过程装备腐蚀与防护

3.1 金属氧化膜具有保护性的条件是什么？
（1）膜必须是完整的；（2）膜具有足够强度和塑性，并且与基本金属的结合力强、膨胀系数相近； （3）膜内晶格缺陷浓度低；（4）氧化膜在高温介质中是稳定的，表现为高的熔点和高的生成热。
3.2 简述氢腐蚀发生的阶段、产生条件及特点。
氢脆阶段 当温度和压力比较低，或者温度、压力虽不低，但钢材与氢气接触时间不长时，钢的 氢腐蚀不严重，只是韧性降低，材料变脆。其特点是暂时脆化，可逆的。
应力腐蚀发生的三个基本条件是特定腐蚀环境、拉应力和敏感材料。 其发生过程分为以下三个阶段：首先为腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段称为孕育期，也称为潜伏期或 诱导期；接着为裂纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑发展到单位面积所能承受最大载荷的所谓极限应力 值时的阶段，称为裂纹扩展期；最后是失稳纯力学的裂纹扩展阶段，这段时间称为快速断裂期或破裂 期。 防止途径是：①降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下；②合理设计与加 工减少局部应力集中；③采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善合金的组织结构以降低对 SCC 的敏感性；④其它方法，包括合理选材、去除介质中的有害成分、添加缓蚀剂、采用阴极保护。
1.1 腐蚀原电池由哪几部分组成？举例说明腐蚀原电池的电化学过程。
腐蚀电池必须有阳极、阴极和电荷等三个关键组成单元，这样就构成了腐蚀电池工作历程的三个 基本过程。
① 阳极溶解过程 阳极发生氧化反应，金属失去电子并以离子形式进入溶液，而等电量的电子 留在金属表面并通过电子导体向阴极区迁移；Zn→Zn2++2e
氢侵蚀阶段 当温度和压力较高，或者钢材与氢气接触的时间很长，则钢材将由氢脆阶段发展为 氢侵蚀阶段，使钢的强度和韧性降低。其特点是永久脆化，不可逆。
3.3 简述大气腐蚀与金属表面水膜厚度之间的关系。
区域Ⅰ：湿度特别低，金属表面只有极薄的一层吸附液膜，还不能认为是连续的电解液，相当于 干燥大气中的腐蚀，腐蚀速度很小，属于由化学作用引起的腐蚀。
产物 温度
不导电、不电离的物质 电子得失在同一部位于同一时刻发 生，没有电流产生 在碰撞点上瞬时完成
在碰撞点上直接生成
主要在高温条件下
能导电、能电离的物质 电子得失在不同部位相对独立的进行， 有电流产生 在相对独立的阴阳区同时完成 一次产物在电极上形成，二次产物在一 次产物相遇处形成 室温与高温条件下
4.3 常用结构材料获得耐蚀能力的Biblioteka 径有哪些？并列出每种途径常见的金属。
（1）依靠钝化获得耐蚀能力的金属：18－8 不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、高硅铸铁。 （2）可钝化或腐蚀产物稳定的金属：碳钢与铸铁、铅与铅合金。 （3）依靠自身热力学稳定耐蚀的金属：铜（Cu）与铜合金。
6.1 工程上常用的防腐方法有哪些？
4.1 什么是单相合金的 n/8 定律？
在给定介质中一种耐蚀的组元和另一种不耐蚀的组元组成的固溶体合金，其中耐蚀组元的含量等 于 12.5%、25%、37.5%、50%……原子分数（耐蚀组元的原子数与合金总原子数之比），即相当于 1/8、 2/8、3/8、4/8……n/8（n=1，2，……7）时，合金的耐蚀性将出现突然地阶梯式的升高，合金的电 位也相应的随之升高。这一规律称为 n/8 定律。
过渡区曲线 BC 段，金属发生钝化， 金属表面有钝化膜形成，金属开始从 活性状态转变为钝态，膜的保护性能 很差，金属表面不断处于钝化与活化 相互转变的不稳定状态。
钝态区曲线 CD 段，金属表面处于 稳定的钝化状态。
过钝化区曲线 DE 段，金属由钝性 向活性转变。
2.1 简述应力腐蚀产生条件、发生阶段及防止途径。
2.2 简述孔蚀的发生过程及其防止措施。
蚀孔的形成：存在于金属内的一些阴离子在某些活性点上优先与金属离子结合成可溶性化合物， 形成蚀孔核。当蚀核长大到孔径约 30 微米时，金属表面即出现宏观可见的蚀孔。蚀孔的成长：形成 的蚀孔在闭塞电池内进行的所谓的“自催化酸化作用”下，将使蚀孔沿着重力方向迅速深化，以至把 金属断面蚀穿。
（1）全面腐蚀；（2）氧浓差电池腐蚀；（3）微生物腐蚀(MIC)；（4）杂散电流腐蚀；
3.5 什么是杂散电流腐蚀，腐蚀特点是什么，及如何控制杂散电流腐蚀的发生？
地下埋设的金属构件在杂散电流影响下所发生的腐蚀，称为杂散电流腐蚀或干扰腐蚀。 腐蚀特点：电流从金属流入土壤（电解质）部位是阳极区，腐蚀就会发生。 控制方法：（1）直流电源要加强绝缘，不使电流流入土壤。 （2）改善管道绝缘质量。 （3）将 受干扰的管道与被保护管道连接起来，共同保护。 （4）在多管道地区，最好采用多个阳极站，每个 站的保护电流较小，阳极站离被保护管道较近，以缩小保护电流范围。（5）采用深井阳极可减小对其 他地下设施的杂散电流干扰。（6）采取排流措施。
② 阴极去极化过程 阴极发生还原反应，电解液中能够接受电子的去极剂从金属阴极表面捕获 电子形成新物质；2H++2e→H2
③ 电荷传递过程 体系中电荷的流动形成电流，电荷传递在金属中依靠电子从阳极流向阴极， 在溶液中主要依靠离子的电迁移。
1.2 简述化学腐蚀和电化学腐蚀的区别。
项目
化学腐蚀
电化学腐蚀
介质 电子传递 反应区
4.2 简述金属铬、镍、硅的耐蚀特点。
（1）铬（Cr）的耐蚀特点是在具备钝化的条件下，合金含铬量愈高，就愈耐腐蚀； 而在不能实现钝化的条件下，往往随合金中含铬量的增高，腐蚀速率反而加大。 （2）镍（Ni）的耐蚀特点是热力学不够稳定，镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是使 合金的热力学稳定性提高；与 Fe-Ni 合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率都随着镍的含量的增加而 减小；在氧化性介质和还原性介质中均有效。 （3）硅（Si）的耐蚀特点是具有优良的耐氯离子腐蚀特性。在不锈钢中既能起耐氯化物引起的 SCC 作用，又可改善孔蚀性能。
(1)电化学极化 由于电化学反应与电子迁移速度差异引起电位的降低或升高产生的极化现象。 (2)浓差极化 阴极或阳极由于浓度差异引起的极化作用。 (3)膜阻极化 在一定条件下，金属表面上形成的保护性薄膜引起的极化，通常称为膜阻极化或 电阻极化。
1.5 绘制钝化金属典型阳极极化曲线并说明各区域的含义
活态区曲线 AB 段，金属表面没有 钝化膜形成，金属处于活性溶解状态。
设计要点：（1）确定合理的保护度；（2）阳极材料的选择；（3）护屏或辅助阳极的合理配置；（4） 要预留保护参数的监测点。
6.3 阳极保护设计要点有哪些？
（1）正确选择辅助阴极材料；（2）辅助阴极的合理配置；（3）参比电极的选用和安装。
1.3 构成金属表面电化学不均一性的原因是什么？
①化学成分不均一（夹杂物）；②组织结构不均一（相组织差异）； ③物理状态不均一；④表面膜不完整。
1.4 极化产生的原因及三种极化作用的含义是什么？
产生极化现象的根本原因是阳极或阴极的电极反应与电子迁移（从阳极流出或流入阴极）速度存 在差异引起的，只要阴、阳之间有电流流动，必然出现极化现象。
防止措施：①合理选材和改善材料性能；②降低环境介质中的有害元素；③合理进行结构设计； ④采用阴极保护；⑤用缓蚀剂。
2.3 简述电偶腐蚀的原理及防止途径？
在电偶腐蚀电池中，腐蚀电位较低的金属由于和腐蚀电位较高的金属接触而产生阳极极化，其结 果是溶解速度增加；而电位较高的金属，由于和电位较低的金属接触而产生阴极极化，结果是溶解速 度下降，即受到了阴极保护，这就是电偶腐蚀原理。
区域Ⅱ：湿度增大，金属表面的液膜厚度也逐渐增加，形成连续的电解液膜，腐蚀速度急剧增加。 区域Ⅲ：湿度继续增加，由于金属表面的液膜继续增厚，使氧通过液膜扩散变得困难了，所以腐 蚀速度也就有所下降。 区域Ⅳ：湿度很大，金属表面的液膜变得很厚，已相当于完全浸在电解液中的腐蚀情况，所以腐 蚀速度基本不变。
3.4 土壤腐蚀的几种常见腐蚀形式是什么？
（1）金属或非金属材料覆盖层：金属覆盖层：金属衬里、金属镀层、复合金属板等；非金属覆 盖层：衬里、搪瓷、搪玻璃、涂料、联合覆盖层；（2）电化学保护：阴极保护、阳极保护；（3）防腐 结构设计；（4）介质处理
6.2 以外加阴极保护电流为例，简述阴极保护原理，并阐述其设计要点。
如果将腐蚀着的金属简单地看作短路的双电极腐蚀厚电池，则阴极保护的原理如图 6-3 所示。 从腐蚀极化图（图 6-4）上可以清楚地看出，当外加阴极电流后，金属的腐蚀电位将向负方向移 动，有原来的 Ec 移至 EAl，此时金属的腐蚀电流就由 IC 降到 IAl,其外加的阴极电流称为保护电流 I 保， 为 I 保=IKl-IAl 若继续增大外加阴极电流，由于阴极极化使金属的电位移至阳极的初始电位，即 E=EAo,则金属上 的阳极溶解电流 IA=0，表示微电池腐蚀停止，也就是说金属得到了完全保护。
防止途径：①选择相容性材料；②合理的结构设计；③电化学保护；④电偶效应的正确利用—牺 牲阳极保护。
2.4 以贫铬理论阐述奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的机理。
奥氏体不锈钢在 450～850℃长时间加热时，晶间的铬和碳化合，从固溶体中沉淀出来，导致晶 间铬浓度降低，造成晶间贫铬，当铬含量降到钝化所需的最低含量（11％）以下时，当与腐蚀性介质 接触时，晶间贫铬区相对于碳化物和固溶体其它部分将形成小阳极对大阴极的微电池，就会发生严重 的晶间腐蚀。