金属腐蚀与防护课后习题及实验答案

3、大阴极小阳极会加速腐蚀速率

4、腐蚀极化图说明其应用。

腐蚀极化图是一种电位—电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。

腐蚀极化图的应用

（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素

(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力

(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响

(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）

(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。

（2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。

1化学腐蚀的概念、及特点

答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。 是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。

归纳化学腐蚀的特点

1.在不电离、不导电的介质环境下2.反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应

3.腐蚀速度与程度与外界电位变化无关

11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时，如何判断哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常见的阴极去极化反应是什么?

答案：（1）氢离子还原反应或析氢反应（电极反应式）；

（2）溶液中溶解氧的还原反应；

（3）溶液中高价离子的还原反应；

（4）溶液中贵金属离子的还原反应。

判断：（⊿G）T，P= nF⊿E

（⊿G）T，P= nF（EC - EA）其中：EC 为氧化剂电位； EA为还原剂电位。因此，

⊿E越负， 反应可能性越最大；

有些情况下可利用氧化剂的平衡电极电位EC来粗略判断阴极去极化反应的可能性大小。

最常见的阴极去极化反应：析氢反应和吸氧反应

12、何谓腐蚀极化图?说明其应用。

答案：一腐蚀电池，开路时，测得阴、阳极的电位分别为E0,C和E0,A。然后用可变电阻把二电极连接起来，依次使电阻R值由大变小，电流则由零逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电位，绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图，就是腐蚀极化图。因此，腐蚀极化图是一种电位—电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。

腐蚀极化图的应用

（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素

(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）

(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）

(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）

(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。

（2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。

14、混合电位理论的基本假说是什么?

答案：混合电位理论包含两项基本假说：

（1）任何电化学反应都能分成两个或两个以上的氧化分反应和还原分反应。

（2）电化学反应过程中不可能有净电荷积累。

根据混合电位理论，腐蚀电位是由同时发生的两个电极过程，即金属的氧化和腐蚀剂的还原过程共同决定的，是腐蚀体系的混合电位。因此，根据腐蚀极化图很容易确定腐蚀电位并解释各种因素对腐蚀电位的影响。而根据腐蚀电位的变化却不能准确判断腐蚀速度的大小或变化。必须测定相应的极化曲线，根据腐蚀极化图或动力学方程式才能确定腐蚀速度，研究腐蚀动力学过程和机理。

17、金属钝化的概念及钝化图和应用

答案：金属在腐蚀过程中，由于极化，尤其是阳极极化，使腐蚀速度急剧下降，这在金属防腐中有重要意义。

要利用这一现象，即必须研究金属极化的规律。由于阳极极化使金属的腐蚀减缓，因此，把阳极极化称为金属的钝化。

钝化过程可划为四个阶段

活化溶解区：随电位升高值E1,电流密度由I1逐渐增加至I2,电位达到E2就不再增加。称E1为初始电位，称I1为初始电流密度， E2为致钝电位， I2为致钝电流密度。 人们称E1—E2区为活化溶解区。

活化—钝化过渡区：电位到达E2之后阻隔阳极过程的氧化膜不但生成和溶解，随着电位的升高，氧化膜越来越完整。这段电流测得的是上下抖动的虚线。但电位到达E3时，电流密度稳定一较小值I3 。人们称E3对应的电流密度I3为维钝电流密度，称E2—E3区为活化—钝化过渡区。

钝化区：电位到达E3后，随电位升至E4时，电流密度始终维持在I3 。 在E3—E4电位区间内，当电流密度小于I3时，金属就会再度腐蚀。这对阳极实施电化学保护有重要意义。人们称E3—E4电位区间为钝化区。

过钝化区：当电位到达E4后继续升高，形成的氧化膜物质可能被氧化成更高价阳离子或变成可溶性阴离子或升华，或再更高的为电场作用下，氧化膜的半导体性质已不能够保护金属的进一步氧化。从而使腐蚀再度开始并加剧。人们称大于E4电位为过钝化区。 ㏒I

E 0 E1 E4 E3 E2 ㏒I1 ㏒I2

㏒I3-4 结论：由金属钝化过程㏒I—E曲线可知，具有意义的是钝化区。这一区域可使金属处于保护。要达到这一区域，金属充当阳极时的外电位与电流密度必须控制到这一区域。若不是外加电压和电流，金属与钝化剂及环境要有较好的对应和选择。

显然，钝化区的E3越低，E4越高，其钝化能力越强。越易实现阳极保护。

18、关于金属钝化的解释有几种理论？

（1）成相膜理论

这种理论认为，当金属阳极溶解时，可以在金属表面生成一层致密的、覆盖得很好的固体产物薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层，把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，导致金属溶解速度大大降低，使金属转入钝态。

（2）吸附理论

吸附理论认为，金属钝化是由于表面生成氧或合氧粒子的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构，并使阳极反应的活化能显著提高的缘故。即由于这些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降低了，因而发生了钝化。

19、什么叫局部腐蚀？为什么说局部腐蚀比全面腐蚀更有害？

答案：全面腐蚀：腐蚀在整个金属表面上进行。

局部腐蚀：腐蚀集中在金属表面局部，大部分几乎不发生腐蚀。

全面腐蚀的阴阳极尺寸微小且紧密靠拢、动态变化不定，在微观上难以分辨，在宏观上更不能区别。

局部腐蚀的阴阳极区独立存在，至少在微观上可以分开。阳极区面积小，阴极区面积大。

20、电偶腐蚀的概念、因素、控制

⑴电偶腐蚀的概念

异金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流通过，是电位较低的金属加速溶解，造成接触处的局部腐蚀；而电位较高的金属，溶解速度反而减少。

上述的本质是两种不同的金属电极构成宏观原电池腐蚀，称为电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。

⑵影响电偶腐蚀的因素

1.两种金属的电偶序位置

2.两种金属的面积比：阳极的腐蚀速度与阴极的面积大小有关阴极的面积越大，腐蚀速度越快。

在氢去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，阴极电密度相对较小，使阴极上的氢过电位变小，氢去极化的能力就越大，使阳极的腐蚀速度增加。

在氧去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，对阳极腐蚀速度影响相对于氢去极化腐蚀较小，但还是会加剧阳极腐蚀。

3.介质的电导率

⑶电偶腐蚀的控制

在设计设备与部件时，避免异金属腐蚀

必需异金属接触时，选用电偶序相近的异金属

必需异金属接触时，采用大阳极小阴极的结构

必需异金属接触时，采用非金属绝缘

必需异金属接触时，要进行较好的表面处理

21、小孔腐蚀的概念,控制

⑴小孔腐蚀的概念：在金属的局部地区，出现向深部发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或称点蚀。

⑸小孔腐蚀的控制 1. 选用耐小孔腐蚀的材料2.降低介质中氯离子浓度3.加入缓蚀剂4.预钝化5.外加阴极电流保护

22、缝隙腐蚀的概念、特点与控制。缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别？

⑴缝隙腐蚀的概念：金属在腐蚀介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加剧腐蚀。

缝隙腐蚀的金属比小孔腐蚀更为普遍，除易钝化金属易发生外，其他金属也发生缝隙腐蚀。

缝隙腐蚀的介质比小孔腐蚀更为普遍，几乎所有的介质环境下都可发生缝隙腐蚀，而在活泼性阴离子的中性介质中最易发生。

⑶缝隙腐蚀的控制

1.选材上采用耐蚀合金： 2.结构设计上防止形成缝隙：

腐蚀程度 金属之间镙杆（栓）连接＞ 叠（加）焊（接）＞ 对（齐）焊（接）。

对缝隙用固体填实。

3.采用电化学保护 4.金属表面的状态：光洁度、整洁度

⑷缝隙腐蚀与小孔腐蚀的异同点

①起源不同：小孔腐蚀起源于金属表面的孔蚀核，缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙；

材料、介质条件不同：小孔腐蚀，易钝化金属，只在含有Cl离子的介质中发生，缝隙腐蚀可在任何金属、介质中发生；

②腐蚀过程不同：小孔腐蚀是慢慢形成闭塞电池，缝隙腐蚀由于先有缝隙的存在而是闭塞电池形成较快；小孔腐蚀往往沿重力方向发展，孔直径小而形成全封闭的闭塞电池，而缝隙腐蚀各种方向都有发展，缝隙相对于小孔较宽，形成的闭塞电池的程度较小孔要小（半闭塞滇池）。

③腐蚀的形态不同：小孔腐蚀的孔窄而深，缝隙腐蚀的蚀坑是广而浅；小孔腐蚀一旦形成，新的时孔不再发生，缝隙腐蚀将不断发生新的腐蚀点。

23、 晶间腐蚀的概念、控制。

⑴晶间腐蚀的概念：腐蚀沿着金属或合金的晶粒（体）边界或它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微。

⑶晶间腐蚀的控制

1.重新固溶处理2.钝化处理

3.稳定化处理4.采用低碳钢、双相钢

24、 应力腐蚀的概念、特征与控制。

答案：

应力腐蚀的概念：

是指金属材料在固定应拉力和特定介质的共同作用下引起的破裂。SCC。

特征：

工程上常用的材料，如不锈钢、铜合金、碳钢、高强度钢等，在特定介质中都可能产生应力腐蚀破裂。在腐蚀的过程中材料先出现微观腐蚀裂纹，然后再扩展为宏观裂纹；微观裂纹一旦生成，其发展速度比其他类型局部腐蚀快得多。例，碳钢在海水中的应力腐蚀速度是小孔腐蚀的106，而且材料在破裂前没有明显的预兆。显然，应力腐蚀破裂是局部腐蚀最具危险的腐蚀。

应力腐蚀的控制

选用耐蚀的材料：海水中、盐水中碳钢好

双相钢港应力腐蚀能力强：例 1Cr10Ni10双相钢42%MgCl2沸腾介质中，2000小时无应力腐蚀破裂；而奥氏体不锈钢1小时内材料破裂。

控制应力：在制备和装配构件时，应使构件具有最小的残余应力。正确进行热处理，消除构件的内应力。