过程 D + ne →Dne-电化学腐蚀过程可分成阴极和阳极两个在相当程度上独立进行的过程,这是区分电化学腐蚀和化学腐蚀的重要标志。
二. 腐蚀电池的分类从热力学角度来讲,在金属材料/腐蚀介质构成的体系中,如果存在着电位差,且金属的电位较低,则将发生金属腐蚀。
根据腐蚀电池电极尺寸的大小,腐蚀电池分为:宏观电池和微观电池.1、宏观电池通常指肉眼可分辨电极极性的电池。
第二章 电化学腐蚀的理论基础金属的电化学腐蚀是指金属与介质发生电化学反应而引起的变质和损坏的现象。
在自然界和工业生产中电化学腐蚀比化学腐蚀危害更严重且更普遍。
例如,在潮湿的大气中,桥梁、钢结构的腐蚀;在海水中海洋采油平台、舰船壳体的腐蚀;土壤中的地下输油、输气管线的腐蚀以及在含酸、含盐、含碱的水溶液等工业介质中金属的腐蚀,都属于电化学腐蚀的类型。
由于与化学腐蚀的基本原理不同,所以电化学腐蚀与化学腐蚀又存在以下几点区别:1. 电化学腐蚀介质为能电离、可导电的电解质,且大多为水溶液。
2. 电化学腐蚀中,金属失去电子的氧化反应和介质中的氧化剂得到电子的还原反应在不同的部位相对独立地进行,而不是直接地进行电子交换。
3. 电化学反应的阴、阳极之间有腐蚀电流产生,腐蚀电流的大小与腐蚀速度的快慢有直接关系。
4. 电化学腐蚀与电极电位的关系密切。
可以利用此特点实施电化学保护。
5. 电化学腐蚀具有次生过程,使得腐蚀产物最终离开发生腐蚀的原始部位。
§ 2-1 电极与电极电位一、金属的电化学腐蚀现象我们知道金属在电解质中的腐蚀是一个电化学腐蚀过程,它具有一般电化学反应的特征。
如果我们将一块工业纯锌放在稀硫酸溶液中,可以发现锌片逐渐被溶解(腐蚀),并且锌的表面上有氢气析出(如图2-1)。
图2-1锌在稀硫酸中的溶解《金属腐蚀学》P48图3-1上述过程的反应方程式如下:↑+→+2442H ZnSO SO H Zn (3-1)图2-2 不均一金属锌在稀硫酸中的溶解《金属腐蚀理论及应用》P33图2-3 Zn-Cu 腐蚀电池《金属腐蚀理论及应用》P33 图1-21若把锌片与铜片相接触并浸入稀硫酸中(图2-2),我们可以看到锌片溶解(腐蚀)速度加快,同时在铜片上逸出了大量的氢气泡,而铜片却没有发生溶解现象,表明锌因铜的存在而加快溶解。
为什么铜能够加速锌与稀硫酸的作用呢?我们可以用一个简单的实验进一步说明。
当我们把锌片与铜片置入上述稀硫酸溶液中并在它们之间用导线通过毫安表连接起来时(图2-3),这时我们发现毫安表的指针发生了偏转,说明有电流通过。
电化学腐蚀原理
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种化学反应,是由于金属表面与溶
液中的电化学物质发生作用而引起的腐蚀现象。
电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式,对许多工业设备和设施造成了严重的损害。
了解电化学腐蚀的原理对于防止和控制腐蚀至关重要。
电化学腐蚀的原理可以通过腐蚀电池的形式来理解。
在电化学腐蚀中,金属表
面的微观区域存在着阳极和阴极两种反应。
阳极区域发生氧化反应,金属原子失去电子形成阳离子;而阴极区域则发生还原反应,金属离子接受电子还原成金属原子。
这种电化学反应导致了金属表面的腐蚀。
电化学腐蚀的速率取决于许多因素,包括金属的种类、溶液中的离子浓度、温度、氧气浓度等。
一般来说,金属在酸性溶液中的腐蚀速率比在碱性溶液中的要快,因为酸性溶液中氢离子的浓度高,可以加速金属的氧化反应。
此外,温度的升高也会加快电化学腐蚀的速率,因为高温可以促进电化学反应的进行。
为了防止电化学腐蚀,可以采取一些措施。
首先,可以选择耐腐蚀性能好的金
属材料,如不锈钢、镍基合金等。
其次,可以通过涂层、镀层等方式在金属表面形成保护膜,阻止金属与电解质溶液接触。
此外,控制溶液的pH值、氧气浓度等也
可以有效减缓电化学腐蚀的发生。
总之,电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式,对工业生产和设备设施造成了
严重的损害。
了解电化学腐蚀的原理和影响因素,对于预防和控制腐蚀至关重要。
通过选择合适的材料、采取有效的防护措施,可以有效减缓电化学腐蚀的发生,延长金属设备的使用寿命。
电化学腐蚀原理2电化学腐蚀是一种重要的金属腐蚀形式,因为它与金属的物理和化学性质有关。
在化学反应中,物质的分子在经过一定的反应后,可能会通过传导电子的方式,继续与其他物质反应。
这个过程涉及到许多化学反应方程式,其中最重要的是电解反应。
本文旨在介绍电化学腐蚀的原理,以及涉及到钢结构中电化学腐蚀形成的主要因素。
1. 电化学腐蚀的原理电化学腐蚀是一种涉及到金属电子数量的化学反应。
在金属表面的氧化还原反应中,物质的电子从金属中移动到了周围的化学物质中。
这个过程称为电化学反应,也就是电子从金属向化学反应物移动的过程。
这种电化学反应的原理是电荷的转移。
最常见的电化学腐蚀反应就是金属的氧化。
当金属与氧气反应时,不仅会形成氧化物,还会消耗电子。
金属中失去电子的区域就成为了阳极,而周围的化学物质中获得电子的区域就成为了阴极。
这个过程持续的时间越长,金属的阳极就会持续的减少,而阴极的颜色则会变得越来越深。
这是因为在不断的电化学反应中,阴极获得的金属离子增多,从而形成了更多的碱性地区。
由于反应的趋势,金属的腐蚀越来越明显。
除了氧化反应,还有其他的化学反应也能导致金属电化学腐蚀。
在一些碳酸盐岩石和其他含钙矿物的地区,与酸性化学物质接触的金属会发生电化学反应。
这个反应涉及到金属离子的移动,从而导致金属表面的氧化。
金属表面的氧化和钝化都可能防止电化学腐蚀进一步发展。
2. 钢结构中电化学腐蚀的主要影响因素钢结构中电化学腐蚀的发展经历了复杂的过程。
在这个过程中,许多环境因素都可对电化学腐蚀的进程产生影响。
这个过程包括下面这些原因:2.1. 金属的性质首先,金属的物理和化学性质直接影响着电化学腐蚀的发展。
在金属的氧化过程中,牵涉到的阴阳极反应的特性可以影响化学反应过程。
像锌、铝、铜等金属对水和酸性环境的响应不同。
不同材料的物理和化学性质直接影响了腐蚀和防腐技术的选取。
2.2. 环境因素环境因素也是锈蚀发展和修复的主要影响因素之一。
§ 2-5 极化与去极化以上几节我们讲述的是有关金属发生电化学腐蚀的倾向问题,并没有涉及到腐蚀速度和影响腐蚀速度的因素等一些实际中人们普遍关注的问题。
电化学过程中的极化和去极化是影响腐蚀速度的最重要的因素,认清极化和去极化规律对研究金属的电化学腐蚀与防护有着重要的现实意义。
一、 极化现象电化学腐蚀通常是按腐蚀原电池的历程进行的,腐蚀着的金属作为腐蚀电池的阳极发生氧化(溶解)反应,因此电化学腐蚀速度可用阳极电流密度表示。
下面我们来考察铜-铁浸入电解质溶液中构成的组成的宏观腐蚀电池(图2-16),当电池回路未接通时,阳极(铁)的开路电极电位为0A V ,阴极(铜)的开路电极电位为0k V ,腐蚀体系的电阻为R (包括外线路电阻及溶液的内阻)。
电池的回路接通以后,根据欧姆定律,这时腐蚀体系的电流应为:R V V I A K 000-=图2-16 极化现象观测图图2-17 极化引起的电流变化《化工机械材料腐蚀与防护》P15 图1-7、8 实验发现,仅仅在电池回路刚接通的瞬间,电流表上指示出相当大的0I 值,之后的电流迅速下降,逐渐稳定到I 值,I <<I 0,如图2-17所示。
腐蚀电池工作后,电路中的欧姆电阻在短时间内不会发生变化,电流的减小只能是电池的电动势降低所致。
这可能是阴极的电极电位降低了,也可能是阳极的电极电位升高了,或者是两者都发生了变化。
实验证明,在有电流流动时,0A V 和0k V 都改变了,如图2-18所示。
图2-18 腐蚀控制程度示意图 教材P33图2-10我们把腐蚀电池工作过程中由于电流流动而引起电极电位发生变化的现象称为极化现象,简称极化。
阳极通过电流以后电极电位向正的方向变化叫做阳极极化。
阴极通过电流以后电极电位向负的方向变化叫做阴极极化。
极化现象的存在将使腐蚀电池的工作强度大为降低,因此了解极化作用的原因及其影响因素有着重要的意义。
二、极化曲线表示极化电位与电流或极化电流密度之间关系的曲线,称为极化曲线。