最新金属腐蚀理论复习题

精品文档精品文档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（pV）VP=th=d-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。②增重：V+=StW=StWW10W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g；W1代表腐蚀精品文档精品文档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。③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=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001=0.4694g/㎡∙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对铝在30%HNO3(25℃)中有：Vˉ=△Wˉ铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6=0.3391g/㎡∙h精品文档精品文档d=m铝/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/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（2）对不锈钢在20%HNO3(25℃)有：表面积S=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179m2Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715g/m2∙h试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901g/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=0.00314m2Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882g/m2∙h试样体积为：V=π×22×0.5=6.28cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701g/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=12.8771g/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。3.镁在0.5mol/LNaCl溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25C,压力760mmHg(760mmHg=1atm=101325Pa);试样尺寸为20mm×20mm×0.5mm的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。（在25℃时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg)解：由题意得：该试样的表面积为：S=2×(20×20＋20×0.5＋20×0.5)×106=840×10-6m精品文档精品文档压力P=760mmHg-23.8mmHg=736.2mmHg=98151.9Pa根据PV=nRT则有放出的氢气的物质的量为：n=PV/RT=98151.9×330×10-6/8.315×(25＋273.15)=0.01307mol又根据Mg＋2H+Mg2++H2Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol所以：Vˉ=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840×10×10-6×100=3.7817g/m2·h查表得：dMg=1.74g/cm3有：Vp=8.76Vˉ/d=8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y4.表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为Icor=0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V-和VP。解：由题意得：根据Vˉ=A/nF=icor可知Vˉ=（A/nF）Icor/s=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/m2∙h查表得d(Fe)=7.8g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×1.4326/7.8=1.61mm/y即铁试样的腐蚀速度Vˉ=1.4326g/㎡·hVp=1.61mm/y补充知识点：1.腐蚀的分类⑴按腐蚀环境分类：①大气腐蚀;②土壤腐蚀;③海水腐蚀;④高温气体腐蚀;⑤化工介质腐蚀⑵按腐蚀破坏形态分类：①全面腐蚀②局部腐蚀精品文档精品文档⑶按腐蚀作用的性质分类：①电化学腐蚀：（金属和环境的相互作用是电化学反应，腐蚀过程有腐蚀电流产生）。②化学腐蚀：（金属和环境的作用是化学反应，腐蚀过程无腐蚀电流产生）。③物理腐蚀：（金属和环境相互作用是金属单纯的物理溶解）。第二章腐蚀电池思考题1.腐蚀电池的概念和特点以及形成腐蚀电池的原因，与作为化学电源的原电池的区别在哪里？为什么干电池本身不是腐蚀电池，而锌壳内表面上形成的原电池是腐蚀电池？答：⑴腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。⑵特点：①腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。②腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。③腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。(3)形成腐蚀电池原因：这是因为金属方面和环境方面存在电化学不均一性。①金属材料方面：金属材料的成份不均匀性、金属表面的状态不均匀性、金属组织结构不均匀性、应力和变形的不均匀性、“亚微观”不均匀性。②环境方面：金属离子浓度差异；溶解氧浓度差异；温度差异。（4）与化学电源的原电池的区别：①原电池的氧化还原反应是分开进行的，即阳极氧化，阴极还原；腐蚀电池则在发生腐蚀位置同时同地进行反应。②原电池是特殊的异相催化反应，受电极界面双电层影响较大。③原电池中物质进行转变过程中有电子通过外电路；腐蚀电池工作中产生的电流完全消耗在电池内部。（5）干电池本身不止锌壳内表面上的反应,干电池包括锌的电解反应和二氧化锰与氢气的反应,所以干电池本身不是腐蚀电池,而锌壳内表面上形成的原电池只导致锌材料破坏而不对外做有用功，是腐蚀电池。2.举例说明腐蚀电池的工作环节。精品文档精品文档解：以含杂质铜锌块浸于盐酸溶液中为例①阴极反应金属的氧化反应，当氧化反应产物是可溶性离子时，一般形式写成：Me→Men++ne。Zn=Zn2++2e-②阳极反应溶液中的某些物质D的还原反应，一般形式：D+me→De2H++2e=H2↑③电流回路金属部分：电子的定向运动（电子由阳极流到阴极）溶液部分：离子的定向运动（阴离子由阴极向阳极迁移，阳离子由阳极向阴极迁移）在金属内部电流从阴极到阳极，在溶液内部里电流从阳极到阴极，形成闭合回路。2.Evans极化图的意义和作法，用Evans极化图表示腐蚀电流的影响因素，请用Evans极化图说明，铁和锌在同样的酸溶液中，虽然锌的平衡电位比铁的平衡电位更负，但由于析氢反应在锌上更难进行，因为锌的腐蚀电池比铁的腐蚀电流小答：1）Evans极化图的作法：在极化曲线图上忽略极化曲线的具体形状而用直线表示便得到Evans极化图。（若阴极和阳极的极化电位与电流的关系式线性的，就可以得到由直线表示的腐蚀极化图，称为Evans极化图）精品文档精品文档2）用Evans极化图表示影响腐蚀电流的因素当起始电位差（E0c-E0a）增大，腐蚀电流增大；当腐蚀电池的工作阻力增大（Pc,Pa或R同时或分别增大），则腐蚀电流减小。这些影响用Evans极化图表示十分清楚。3）用Evans极化图表示腐蚀电池的控制类型①阴极极化控制PcPa,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位;②阳极极化控制PaPc,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位;③欧姆电阻控制RPa,Pc,总阻力中以欧姆电阻为主。计算题1.将铜片和锌片插在3%NaCl溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为+0.05V和–0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆电阻为200Ω(1)原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec–Ea是多少？(2)阳极极化值Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和Ea+|Ec|等于多少?(3)如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？(4)如果使用零电阻电流表，且溶液电阻可以忽略不计，那么电流达到稳态后，阳极与阴极的电位差Ec–Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和ΔEa+|ΔEc|等于多少？电流表的指示又为多少？解：由题意得：（1）根据Ec-Ea=IR则有:Ec-Ea=IR=0.51mA×200欧=30mV=0.03V即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V（2）△Ea=Ea-Eoa|△Ec|=Eoc-Ec△Ea＋|△Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.05＋0.83-0.03=0.85V精品文档精品文档即阳极极化值△Ea与阴极极化值△Ec的绝对值之和为0.85V。（3）如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0，Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05＋0.83)/200=0.0044A=4.4mA即电流表指示应为4.4mA。（4）当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差Ec=Ea，则有：电位差Ec-Ea=0由（2）知：△Ea＋|△Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-Ec＋Ea-Eoa)/Icor=(0.88-0.03)/0.15×10-3=5666.7ΩI=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)=(0.05＋0.83)/5666.7=0.000155A2.某腐蚀体系的参数为：E0a=-0.4V，E0c=0.8V，Ecor=-0.2V。当R=0时，Icor=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为多少？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）/10×10-2=120ΩPc=(Eoc-Ec)/Icor=(0.8＋0.2)/10×10-3=100Ω则有Pa=120-100=20Ω因为PcPa，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