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1、西川大学材料学院2013-2014学年材料腐袖 与防护复习提纲名词解释1. 哈菲价法则半导体类型加入合金元素相对基体金属的原子价导电率氧化速度n 型 ZnO、TiO、Li低减小增加A1203、 Fe2O3Al高增加降低P 型 NiO、Cu20、Li低增加降低Fe0、Cr203、Fe304Or高减小增加2. 应力腐蚀：应力腐蚀是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的 脆性断裂。3. 晶间腐蚀：晶间腐蚀是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。这种腐蚀是在金属（合金）表面无任何变化情况下，使晶粒间失去 亲和力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。4. 全面腐蚀：全
2、面腐蚀是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的也可是不 均匀的。5. 选择腐蚀：选择性腐蚀是指多元合金中较活泼组分或负电性金属的优先溶解, 这种腐蚀只发生在二元或多元固溶体中。6. 腐蚀疲劳：腐蚀疲劳是指材料或构建在交应力与腐蚀环境共同作用下产生的 脆性断裂。7点（孔）腐蚀：点腐蚀（孔蚀）是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米 范围内且纵深发展的腐蚀形式，简称点蚀8. 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 肉眼看不见的薄液膜层（lOnmum）发生的腐蚀9. 湿大气腐蚀：湿大气腐蚀指金属在相对湿度大于100%,如水分以雨、雾、水 等形式直接溅落在金属表面上，
3、表面存在肉眼可看见的水膜（lunTlmm）发生的 腐蚀。10. 牺牲阳极法阴极保护：把被保护的金属（阴极）和比它更活泼的金属（阳极） 相连接，在电解质溶液中构成宏观电池，依靠活泼阳极金属不断溶解产生的阴极 电流对金属进行阴极极化。11. 加入合金中的某些元素与氧优先发生氧化反应，从而形成保护性的氧化膜， 避免基体金属的氧化，成为选择性氧化。12. 杂散电流腐蚀：杂散电流腐蚀是一种漏电腐蚀现象，其主要来源是应用直流 电的大功率电气装置，由于绝缘不好产生的杂散电流引起宏观电池的腐蚀。13. 电化学保护：电化学保护是指通过施加外电动势将被保护金属的电位移向免 蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法
4、。14. 浓差极化：在阳极过程中，产生的金属离子首先进入阳极表面附近的溶液中, 如果进入到溶液中的金属高子向远高阳极表面的溶液扩散的缓慢时，会使阳极附 近的金属离子浓度增加，阻碍金属继续溶解，必然使阳极电位往正方向移动，这 种极化成为浓差极化。15. 高温热腐蚀：高温热腐蚀是指金属材料在高温工作时，基体金属与沉淀在工 作表面的沉积盐及周围工作气体发生综合作用而产生的腐蚀现象。16. P-B比：氧化过程中生成氧化膜的体积与生成这些金属氧化膜所消耗的金属 的体积之比17. 析氢过电位：是电流密度的函数，因此只有对应的电流密度的数值时，过电 位才具有明确的定量意义。18. 钝性：金属或合金在某种条件
5、下，由活化状态转化为钝态的过程称为钝化， 金属（合金）钝化后所具有的耐蚀性称为钝性。19. 腐蚀原电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做功的短路原电池。20. 吸氧腐蚀：指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面 水膜中发生电化学反应引起阳极金属或合金不断溶解的腐蚀现象21 .析氢腐蚀：以氢离子作为去极化剂，在阴极上发生2H+2e-=H2f的电极反 应叫氢去极化反应，由氢去极化引起的金属腐蚀。22. 交换电流密度：一个电极处于平衡态时，电极的氧化和还原两个方向正好相 反的反应仍在不断进行，只是速率相等而宏观上观察不到变化。电极处于电化学 平衡时，正向与逆向电流密度相等时，其单位
6、电流密度的绝对值。23. 塔菲关系：析氢过电位与电流密度之间呈现半对数关歹24. 浓差极化：在阳极过程中产生的金属离子首先进入阳屋”四液中， 如果进入到溶液中的金属离子向远离阳极表面的溶液扩散得缓慢时，会使阳极附 近的金属离子浓度增加，阻碍金属继续溶解.必然使阳极电位住正方向移动，产 生阳极极化25. 活化极化：是指由于电极反应速度缓馒所引起的极化，或者说电极反应是受 电化学反应速度控制，因此活化极化也称电化学极化。涂层材料一般包括金属材料和陶瓷材料两大类。1、说出几种恒温氧化的动力学规律，并说明其意义。解：直线规律：y=kt + c, y-氧化膜厚度，t-时间，k-氧化线性速度常数。意 义：
7、表面氧化膜多孔，不完整，不具有保护性，对金属进一步氧化没有抑制作用。%1 抛物线规律：y2二kt+c,表明氧化膜具有保护性，氧化反应的只要控制因素是 离子在固态膜中的扩散。%1 立方规律：y3二kt+c,扩散阻滞作用比膜增厚所产生的阻滞更为严重。%1 对数与反对数规律：y=klg （t+tO） +A,说明氧化过程扩散阻滞作用远比抛物 线规律大。2、指出高温氧化理论（wagner）要点，结合金属氧化的等效电池模型推导出高 温氧化速度常数K的表达式，并讨论式中各参数的意义.W： wagner理论假定： 氧化物是单相，且密实、完整，与基体间有良好的 吸附性；（2）氧化膜内离子、电子、离子空位、电子空
8、位的迁移都是由浓度梯 度和电位梯度提供驱动力，而且晶格扩散是整个氧化反应的速度控制因素；（3） 氧化膜内保持电中性；（4）电子、离子穿透氧化膜运动彼此独立迁移；（5）氧 化反应机制遵循抛物线规律；（6） K值与氧压无关。阳极反应:Me - Me+2e阴极反应：1/2 02+2e - 02电池总反应式：l/202+MeMeO参数意义：na、nc、ne分别为阴、阳离子、电子迁移数，g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（宜回二-2FE） , D为扩散系数，J 为氧化物当量3、以不锈钢在充气的溶液中孔蚀为例，简述小孔腐蚀的机理。蚀孔一旦形成，孔内金属如图处于活化状态（电位较负），
9、蚀孔外的金属表面仍 处于钝态（电位较正），于是蚀孔内外构成了膜 孔电池。孔内阳极反应：FeFe2+2e；孔外阴极反应：l/202+H20+2e - 20H-孔口 PH升高，产生二次反应：（亚铁离子先与氢氧根生成氢氧化钠亚铁再氧化 成氢氧化铁，方程式略）Fe（OII）3沉积在孔口形成多孔的蘑菇状壳层。使孔内外物质交换困难，孔内介质 相对孔外介质呈滞流状态。孔内浓度继续下降，孔外富氧，形成氧浓差电池。 其作用加速了孔内不断离子化，孔内F/.浓度不断增加，为保持电中性，孔外C1 向孔内迁移，并与孔内形成可溶性盐FeC124孔内氯化物浓缩、水解等使PH值下 降，PH值可达23。点蚀以自催化过程不断发展
10、下去。孔底，由于孔内的酸化，汁去极化的发生及孔外氧去极化的综合作用，加速了孔 底金属的溶解速度。4、简述人体环境中金属植入材料可能发生哪些腐蚀，其特点和危害如何？ 均匀腐蚀：在人体环境中，问题是均匀腐蚀产物的生物相容性。严重影响生 物的相容性，增加病人痛苦甚至危及生命。点腐蚀：钛合金及钻铭钥合金点蚀倾向小，不锈钢点蚀倾向大。电偶腐蚀：选用材料不同就容易长生电偶腐蚀缝隙腐蚀：多零件植入装置，会遭受缝隙腐蚀，不锈钢植入器件磨损腐蚀：是由于植入器件之间反复的，相对的华东所造成的表面磨损与腐 蚀环境的综合作用结果晶间腐蚀：是不锈钢最易发生的一种腐蚀形式，危害是相当严重的。腐蚀疲劳：耐腐蚀疲劳性能很重要
11、。5、结合阴极性元素对可钝化体系腐蚀规律影响的示意图，说明阳极曲线中主要 的特征参数及每一部分的含义。并描述加入阴极性合金元素促进阳极钝化的过程 和特点。参数：Er：自腐蚀电位;Eb：临界钝化点位；Ep：钝化点位；Eop：过钝化点位; ip：维钝电流密度；ib：致钝电流密度A-B区活性溶解区。金属的自腐蚀电位ER到临界钝化电位Eb之间为活性溶解区, 即A-B区。金属电极的阳极电流密度随电位升高而增大。金属处于活性溶解状态, 以低价形式溶解。B-C区活化-钝化过渡区。半电极电位达到临界钝化电位Eb态时，金属表面发生 突变，电位继续增加，电流急剧下降，金属由活化态进入钝化态。此时，金属 表面上生成
12、过渡氧化物。对应B点的Eb和ib分别称为致钝电位和致钝电流密度。B点标志着金属钝化的 开始，具有特殊的意义。C-D区，钝化区或稳定钝化区。在这个区金属处于钝态并以ip （维钝电流密度） 的速度溶解着。ip基本上与电极电位无关，即随着电位增加，在一个相当宽的 电位范围内。金属阳极溶解速度几乎保持不变。此时金属表面上可能生成-层耐 蚀性好的高价氧化物膜。D-E区，过钝化区。过钝化区的特征是阳极电流密度再次随电位的升高而增加。 当电位超过Eop时，金属溶解速度急剧增加。可能是由于氧化膜进一步氧化生成 更高价的可溶性的氧化物的缘故。加入阴极性合金元素促进阳极钝化的过程和特点这种途径适用于可能钝化的金属
13、体系（合金与腐蚀环境）。金属或合金中加入阴 极性合金元素，可促使合金进入钝化状态，从而形成耐蚀合金。阴极过程的极化曲线为Ec-Cl如加入的阴极性合金元素的活性不足（量不足），体系不稳定。阴极极化曲线由 Ec-Cl 变为 Ec-C2；加入阴极化极性合金元素（适量），产生强烈的阴极去极化作用o此时电位已 达到致钝电位，最大电流超过了钝化临界电流密度流密度，合金进入钝态。极化 曲线变为Ec-C3如加入过量的阴极性元素，使阴极活性过强，产生强烈的过钝化溶解或点蚀。极 化曲线变为Ec-C46、金属高温氧化产物有儿种形态，简要说明固态氧化膜生长机制及氧化膜具有 保护作用的充分与必要条件。解：3种,固液气。
14、固态氧化膜生长机制：气体在金属表面上吸附氧溶解在金属中，进而在金属 表面形成氧化物薄膜或独立的氧化物核连续的氧化膜覆盖在金属表面上时，氧 化膜就将金属与气体分离开来，必须通过中性原子或电子离子在氧化膜中的迁移 来实现氧化膜生长。充分必要条件：充分：膜要致密，连续，无孔洞、晶体缺陷稳定性好，蒸汽压低，熔点高 膜与基体附着力强，不易脱落生长内应力小与金属基体具有相近的热膨胀系 数膜的自愈能力强必要：PBR1,但PBR不能 17、铅试样浸入PH=2,温度为40C,已除氧的酸溶液中，计算Pb”能达到的最大 浓度。解：阴极反应 2H+2e=H2 Eec=-0. 059 X (313/298 ) PH=
15、-0.248V阳极反应：Pb=Pb*2+eEea=E+0. 02955 X (313/298) lgCpB2*= 0. 126+0. 0311gCPb2.当 Eea=Eec 时，C阪达到最大，所以：-0. 248=-0. 126+0. 0311gCPb2.计算得：Cib2+=1. 16X 10 -4mol/L8、根据极化图说明阴极保护原理，并说明阴极保护的主要参数，应如何选择这 些参数原理：由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化 反应受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极 反应。保护参数保护电位Epr：阴极保护中所取的极化电位。要使金属的腐蚀速度降低到零，达 到“完全保护（n=100%）,必须取阳极反应平衡电位作为保护电位（Epr= Eea）。 （最小）保护电流密度ipr：与保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密 度。保护电位是基本的控制指标（在两个保护参数中）。确定保护电位时应考虑两个方面的因素：第Epr值（越负越好）；第二，析 氢反应的影响。9、根据极化图说明阳极保护原理，并说明阳极保护的主要参数，应如何选择这 些参数原理:对具有活态一钝态转变而不能自钝化的腐蚀体系，通过外加阳
