材料腐蚀与防护概论课程总结与样卷

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 y = k t ✓ 抛物线规律 y2=2kt ✓ 立方规律 y3 = 3kt ✓ 对数规律 y=k ⋅ln(t+c1)+c2 ✓ 反对数规律 1/y=c -k ⋅lnt

2、析氢腐蚀：以氢离子还原反应为阴极过程的金属腐蚀

必要条件：金属的电极电位低于氢离子还原反应的电位：EM < EH

EH ：析氢电位（等于氢的平衡电位E0,H 与析氢过电位ηH 之差 EH=E0, H −ηH ） 3、吸氧腐蚀：以溶解氧的还原反应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：EM

吸氧腐蚀

去极化剂性质

带点氢离子，迁移速度与扩散能力都大

中性氧分子，只能靠扩散和对流传播 去极化剂浓度 浓度大，酸性溶液中H+放电，中性或碱性溶

液为-

-

+→+OH H e O H 2

浓度不大，在一定条件下，溶解度受到限制

阴极控制

主要是活化极化

c H i nF

RT

i nF RT lg 3.2lg 3.202

ααη+-

= 主要是浓差极化

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=

d c

o i i nF RT 1lg 3.22

η 阴极反应产物 以H2泡逸出，电极表面溶液得到附加搅拌

产物只能靠扩散或迁移离开，无气泡逸出

4、应力作用下的腐蚀：材料在应力（外加的、残余的、化学变化或相变引起的）和腐蚀环境介质协同作用下发生的开裂或断裂现象。

包括：应力腐蚀开裂、氢致开裂、磨损腐蚀、腐蚀磨损、腐蚀疲劳、冲刷腐蚀、空泡腐蚀、微动腐蚀 从宏观或微观角度看，这些腐蚀破坏都涉及断裂过程，断裂是由环境因素引起的，也统称环境断裂。 应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking —SCC ）受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性断裂现象。 在某种特定的腐蚀介质中：

材料在不受应力时可能腐蚀甚微；受到一定的拉伸应力时（即使远低于屈服强度），经过一段时间后，即使是延展性很好的金属也会发生脆性断裂

断裂事先没有明显的征兆，往往造成灾难性的后果。

SCC 机理可以分为两大类：阳极溶解型机理、氢致开裂型机理 5、过电位与电流密度的关系：

2O Zn 32O 212O e 22Al O Al ++'+=∙O

Zn '22

2O 2Li O 21e 2O Li +=+'+

ηa e a i a

lg i +如果选取平衡电位E e 为电位坐标的零点，E 的数值就表示电极电位与平衡电位的差值，即过电位η

2.3RT 0 2.3RT

lg 2.3RT 0 2.3RT

lg lg i c

anF anF

= E −E = E = −(1 −a )nF (1 −a )nF η

c

e i c += E −E = −E = −i = i = i 0

2.3RT i a

(1 −a )nF i 0

lg i 0 +lg i c =

2.3RT 2.3RT 2.3RT i c

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电化学步骤的基本动力学参数

••实际上，平衡电位时

0 0

a c

交换电流密度

lg ηa = −lg i 0 +lg i a =

2.3RT (1 −a )nF 2.3RT (1 −a )nF lg anF anF anF i 0

ηc = −

极化电流密度与过电位间关系:

巴特勒-沃尔默（Butler-Volmer ）方程

lg i 0 +60

i c >> i a

i a >> i c

ηa )(1 −a )nF

RT

i a = i 0 exp(

αnF

RT

ηc )i c = i 0 exp(

单电极反应：强极化时（高过电位）

在过电位比较大的情况下反应中的逆过程可以忽略不计当阴极极化很大（～ηc >100/n mV ）

当阳极极化很大（～ηa >100/n mV ）

两边取对数后：

lg i a

ηa

= −lg i 0 +2.3RT (1 −a )nF 2.3RT (1 −a )nF

lg i c

2.3 RT 2.3 RT anF anF

η

c

= −

实际腐蚀体系（腐蚀金属电极）：

在强极化情况下∆E = a + b lg i 塔菲尔方程 在微极化情况下corr

i i B E ⨯

=∆线性极化方程

6、无机缓蚀剂作用机理：

根据缓蚀剂阻滞腐蚀过程的特点，无机缓蚀剂可分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂。 1、阳极型缓蚀剂

阳极型缓蚀剂可进一步分为阳极抑制型缓蚀剂（钝化剂）和阴极去极化型缓蚀剂。 （1）阳极抑制型缓蚀剂（钝化剂）：其作用原理是当溶液中加入阳极抑制型缓蚀剂（钝化剂）时，缓蚀剂将使金属表面发生氧化，形成一层致密的氧化膜，提高了金属在腐蚀介质中的稳定性，从而抑制了金属的阳极溶解。

（2）阴极去极化型缓蚀剂：此类缓蚀剂（钝化剂）不会改变阳极极化曲线，但会使阴极极化曲线移动，导致腐蚀电流的降低。

2、阴极型缓蚀剂的作用原理是：加入阴极型缓蚀剂后，阳极极化曲线不发生变化，仅阴极极化曲线的斜率增大，腐蚀电位负移，导致腐蚀电流降低。

阴极型缓蚀剂与阳极型缓蚀剂的差别在于：阴极型缓蚀剂主要对金属的活性溶解起缓蚀作用，而阳极型缓蚀剂则是在钝化区起缓蚀作用。

3、混合型缓蚀剂：其作用原理是同时阻滞阴极反应和阳极反应。

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、平衡电极电位E 和溶液pH 的关系

1、只与电极电位有关，而与溶液的pH 无关 以铁在水溶液中的某些反应为例： Fe ＝ Fe2+＋ 2e Fe2+ ＝ Fe3+ ＋ e

这类反应的特点是只有电子交换，不产生氢离子（或氢氧根离子）(图平行于X 轴)

2、既同电极电位有关，又与溶液pH 有

极化图

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腐蚀主要集中在一定区域，其

他部分不腐蚀阴阳极在宏观上可分辨阳极面积<阴极面积

阳极电位<阴极电位无保护作用

腐蚀分布在整个金属表面上阴阳极在表面上随机变化，且不可分辨阳极面积＝阴极面积

阳极电位＝阴极电位＝腐蚀（混合）电位

可能对金属具有保护作用

腐蚀形貌腐蚀电池电极面积电位腐蚀产物

局部腐蚀

全面腐蚀

全面腐蚀与局部腐蚀的比较