金属腐蚀理论与腐蚀控制答案解析

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 （p V ）V P =t h ∆=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；V P 所以的单位是mm/y 。

失重：失重腐蚀速度(-V )-V = StW -∆=St W W 10- 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m 2； 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%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st=(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∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y(25℃)中有：对铝在30%HNO3Vˉ=△Wˉ铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6=0.3391g/㎡∙h/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/cm3d=m铝说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀( 25℃)有：（2）对不锈钢在20%HNO3表面积S=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2∙h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y对铝有：表面积S=2π×0.022＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2∙h试样体积为：V=π×22×0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85℃)时有：对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。

金属腐蚀与防护课后习题及实验答案课后习题1.什么是金属腐蚀？请简要说明。

金属腐蚀是指金属在与外界环境接触的过程中，由于化学或电化学作用导致金属表面逐渐失去其原有的金属性质的一种现象。

金属腐蚀主要由电子传递过程和离子传递过程构成。

2.列举几种常见的金属腐蚀类型。

•电化学腐蚀•化学腐蚀•氧化腐蚀3.金属腐蚀的影响主要体现在哪些方面？金属腐蚀的主要影响包括： - 金属材料的破坏和失效 - 资源浪费 - 生态环境污染4.请列举几种常见的金属腐蚀防护方法。

•表面涂覆防护•电化学防护•材料选择防护5.什么是阴极保护？它是如何实现的？阴极保护是一种主动防护措施，通过在金属表面引入外部电流，使金属表面成为阴极，从而抑制金属腐蚀的一种方法。

实现阴极保护的关键是保证外部电流的输入和金属结构的良好接触。

常见的阴极保护方法包括外加电流阴极保护和阳极保护。

实验答案实验一：金属腐蚀观察实验目的：观察不同金属在某种腐蚀剂作用下的腐蚀现象。

实验步骤： 1. 准备实验器材和试剂，包括不同金属样品、腐蚀剂。

2. 将不同金属样品分别放入不同的容器中。

3. 向不同容器中添加适量的腐蚀剂。

4. 观察金属样品在腐蚀剂中的变化，记录下观察结果。

实验结果：观察不同金属样品在腐蚀剂中的变化，记录下观察结果。

金属样品腐蚀剂腐蚀现象铁盐酸表面产生气泡铝硝酸表面逐渐变薄铜硫酸表面出现绿色物质实验结论：根据实验结果可以得出以下结论： - 铁在盐酸中会发生气泡，产生氢气。

- 铝在硝酸中会逐渐被腐蚀，表面变薄。

- 铜在硫酸中会生成绿色物质，表明发生了腐蚀反应。

实验二：金属腐蚀防护实验目的：通过表面涂覆防护来延缓金属腐蚀的过程。

实验步骤： 1. 准备实验器材和试剂，包括金属样品、防护涂层材料。

2. 将金属样品分别涂覆上防护涂层材料。

3. 将涂好防护涂层的金属样品放入腐蚀介质中。

4. 观察金属样品在腐蚀介质中的变化，记录下观察结果。

实验结果：观察涂有防护涂层的金属样品在腐蚀介质中的变化，记录下观察结果。

金属腐蚀理论复习题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：①深度：年腐蚀深度?hV-VP==△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 td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。

②增重：W0?W1?W?V= =W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g；W1代表腐蚀以StSt+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。

③失重：失重腐蚀速度(V?) ?W?W0?W1V= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g；W1代表腐StSt?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：题意得：对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有：Vˉ=△Wˉ/st =()/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×= g/㎡?h 又d=m/v=/20×40×=/cm2?h Vp=ˉ/d=×/=/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有：Vˉ=△Wˉ铝/st =()/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6 =/㎡?h d=m铝/v=/(30×40×5×)=/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀对不锈钢在20%HNO3( 25℃)有：表面积S=2π×＋2π××= m2 Vˉ=△Wˉ/st=()/×400= g/ m2?h 试样体积为：V=π××= cm3 d=W/V=/= g/cm3 Vp=ˉ/d=×/=/y 对铝有：表面积S=2π×＋2π××= m2 Vˉ=△Wˉ/st=()/×20= g/ m2?h 试样体积为：V=π×22×= cm3 d=W/V=/= g/cm3 Vp=ˉ/d=×/=/y 试样在98% HNO3(85℃)时有：对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =()/×2= g/ m2?h Vp=ˉ/d=×/=/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=()/×40=/ m2?h Vp=ˉ/d=×/=/y 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。

第二章2. 某腐蚀体系的参数为：E 0a = -0.4V ，E 0c = 0.8V ，E cor = -0.2V 。

当R = 0时，I cor = 10mA ，该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电阻R = 90Ω，那么I 'cor =？ 腐蚀电池又属于什么控制类型？解：由题可知：当R=0时有：Icor=(Eoc-Eoa)/ （Pc+Pa ）Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/10×210-=120ΩPc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.8＋0.2)/10×310-=100Ω则有 Pa=120-100=20Ω 因为Pc>>Pa ，所以该电池属于阳极极化控制。

当欧姆电阻R=90Ω时有：'Icor =(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA因为R 与Pc 接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阳极极化共同控制。

第四章5. 一个活化极化控制腐蚀体系，阴极反应和阳极反应的交换电流密度为0c i 、0a i ；Tafel 斜率为b c 、b a ；腐蚀电位满足条件E ea <<E cor <<E ec 。

设加入阴极性缓蚀剂，使阴极反应受到抑制，阴极反应交换电流密度改变为)(0'c i 。

假定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到E 'cor ，腐蚀电流密度下降到i 'cor 。

(1)作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。

(2) 用图解法求腐蚀电流密度的变化r = i 'cor / i cor 和腐蚀电位的变化∆E = E 'cor – E cor 。

解：极化曲线如右图；由（1）的极化曲线利用图解法求解得：在△ABC 中，1.2直线段位两平行线，则有： AD CD bc DB CD ba ====αβtan ,tan ba ,bc 分别为未加入缓蚀剂时阳极反应和加入缓蚀剂后阴极反应的Tafel 斜率：根据AB ba bc bc DB AB BDCD AD CD DC CDAB DB AD DB AB AB DB DB 11)(,)(--+=+=+==即 由图可知有：100001)(lg |)|lg |'|(lg ,)'(lg |)|lg |'|(lg --=--==--=c c c c cor cor cor cor i i i i AB i i i i DB ,','lg 'lg ,)|||'|(lg )()'(lg 0010011BD BD CD CD E E i i ba bc bc i i i i BDCD AD CD BD CD i i cor cor c c cor cor c c cor cor ⨯==-+=∴⨯+=--- 又0000'lg 'lg 'c c c c corcor i i bc ba babc i i bc ba bc ba E E E +=⨯+⨯=-=∆∴第四章6. 一个阳极反应受活化极化控制、阴极反应受浓度极化控制的腐蚀体系，阴极反应的极限扩散电流密度为i d ，腐蚀电位为E cor 。

《金属腐蚀理论及腐蚀控制》教材纠错第2章 腐蚀电池P14 图2-9，图题更正为（b ）欧姆电阻控制；（C ）阳极极化控制第3章 电化学腐蚀的倾向P19 SHE 是最基准的参考电极，但使用不方便。

实验室中常用的参考电极有：饱和甘汞电极(记为SCE)，P19 使用这些参考电极测量的电位值可以注明所用参考电极，也可以换算为氢标电位。

比如使用SCE 为参考电极，测出电位差为-0.215V ，可记为：E = -0.215V( SCE)= 0.027V (SHE)P23 按照(3-4)式和(3-5)式，有22n O O H Me 4n-2n G μμμ+=∆+P24 腐蚀产物是HFeO 2- 时，则腐蚀反应为Fe + 2H 2O = HFeO 2- + H 2 + H +按6HFeO 10-2-=a 计算，得：P25 (3) 应用电位比较准则进行判断（图3-3）P28 3.3.4.1 预测腐蚀的可能性及其类型(2) 当代表体系的点位于左面的腐蚀区内，------ (3) 当代表体系的点位于右面的腐蚀区内，------第4章 电化学腐蚀的速度P42 cor ea cor ea -E E -E)-exp(-)]a aββP42 P45图4-11 氧扩散控制腐蚀体系的极化曲线图P53富氧区受到阴极极化，电位负移；贫氧区受到阳极极化，电位正移。

从图4-15可见， P54习题1.-------试计算：（2）铁试样的腐蚀电流密度i cor （A/ m 2）。

第5章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀P595.1.3.3 Fe 在酸溶液中的阳极反应-------前三个步骤进行速度很快，可合并写成一步。

P685.2.3.1 极化曲线图随着阳极极化曲线负移(阳极反应平衡电位负移)，两条极化曲线的交点下降，Eor EEealgicor =lgid Lg │i │lg i cor lg i第6章 金属的钝化P730 4 8 12 16 20 24 28 32 36 401200100080060040020012010080604020•••••••⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯°°°°°°°°°10%HNO 310%H 2SO 410%HCl腐蚀速度 (g /m 2h r )硝酸盐酸,硫酸Cr%Fe 图6-2 铁铬合金的腐蚀速度与铬含量的关系P766.2.1.4 钝化体系的真实阳极极化曲线由于阴极极化曲线是单调变化的，由i a ＝i +＋i c,P78(2) 加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使E p 和i p 降低。

2013金属腐蚀理论及应用试题材硕1201-1200621-刘维港一、名词解释：（5分）平衡电位：当金属正离子进入溶液成为水合金属离子后，由于静电作用不仅水合了该金属正离子能回到金属中去，而且也能将溶液中水合了的其他正离子吸引到金属上去。

当这两个相反过程速率相等且又可逆时，会产生一个稳定的电极电位，称为平衡电位。

腐蚀电位：在金属腐蚀过程中，腐蚀金属电极表面上常常有两个或更多个电极电极反应同时进行，当这些电极反应的阴极反应和阳极反应痛同时以相等的速率进行时，电极反应将发生相互耦合，阴、阳极反应的电位由于极化原因而相互靠拢，最后达到一个共同的非平衡电位，此电位称之为混合电位，也称为腐蚀电位。

绝对电位：浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称之为电极。

当金属和电解质溶液接触时，在金属/溶液界面处将产生电化学双电层，此双电层的金属相与溶液相直接的电位差称之为电极电位。

单个电极上的双电层电位差的绝对值称之为绝对电位。

但是单个电极的绝对电位无法测定。

AISI：AISI是美国的一种行业标准，是“美国钢铁学会标准”的英文首字母缩写。

选择性氧化：在多个元素氧化过程中，存在着竞争氧化的现象，即存在着某一个元素优先氧化的问题，这个现象叫做选择性氧化。

二、回答下列问题：（15分）1.含有二氧化碳的软水，通过两套不同的供水系统，（1）软水流经铜管进入镀锌的钢水槽，半年左右镀锌的钢水槽发生穿孔腐蚀；（2）软水流经镀锌管后进入镀锌的钢水槽，四年多尚未发现镀锌的钢水槽有局部腐蚀。

请问这是为什么？答：（1）软水含有CO2呈酸性，为导电的腐蚀介质。

铜与锌、铁比较，无论标准电位还是电偶序，其电位数值都较高，因此，理论上会发生电偶腐蚀。

其原因有两种可能：第一种可能性：如果铜管与镀锌水箱直接连接，在连接处附近会发生电偶腐蚀，导致水箱泄漏。

第二种可能性：如果采取了绝缘措施，对铜管而言，水中含氧可发生氧去极化腐蚀，即阳极Cu→Cu2++2e，阴极O2+4H++4e→2H2O,结果使水流经铜管后含有了Cu2+离子。

全书习题答案第1章一、填空题1. 点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳及氢脆2. Uhlig、Hoar、NBS/BCL3. 腐蚀经济二、名词解释金属腐蚀：金属在周围介质（通常是液体或气体）作用下，由于它们之间所产生的化学、电化学反应，或者由于物理溶解作用而引起的破坏或变质。

材料腐蚀：材料受环境介质的化学、电化学和物理溶解作用产生的破坏或变质的现象。

腐蚀学：是研究腐蚀的学科。

微观腐蚀学：着眼于腐蚀现象的微观分析，建立腐蚀理论，在它的指导下，开发防蚀技术，即材料的腐蚀与防护。

宏观腐蚀学：着眼于从整体上分析腐蚀问题，即将腐蚀现象的整体作为研究对象—系统，考察它与社会环境之间的交互作用以及腐蚀学的经济及社会效应，腐蚀经济是宏观腐蚀学的核心。

三、下列现象是否属于腐蚀，简述原因。

升华和金属因磨损失重不属于腐蚀，因为没有外部介质的作用；聚合物老化和金属表面生锈属于腐蚀，因为二者均满足腐蚀发生的材料、环境及破坏三因素。

四、计算题I= i/S=1.5×10-3/10=1.5×10-4 A/ cm2I=26.8×10-4vn/A(g/m2h) v=1.5×10-4×65.4/2×26.8×10-4=1.83 g/m2hB=8.76v/ρ=8.76×1.83/7.1=2.26mm/a1五、思考题1.参见教材P4-5。

2. 化学腐蚀包括金属在干燥气体（或高温气体）作用下的腐蚀和金属在非电解质溶液中的腐蚀。

其反应过程的历程特点是金属表面的原子与氧化剂直接发生氧化还原反应而形成腐蚀产物，电子在金属和氧化剂之间直接传递，无腐蚀电流产生。

电化学腐蚀是金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。

例如钢铁在土壤中的腐蚀。

电化学腐蚀的特点是腐蚀反应过程中至少有一个阳极反应和阴极反应，在反应过程中发生电荷转移，伴有电流产生。

腐蚀与防护试题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在不电离、不导电的介质环境下反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应腐蚀速度与程度与外界电位变化无关2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？答案：氧化膜保护作用条件：①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。

PB原理的数学表示：反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量氧化物的体积： V MO = m'/ ρ '用ϕ = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ）当ϕ > 1 金属氧化膜具备完整性条件部分金属的ϕ值氧化物ϕ氧化物ϕ氧化物ϕMoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2MgO 1.0 CaO 0.7MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于ϕ值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。

Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，ϕ值适中。

金属腐蚀与防护课后习题答案腐蚀与防护试题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在不电离、不导电的介质环境下反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应腐蚀速度与程度与外界电位变化无关2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？答案：氧化膜保护作用条件：①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。

PB原理的数学表示：反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量氧化物的体积： V MO = m'/ ρ '用ϕ = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ）当ϕ > 1 金属氧化膜具备完整性条件部分金属的ϕ值氧化物ϕ氧化物ϕ氧化物ϕMoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2MgO 1.0 CaO 0.7MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于ϕ值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。

Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，ϕ值适中。