四川大學(xué)材料學(xué)院材料腐蝕與防護(hù)復(fù)習(xí)提綱

1、四川大學(xué)材料學(xué)院2013-2014學(xué)年材料腐蝕與防護(hù)復(fù)習(xí)提綱名詞解釋應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力腐蝕是指金屬材料在特定腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下發(fā)生的脆性斷裂。3. 晶間腐蝕：晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界發(fā)生的一種局部腐蝕。這種腐蝕是 在金屬（合金）表面無任何變化情況下，使晶粒間失去親和力，金屬強(qiáng)度完全喪失，導(dǎo)致設(shè)備突發(fā)性破壞。4. 全面腐蝕：全面腐蝕是指整個(gè)金屬表面均發(fā)生腐蝕，它可以是均勻的也可是不均勻的。5. 選擇腐蝕：選擇性腐蝕是指多元合金中較活潑組分或負(fù)電性金屬的優(yōu)先溶解，這種腐蝕只發(fā)生在二元或多元固溶體中。半導(dǎo)體類型加入合金元素相對基體金屬的原子價(jià)導(dǎo)電率氧化速度n 型 ZnO

2、 TiO、Al2O3、Li低減小增加Fe2O3Al高增加降低P 型 NiO、Cu2O FeOLi低增加降低Cr2O3、Fe3O4Cr高減小增加6.腐蝕疲勞：腐蝕疲勞是指材1料或構(gòu)建在交應(yīng)力與腐蝕環(huán)境共同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂。7. 點(diǎn)（孔）腐蝕：點(diǎn)腐蝕（孔蝕）是一種腐蝕集中在金屬（合金）表面數(shù)十微米范圍內(nèi)且縱深發(fā)展的腐蝕 形式，簡稱點(diǎn)蝕8. 潮大氣腐蝕：潮大氣腐蝕是指金屬在相對濕度小于100%的大氣中，表面存在肉眼看不見的薄液膜層（10nm1um發(fā)生的腐蝕9. 濕大氣腐蝕：濕大氣腐蝕指金屬在相對濕度大于100%，如水分以雨、霧、水等形式直接濺落在金屬表面上，表面存在肉眼可看見的水膜（1um1mm

3、發(fā)生的腐蝕。10. 犧牲陽極法陰極保護(hù)：把被保護(hù)的金屬（陰極）和比它更活潑的金屬邙日極）相連接，在電解質(zhì)溶液 中構(gòu)成宏觀電池，依靠活潑陽極金屬不斷溶解產(chǎn)生的陰極電流對金屬進(jìn)行陰極極化。11 加入合金中的某些元素與氧優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng)，從而形成保護(hù)性的氧化膜，避免基體金屬的氧化，成 為選擇性氧化。12. 雜散電流腐蝕：雜散電流腐蝕是一種漏電腐蝕現(xiàn)象，其主要來源是應(yīng)用直流電的大功率電氣裝置，由 于絕緣不好產(chǎn)生的雜散電流引起宏觀電池的腐蝕。13. 電化學(xué)保護(hù)：電化學(xué)保護(hù)是指通過施加外電動(dòng)勢將被保護(hù)金屬的電位移向免蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以減小或防止金屬腐蝕的方法。14. 濃差極化：在陽極過程中，產(chǎn)生的金屬離子首

4、先進(jìn)入陽極表面附近的溶液中，如果進(jìn)入到溶液中的金屬離子向遠(yuǎn)離陽極表面的溶液擴(kuò)散的緩慢時(shí)，會使陽極附近的金屬離子濃度增加，阻礙金屬繼續(xù)溶解，必然使陽極電位往正方向移動(dòng)，這種極化成為濃差極化。15. 高溫?zé)岣g：高溫?zé)岣g是指金屬材料在高溫工作時(shí)，基體金屬與沉淀在工作表面的沉積鹽及周圍工作氣體發(fā)生綜合作用而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。16. P-B比：氧化過程中生成氧化膜的體積與生成這些金屬氧化膜所消耗的金屬的體積之比17. 析氫過電位：是電流密度的函數(shù)，因此只有對應(yīng)的電流密度的數(shù)值時(shí)，過電位才具有明確的定量意義。18. 鈍性：金屬或合金在某種條件下，由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為鈍態(tài)的過程稱為鈍化，金屬（合金）鈍化后所具

5、有 的耐蝕性稱為鈍性。19. 腐蝕原電池：只能導(dǎo)致金屬材料破壞而不能對外界做功的短路原電池。20. 吸氧腐蝕：指金屬在酸性很弱或中性溶液里，空氣里的氧氣溶解于金屬表面水膜中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起陽極金屬或合金不斷溶解的腐蝕現(xiàn)象21. 析氫腐蝕：以氫離子作為去極化劑，在陰極上發(fā)生2H+ 2e-=H2T的電極反應(yīng)叫氫去極化反應(yīng)，由氫去極化引起的金屬腐蝕。22. 交換電流密度：一個(gè)電極處于平衡態(tài)時(shí)，電極的氧化和還原兩個(gè)方向正好相反的反應(yīng)仍在不斷進(jìn)行，只是速率相等而宏觀上觀察不到變化。電極處于電化學(xué)平衡時(shí)，正向與逆向電流密度相等時(shí)，其單位電流密度的絕對值。24. 濃差極化：在陽極過程中產(chǎn)生的金屬離子首先進(jìn)

6、入陽極表面附近的溶液中，如果進(jìn)入到溶液中的金屬離子向遠(yuǎn)離陽極表面的溶液擴(kuò)散得緩慢時(shí)，會使陽極附近的金屬離子濃度增加，阻礙金屬繼續(xù)溶解必然 使陽極電位住正方向移動(dòng)，產(chǎn)生陽極極化r =a bln（i/i°）25. 活化極化：是指由于電極反應(yīng)速度緩饅所引起的極化，或者說電極反應(yīng)是受電化學(xué)反應(yīng)速度控制，因 此活化極化也稱電化學(xué)極化。涂層材料一般包括金屬材料和陶瓷材料兩大類。1、說出幾種恒溫氧化的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，并說明其意義。解：直線規(guī)律：y= kt + c, y-氧化膜厚度，t-時(shí)間，k-氧化線性速度常數(shù)。意義：表面氧化膜多孔，不 完整，不具有保護(hù)性，對金屬進(jìn)一步氧化沒有抑制作用。 拋物線規(guī)律：

7、y2=kt+c，表明氧化膜具有保護(hù)性，氧化反應(yīng)的只要控制因素是離子在固態(tài)膜中的擴(kuò)散。 立方規(guī)律：y3=kt+c，擴(kuò)散阻滯作用比膜增厚所產(chǎn)生的阻滯更為嚴(yán)重。 對數(shù)與反對數(shù)規(guī)律：y=klg （t+t0 ） +A,說明氧化過程擴(kuò)散阻滯作用遠(yuǎn)比拋物線規(guī)律大。2、 指出高溫氧化理論（wagner）要點(diǎn)，結(jié)合金屬氧化的等效電池模型推導(dǎo)出高溫氧化速度常數(shù)K的表達(dá)式， 并討論式中各參數(shù)的意義.解: wagner理論假定： 氧化物是單相，且密實(shí)、完整，與基體間有良好的吸附性；（2）氧化膜內(nèi)離子、電子、離子空位、電子空位的遷移都是由濃度梯度和電位梯度提供驅(qū)動(dòng)力，而且晶格擴(kuò)散是整個(gè)氧化 反應(yīng)的速度控制因素；（3）氧

8、化膜內(nèi)保持電中性；（4）電子、離子穿透氧化膜運(yùn)動(dòng)彼此獨(dú)立遷移；（5）氧化反應(yīng)機(jī)制遵循拋物線規(guī)律；（6）K值與氧壓無關(guān)。陽極反應(yīng)：Me t Me2+2e 陰極反應(yīng)：1/2 O 2+2e宀O2-電池總反應(yīng)式：1/2O2+Me t MeO參數(shù)意義：na、nc、ne分別為陰、陽離子、電子遷移數(shù)，g為氧化膜比導(dǎo)電，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，E為金屬氧化膜的電動(dòng)勢（ G© = -2FE），D為擴(kuò)散系數(shù)，J為氧化物當(dāng)量3、以不銹鋼在充氣的溶液中孔蝕為例，簡述小孔腐蝕的機(jī)理。蝕孔一旦形成，孔內(nèi)金屬如圖處于活化狀態(tài)（電位較負(fù)），蝕孔外的金屬表面仍處于鈍態(tài)（電位較正）， 于是蝕孔內(nèi)外構(gòu)成了膜孔電池。孔內(nèi)陽極反應(yīng)：

9、Fe t Fe2+2e ;孔外陰極反應(yīng)：1/2O2+H2O+2e t 2OH-孔口 PH升高，產(chǎn)生二次反應(yīng)：（亞鐵離子先與氫氧根生成氫氧化鈉亞鐵再氧化成氫氧化鐵，方程式略） Fe（OH）3沉積在孔口形成多孔的蘑菇狀殼層。使孔內(nèi)外物質(zhì)交換困難，孔內(nèi)介質(zhì)相對孔外介質(zhì)呈滯流狀態(tài)?？變?nèi)Q濃度繼續(xù)下降，孔外富氧，形成氧濃差電池。其作用加速了孔內(nèi)不斷離子化，孔內(nèi)Fe2+濃度不斷增加，為保持電中性，孔外 C向孔內(nèi)遷移，并與孔內(nèi)形成可溶性鹽FeCI2?？變?nèi)氯化物濃縮、水解等使PH值下降，PH值可達(dá)23。點(diǎn)蝕以自催化過程不斷發(fā)展下去?？椎?，由于孔內(nèi)的酸化，H+去極化的發(fā)生及孔外氧去極化的綜合作用，加速了孔底金屬

10、的溶解速度。4、簡述人體環(huán)境中金屬植入材料可能發(fā)生哪些腐蝕，其特點(diǎn)和危害如何？均勻腐蝕：在人體環(huán)境中，問題是均勻腐蝕產(chǎn)物的生物相容性。嚴(yán)重影響生物的相容性，增加病人痛 苦甚至危及生命。點(diǎn)腐蝕：鈦合金及鉆鉻鉬合金點(diǎn)蝕傾向小，不銹鋼點(diǎn)蝕傾向大。電偶腐蝕：選用材料不同就容易長生電偶腐蝕縫隙腐蝕：多零件植入裝置，會遭受縫隙腐蝕，不銹鋼植入器件磨損腐蝕：是由于植入器件之間反復(fù)的，相對的華東所造成的表面磨損與腐蝕環(huán)境的綜合作用結(jié)果 晶間腐蝕：是不銹鋼最易發(fā)生的一種腐蝕形式，危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。腐蝕疲勞：耐腐蝕疲勞性能很重要。5、結(jié)合陰極性元素對可鈍化體系腐蝕規(guī)律影響的示意圖，說明陽極曲線中主要的特征參數(shù)及每

11、一部分的含義。并描述加入陰極性合金元素促進(jìn)陽極鈍化的過程和特點(diǎn)。參數(shù)：Er：自腐蝕電位；Eb：臨界鈍化點(diǎn)位；Ep：鈍化點(diǎn)位；Eop：過鈍化點(diǎn)位；ip :維鈍電流密度；ib : 致鈍電流密度A-B區(qū)活性溶解區(qū)。金屬的自腐蝕電位ER到臨界鈍化電位 Eb之間為活性溶解區(qū)，即 A-B區(qū)。金屬電極的陽極電流密度隨電位升高而增大。金屬處于活性溶解狀態(tài)，以低價(jià)形式溶解。B-C區(qū)活化-鈍化過渡區(qū)。當(dāng)電極電位達(dá)到臨界鈍化電位Eb態(tài)時(shí)，金屬表面發(fā)生突變，電位繼續(xù)增加，電流急劇下降，金屬由活化態(tài)進(jìn)入鈍化態(tài)。此時(shí)，金屬表面上生成過渡氧化物。對應(yīng)B點(diǎn)的Eb和ib分別稱為致鈍電位和致鈍電流密度。B點(diǎn)標(biāo)志著金屬鈍化的開始，

12、具有特殊的意義。C-D區(qū)，鈍化區(qū)或穩(wěn)定鈍化區(qū)。在這個(gè)區(qū)金屬處于鈍態(tài)并以ip （維鈍電流密度）的速度溶解著。ip基本上與電極電位無關(guān)，即隨著電位增加，在一個(gè)相當(dāng)寬的電位范圍內(nèi)。金屬陽極溶解速度幾乎保持不變。此 時(shí)金屬表面上可能生成一層耐蝕性好的高價(jià)氧化物膜。D-E區(qū)，過鈍化區(qū)。過鈍化區(qū)的特征是陽極電流密度再次隨電位的升高而增加。當(dāng)電位超過Eop時(shí)，金屬溶解速度急劇增加?？赡苁怯捎谘趸みM(jìn)一步氧化生成更高價(jià)的可溶性的氧化物的緣故。加入陰極性合金元素促進(jìn)陽極鈍化的過程和特點(diǎn)這種途徑適用于可能鈍化的金屬體系（合金與腐蝕環(huán)境）。金屬或合金中加入陰極性合金元素，可促使合 金進(jìn)入鈍化狀態(tài)，從而形成耐蝕合金。

13、陰極過程的極化曲線為 Ec-CI如加入的陰極性合金元素的活性不足（量不足），體系不穩(wěn)定。陰極極化曲線由Ec-CI變?yōu)镋C-C2;加入陰極化極性合金元素（適量），產(chǎn)生強(qiáng)烈的陰極去極化作用。此時(shí)電位已達(dá)到致鈍電位，最大電流超過了鈍化臨界電流密度流密度，合金進(jìn)入鈍態(tài)。極化曲線變?yōu)镋C-C3如加入過量的陰極性元素，使陰極活性過強(qiáng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的過鈍化溶解或點(diǎn)蝕。極化曲線變?yōu)?EC-C46、金屬高溫氧化產(chǎn)物有幾種形態(tài)，簡要說明固態(tài)氧化膜生長機(jī)制及氧化膜具有保護(hù)作用的充分與必要條件。解：3種，固液氣。固態(tài)氧化膜生長機(jī)制：氣體在金屬表面上吸附氧溶解在金屬中，進(jìn)而在金屬表面形成氧化物薄膜或獨(dú)立的氧化物核連續(xù)的氧化

14、膜覆蓋在金屬表面上時(shí)，氧化膜就將金屬與氣體分離開來，必須通過中性原子 或電子離子在氧化膜中的遷移來實(shí)現(xiàn)氧化膜生長。充分必要條件：充分：膜要致密，連續(xù)，無孔洞、晶體缺陷穩(wěn)定性好，蒸汽壓低，熔點(diǎn)高膜與基體附著力強(qiáng)，不易 脫落生長內(nèi)應(yīng)力小與金屬基體具有相近的熱膨脹系數(shù)膜的自愈能力強(qiáng)必要：PBR> 1，但PBR不能>> 17、鉛試樣浸入PH=2溫度為40'C，已除氧的酸溶液中，計(jì)算P6+能達(dá)到的最大濃度。解：陰極反應(yīng) 2H+2e=H2 Eec=-0.059 x（ 313/298 ） PH= -0.248V陽極反應(yīng)：Pb=Pf+eEea=E+0.02955 x（ 313/298

15、 ） IgC pb2+= -0.126+0.031lgC Pb2+當(dāng) Eea=Eec時(shí)，62+ 達(dá)到最大，所以：-0.248=-0.126+0.031lgC Pb2+計(jì)算得：CPb2+=1.16 x 10A-4moI/L&根據(jù)極化圖說明陰極保護(hù)原理，并說明陰極保護(hù)的主要參數(shù)，應(yīng)如何選擇這些參數(shù)原理：由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)受到抑制。當(dāng)金屬氧 化反應(yīng)速度降低到零時(shí)，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。保護(hù)參數(shù)保護(hù)電位Epr:陰極保護(hù)中所取的極化電位。要使金屬的腐蝕速度降低到零，達(dá)到“完全保護(hù)” （n =100%），必須取陽極反應(yīng)平衡電位作為保護(hù)電位

16、（ Epr= Eea ）。（最小）保護(hù)電流密度ipr ：與保護(hù)電位對應(yīng)的外加極化電流密度叫做保護(hù)電流密度。保護(hù)電位是基本的控制指標(biāo)（在兩個(gè)保護(hù)參數(shù)中）。確定保護(hù)電位時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素：第一，Epr值（越負(fù)越好）；第二，析氫反應(yīng)的影響。9、根據(jù)極化圖說明陽極保護(hù)原理，并說明陽極保護(hù)的主要參數(shù)，應(yīng)如何選擇這些參數(shù)原理：對具有活態(tài)一鈍態(tài)轉(zhuǎn)變而不能自鈍化的腐蝕體系，通過外加陽極極化電流，使金屬的電位正移到穩(wěn) 定鈍化區(qū)內(nèi)，金屬的腐蝕速度就會大幅度降低，這種防護(hù)方法稱為陽極保護(hù)。保護(hù)參數(shù)：致鈍電流密度i致：使金屬鈍化所需的外加陽極極化電流密度。維鈍電流密度i維：鈍化區(qū)所對應(yīng)的陽極極化電流密度。i維用于

17、維持金屬的鈍態(tài)，在陽極保護(hù)中反映日常的電耗和鈍化后金屬的腐蝕速度。i維越小，陽極保護(hù)的效果越好。維鈍區(qū)電位范圍EppEtp :反映金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定程度，鈍化區(qū)電位范圍越寬，金屬鈍化后不容易活化或過 鈍化。10、按緩蝕劑機(jī)理，緩蝕劑可以分為幾種類型？簡要說明各類緩蝕劑的電化學(xué)原理。緩蝕劑是一種從適當(dāng)濃度和形式存在于環(huán)境介質(zhì)時(shí)可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物質(zhì)。 按照緩蝕機(jī)理：分為陽極型、陰極型、混合型。陽極型：大部分是氧化劑，如過氧化氫、重鉻酸鹽、鉻酸鹽、亞硝酸鈉、硅酸鹽等，這類緩蝕劑常用于中 性介質(zhì)中。能使腐蝕電位正向移，陽極的極化率增加。陰極型：能抑制陰極過程，增加陰極極化，從而使腐蝕電位

18、負(fù)移。混合型：既能阻滯陽極過程，又能阻滯陰極過程。11、什么是陽極保護(hù)和陰極保護(hù)，請說明陽極保護(hù)和陰極保護(hù)的相同點(diǎn)和區(qū)別。陽極保護(hù)：對具有活態(tài)一鈍態(tài)轉(zhuǎn)變而不能自鈍化的腐蝕體系，通過外加陽極極化電流，使金屬的電位正移 到穩(wěn)定鈍化區(qū)內(nèi)，金屬的腐蝕速度就會大幅度降低，這種防護(hù)方法稱為陽極保護(hù)。陰極保護(hù)：把被保護(hù)金屬作為陰極，通過外加陰極極化以防止或減緩金屬腐蝕的方法。陽極保護(hù)陰極保護(hù)相同只能用于電解質(zhì)溶液的連續(xù)液相部分；所需極化電流必須符合經(jīng)濟(jì)要求；設(shè)備結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。'不同1、（本質(zhì)上）陽極極化時(shí)，金屬腐蝕傾冋增 大，只適于能陽極鈍化體系。1、陰極極化時(shí)，金屬腐蝕傾冋減小， 到達(dá)穩(wěn)定區(qū)則金 屬不會腐蝕，故原理上適用于一切腐蝕體系。2、鈍化前要經(jīng)過電解腐蝕階段 ，維鈍電流 密度對應(yīng)于保護(hù)下的腐蝕速度。2、不會產(chǎn)生電解腐蝕，保護(hù)電流和設(shè)備腐蝕速度沒 有直接關(guān)系。3、控制電位要求高3、控制電位要求低4、致鈍電流大，而維鈍電流小，投資費(fèi)用 高，日常操作費(fèi)用低。4、極化電流變化不大，投資費(fèi)用較低，而日常操作 費(fèi)用較陽極保護(hù)高。5、強(qiáng)氧化性介質(zhì)中保護(hù)效果好5、多用于弱和中等程度腐蝕環(huán)境。（特別