东北大学 材料腐蚀与防护 复习(2)

发生点蚀，即铁钉表面相对粗糙的地方最先腐蚀。 阳极:Fe→Fe2++2e 阴极：1/2O2+H2O+2e→4OH— 简述金属在极化过程中腐蚀速度减慢的原因

答：阳极电位向正方向变化，阴极电位向负方向变化，两极电位差减小，使得电流减小，腐蚀速度减慢。

在还原酸性介质中，Zn和Fe的腐蚀如图所示，试比较二者的腐蚀速度，并解释原因。

阴极析氢过电位的大小与阴极电极材料的性能及表面状态有关，即在不同金属表面上的氢过电位不同，如图所示，虽然氢较铁的电位负，但是由于Zn的氢过电位比Fe过电位高，Zn在还原性酸中的腐蚀速度反而比Fe小。 Fe在HCl中发生腐蚀时,氢离子浓度增大对腐蚀行为的影响。 随pH值下降，腐蚀速度迅速增大。

pH值下降造成两方面的影响。 一方面pH值下降使析氢反应平衡电位Eec正移，腐蚀倾向增大；另一方面pH值下降又使析氢反应交换电流密度ic0增大，阴极极化性能减小。

阳极极化产生原因

活化极化、浓差极化、电阻极化。

第三章

全面腐蚀：指整个金属表面均发生腐蚀。（重量法、深度法）

局部腐蚀：指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。

点蚀：也称孔蚀，是一种腐蚀集中在金属(合金)表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式。

晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。 应力腐蚀：指金属材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。 腐蚀疲劳：指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。 湍流腐蚀：由湍流导致的腐蚀。

缝隙腐蚀：缝隙宽度一般在0.025-0.1nm，足以使介质滞留在其中，引起缝隙内金属的腐蚀，这种形式叫做缝隙腐蚀。

KISCC：当拉伸应力低于某一个临界值时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称为应力腐蚀开裂门槛值。

da/dt：单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率。 发生晶间腐蚀的条件

1）内因——晶粒和晶内的物理化学状态及化学成分不同，导致其电化学性质不均匀；2）外因——腐蚀介质能显示出晶粒和晶界的的电化学不均匀性。 抗晶间腐蚀措施

降低含碳量、固溶处理、采用双相钢、加入固定Ｃ的合金元素 影响晶间腐蚀的因素

加热温度与时间；合金成分（Ｃ愈高，晶间腐蚀倾向愈严重；Cr/Ni/Ti/Nb能提高抗性）

缝隙腐蚀的控制

合理设计（尽可能避免形成缝隙）；用垫片（非吸湿性材质的）；阳极保护（使得电位低于保护点位Ep）

应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt与K1值之间的关系如图所示，说明此图说明裂纹扩展速率与K1值的关系。

区域1.当K1稍大于KISCC时，裂纹经过一段孕育突然加速发展，即在1区内，裂纹生长速率对K1值较为敏感

区域2.da/dt与K1无关，通常说的裂纹扩展速率就是指该区速率，因为它主要由电化学控制，较强烈的依赖于溶液的pH值，粘度和温度。

区域3.失稳断裂区，裂纹深度已经接近临界尺寸，当超过这个值时，应力强度因子达到K1c时，裂纹生长速率增加直至发生失稳断裂。

在海水中使用的镀锌、镀锡钢板一旦划破后，两种不同镀层的保护效果有什么不同，为什么？

海水中有大量的电解质，在海水中使用镀锌、镀锡钢板若一旦划破，分别形成锌铁原电池和铁锡原电池。 锌比铁活泼，发生原电池腐蚀时锌作为负极，铁被保护。铁比锡活泼，发生原电池腐蚀时，铁作为负极，腐蚀加快。故镀锌钢板保护效果好。 金属的孔蚀一般会在什么条件下发生？

（1）表面易生成钝化膜的金属材料，如不锈钢，铝，铅合金；或表面镀有阴极性镀层的金属，如碳钢表面镀锡铜镍等（2）在有特殊例子的介质止中易发生孔蚀，如不锈钢在有卤离子的溶液中容易发生孔蚀。（3）电位大于点蚀电位Ebr易发生空蚀 提高抗点蚀性能可加入哪些元素：（较高Ｍｏ、少量Ｎ、Ｃ）

影响点蚀因素：材料因素（合金元素、热处理的影响）、环境因素（卤素、其他离子、ｐＨ、温度、介质流动）

预防点蚀的措施：加入抗点蚀的合金元素、电化学保护、使用缓蚀剂。

点蚀的三个电位区：Ｅ>Ebr，将形成新的点蚀孔，已有点蚀孔继续长大；Ep

第四章

大气腐蚀：金属材料在大气条件下发生化学或电化学反应引起材料的破损称为大气腐蚀。

干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀

潮大气腐蚀：潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于100％的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层(10nm~1um)发生的腐蚀。

湿大气腐蚀：湿大气腐蚀指金属在相对湿度大于100％的大气中，表面存在肉眼可见的水膜(1um~1mm)发生的腐蚀。

碱脆：在热碱液中，受拉应力的碳钢会发生应力腐蚀断裂，即所谓的“碱脆” 土壤腐蚀：土壤是由土粒、水溶液、气体、有机物、带电胶粒和粘液胶体等多种组分构成的极为复杂的不均匀多项系统体系。而由于土壤的组成和性能的不均匀性而构成的氧浓度差电池腐蚀称为土壤腐蚀。（大多数属于氧去极化腐蚀）

海水腐蚀：海水中含有多种盐类，溶解氧等因素使其成为典型的电解质溶液而产生的电化学腐蚀。

杂散电流腐蚀：土壤中采用直流电的大功率电器装置，由于绝缘不严而产生的杂散电流引起的腐蚀

结合图4-16简要分析碳钢在不同浓度HNO3溶液中的腐蚀规律。

由图可知，当硝酸质量分数低于30%时，碳钢的腐蚀速度随酸的浓度增减而增加，当质量分数约在30%附近时腐蚀速度达到最大值。质量分数超过30%，腐蚀速度迅速下

降，当质量分数达到50%时，腐蚀速度最小，说明钢钝化了。当质量分数超过80%时，碳钢的腐蚀速度再次急剧增加，钢出现过钝化溶解。所以铁或适用于HNO3浓度在30%—80%范围内。

按水膜厚度大气腐蚀可以分为几类腐蚀，并说明给类腐蚀的特点。 按水膜厚度大气腐蚀可以分为三类：

（1）干大气腐蚀（1—10nm）：是金属不存在液膜时的腐蚀。其特点时在金属表面形成看不见的保护性的氧化膜和某些金属失责的现象。（2）潮大气腐蚀（10nm—1um）：指金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层发生的腐蚀。（3）湿大气腐蚀（1um—1mm）：金属在相对湿度大于100%的大气中，如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上，表面存在肉眼看不见的水膜发生的腐蚀。

埋于土壤中的钢管经过沙土和粘土两个区域，钢管腐蚀发生在那个部位，为什么？ 沙土位置，土壤的组成和性能的不均匀性而构成的氧浓度差电池腐蚀称为土壤腐蚀，而砂土层比较干燥氧含量高，氧气的扩散好。

在大气、海洋和土壤环境中发生氧去极化腐蚀时，氧的传递方式有什么差别。 共同点：吸氧腐蚀；差别：大气，电化学腐蚀。吸附作用形成水膜，氧气的传递靠水膜的厚度；土壤：①吸附水蒸气②主要是土壤中微气孔，氧气的传输等，土壤的湿度和结构；海水：氧气通过电解质溶液的扩散，影响因素主要有PH值、流动速度，盐度等。

根据金属表面的潮湿程度不同，大气腐蚀可分为几类？并说明各类腐蚀的特点。 干大气腐蚀：在金属表面形成不可见的保护性氧化膜(1~10nm)

潮大气腐蚀：在相对湿度小于100％的大气中，表面存在肉眼看不见的薄的液膜层(10nm~1um) 。

湿大气腐蚀：在相对湿度大于100％的大气中，表面存在肉眼可见的水膜(1um~1mm) 钢铁在含SO2的工业大气中腐蚀比在洁净的大气中腐蚀严重，解释其原因。 ①认为部分SO2在空气中能直接氧化成SO3，SO3溶于水后形成H2SO4。

②认为有一部分SO2吸附在金属表面上，与Fe作用生成易溶的硫酸亚铁，FeSO4进一步氧化，并由于强烈的水解作用生成了H2SO4，H2SO4再与铁作用，按这种循环方式加速腐蚀。

影响海水腐蚀有哪些因素，如何防止海水腐蚀

(1)盐类：海水中的盐类以NaCl为主。盐的浓度↑，腐蚀速度↑，当溶盐浓度超过一定值，由于氧的溶解度降低，使金属腐蚀速度下降，见图4-8 P90。

(2)pH值：海水一般处于中性，pH值在7.2-8.6之间。深海处pH值略有降低，不利于金属表面生成保护性的盐膜。

(3)溶解氧：海水中的溶解氧↑，腐蚀↑。

(4)温度：一般认为，海水温度每升高10℃，化学反应速度提高约10％，海水中金属的腐蚀速度将随之增加。

(5)流速：流速↑，金属腐蚀明显加快。

(6)海洋生物：海洋生物在船舶或海上构筑物表面附着形成缝隙，容易诱发缝隙腐蚀。防止海水腐蚀主要采取以下措施：

(1)研制和应用耐海水腐蚀的材料 如钛、镍、铜及其合金。(2)阴极保护 腐蚀最严重处采用护屏保护较合理，亦可采用简易可行的牺牲阳极法。(3)涂层 除应用防锈油漆外，还可采用合金包覆。

影响大气腐蚀的因素：湿度、大气成分等等。

防止大气腐蚀的措施有：提高金属材料的耐蚀性;采用气相缓蚀剂、降低大气湿度、采用有机和无机涂层及金属镀层。

影响土壤腐蚀的因素：含水量、含盐量、ＰＨ值、电阻率。

防止土壤腐蚀的措施有：采用涂料或包覆玻璃布防水、采用电化学保护，多采用牺牲阳极法，阴极保护和涂料联合使用效果更好。

土壤腐蚀的特点：土壤的多相性、导电性、不均匀性、酸碱性。

土壤腐蚀的几种形式：充气不均引起的腐蚀、杂散电流引起的腐蚀、微生物引起的腐蚀。

大气腐蚀的特点

１）氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。即使液膜呈酸性，氧分子还原反应仍占阴极过程的主要地位；２）在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀受阴极极化控制；３）由于水膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜中，因此腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。

控制杂散电流的方法

答：直流电源要加强绝缘，不使电流流入土壤；改善管道绝缘质量；将受干扰的管道与被保护管道连接起来，共同保护；在多管道地区，最好采用多个阳极站，每个站的

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