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1、金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题第一章 绪论思考题1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏 三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？答:金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体
2、系能量降低。 均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （）VP= h是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V-代表失重腐蚀速度； t是腐蚀时间，单位y；d是金属材料的密度；VP所以的单位是mm/y。增重：V+= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g； S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。失重：失重腐蚀速度()= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g； S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。 计算题计算题1. 根据表1中所列数据
3、分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。表1 解：由题意得：（1）对碳钢在30%HNO3( 25)中有：V=W/st=(18.7153-18.6739)/452(20402034030)0.000001 =0.4694 g/h又d=m/v=18.7154/20400.003=7.798g/cm2h Vp=8.76V/d=8.760.4694/7.798=0.53mm/y对铝在30%HNO3(25)中有：V=W铝/st=(16.1820-16.1347)/2(3040305405)4510-6 =0.3391g/hd=
4、m铝/v=16.1820/(304050.001)=2.697g/cm3说明：碳钢的V比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀（2）对不锈钢在20%HNO3( 25)有：表面积S=20.015220.0150.004=0.00179 m2V=W/st=(22.3367-22.2743)/0.00179400=0.08715 g/ m2h 试样体积为：V=1.520.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76V/d=8.760.08715/7.901=0.097mm/y对铝有：表面积S=20.02220.020.005=0.0
5、0314 m2 V=W/st=(16.9646-16.9151)/0.0031420=0.7882 g/ m2h 试样体积为：V=220.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76V/d=8.760.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85)时有：对不锈钢：V=W/st=(22.3367-22.2906)/0.001792=12.8771 g/ m2hVp=8.76V/d=8.7612.8771/7.901=14.28mm/y对铝：V=W/st=(16.9646-16.9250)/0.0031440=0.3153g/
6、 m2hVp=8.76V/d=8.760.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。3.镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25 C,压力760mmHg(760mmHg=1atm=101325Pa);试样尺寸为20mm20mm0.5mm的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。（在25时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg)解：由题意得：该试样的表面积为：S=2(2020200.5200.5)10-6 =84010-6m压力P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9
7、Pa根据PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为：n=PV/RT=98151.933010-6/8.315(25273.15)=0.01307mol 又根据Mg 2H+Mg2+H2Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol所以：V=nM(Mg)/St=0.0130724.3050/8401010-6100 =3.7817g/m2h查表得：dMg=1.74 g/cm3有： Vp=8.76V/d=8.763.7817/1.74=19.04mm/y4.表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V- 和VP。解：由题意得：根据V=A
8、/nF=icor可知V=（A/nF）Icor/s=55.8450.550.001/226.840.0001=1.4326g/ m2h查表得d(Fe)=7.8g/ cm3Vp=8.76V/d=8.761.4326/7.8=1.61mm/y即铁试样的腐蚀速度V=1.4326 g/h Vp=1.61mm/y补充知识点：1.腐蚀的分类按腐蚀环境分类：大气腐蚀;土壤腐蚀;海水腐蚀;高温气体腐蚀;化工介质腐蚀按腐蚀破坏形态分类：全面腐蚀 局部腐蚀按腐蚀作用的性质分类：电化学腐蚀：（金属和环境的相互作用是电化学反应，腐蚀过程有腐蚀电流产生）。化学腐蚀：（金属和环境的作用是化学反应，腐蚀过程无腐蚀电流产生）。
9、物理腐蚀：（金属和环境相互作用是金属单纯的物理溶解）。第二章 腐蚀电池思考题1. 腐蚀电池的概念和特点以及形成腐蚀电池的原因，与作为化学电源的原电池的区别在哪里？为什么干电池本身不是腐蚀电池，而锌壳内表面上形成的原电池是腐蚀电池？答：腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。 特点：腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。(3)形成腐蚀电池原因：这是因为金属方面和环境方面存在电化学不均一性。金属材料方面：金属材料的成份
10、不均匀性、金属表面的状态不均匀性、金属组织结构不均匀性、应力和变形的不均匀性、“亚微观”不均匀性。环境方面：金属离子浓度差异；溶解氧浓度差异；温度差异。（4）与化学电源的原电池的区别：原电池的氧化还原反应是分开进行的，即阳极氧化，阴极还原；腐蚀电池则在发生腐蚀位置同时同地进行反应。原电池是特殊的异相催化反应，受电极界面双电层影响较大。原电池中物质进行转变过程中有电子通过外电路；腐蚀电池工作中产生的电流完全消耗在电池内部。（5）干电池本身不止锌壳内表面上的反应,干电池包括锌的电解反应和二氧化锰与氢气的反应,所以干电池本身不是腐蚀电池,而锌壳内表面上形成的原电池只导致锌材料破坏而不对外做有用功，是
11、腐蚀电池。2. 举例说明腐蚀电池的工作环节。解：以含杂质铜锌块浸于盐酸溶液中为例阴极反应 金属的氧化反应，当氧化反应产物是可溶性离子时，一 般形式写成：MeMen+ne。 Zn=Zn2+2e-阳极反应 溶液中的某些物质D的还原反应，一般形式：D+meDe 2H+2e=H2电流回路 金属部分：电子的定向运动（电子由阳极流到阴极） 溶液部分：离子的定向运动（阴离子由阴极向阳极迁移，阳离子由阳极向阴极迁移）在金属内部电流从阴极到阳极，在溶液内部里电流从阳极到阴极，形成闭合回路。2.Evans极化图的意义和作法，用Evans极化图表示腐蚀电流的影响因素，请用Evans极化图说明，铁和锌在同样的酸溶液中
12、，虽然锌的平衡电位比铁的平衡电位更负，但由于析氢反应在锌上更难进行，因为锌的腐蚀电池比铁的腐蚀电流小答：1）Evans极化图的作法：在极化曲线图上忽略极化曲线的具体形状而用直线表示便得到Evans极化图。（若阴极和阳极的极化电位与电流的关系式线性的，就可以得到由直线表示的腐蚀极化图，称为Evans极化图）2）用Evans极化图表示影响腐蚀电流的因素当起始电位差（E0c-E0a）增大，腐蚀电流增大；当腐蚀电池的工作阻力增大（Pc,Pa或R同时或分别增大），则腐蚀电流减小。这些影响用Evans极化图表示十分清楚。 3）用Evans极化图表示腐蚀电池的控制类型阴极极化控制PcPa,R可以忽略，即阴极
13、反应的阻力在总阻力中占控制地位;阳极极化控制PaPc,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位;欧姆电阻控制RPa,Pc,总阻力中以欧姆电阻为主。计算题1. 将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为 +0.05V和 0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆电阻为200(1) 原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec Ea 是多少？(2) 阳极极化值 DEa与阴极极化值 DEc的绝对值之和Ea + |DEc|等于多少?(3) 如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？(4) 如果使用零电
14、阻电流表，且溶液电阻可以忽略不计，那么电流达到稳态后，阳极与阴极的电位差Ec Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和Ea+|Ec| 等于多少？电流表的指示又为多少？解：由题意得：（1）根据Ec-Ea=IR 则有:Ec-Ea=IR=0.51mA200欧=30mV=0.03V 即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V（2）Ea=Ea-Eoa |Ec|=Eoc-EcEa|Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.85V即阳极极化值Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和为0.85V。（3）如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0 ，Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.050.83)/200=0.0044A=4.4mA即电流表指示应为4.4mA。（4）当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差 Ec=Ea，则有：电位差Ec-Ea=0由（2）知：Ea|Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-EcEa-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/0.1510-3=5666.7I=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)=(0.05
