材料腐蚀与防护复习题(4)

这种理论认为，缓蚀剂的作用是由于缓蚀剂的加入抑制了金属在腐蚀介质中的电化学过程，减缓了电化学腐蚀速度。由图3—3可以看出，缓蚀剂的存在可能分别增大阴极极化或阳极极化，也可能同时增大阴极极化和阳极极化，根据缓蚀剂对电化学过程阻滞的类型，将缓蚀剂分为以下三种。 1．阳极抑制型缓蚀剂 2．阴极抑制型缓蚀剂 3．混合抑制型缓蚀剂

五、综合题

1、下图是典型的阳极极化曲线，请指出:(金属用Me 表示) (1)ER、 b E 、 p E 、 op E 、 b I 、 p I 和B 点、D 点、E 点、F 点的意义。 (2)A-B 区、B-C 区、C-D 区、D-E 区、E-F 区、F-G 区的名称和A-B 区、B-C 区、C-D 区、D-E 区可能发生的阳极反应式。 (3)利用该图说明外加电流法阳极保护的基本原理，并说明阳极保护的主要参数，应如何选择这些参数。

答:(1)ER--自腐蚀电位 b E --临界钝化电位(致钝电位) I b I p 阳 极 电 流 密 度 i 阳极电位E p E --钝态电位(维钝电位) op E --过钝化电位 b I --临界钝态电流密度(致钝电流密度) p I --钝态电流密度(维钝电流密度) B--金属钝化的开始点 D--金属过钝化的开始点 E--金属二次钝化的开始点 F--金属二次过钝化的开始点 (2)A-B 区:活性溶解区:Me→Me n+ ++ne B-C 区:活化-钝化过渡区:3Me+4H2O→Me3O4+8H + +8e C-D 区:钝化区或稳定钝化区:2Me+3H2O→Me2O3+6H + +6e D-E 区:过钝化区:Me3O4+4H2O →Me2O7 2- +8H + +8e 可能还发生:4OH - →O2+2H2O+4e E-F 区:二次钝化区 F-G 区:二次过钝化区 (3)外加电流法阳极保护的基本原理是将Me 进行阳极极化，使其进入钝态区而得到保 护。阳极保护的主要参数:临界电流密度 b I 、钝化区电位范围( p E ~ op E )、维钝电流 密度 p I 。选择这些参数时 b I 应越小越好，便于 Me 易于进入钝态区，且降低设备的投资 费用;( p E ~ op E )越宽越好，便于 Me 维持在钝态区，否则 Me 很容易从钝化区进入活 化区或过钝化区，不但起不到保护作用，相反，在通电情况下，只会加速Me 的腐蚀; p I 应越小越好，便于Me 维持在钝态，且耗电量小。

2、Fe在25℃，3%NaCL中腐蚀时，欧姆电阻不计。其腐蚀电位Ecorr=-0.54V(SCE)。试计算此

-15

腐蚀体系中阴极、阳极控制程度。已知Fe(OH)2的金属在与空气接触溶度积Ksp=1.65x10，

2+

饱和甘汞电极（SCE）电位为0.244V，氧还原标准电位为0.401V，Fe溶为Fe的标准电位为-0.44V。

2+ 2+—

Fe-2e→Fe Fe+2OH=Fe(OH)2

KSP1.65′10-15==0.165 解答：因为 [OH]=10 所以 [Fe]=-2-14[OH]10--7

2+EA=EO+

2.3RT0.0592lg[Fe2+]=-0.44+lg[Fe2+]=-0.46V 2F2O2+2H2O+4e=4OH

—

EC=EO+2.3RT10.05921lg=0.401+lg=0.8154V 4F[OH-]44[OH-]4Ecorr(SHE)=-0.54+0.244=-0.296V

ηA=0.164V

ηC=1.11V

阳极占：

0.164=13%

0.164+1.11阴极占：

1.11=87%

0.164+1.11所以腐蚀属于阴极控制 。

3、试说明Zn在CuSO4溶液中能否腐蚀？ 解答：设Zn在CuSO4溶液中能被腐蚀，产生两个电化学反应。两个反应的标准电极电位为：阳极反应：Zn→Zn+2e 阳极反应Cu +2e→Cu

2+

2+

0?Zn2?|Zn=?0.736V

0?Cu2?|Cu=?0.337V00?G??nFE=?nF（?C??）2?u|CuZn2?|Zn

=-2×96484×【0.337-（-0.763）】=-2122645J<0

Zn在CuSO4溶液中有腐蚀倾向。

4、金属在与空气接触的中性介质中，依靠氧还原（去极化）反应进行腐蚀。试确定金属可

0

能发生腐蚀的可逆电位。（介质温度为25C,空气中氧分压p=21278.25Pa）。 解答：计算氧在阴极过程的氧电极电位。

-

中性介质阴极反应O2 + 2H2O + 4e→4OH由能斯特方程式O(氧化态)+ne→R(还原态)

0?O/R??O/R?Rpa0lnnFaR

?O/R??0O2/OH?2Rpp02aH20?ln44FaOH?21278.250.0591?0.401?ln1013254(10?7)4?0.805V

只有在中性溶液中的可逆电位比0.805V小的金属，才有可能在250C的中性溶液中依靠氧的去极化作用维持电化学腐蚀过程。

5、由Butler-Volmer方程 正向阴极反应电流密度

ic?i0[exp(anF(1??)nF?c)?exp(?a)]RTRT

逆向阳极反应电流密度

ia?i0[exp((1?a)nF?nF?a)?exp(?c)]RTRT

推导Tafel公式和线性极化方程。

解:强极化时的近似公式 (当?> 200mV): 当强阳极极化时( ?a很大),

ia= io exp (?nF?a /RT) 当强阴极极化时( ?c很大),

ic= -io exp (?nF ?c /RT) 上式取对数整理，获Tafel关系 —过电位与极化电流的关系： ? = a + b lg i

其中 a = -2.3RT lg io / ?nF, b = 2.3RT / ?nF

a — Tafel常数，与电极材料、表面状态、溶液组成及温度有关； b — Tafel 斜率，与材料无关不大。 （2）弱极化时的近似公式（?＜ 5mV）： 将以下电化学极化方程式：

o

ia = i[exp(2.3 ?a/ba) - exp(-2.3 ?c/ bc)]

o

ic = i[exp(-2.3 ?c / bc) - exp(2.3 ?a / ba)]

x

指数项按级数展开(x→0, e=1+x)，略去高次项，可得近似公式：

o

?a = RT ia/inF = Rr ia

o

?c = RT ic/inF= Rr ic

o

其中：Rr =?/ ia = RT/inF —法拉第电阻或电化学传荷电阻，表征电化学腐蚀的速度。 6.为了确定亚汞离子在水溶液中是以Hg 还是以

+

形式存在，涉及了如下电池

测得在18 oC 时的E = 29 mV，求亚汞离子的形式。 解：设硝酸亚汞的存在形式为

，则电池反应为

电池电动势为

作为估算，可以取

。

，

所以硝酸亚汞的存在形式为。

7.wagner理论推导K常数过程：阳极反应：

1??O2，电池Me???Me2??2e，阴极反应：O2?2e?21??MeO2 总反应：Me?O2?2总电阻=离子电阻+电子电阻

R?Rc?Ri?yyy??(na?ne?nc?1) AnekA(na?nc)kAkne(na?nc)假设在t秒内形成氧化膜的克当量数为J，膜长大速度以通过膜的电流I表示，则有

dyJI? dtFAD

I?EAkne(na?nc)E ?Ry2JEkne(na?nc)t?C，则K积分得y?DF22(na?nc)nekEJ?

FD式中na、nc、ne分别为阴、阳离子、电子迁移数，ｋ为氧化膜比导电，F为法拉第常数，E为金属氧化膜的电动势（?G8.

???2FE），D为扩散系数，J为氧化物当量。

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