金属腐蚀与防护

1.什么是金属腐蚀：金属腐蚀是指金属在周围介质中（最常见是液体和气体）作用下，由于化学变化、电化学变化或物理变化溶解而产生的破坏。可分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。均匀腐蚀时金属腐蚀速率的表示方法及换算关系金属腐蚀速度的质量指标：v=w0-w1/st金属腐蚀速度的深度指标：vl=v*24*365/(100)2p=v*8.76/p金属腐蚀速度的电流指标：ia=v*n/m*26.8*104均匀腐蚀的三级标准：耐蚀性评定耐蚀性等级腐蚀深度耐蚀10.1可用20.1~1.0不可用31.02、相间电位差的形成：带电粒子或偶极子在界面层中的非均匀分布(a)带电粒子在两相间的转移或利用外电源向界面两侧充电使两相中出现剩余电荷，形成“双电层”。(b)阴、阳离子在界面层中吸附量不同，使界面与相本体中出现等值反号电荷.在界面的溶液一侧形成吸附双电层。(c)溶液中极性分子在界面溶液一侧定向排列，形成偶极子层。(d)金属表面因各种短程力作用而形成的表面电位差。绝对电极电位：Φ=φ（电极材料）-φ（溶液）电极材料和溶液的电位差相对电极电位：平衡电极电位：电荷和物质都达到了平衡，金属/溶液界面上就建立起一个不变的电位差值，这个差值就是金属的平衡电极电位标准相对平衡电极电位：交换电流密度：ik=ia=io，io是与ik和ia的绝对值均相等的电流密度，称为该电极反应的交换电流密度能斯特公式：3、电动序：按金属标准电极电位大小排列的顺序表称为电动序电偶序：按实用金属和合金在具体适用介质中的腐蚀电位（即非平衡电位）的相对大小排列而成的序列表用途和局限：用电动序只能粗略地判定金属腐蚀的倾向，往往在实际条件下使用的金属大都是合金，且表面有氧化膜，绝大多数又是在不含自身离子的体系中，若用电动序来推断电偶中腐蚀情况，经常会得出相反的结果。在实际使用中常应用电偶序来判断不同金属材料接触后的电偶腐蚀倾向，用电动序不合适。虽然电偶序在预测金属电偶腐蚀方面要比电动序有用，但它也只能判断金属在偶对中的的极性和腐蚀倾向，不能表示出实际的腐蚀速度。4、如何进行金属电化学腐蚀倾向的判断：A、金属和电解质溶液构成的热力学不稳定体系，发生腐蚀反应时体系自由焓减小，自由焓减小愈多，体系的腐蚀倾向愈大。B、可逆电池电动势与腐蚀倾向C、电位-pH图5、根据Fe-H2o体系的电位-pH图，可采用的防护措施有哪些？A、阴极保护法：使之阴极极化，把电位降到稳定区，使铁免遭腐蚀B、阳极保护法：把电位升高到达钝化区，使铁的表面生成并维持有一层保护性氧化膜而显著降低腐蚀C、介质处理：将体系中的溶液的pH值调至9~13之间，同样可使铁进入钝化区而得到保护6、腐蚀电池的工作历程溶液中：阳离子从阳极向阴极移动阴离子从阴极向阳极移动类型：宏观腐蚀电池：通常是指由肉眼可见的电极构成的“大电池”微观腐蚀电池：由于金属表面的电化学不均匀性（表面各部位电位不等）所引起的许多极微小的电极而形成的电池。7、电化学腐蚀的次生过程如何进行：阳极产物和阴极产物进一步相互作用的过程，结果生成沉淀或腐蚀产物膜8、金属标准电极电位的正负与腐蚀速度有一定的相应关系吗？为什么？9、对参比电极的要求是什么：A、电极的平衡电位重现性好，也就是说容易建立相应于热力学平衡的电极特点B、容许通过一定的“测量电流”而不发生严重的极化现象10、比较过电位和极化两个概念的异同过电位：过电位是电极的电位差值，为一个电极反应偏离平衡时的电极电位与这个电极反应的平衡电位的差值极化：当电极上有静电流通过时，引起电极电位偏离平衡电位的现象11、极化的原因电极的极化主要是电极反应过程中控制步骤所受阻力的反应类型电化学极化（电化学过程速度最慢）浓度极化（液相传质步骤最慢）电阻极化12、电化学步骤的基本动力学参数的意义传递系数α：反映双电层中电场强度对反应速度的影响交换电流密度io：反映电极反应进行的难易程度13、当体系达到极限扩散时，电极表面被还原物质的浓度如何？CS=0相应的极限扩散电流密度如何求？id=nFD*Co/δ（D扩散系数Co初始浓度δ扩散层厚度）14、Cso=Co0（1-ik/id）在整个电极反应过程中扩散步骤是各步骤中最慢的步骤，当有电流通过时，电子转移步骤仍处于平衡状态ik=nFD（Co-Cs）/δ在Co和δ不变的情况下，扩散层的浓度梯度在Cs=0时达到最大值，相当于被还原物质一扩散到电极表面就立即被还原掉id=nFDCo0/δ极限扩散电流密度与被还原物质在溶液本体中的浓度成正比，而与扩散层厚度成反比15、浓度极化对电化学极化的影响P60（1）io《id，并且ηk很速度小，即极限扩散电流密度远大于电极反应的交换电流密度而阴极过电压又很小，即电化学步骤是整个电极反应速度的唯一控制步骤的情况（2）极限扩散电流密度与电极反应的交换电流密度相差不多而阴极过电位很大的情况，此时ik=id，即整个阴极还原反应的速度完全由扩散步骤控制16、电阻极化的特点电阻极化是指电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型的膜时产生的欧姆电位降。它的大小与体系的欧姆电阻很有关系，对不同的电极系统来说，电阻极化的数值差别很大。这部分的欧姆电位降是包括在总的极化测量值之中。17、单电极体系：共轭体系：在金属与电解质溶液构成的腐蚀体系中，如果在电极上失去电子靠某一电极过程，而得到电子却靠另一电极过程18、电偶腐蚀效应：通常把A、B两种金属偶接后，阳极金属A的总腐蚀电流icA’与未偶合时该金属的自腐蚀电流icA之比γ称为电偶腐蚀效应阴极保护效应：合金在腐蚀过程中，腐蚀介质不是按合金比例侵蚀，而是发生了其中一种成分的选择性溶解，使合金在电偶腐蚀电池中，阴极体溶解速度减小的效应19、活化控制的单电极体系的电化学基本动力学方程式共轭体系金属腐蚀速度基本方程式（强、弱、微）20、活化均匀腐蚀体系的腐蚀速率ic的影响因素有哪些？P66（1）阳极反应和阴极反应的交换电流密度ia0和ik0，都是表征各自的电极反应动力学参数。显然交换电流密度越大，腐蚀电流的密度ic就越大（2）阳极反应和阴极反应的塔菲尔斜率βa和βk数值越大，ic就越小（3）腐蚀过程阴、阳反应的平衡电位差（Ee1—Ee2）越大，腐蚀速度越大21、实测极化曲线和理想极化曲线关系内电流和外电流以及外加极化电流关系22、如何进行实测极化曲线的外推法23、电化学腐蚀过程的控制因素的计算24、分析合金杂质对析氢和吸氧微电池腐蚀的影响析氢：金属材料的种类及表面状态，主要决定氢析出反应的有效电位的氢过电位受金属种类及金属中阴极相杂质的性质的影响。氢过电位低的阴极性杂质对腐蚀起促进作用，而氢过电位高的杂质将会使基本金属腐蚀速度减小。吸氧：与金属中阴极性杂质或微阴极的数量或面积的增加关系不大。因为在扩散控制的条件下，即使阴极的总面积不大，但实际上用来可输送氧的溶液体积通道基本上已被占用完了，所以，继续增加微阴极并不会引起扩散过程显著增强，也就不会显著增大腐蚀速度。25、分析氧去极化腐蚀的影响因素（1）与氧的溶解浓度有关（2）对于氧去极化阴极过程，浓度极化很突出，常常占主要地位（3）与金属中阴极性杂质或微阴极的数量或面积的增加关系不大（4）温度的影响比较氢去极化腐蚀和氧去极化腐蚀（P105）26、弄清金属发生钝化、孔蚀时，阳极扫描曲线上各参数的意义。Ee-Ecp电位区：Ee是金属电极的平衡电位，Ecp为金属的临界钝化电位。在这一电位区内，金属的阳极溶解过程主要是活性溶解。Ecp-Ef电位区叫做钝化过渡区:Ef称为活化电位，金属开始钝化，阳极电流密度开始急剧增长。Ef-Etp电位区叫做稳定钝化区：Etp为过钝化电位，金属表面处于钝化状态，金属的阳极溶解电流密度很小，表面形成钝化膜。曲线1是典型的不锈钢在氯化钠溶液中发生的孔蚀，超过Eb电位，孔蚀发生、发展很快。曲线2是不锈钢在室温浓盐酸或100℃以上高浓Mgcl2溶液中，孔蚀起始于接近活化/钝化转变区的电位下，而且发生在直至吸氧反应电位较正的电位区，实际上不存在钝化区。曲线3是铁在clo4-溶液中，孔蚀发生在过钝化电位区。曲线4铁在硫酸盐溶液中，孔蚀发生在活化、钝化转变区内，在致钝电位下蚀孔密度最高。曲线5是低碳钢中含有硫化物夹杂在近中性氯化物溶液中，硫化物夹杂区侵蚀，孔蚀成核，所以孔蚀也可能发生在活化电位区弄清影响钝态建立的若干因素P127（1）金属本身性质的影响（2）介质的成分和浓度的影响（3）介质pH值的影响（4）氧的影响（5）温度的影响27、电偶腐蚀：两种或两种以上具有不同电位的金属接触时形成的腐蚀，又称不同金属的接触腐蚀。电偶腐蚀的原理：耐蚀性较差的金属（电位较低）接触后称为阳极，腐蚀加速；而耐蚀性较高的金属（电位较高）则变成阴极受到保护，腐蚀减轻或甚至停止。面积效应：电偶腐蚀电池的阳极面积减小，阴极面积增大，将导致阳极金属腐蚀加剧。因为电偶腐蚀电池工作时阳极电流总是等于阴极电流，阳极面积愈小，则阳极上电流密度就愈大，即阳极金属的腐蚀速度减小（大阴极-小阳极）。孔蚀的“自催化酸化效应”：当孔蚀一旦发生，蚀孔内金属发生溶解，如果是在含氯离子水溶液中，则阴极反应为吸氧反应，由于孔内氧的不断消耗，孔内氧浓度下降，而蚀孔外溶液中仍保持富氧，形成孔内外“供氧差异电池”。孔内阳极溶解使金属离子不断增加；为保持电中性，蚀孔外阴离子向孔内迁移，孔内氯离子浓度升高，遇到阳离子形成氯化物，并发生水解，这使孔内氢离子浓度升高，pH值降低而酸化。28、孔蚀和缝隙腐蚀的区别和控制方法孔蚀：从金属表面向内部扩展形成空穴或蚀坑状的局部腐蚀形态控制方法：（1）改善介质条件，如减少氧化剂、降低温度、提高pH值等（2）选用耐孔蚀的合金材料（3）阴极保护（4）对合金表面进行钝化处理：提高材料钝态稳定性（5）使用缓蚀剂，注意缓蚀剂用量不足，反而会加速腐蚀缝隙腐蚀：由于金属表面与其他金属或非金属表面形成狭缝或间隙，并有介质存在时在狭缝内或近旁发生的局部腐蚀控制方法：（1）合理设计（2）电化学保护（3）选材（4）缓蚀剂的应用29、贫铬理论：由于晶界析出碳化铬而引起晶界附近铬的贫化而造成晶间腐蚀晶界杂质选择性溶解：在一些非敏化态中，主要由于杂质元素P、Si等在晶界吸附而产生晶间腐蚀临界应力：钝化合金的SCC理论：（1）阳极溶解理论（2）氢脆理论（3）应力吸附破裂理论（4）碱脆30、丝状腐蚀：在金属或非金属涂层下面的金属表面发生的一种细丝状腐蚀，行迹为丝状，延迹线所发生的腐蚀在金属上挖出一条可察觉的小沟疲劳腐蚀：材料或构件在交变应力和腐蚀环境共同作用下引起的脆性断裂称为疲劳腐蚀磨损腐蚀：由于腐蚀流体和金属表面间的相互运动，引起金属的加速破坏和腐蚀选择性腐蚀：由于通过腐蚀过程多元合金中较活泼组分的优先溶解，是属于化学成分的差异而引起的细菌腐蚀（微生物腐蚀）：指在微生物生命活动参与下所发生的腐蚀31、了解金属在各种环境中的腐蚀情况A、高温腐蚀B、大气腐蚀C、土壤腐蚀D、海水腐蚀E、细菌腐蚀32、高分子材料的老化高分子老化的两种类型的特点及环境应力开裂33、无机非金属材料的主要成分及腐蚀机理风化：34、何为防腐蚀技术：为控制或防止金属腐蚀而采取的各种方法，称为防腐蚀技术常用的控制金属腐蚀的方法：A、正确选用金属材料和合理设计金属结构B、改变环境成分，添加缓蚀剂C、电化学保护D、采用保护性覆盖层35、何为缓蚀剂：在腐蚀介质中加入少量就能显著减弱或阻止金属腐蚀的物质，也叫腐蚀抑制剂。缓释剂的几种分类：按化学成分：无机缓蚀剂&有机缓蚀剂按作用机理：阳极型缓蚀剂&阴极型&混合型按缓蚀剂形成的保护膜：氧化（膜）型&沉淀（膜）型按物理性质：水溶性&油溶性&气相36、电化学阴极保护的原理：将被保护金属作为阴极，进行外加阴极极化以降低或防止金属腐蚀的方法阳极保护的原理：将被保护金属设备与外加直流电源的正极相连，在腐蚀介质中使其阳极极化到稳定的钝化区，金属设备就得到保护。名词解释去极化剂：能消除或减弱极化作用的物质交换电流密度：ik=ia=io，io是与ik和ia的绝对值均相等的电流密度，称为该电极反应的交换电流密度混合电位：在共轭体系中，总的阳极反应速