材料腐蚀与防护-第八章-金属在各种环境中的腐蚀
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金属的腐蚀与防护金属材料在日常生活和工业生产中扮演着重要的角色,然而,金属的腐蚀是一种常见的问题,会导致金属失去其原有的性能和功能。
为了延长金属材料的使用寿命,我们需要了解金属腐蚀的原因以及采取相应的防护措施。
一、金属腐蚀的原因金属腐蚀是指金属材料与周围环境中的化学物质(如氧气、水、酸、碱等)发生化学反应,导致金属表面发生破坏或氧化的过程。
金属腐蚀的原因主要有以下几个方面:1. 电化学反应:金属与电解质溶液中的阳离子和阴离子反应,形成电池,电流通过金属表面引起金属的腐蚀。
2. 氧化反应:金属与氧气发生氧化反应,产生金属氧化物,导致金属发生腐蚀。
3. 化学反应:金属与酸、碱等化学物质发生化学反应,导致金属腐蚀。
4. 湿度和温度:高湿度和高温环境中,金属材料更容易受到腐蚀的侵袭。
二、金属腐蚀的分类金属腐蚀可以分为几种不同的类型,常见的有以下几种:1. 高温腐蚀:金属在高温环境中与气体或化学物质反应,产生高温氧化、硫化等反应,导致金属材料的腐蚀。
2. 氧化腐蚀:金属与氧气反应,生成金属氧化物,使金属表面形成氧化层,导致金属材料的腐蚀。
3. 酸腐蚀:金属与酸反应,形成金属盐和气体,发生化学变化,导致金属材料腐蚀。
4. 碱性腐蚀:金属与碱反应,形成金属盐和水,导致金属发生腐蚀。
5. 电化学腐蚀:金属与电解质溶液中的阳离子和阴离子反应,形成电池,产生电流,引起金属的腐蚀。
三、金属腐蚀的防护措施为了防止金属腐蚀引起的损失,我们可以采取一些防护措施:1. 表面涂层:在金属表面涂覆一层耐腐蚀的涂层,如漆、蜡、聚合物等,以隔绝金属与环境的接触,起到防护作用。
2. 阳极保护:通过将金属制成阳极,并与可溶性阳极材料(如锌)联接,使其成为电池中的阴极,实现对金属的防护。
3. 隔离保护:通过将金属与环境隔离,如使用橡胶垫片、塑料包覆等方式,减少金属与腐蚀介质的接触,起到保护作用。
4. 防蚀剂使用:使用防蚀剂涂覆金属表面,形成一层保护膜,降低金属与腐蚀介质的接触,防止金属腐蚀。
《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。
《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。
《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。
金属材料的腐蚀与防护腐蚀是指金属在与周围环境接触时由于电化学反应而发生的物理和化学变化的过程。
金属腐蚀是一个普遍存在的问题,不仅造成财产损失,还对人类的健康和环境产生不良影响。
因此,关于金属材料的腐蚀与防护问题,各行业和领域都给予了高度重视。
一、腐蚀的原因和类型1. 腐蚀的原因金属腐蚀主要有两个原因。
一是金属与周围环境中的氧气、水等物质发生化学反应,生成氧化物等化合物;二是金属与电解质溶液发生电化学反应,形成阳极、阴极和电解质等电池原理。
2. 腐蚀的类型根据腐蚀形式的不同,可以将金属腐蚀分为四种类型:(1)干腐蚀:在无水或低湿度环境下发生,如金属在高温下与氧气反应产生氧化物。
(2)湿腐蚀:在潮湿环境中,金属表面吸湿形成水,与氧气反应形成氧化物。
(3)电化学腐蚀:与电解液或电解质接触时,金属与电解液形成阳极和阴极的电池反应。
(4)微生物腐蚀:由微生物产生的酸性物质或氧化物,与金属发生化学反应,导致腐蚀。
二、金属材料的常见腐蚀问题1. 铁的腐蚀铁是最常见的金属之一,容易发生腐蚀。
铁腐蚀的主要形式是生锈。
在湿润环境中,铁与氧气反应生成赤铁矿(Fe2O3·xH2O)或者磁性赤铁矿(Fe3O4),导致铁的表面产生氧化物层。
2. 铜的腐蚀铜也容易发生腐蚀,主要是由于与湿润环境中的硫化物、氯化物和氧化物形成腐蚀性物质。
铜腐蚀的结果是产生铜绿或黑色氧化物。
3. 铝的腐蚀铝在大气中会形成均匀的氧化铝膜,具有自我防护的能力,但在潮湿或受到酸性、碱性环境的侵蚀下,仍然容易发生腐蚀。
4. 不锈钢的腐蚀不锈钢是抗腐蚀性能较好的材料之一,但并不是不会腐蚀。
不锈钢的腐蚀主要是由于破坏了其表面的无氧化膜或者遭受强酸、强碱等腐蚀性物质的侵袭。
三、金属材料腐蚀防护方法为了延长金属材料的使用寿命,减少腐蚀引起的损失,人们采取了各种腐蚀防护措施。
1. 表面涂层金属表面涂层是最常见的一种腐蚀防护方法。
常见的涂层材料包括漆膜、金属覆层和非金属覆层等。
《材料腐蚀与防护》课程笔记第一章绪论1.1 材料腐蚀学科特点材料腐蚀学科是研究材料在环境作用下性能退化的一门科学,它具有以下特点:- 多学科交叉:腐蚀现象涉及化学反应、电化学过程、材料科学、物理学、生物学等多个领域,因此材料腐蚀学科是一门典型的交叉学科。
- 实践性强:腐蚀问题无处不在,从日常生活到工业生产,都存在着材料腐蚀的问题,这要求腐蚀学科的研究具有很强的实践性和应用性。
- 复杂性:腐蚀过程往往受多种因素的影响,如环境条件、材料性质、应力状态等,这些因素的相互作用使得腐蚀问题非常复杂。
- 经济影响大:材料腐蚀会导致设备损坏、结构失效,从而造成巨大的经济损失和安全风险。
1.2 材料腐蚀学科的发展材料腐蚀学科的发展可以分为以下几个阶段:- 古代认知阶段:在古代,人们就已经意识到金属会随着时间的推移而腐蚀,但由于科学技术的限制,只能采取一些简单的防护措施,如涂油、包裹等。
- 近代科学阶段:19世纪末到20世纪初,随着化学和物理学的发展,科学家们开始系统地研究腐蚀现象,提出了电化学腐蚀理论。
- 现代技术阶段:20世纪中叶,随着电子技术、材料科学和电化学技术的进步,腐蚀学科得到了快速发展,出现了许多新的腐蚀防护技术和方法。
- 当代综合管理阶段:21世纪初,腐蚀学科进入了综合管理阶段,强调腐蚀控制的系统性和科学性,发展了腐蚀监测、风险评估和管理信息系统。
1.3 腐蚀的定义腐蚀是材料在环境介质的化学、电化学或物理作用下,其表面或内部发生变质,从而导致材料性能下降、结构破坏的过程。
这个过程通常伴随着能量的变化。
1.4 腐蚀的分类腐蚀可以根据不同的标准进行分类:- 按照腐蚀机理分类:化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。
- 按照腐蚀环境分类:大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀、高温腐蚀等。
- 按照腐蚀形态分类:均匀腐蚀、局部腐蚀(如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等)、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。
1.5 腐蚀速度表示方法腐蚀速度是衡量材料腐蚀程度的重要参数,常用的表示方法有:- 质量损失法:通过测量材料在一定时间内的质量损失来计算腐蚀速度,单位通常是毫克/平方厘米·小时(mg/cm²·h)。
《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。