材料腐蚀与防护概论课程总结与样卷.docx
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1、材料腐蚀与防护概论考试重点、样卷与课程总结【考试重点】1、金属氧化的恒温动力学规律,直线规律,抛物线规律,立方规律,对数规律,反对数规律y=kty2=2kty3=3kty=kln(t+cl)+c2ly=c-klnt2、析钾晚:二当和离r芦原舞为四过程的金属腐蚀必要条彼釜属需邰施法h5原反响的电位:EMEHEH:析氢电位(等于氢的平衡电位EO,H与析氢过电位nH之差EH=EO,H-11H)3、吸氧腐蚀:以溶解氧的复原反响为阴极过程的金属腐蚀必要条件:发生吸氧腐蚀的必要条件是金属的电位比氧电极的平衡电位低,即:EMPa,那么InIaX根本上取决于PC的大小,即取决于阴极极化能力 阳极控制:当R非常
2、小时,如果PaPc时,Imax主要由阳极极化Pa所决定 混合控制:PC和Pa同时对腐蚀电流产生影响 电阻控制:如果系统中的电阻较大(如土壤环境中),那么腐蚀电流密度就主要由电阻控制10、金属的自钝化,在没有外加阳极极化的情况下,由于腐蚀介质中氧化剂(去极化剂)的复原而促成的金属钝化条件:氧化剂的氧化复原平衡电位要高于该金属的阳极维钝电位,即E0cEp氧化剂的复原反响的阴极极电流密度必须大于金属的致钝电流密度,即icippIK高温氧化:金属与环境介质中的气相或凝聚态物质发生化学反响而遭到破坏的过程称高温氧化。12、缓蚀率:缓蚀剂的缓蚀效率,即缓蚀剂降低的腐蚀速度与原腐蚀速度的比值。13、PB比:
3、氧化物与金属的体积差对氧化物的保护性的影响,即氧化生成的金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积的比值叫PB比。14、平衡电极电位:当金属电极上只有唯一一种电极反响,并且该反响处于动态平衡时,金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度,那么此时电极获得的不变的电位值,称为平衡电极电位。15、腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。16、腐蚀防护的根本途径:提高材料本身的抗蚀性:材料的热力学稳定性、控制腐蚀动力学改变环境:介质温度与流速,介质中02、S02含量,改变溶液PH值,改变应力状态,参加缓蚀剂等电化学保护:
4、阴极极化降低氧化反响速度、阳极钝化防腐采用涂镀层和外表改性:化学转化膜、金属涂镀层、非金属涂层、改变材料外表结构将材料与腐蚀介质隔开:采用衬里、防锈油、防锈纸等正确选材与合理设计腐蚀与防护的管理与教育【样卷】第一大题填空题(每空1分,共10分)1 .金属钝化理论可用成相膜理论和(吸附理论)来解释。2 .应力腐蚀断裂是金属在(拉伸应力和腐蚀介质)的共同作用下产生的破坏。3 .根据腐蚀倾向的热力学判据,金属发生腐蚀的电化学判据为(G),p2H2在碱性条件下:O2+2H2O+4e4OH-氧的阴极复原过程:(1)氧由空气/溶液界面溶解进入溶液;(2)氧在扩散和对流的作用下进入阴极附近;(3)氧在扩散作
5、用下进入双电层,吸附在电极外表;(4)氧在阴极上得到电子,发生吸氧腐蚀。控制步骤:(1)3为控制步骤,因为氧缺乏以消耗阴极上的电子,使腐蚀减慢。(2) 4为控制步骤。第五大题计算题(共10分)Fe在25,3%NaeL中腐蚀时,欧姆电阻不计。其腐蚀电位EWiT=0.54V(SCE)。试计算此腐蚀体系中阴极、阳极控制程度。Fe(OH)2的溶度积KSP=I.65x10-15,饱和甘汞电极(SCE)电位为0.244V,氧复原标准电位为0.401V,Fe溶为Fe?+的标准电位为-0.44V。Fe-2eFe2+Fe2+2OH=Fe(OH)2因为(OH-=10-7所以F*=士=W?=0165OH10O2+2
6、H2O+4e=4OH-1.11016487%0.164+ 1.11阳极占:一?=13%阴极占:0.164+1.11所以腐蚀属于阴极控制【课程总结】第一章高温氧化金属的氧化:金属与氧化性介质反响生成氧化物的过程影响因素:内在的因素:金属成分,金属微观结构,外表处理状态等外在的因素:温度,气体成分,压力,流速等。研究方法:热力学:高温环境中反响的可能性。动力学:氧化反响的规律与速度。热力学根本原理M+02=MO2G=G0+RTlnKVantHoff等温方程式G0-T图(1)读出任意温度下金属氧化反响的标准自由能变化值(2)判断各种金属氧化物的化学稳定性(3)预测金属元素在不同气氛中氧化的可能性El
7、lingham-Richardson图优点:可方便地判断在不同温度和氧分压下纯金属发生氧化反响并生成单一氧化物的可能性。缺点:不能处理实际的复杂情况。(1)气氛复杂,包含两种或两种以上的反响元素。(2)实用金属材料多数为合金,所含金属元素的种类和百分含量不同。(3) 一种纯金属可能形成多种氧化物。(4)氧化物也不完全都是凝聚相(如挥发性氧化物)。(5)腐蚀产物相间存在互溶和反响。1、动力学测量方法氧化速度的表征:(1)金属的消耗量(2)氧的消耗量(3)生成的氧化物的量氧的消耗量.重量法1.不连续称重法I .连续称重法-热天平2 .容量法3 .压力法2、金属氧化的恒温动力学规律/直线规律y=kt
8、,抛物线规律y2=2kt/立方规律y3=3kt/对数规律y=kln(t+cl)+c2,反对数规律ly=c-klnt(2)氧分压的影响(3)扩散系数的影响(4)合金成分的影响合金发生内氧化具备的必要条件:(1)基体金属对氧有一定的溶解度;(2)BOb的标准生成自由能必须比基体金属氧化物的标准生成自由能更负;(3)氧化反响的自由能变化必须是负的;(4)合金的溶质浓度必须低于某一临界值1、Fe的氧化纯铁在570OC以上氧化时,生成FeO、Fe2O3Fe3O4三层氧化膜,在570OC以下氧化时,生成Fe2O3、Fe3O4两层氧化膜,热腐蚀是金属材料在高温含硫的燃气工作条件下与沉积在其外表的盐发生反响而
9、引起的高温腐蚀形态。三、热腐蚀影响因素及控制措施1影响因素(1)合金成分(2)温度可以以不同的方式影响热腐蚀过程。(3)气体成分(4)盐成分与沉积速度其它因素2控制措施(1)控制环境中的盐和其它杂质的含量(2)选择适当的抗热腐蚀的合金Cr;Al;W、Mo;CoTa;Ti、Nb、Si;稀土元素(3)合金外表施加防护涂层1.5高温氧化防护涂层1、 扩散涂层(DiffUSiOnCOatingS)2、覆盖涂层(Overlaycoatings)第二章金属的电化学腐蚀通常规定但凡进行氧化反响的电极称为阳极;进行复原反响的电极就叫做阴极。由此说明,作为一个腐蚀电池,它必需包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四个
10、不可分割的局部。而腐蚀原电池的工作历程主要由以下三个根本过程组成:1、阳极过程:金属溶解,以离子的形式进入溶液,并把当量的电子留在金属上;2、阴极过程:从阳极过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受;3、电流的流动:金属局部:电子由阳极流向阴极;溶液局部:正离子由阳极向阴极迁移。4、腐蚀电池的类型:宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池一、宏观腐蚀电池1)、异金属接触电池2)、浓差电池3)、温差电池二、微观腐蚀电池在金属外表上由于存在许多极微小的电极而形成的电池称为微电池。微电池是因金属外表的电化学的不均匀性所引起的1、金属化学成分的不均匀性2、组织结构的不均匀性3、物理状态的不均匀性4、金
11、属外表膜的不完整性当参与电极反响的各组分活度(或分压)都等于1,温度规定为25。2,这种状态称为标准状态,此时,平衡电位Ee等于EO,故EO称为标准电位。原电池的极化作用:由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象。阳极极化:当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象。阴极极化:当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象。去极化作用或去极化过程:消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程极化曲线:是表示电极电位随着电流密度而改变的关系曲线。电极极化率:极化曲线斜率的绝对值。腐蚀极化图:是一种电位电流密度图,它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极方案曲线画在同一张图上而构成
12、的。为了方便起见,常常忽略电位随电流变化的细节,将极化曲线画成直线。根据控制步骤的不同,可将极化分为两类:电化学极化和浓度极化极化分类:1电化学极化:电子转移步骤最慢为控制步骤所导致2浓度极化:电子转移步骤快,而反响物从溶液相中向电极外表运动成产物自由电极外表向溶液相内部运动的液相传质成为控制步骤3电阻极化:电流通过电解质溶液和电极外表的某种类型膜而产生的欧姆降。产生阳极极化的原因:1、阳极的电化学极化2、阳极的浓度极化3、阳极的电阻极化。析氢腐蚀:以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程,称为氢离子去极化腐蚀吸氧腐蚀:以氧作为去极化剂的腐蚀过程,称为氧去极化腐蚀氢去极化腐蚀的特征1、阴极反响的浓度极化
13、小,一般可以忽略。2、与溶液PH值关系很大。3、与金属材料的本质及外表状态有关。4、与阴极面积有关。5、与温度有关。三、提高氢过电位措施1、参加析氢过电位高的合金元素;2、提高金属的纯度,消除或减少杂质;3、参加阴极缓蚀剂,如在酸性溶液中参加As、Sb、Hg.盐。钝化:从活态向钝态的转变二、影响钝化的因素1、金属材料2、环境3、温度4、金属外表在空气中形成的氧化物膜对钝化有利5、有许多因素能够破坏金属的钝态,使金属活化。这些因素包括:活性离子(特别是氯离子)和复原性气体(如氢),非氧化性酸(如盐酸),碱溶液(能破坏两性金属如铝的钝态),阴极极化,机械磨损。三、钝化体系的极化曲线阳极钝化的阳极极
14、化曲线(1) AB段,称为活性溶解区:阳极反响式如FeFe2+2e(2) BC段,称为钝化过渡区:阳极反响式如3Fe+4H2OFe3O48H+8eCD段,称为稳定钝化区,简称钝化区:阳极反响式如2Fe+3H2OFe2O3+6H+6e(4) DE段,称为过钝化区:阳极反响4OH-02+2H2O+4e五、钝化理论1、成相膜理论2、吸附理论第三章全面腐蚀与局部腐蚀如果腐蚀是在整个金属外表上进行,那么称为全面腐蚀(GeneralCorrosion)如果腐蚀只集中在金属外表局部特定部位进行,其余大局部几乎不腐蚀,这种类型的腐蚀称之为局部腐(LocaIizedCorrosion)金属的大局部外表不发生腐蚀
15、或腐蚀很轻微,但局部地方出现腐蚀小孔并向深处开展的现象,称为小孔腐蚀或点蚀。二、小孔腐蚀特征:1、蚀孔小而深,具有深挖特征2、一般蚀孔口有腐蚀产物覆盖3、存在诱导期4、孔蚀位置不可预测5、在易钝化的金属上易发生三、孔蚀机理1、钝态金属:钝化膜溶解与修复动态平衡2、溶解与修复平衡被活性阴离子破坏溶解与修复处于动态平衡,但是在活性阴离子的环境中,氧容易被排挤掉,这种平衡就会被打破,形成可溶性氯化物,这样会在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑(孔蚀核)3、孔蚀核开展成蚀孔:蚀核形成后,假设再钝化的阻力小,就不能形成蚀孔;假设氧化剂(FeCl3)促进阳极氧化过程,使得金属的腐蚀电位上升至孔蚀临界电位
16、上,就形成蚀孔。4、蚀核形成的位置:蚀核一般会在外表的伤痕处、露头位错,内部夹杂物处优先形成。四、影响小孔腐蚀的因素:金属的性质腐蚀性介质电位与PH值流动状态五、孔蚀的防护与控制措施改善介质环境缓蚀剂的应用电化学保护合理选择耐蚀材料3.3、 缝隙腐蚀金属部件在介质中,由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙(其宽度一般为0.025一0.1mm)足以使介质进入缝隙内而又使这些介质处于停滞状态、引起缝内金属的加速腐蚀,这种腐蚀称为缝隙腐蚀。3、缝隙腐蚀的机理目前,大家较能接受的机理是,缝隙腐蚀的起因是氧浓差电池的作用,而闭塞电池引起的酸化自摧化作用是造成缝隙腐蚀加速进行的根本原因。4、影响
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