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金属电化学腐蚀与防护

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一、名词解释:

1、腐蚀电池:发生了腐蚀反应而不能对外界做有用功的短路原电池被称为腐蚀电池。

2、极化:在电极过程动力学的研究中,将这种当有外电流通过电极/电解质溶液界面时,电极电位随电流密度改变所发生的偏离平衡电极电位的现象被称为极化。

3、阳极极化:电极电位偏离平衡电位向正方向移动称为阳极极化。

4、阴极极化:电极电位偏离平衡电位向负方向移动称为阴极极化。

5、去极化:有电流通过电极界面时,电子的流动起着在电极表面积累电荷,使电极电位偏离平衡状态的作用,发生在电极界面的电极反应是吸收电子、传递电荷,起着使电极电位恢复平衡状态的作用称为去极化作用。

6、极化率:计划曲线上某一点的斜率dφ/di称为该电流密度下的极化率。即电极电位随电流密度的变化率一般用P表示。P=dφ/di=tanα

7、氢脆:是指由于氢扩散到金属以固溶态存在或生成氢化物而导致材料断裂的现象。

8、应力腐蚀开裂(SCC):是指受固定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的腐蚀介质中,由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的脆性断裂现象。

9、活化极化:当电极反应的速度控制步骤是电极界面上的电子传递步骤,即由电化学步骤的动力学来控制电极反应过程速度的电极极化,称为活化极化。

10、电化学保护:是指通过改变金属的电位,使其极化到金属电位-PH图中的免蚀区或钝化区,从而降低金属腐蚀速度的一种方法。

11、缓蚀剂:是防止或减缓金属腐蚀的方法之一,即在腐蚀介质中添加某些化学试剂,达到抑制金属腐蚀速率的目的。

12、点蚀:金属材料在腐蚀介质中经过一定的时间后,在整个暴露于腐蚀介质中的表面上个别的点或微笑区域内出现腐蚀小孔,而其他大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微,且随着时间的推移,蚀孔不断向纵深方向发展,形成小孔在状腐蚀坑。

13、缝隙腐蚀:因金属与金属、金属与非腐蚀的表面间存在狭小缝隙,并有腐蚀介质存在时而发生的局部腐蚀形态。

二、填空题:

1、腐蚀电池有两种类型(宏观电池)和(微观电池)。

2、腐蚀电池的四部分(阳极过程)、(阴极过程)、(电子传输过程)、(离子传输过程)。

3、电极反应的三个分步步骤(液相传质)、(电子转移)、(新相生成)。

4、阳极极化类型(活化极化)、(浓差极化)、(电阻极化)。

5、阴极极化类型(活化极化)、(浓差极化)。

6、B-V方程α(反映双电层中电场强度对反应速度的影响)i0(反映电极反应进行的

难易程度)。

7、菲克第一扩散定律D0代表(扩散系数),它表示(在单位浓度梯度下,单位时间内扩散的质点数),单位是(cm2/s)。它取决于(扩散粒子大小)、(溶液黏度)和(温度)等。式中右端的符号(是考虑到扩散的方向与浓度梯度的方向相反)。

8、塔菲尔公式中a=-(2.303RT/anF)lgi0,b=2.303RT/anF。

9、一维物质传递Ji代表(粒子i在距离表面x处的流量),单位是(mol/(m2·s))。Di代表(物质i的扩散系数),单位是(cm2/s)。Ci(x)代表(粒子i在距离表面x处的浓度),单位为(mol/L)。(x)/x代表(电位梯度),单位是(V/m)。Zi是粒子i(所带的电荷数)。V(x)代表(距离电极表面x出溶液对流运动的速度),单位是(cm/s)。式中右端三项分别表示来自(扩散)、(电迁移)和(对流)对流量的贡献。

10、金属电化学腐蚀的根本原因(是金属表面电化学性质的不均一性)。

11、阴极保护一般控制的基本参数是(最小保护电位)和(最小保护电流密度)。

12、阴极保有两种,分别是(外加电流阴极保)和(牺牲阳极阴极保)。

13、阳极保护的基本参数有(致钝电流密度)、(维钝电流密度)和(钝化电区电位范围)。

14、极性基团吸附的主要形式有(物理吸附)和(化学吸附),还有部分缓蚀剂的以(π键)吸附。

15、水处理缓蚀剂分为(钝化膜型)、(沉淀膜型)和(吸附膜型)三类。

三、简答题:

1、 什么是腐蚀电池?腐蚀电池有几种类型?腐蚀电池的四部分是指什么?这四部分彼此之间的关系?

答:腐蚀电池:发生了腐蚀反应而不能对外界做有用功的短路原电池;类型:宏观电池:(1)不同金属与其电解质溶液组成的电池(2)不同金属与同一种电解质溶液组成的电池(3)浓差电池(4)温差电池。微观电池:(1)金属表面化学成分的不均匀性引起的微电池(2)金属组织结构的不均匀性而构成的微电池(3)金属表面物理状态的不均匀性构成的微电池(4)金属的表面膜的不完整构成的微电池;四部分:(1)阳极过程(2)阴极过程(3)电子的传输过程(4)离子的传输过程;关系:这四部分同时存在,使得阴极过程和阳极过程可以在不同区域内进行。既相互又彼此紧密联系。四个过程任意一个过程被阻断不能进行,其它三个过程也将受到阻碍不能进行。

2、 氢电极电位-PH图有哪些特点?

答:在电位PH图上氢电极反应为一条直线,其斜率为-0.0591 。

HOO/H20.0591pH1.2290.0591pH1.2290.0591pH2/H2O/OH2

3、 分别写出析氢腐蚀和吸氧腐蚀的反应方程式:

答:析氢腐蚀:2H++2e=H2

吸氧腐蚀:(酸)O2+4H++4e=2H2O(碱)O2+2H2O+4e=4OH-

4、 电极反应的三个步骤是什么?

答:(1)反应物粒子从液相向电极表面传递过程,称为液相中的传质步骤(2)在电极表面上得到或失去电子生成反应产物,称为电化学步骤(3)反应产物向固体内部扩散,或反应物生成新相,称为新相生成步骤。

5、 阳极极化和阴极极化分别有哪些类型?

答:阳极极化:(1)活化极化(2)浓差极化(3)电阻极化;阴极极化:(1)活化极化(2)浓差极化

6、 极化率如何表示?稳态极化曲线有几种测量方法?分别是哪几种?

答:极化率:计划曲线上某一点的斜率dφ/di称为该电流密度下的极化率。即电极电位随电流密度的变化率一般用P表示。P=dφ/di=tanα。参量稳态极化曲线的具体方法很多,根据自变量的不同,可将各种不同的方法分为两大类,即控制电流法(恒电流法)和控制电位法(恒电位法)。

7、 金属腐蚀学的研究内容是什么?

答:(1)研究并确定金属材料和环境介质发生的物理化学反应的普遍规律(2)研究在各种条件下防止或控制金属腐蚀的方法与措施(3)研究金属腐蚀速率的检测技术和方法,特别是现场快速检测和监控的方法,研究出评定金属腐蚀的标准。

8、 阳极保护的作用机理是什么?

答:通过对被保护结构物施加阴极电流使其阳极腐蚀溶解速度降至最低。

9、电位—PH图局限性

答1.理论电位-ph图是依据热力学数据绘制的电化学平衡图,所以只能用来说明金属在该体系中腐蚀的可能性即腐蚀倾向的大小,而不能预示金属腐蚀的动力学问题。2在绘制电位-ph图时,所取的平衡条件是金属与金属离子,溶液中的离子以及这些离子的腐蚀产物之间的平衡。但是在腐蚀的实际条件下,这些离子之间,离子与产物之间不一定保持平衡状态,溶液所含的其它离子可对平衡产生影响。3绘制电位-ph图所取的平衡状态是体系全部处于平衡状态。但是实际的腐蚀体系中,金属表面薄液层的浓度和原理金属表面液层的浓度不同。4电位-ph图中除金属与其相关离子之间的平衡反应外,还绘制了氢电极反应和氧电极反应的曲线,因此,该图只考虑了OH-对平衡的影响。在实际腐蚀体系中,还会有很多其它阴离子存在5理论电位-ph图中的纯化区只能表示在此区域内金属能生成固体保护膜,但是这些固体保护膜对金属的保护程度和是否起作用并未涉及,还需要根据实际情况决定。

10、影响缝隙腐蚀的因素?

答:1)缝隙的几何因素;2)溶液中氧的浓度;3)温度的影响;4)pH值;5)溶液中Cl-浓度;6)腐蚀液流速;7)材料因素

11、什么是电化学保护?阴极保护的作用原理是什么?

答:电化学保护是指通过改变金属的电位,使其极化到金属电位—PH图中的免蚀区或钝化区,从而降低金属腐蚀速度的一种方法。

阴极保护的作用原理:通过对被保护结构物施加阴极电流使其阳极腐蚀溶解速度降至最低。

12、试比较阳极保护和阴极保护的优缺点?

答:(1) 保护对象:一切金属(除负效应金属之外)都可采用阴极保护,而只有能钝化的金属才能采用阳极保护,所以阳极保护对象要狭窄很多。

(2)对阴极保护对象而言,保护电位偏离可能只是保护效率的变化,不会引起腐蚀增加,但有可能引起阴极氢脆;而阳极保护时,电位下降到活化区或上升到过钝化区,都有可能导致腐蚀增大。

(3)金属压力容器,在阴极保护时电位过负可能造成氢脆,而阳极保护时,氢脆只会出现在辅助阴极上,被保护设备无氢脆危险。

(4)阴极保护的辅助电极为阳极,易发生腐蚀,所以在强腐蚀环境的化工介质中采用阴极保护时,辅助阳极材料较难选择,而阳极保护的辅助电极本身受到一定保护。

13、用你学过的理论解释在一定介质中Fe,Cr等典型具有钝化特性的金属电极的阳极化曲线

答:由图可以看出,在具有钝化倾向金属的阳极极化(钝化)曲线上,存在四个不同的电位区段:在曲线的AB段,金属正常溶解 ,这一段称做金属的活性溶解区;在BC段

随阳极极化增大,金属的腐蚀速度反而降低,这一区域称做活化—钝化过渡区;在CD段,极化电流不随电位的改变而改变,金属处于稳定的钝态,称作稳定钝化区;而在DE段,金属的阳极溶解速度又随电位的增加而增大,这一区域称作超钝化区或过钝化区。B,C,D点是钝化曲线上的三个特征点,对应于B点的电流称为致钝电流密度,该点电位称为致钝电位,对应于CD段的电流称为维钝电流密度,CD电位区称为钝化电位范围,D点电位称为过钝电位,钝化能力越强,越容易生成钝化膜。

14、请总结金属腐蚀的类型?

答:(1)按腐蚀的反应历程分类:化学腐蚀、电化学腐蚀(2)按腐蚀的形态分类:全面腐蚀、局部腐蚀(3)按腐蚀环境分类:自然环境中的腐蚀:大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、生物腐蚀;工业环境中的腐蚀:电解质溶液中的腐蚀、工业水中的腐蚀、工业气体中的腐蚀、熔盐的腐蚀

15、什么是缓蚀剂?缓蚀剂有哪几种类型?

答:缓蚀剂:以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时,可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物,因此缓蚀剂也可以成为腐蚀抑制剂

分类:(1)按化学成分分类:无机缓蚀剂、有机缓蚀剂(2)按电化学作用机理分类:阴极型缓蚀剂、阳极型缓蚀剂、混合型缓蚀剂(3)按金属表面层结构分类:氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂、吸附型缓蚀剂。

16、简述阳极缓蚀剂的缓蚀机理?

答:1、阳极抑制型缓蚀剂的缓蚀机理:(1)生成钝化膜:这种缓蚀剂具有钝化作用,在中性含氧的水溶液中加入这种缓蚀剂,将使金属表面发生发生氧化,形成一层致密的氧化层——钝化层,或使原有不完整的钝化膜得到了修复,从而抑制了金属的阳极溶解。(2)阻滞阳极过程:加入阳极型缓蚀剂后,金属表面不一定生成钝化层,虽然金属不处于钝化状态,但是金属的阳极反应速度减小了;2、沉淀膜型缓蚀剂的缓蚀机理:这类型缓蚀剂是一些非氧化性物质,例如磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐等。这些物质本身没有氧化性,必须在溶液中有氧存在的条件下才能对金属起缓蚀作用。它们的作用是能和金属表面阳极溶解下来的金属离子生成难溶的化合物,这些难溶物质以沉淀的形式覆盖在阳极表面,或者形成致密完整的氧化膜,起到修复阳极氧化膜的破损处,达到抑制阳极反应的目的。

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