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金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题
第一章 绪论
思考题
1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。
答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏
举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏
三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。
耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。
腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。
2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？
答:⑴金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。
⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （pV）VP=th=8.76d-V △h是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V-代表失重腐蚀速度； t是腐蚀时间，单位y；d是金属材料的密度；VP所以的单位是mm/y。
失重：失重腐蚀速度(V)
V= StW=StWW10 W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g；S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。
计算题
计算题
1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1
解：由题意得：
（1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有：
Vˉ=△Wˉ/st 2
=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001
=0.4694 g/㎡∙h
又d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2∙h
Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y
南京工业大学硕士学位论文 液化石油气球罐再制造技术——试验研究与计算模拟
11 第二章 湿硫化氢环境下压力容器用钢损伤行为
近些年来，由于原油中硫含量以及化工设备材料强度的级别提高，使得很多设备在湿硫化氢环境下服役并发生应力腐蚀开裂 (Stress Corrosion Cracking,
SCC)或氢脆失效(Hydrogen Embrittlement, HE)，引起设备的破裂、泄漏甚至爆炸，造成巨大的经济损失与人员伤亡。1982年，德国北部一输送脱水的酸性气体（25％H2S－9％CO2）的高压管道[1]由于应力诱导的氢致开裂（Stress Oriented
Hydrogen Induced Cracking, SOHIC）导致破裂，经济损失惨重； 1984年，芝加哥Lemont炼油厂[2]，一液化气球罐氢致开裂导致15人丧生，22人重伤；同年，墨西哥城一大型炼油厂[3]液化气储罐由于硫化物应力腐蚀开裂（Sulfide Stress
Cracking, SSC）而导致泄漏，造成500人死亡，厂区周围7000人受伤。
现在很多国家采用的原油都来自于中东，而且含硫量较高，虽然脱硫工艺可能降低材料的应力腐蚀破坏的几率，但是要完全避免还是不可能，而且介质中可能含有的CO2、氰化物也会加速材料的腐蚀开裂[4-6]。另一方面，我国原有石油化工装置按照低硫含量的原油进行设计，在使用高含硫的原油作为生产原料之后，势必带来H2S浓度超标所引起的开裂问题。
普遍认为，湿硫化氢环境下，金属的失效行为都与金属表面化学反应析氢有关[7-11]。就湿硫化氢环境下，由氢导致的设备应力腐蚀开裂一般都称为氢损伤，其形式基本可以分为两类：1、应变相关式，即裂纹的出现需要材料在宏观上的塑性变形。这种形式因为需要宏观上的屈服，所以一般发生在较高的应力情况下，同时会导致材料韧性的下降。其中典型的失效形式为硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)；2、应变无关式。即裂纹由于材料内部局部区域的塑性变形而导致，可能在没有拉应力的作用下形成。其中典型的失效形式有氢鼓泡、氢致开裂(Hydrogen-Induced Cracking, HIC)、应力导向的氢致开裂等。
表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。表面：在真空状态下，物体内部和真空之间的过渡区域，是物体最外面的几层原子和覆盖其上的外来原子和分子所形成的表面层。表面层有其独特的性质,和物体内部的性质完全不同。几何概念：表面是具有二维因次的一块面积，无厚度、体积。
界面：两个物体的相态相接触时的过渡区域，由于分子间的相互作用，形成在组成、密度、性质上和两相有交错并有梯度变化的过渡区域。
几何概念：它不同于两边相态的实体，有独立的相、占有一定空间，有固定的位置，有相当的厚度和面积。弛豫；指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距ds和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩的现象。可能涉及几个原子层。重构：指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。这种不平衡作用力使表面有自动收缩的趋势，使系统能量降低的倾向，由此产生表面张力以σ表示 ，称为表面张力，即：6=f/2l，6=dw/da，σ也可以理解为表面自由能，简称表面能。例题：20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2，求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径1mm的汞滴分散成半径10-5 mm的微小汞滴，至少需要消耗多少功？解：已知：σ＝4.85×10-1 Jm-2，
r1=1mm, r2=10－5 mm，界面张力的热力学定义。在恒温、恒压下研究表面性能，故常用下式表示。广义表面自由能的定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义表面自由能的定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号σ表示，单位为J·m-2。表面张力与表面Gibbs自由能的异同：相同点：数值相同，量纲相同。不同点：物理意义不同，单位不同。例：试求25℃，质量m＝1g的水形成一个球形水滴时的表面自由能E1。若将该水滴分散成直径2nm的微小水滴，其总表面能E2又是多少？（已知25℃时水的比表面自由焓Gs为72×10-3 J*m-2) G=GsA. 解：设1g水滴的体积为V，半径为r1，表面积为A1，密度为ρ,则：（2）若分散成r2＝1nm的水滴N个。由于液面是弯曲的，则沿AB的周界上的表面张力不是水平的，作用于边界的力将有一指向液体内部的合力。 所有的点产生的合力和为 Ps ，称为附加压力。由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面张力不能抵消，作用于边界的力有一指向凹面中心的合力。所有的点产生的合力和为 Ps ，称为附加压力。（1）凸液面，液滴的曲率半径r为正，△P为正，附加压力指向液体内部，r越小，△P越大；（2）平液面，r趋向无穷大，△P为零，跨越平液面不存在压力差；（3）凹液面，r为负，△P为负，附加压力指向空气。对指定液体，在一定温度下， σ为一定值，则：1）对球面 r1 = r2 =r Δp = 2σ/r 2）对凸面r取正值
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
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-H 2O 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？
