腐蚀与防护课后作业

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1、1 请 你 谈 谈 对 金 属 高 温 腐 蚀 的 理 解 。 （ 20 分 ） 、 定 义 ： 金 属 材 料 与 环 境 介 质 在 高 温 下 发 生 不 可 逆 转 的 化 学 反 应而 退 化 的 过 程 称 为 高 温 腐 蚀 、 形 成 条 件 ： 高 温 腐 蚀 条 件 ： 高 温 和 介 质 ； 高 温 与 材 料 熔 点 和活 度 有 关 ， 不 同 材 料 高 温 是 变 化 的 ； 介 质 ： 不 同 介 质 有 不 同高 温 腐 蚀 类 型 。 金 属 材 料 在 高 温 下 与 环 境 气 氛 中 的 氧 、 硫 、碳 、 氮 等 元 素 发 生 化 学 或 者 电

2、 化 学 反 应 而 导 致 的 变 质 或 者 破坏 。 高 温 腐 蚀 并 无 严 格 的 温 度 界 限 ， 通 常 认 为 ， 当 工 作 温 度达 到 其 熔 点 的 0.3 0.4 以 上 时 ， 就 可 认 为 是 高 温 腐 蚀 环 境 。 、 原 理 ： 氧 化 是 高 温 腐 蚀 中 最 常 见 的 一 种 形 式 ； 将 金 属 高温 氧 化 反 应 方 程 式 写 成 2Me + O2 = 2MeO 当 G 0， 金 属 不 可 能 发 生 氧 化 ； 反 应 向 逆 方 向 进 行 ， 氧 化 物分 解 。 、 分 类 ： 高 温 气 体 介 质 腐 蚀 、 高 温

3、液 体 介 质 腐 蚀 、 高 温 固 体 介质 腐 蚀 ； 、 影 响 因 素 ： 影 响 高 温 腐 蚀 的 因 素 有 ： 材 料 的 合 金 成 分 以 及 制备 工 艺 ； 温 度 -温 度 升 高 ， 金 属 氧 化 的 速 率 显 著 增 大 ； 氧压 -对 于 金 属 过 剩 型 氧 化 物 ， 速 率 与 氧 压 无 关 ， 对 于 金 属 离子 不 足 型 氧 化 物 ， 随 着 氧 压 增 大 ， 速 率 先 增 大 后 平 缓 ； 气 体介 质 -燃 烧 产 物 对 金 属 的 高 温 氧 化 影 响 很 大 ； 含 硫 气 体 加 速高 温 腐 蚀 ； 、 预 防 措

4、 施 ： 选 择 适 当 的 抗 腐 蚀 材 料 ； 表 面 施 加 防 护 涂 层 ； 控 制环 境 中 的 盐 和 其 他 杂 质 的 含 量 ； 改 进 构 件 的 结 构 设 计 ； 采 取 冷却 技 术 等 等 ； 2 请 简 述 碳 钢 材 料 在 土 壤 环 境 下 发 生 电 化 学 腐 蚀过 程 ， 并 采 取 哪 些 有 效 措 施 进 行 防 护 。 （ 20 分 ）、金属在土壤中的腐蚀特点 金属材料受到周围土壤介质的化学，电化学作用而产生的破坏，称为金属的土壤腐蚀。土壤中的金属的腐蚀发生在含水的环境下，在性质上属电化学过程。 随由于着环境及土壤性质的改变，金属管道的土壤

5、腐蚀越来越严重。由于土壤具有多相性和不均匀性, 并且具有很多微孔可以渗透水及气体, 因此不同土壤具有不同的腐蚀性, 又由于土壤具有相对的稳定性, 使得土壤腐蚀和其他电化学腐蚀过程不同。在土壤中, 氧的传递通过土壤孔隙输送, 其传送速取决于土壤的结构和湿度, 在不同的土壤中氧的渗透率会有很大差别。在土壤中除具有可能生成的多相组织不均一性有关的腐蚀微电池外, 还会因土壤介质的宏观差别而造成宏腐蚀电池。、碳钢在土壤中的腐蚀机理 土壤中的碳钢的腐蚀发生在含水的环境下，在性质上属电化学过程。潮湿的土壤是电解质。金属管道的腐蚀过程涉及金属失去电子（氧化反应）的过程，见式（1）, 而失去的电子被另外的还原反

6、应所消耗，例如氧和水的还原反应，分别见式（2）和式(3):氧化反应一般称为阳极反应，而还原反应一般称为阴极反应，两个电化学反应对腐蚀的发生是必不可少的，氧化反应造成了金属的实际损失。、碳钢在土壤腐蚀中的防护措施 (1) 形成保护层 在碳钢表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的；(2) 改善腐蚀环境 改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速

7、率的物质（称缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。(3) 电化学保护法 电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。3 请 你 谈 谈 钢 铁 材 料 在 自 然 环 境 下 的 腐 蚀 特 征 。（ 15 分 ） 、 大 气 环 境 下 的 腐 蚀 特 征 ： 大 气 腐 蚀 分 类 ： 按 水 膜 划 分 ： 干大 气 腐 蚀 （ ） ： 110nm； 潮 大 气 腐 蚀 （ ） ： 10nm1 m；湿 大 气 腐 蚀 （ ） ： 1mm大 气 腐 蚀 机 理 （ 1） 初 始 （ 理 想 态 ） 阳 极 ： Fe - 2e Fe2+阴

8、 极 ： O2 + 2H2O + 4e 4OH-(在 碱 性 和 中 性 水 膜 ) O2 + 4H+ +4e 2H2O（ 在 弱 酸 性 水 膜 ） （ 2） 锈 层 下 （ 实 际 状 态 ）阳 极 ： Fe - 2e Fe2+ (发 生 在 金 属 /Fe3O4 界 面 ) 阴 极 ：6FeOOH + 2e 2Fe3O4 + 2H2O + 2OH- （ 发 生 在Fe3O4/FeOOH 界 面 ） （ 3） 大 气 成 分 大 气 中 还 含 有SO2、 H2S、 NH3 等 均 不 同 程 度 影 响 水 膜 酸 、 碱 性 ， 起 加 速 钢 铁 电化 学 锈 蚀 程 度 。 、 海

9、 水 腐 蚀 环 境 特 点 海 水 高 含 盐 量 ， 电 导 率 很 高 ， 非 常 有利 于 电 化 学 腐 蚀 ； 溶 解 氧 基 本 饱 和 ， 随 水 温 和 水 深 略 有 变化 ； 海 水 流 速 大 ， 对 腐 蚀 有 加 速 作 用 ； 海 洋 生 物 附 着 金 属上 ， 易 形 成 缝 隙 腐 蚀 。 、 金 属 在 土 壤 中 的 腐 蚀 特 点 土 壤 由 固 、 气 、 液 组 成 的 多相 质 介 质 ； 土 壤 成 分 变 化 较 大 ， 酸 性 、 碱 性 和 盐 份 等 ； 不均 匀 性 ， 如 长 输 管 道 的 腐 蚀 介 质 ， 长 距 离 的 土

10、壤 腐 蚀 环 境 差 别 较 大 ； 微 生 物 的 腐 蚀 ； 地 面 各 类 建 筑 物 杂 散 电 流 腐 蚀 影 响 。 土 壤电 化 学 腐 蚀 原 理 ： 阳 极 ： 金 属 腐 蚀 ； 阴 极 ： 吸 氧 或 析 氢 ；4 请 你 讨 论 亚 硝 酸 钠 、 苯 骈 三 氮 唑 等 添 加 到 循 环水 中 ， 金 属 腐 蚀 程 度 降 低 的 原 因 。 （ 10 分 ）解 答 ： 亚 硝 酸 钠 、 苯 并 三 氮 唑 等 添 加 到 循 环 水 中 ， 金 属 腐 蚀 程 度降 低 ， 这 是 缓 蚀 剂 原 理 的 典 型 应 用 ； 、 缓 蚀 剂 是 指 那 些

11、用 在 金 属 表 面 起 防 护 作 用 的 物 质 ， 加 入 微 量 或 少量 这 类 物 质 可 使 金 属 材 料 在 该 介 质 中 的 腐 蚀 速 度 明 显 降 低 直 至 为 零 。同 时 还 能 保 持 金 属 材 料 原 来 的 物 理 机 械 性 能 不 变 。 合 理 使 用 缓 蚀 剂 是防 止 金 属 及 其 合 金 在 环 境 介 质 中 发 生 腐 蚀 的 有 效 方 法 。按 缓 蚀 剂 对 金 属 表 面 的 物 理 化 学 作 用 ， 水 处 理 用 缓 蚀 剂 可 分 为 氧 化 膜型 缓 蚀 剂 （ 如 亚 硝 酸 盐 、 钨 酸 盐 、 钼 酸 盐

12、 、 铬 酸 盐 、 重 铬 酸 盐 等 等 膜 ）、 沉 淀 膜 型 缓 蚀 剂 （ 聚 磷 酸 盐 、 锌 盐 、 苯 骈 三 氮 唑 （ BTA） 和 羧 基 苯骈 三 氮 唑 （ MBT） ） 、 吸 附 膜 型 缓 蚀 剂 （ 含 N、 S、 P、 O 原 子 的 极 性有 机 物 ， 如 长 键 脂 肪 胺 、 酸 胺 、 咪 唑 啉 ） 。 其 缓 蚀 剂 机 理 为 ： 在 金 属表 面 形 成 一 层 或 薄 或 厚 的 膜 ， 将 金 属 表 面 与 水 环 境 隔 离 ， 从 而 达 到 缓蚀 的 目 的 。 、 亚 硝 酸 钠 （ NaNO2） 降 低 金 属 腐 蚀

13、程 度 的 原 理 ： 、 亚 硝 酸 钠 为 白 色 粉 末 状 晶 体 ， 密 度 2.618g/cm3(20 )， 熔 点271 。 微 带 咸 味 。 易 潮 解 ， 易 溶 于 水 （ 19 时 为 44.9%） 和 液 氨 中 ，水 溶 液 呈 碱 性 (pH 9)， 微 溶 于 甲 醇 、 乙 醇 、 乙 醚 。 用 酸 加 热 则 释 放出 NO 和 NO2。 久 置 于 空 气 中 能 吸 收 氧 而 逐 渐 转 变 为 硝 酸 钠 。 、 亚 硝 酸 钠 是 对 碳 钢 具 有 良 好 缓 蚀 效 果 的 缓 蚀 剂 。 一 般 认 为 他 是 阳极 型 缓 蚀 剂 ， 它

14、 可 以 使 碳 钢 以 及 铜 、 锌 等 合 金 钝 化 ， 形 成 -氧 化 铁钝 化 膜 ， 从 而 抑 制 多 种 金 属 的 腐 蚀 。 亚 硝 酸 盐 在 碳 钢 表 面 形 成 的 钝 化膜 对 Cl-、 SO2-4 较 为 敏 感 ， 在 Cl-、 SO2-4 浓 度 较 高 时 ， 容 易 产 生 局部 腐 蚀 ， 必 须 投 加 高 浓 度 的 缓 蚀 剂 ， 故 用 作 金 属 防 锈 时 ， 亚 硝 酸 盐 浓度 高 达 0.1%1.5%以 上 ， 有 的 甚 至 超 过 2%。 由 于 他 比 铬 酸 盐 类 缓 蚀 剂的 毒 性 低 ， 而 且 容 易 被 微 生

15、 物 分 解 ， 所 以 在 敞 开 的 水 系 统 中 使 用 困 难 。在 密 闭 式 的 循 环 冷 却 水 系 统 中 ， 在 充 分 采 用 抑 制 微 生 物 的 措 施 后 ， 可以 使 亚 硝 酸 盐 作 缓 蚀 剂 。 一 般 用 作 冷 却 设 备 酸 洗 后 的 钝 化 剂 。 、 亚 硝 酸 钠 是 一 种 不 需 要 有 溶 解 氧 存 在 即 可 使 金 属 钝 化 的 阳 极 抑 制剂 ， 故 主 要 用 于 密 闭 循 环 冷 却 水 系 统 。 属 于 危 险 性 缓 蚀 剂 ， 使 用 浓 度不 足 时 ， 不 仅 没 有 缓 蚀 作 用 ， 反 而 加 速

16、 腐 蚀 ， 使 用 浓 度 通 常 为300500mg/L。 水 质 的 浊 度 低 于 30mg/L， 总 铁 离 子 低 于 3 mg/L 对 亚硝 酸 盐 缓 蚀 性 能 基 本 无 影 响 ， 亚 硝 酸 盐 使 用 水 质 pH 值 最 佳 范 围 在810， 故 常 与 300600mg/L 的 Na2CO3 共 同 使 用 。 水 质 pH 值 小 于 6时 ， 亚 硝 酸 盐 易 分 解 ， 失 去 缓 蚀 作 用 ， 而 促 使 金 属 腐 蚀 。 实 际 使 用 时亚 硝 酸 盐 配 成 浓 度 为 2%3%水 溶 液 ， 并 加 入 0.3%0.6%的 Na2CO3 配合 使 用 。 、 苯 并 三 氮 唑 BTA 降 低 金 属 腐 蚀 程 度 的 原 理 ： 、