材料腐蚀与防护习题
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
析氢腐蚀 以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程，称为氢离子去极化腐蚀 吸氧腐蚀 以氧作为去极化剂的腐蚀过程，称为氧去极化腐蚀 氢去极化腐蚀的特征
1、阴极反应的浓度极化小,一般可以忽略。
2、与溶液PH值关系很大。
3、与金属材料的本质及表面状态有关。
4、与阴极面积有关。
5、与温度有关。
三、提高氢过电位措施
1、加入析氢过电位高的合金元素；
（4）DE段，称为过钝化区 阳极反应4OH- O2 + 2H2O + 4e五、钝化理论
1、成相膜理论
2、吸附理论
第三章 全面腐蚀与局部腐蚀
2、提高金属的纯度，消除或减少杂质；
3、加入阴极缓蚀剂，如在酸性溶液中加入As、Sb、Hg、盐。
从活态向钝态的转变叫做钝化
二、影响钝化的因素
1、金属材料
2、环境
3、温度
4、金属表面在空气中形成的氧化物膜对钝化有利
5、有许多因素能够破坏金属的钝态，使金属活化。这些因素包括：活性离子（特别是氯离
子）和还原性气体（如氢），非氧化性酸（如盐酸），碱溶液（能破坏两性金属如铝的钝态），阴极极化，机械磨损。
热腐蚀 是金属材料在高温含硫的燃气工作条件下与沉积在其表面的盐发生反应而引起的高 温腐蚀形态。
三、热腐蚀影响因素及控制措施
1影响因素
(1)合金成分
(2)温度可以以不同的方式影响热腐蚀过程。
(3)气体成分
(4)盐成分与沉积速度
(5)其它因素
2控制措施
(1)控制环境中的盐和其它杂质的含量
(2)选择适当的抗热腐蚀的合金Cr; Al; W、Mo; Co、Ta; Ti、Nb、Si;稀土元素
电化学极化：电子转移步骤最慢为控制步骤所导致
浓度极化： 电子转移步骤快， 而反应物从溶液相中向电极表面运动成产物自由电极表面向溶 液相内部运动的液相传质成为控制步骤 电阻极化：电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型膜而产生的欧姆降。
产生阳极极化的原因：
1、阳极的电化学极化
2、阳极的浓度极化
3、阳极的电阻极化。
第一章 高温氧化
金属的氧化 ：金属与氧化性介质反应生成氧化物的过程
影响因素： 内在的因素：金属成分，金属微观结构，表面处理状态等 外在的因素：温度，气体成分，压力，流速等。
研究方法：
热力学:高温环境中反应的可能性。
动力学 ：氧化反应的规律与速度。
热力学基本原理
M + O2 = MO2
G= G0+RTlnKVant Hoff等温方程式
（2）实用金属材料多数为合金，所含金属元素的种类和百分含量不同。
（3）一种纯金属可能形成多种氧化物。
（4）氧化物也不完全都是凝聚相（如挥发性氧化物）。
（5）腐蚀产物相间存在互溶和反应。
1、动力学测量方法 氧化速度的表征：
（1）金属的消耗量
（2）氧的消耗量
（3）生成的氧化物的量
氧的消耗量
1．重量法
I.不连续称重法
1、阳极过程： 金属溶解，以离子的形式进入溶液，源自文库把当量的电子留在金属上；
2、阴极过程： 从阳极过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受；
3、电流的流动：金属部分：电子由阳极流向阴极；
溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移。
4、腐蚀电池的类型 可以把腐蚀电池分为两大类：宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池
一、宏观腐蚀电池
1）、异金属接触电池
2）、浓差电池
3）、温差电池
二、微观腐蚀电池 在金属表面上由于存在许多极微小的电极而形成的电池称为微电池。 微电池是因金属表面的 电化学的不均匀性所引起的
1、金属化学成分的不均匀性
2、组织结构的不均匀性
3、物理状态的不均匀性
4、金属表面膜的不完整性
当参与电极反应的各组分活度（或分压）都等于1，温度规定为25 C，这种状态称为标准状态，此时，平衡电位Ee等于E0，故E0称为 标准电位。
(3)合金表面施加防护涂层
1.5高温氧化防护涂层
1、扩散涂层(Diffusion coatings)
2、覆盖涂层(Overlay coatings)
第二章 金属的电化学腐蚀
通常规定凡是进行氧化反应的电极称为阳极；进行还原反应的电极就叫做阴极。由此表明， 作为一个腐蚀电池， 它必需包括阴极、阳极、 电解质溶液和电路四个不可分割的部分。 而腐 蚀原电池的工作历程主要由下列三个基本过程组成：
由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象， 称 为原电池的 极化作用。
当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象，称为阳极极化。 当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象，称为阴极极化。
消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程称为去极化作用或去极化过程 根据控制步骤的不同，可将极化分为两类：电化学极化和浓度极化 极化分类：
G0-T图
（1）读出任意温度下金属氧化反应的标准自由能变化值
（2）判断各种金属氧化物的化学稳定性
（3）预测金属元素在不同气氛中氧化的可能性
Ellingham-Richardson图 优点：可方便地判断在不同温度和氧分压下纯金属发生氧化反应并生成单一氧化物的可能 性。
缺点：不能处理实际的复杂情况。
（1）气氛复杂,包含两种或两种以上的反应元素。
II.连续称重法
–热天平
2．容量法
3．压力法
2、氧化的动力学规律
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
1 1
Al
22
3.抛物线速度常数的影响因素
(1)、温度的影响
(2)氧分压的影响
(3)扩散系数的影响
(4)合金成分的影响 合金发生内氧化具备的必要条件:
(1)基体金属对氧有一定的溶解度;
(2)BOb的标准生成自由能必须比基体金属氧化物的标准生成自由能更负;
(3)氧化反应的自由能变化必须是负的;
(4)合金的溶质浓度必须低于某一临界值
1、Fe的氧化
纯铁在570oC以上氧化时，生成FeO、Fe2O3、Fe3O4三层氧化膜，在570oC以 下氧化时，生成Fe2O3、Fe3O4两层氧化膜，
三、钝化体系的极化曲线 阳极钝化的阳极极化曲线
（1）AB段，称为活性溶解区 阳极反应式 如Fe Fe2+ + 2e
（2）BC段，称为钝化过渡区 阳极反应式 如3Fe + 4H2O Fe3O4 + 8H+ + 8e
（3）CD段，称为稳定钝化区，简称钝化区
阳极反应式如2Fe + 3H2O Fe2O3 + 6H+ + 6e
1、阴极反应的浓度极化小,一般可以忽略。
2、与溶液PH值关系很大。
3、与金属材料的本质及表面状态有关。
4、与阴极面积有关。
5、与温度有关。
三、提高氢过电位措施
1、加入析氢过电位高的合金元素；
（4）DE段，称为过钝化区 阳极反应4OH- O2 + 2H2O + 4e五、钝化理论
1、成相膜理论
2、吸附理论
第三章 全面腐蚀与局部腐蚀
2、提高金属的纯度，消除或减少杂质；
3、加入阴极缓蚀剂，如在酸性溶液中加入As、Sb、Hg、盐。
从活态向钝态的转变叫做钝化
二、影响钝化的因素
1、金属材料
2、环境
3、温度
4、金属表面在空气中形成的氧化物膜对钝化有利
5、有许多因素能够破坏金属的钝态，使金属活化。这些因素包括：活性离子（特别是氯离
子）和还原性气体（如氢），非氧化性酸（如盐酸），碱溶液（能破坏两性金属如铝的钝态），阴极极化，机械磨损。
热腐蚀 是金属材料在高温含硫的燃气工作条件下与沉积在其表面的盐发生反应而引起的高 温腐蚀形态。
三、热腐蚀影响因素及控制措施
1影响因素
(1)合金成分
(2)温度可以以不同的方式影响热腐蚀过程。
(3)气体成分
(4)盐成分与沉积速度
(5)其它因素
2控制措施
(1)控制环境中的盐和其它杂质的含量
(2)选择适当的抗热腐蚀的合金Cr; Al; W、Mo; Co、Ta; Ti、Nb、Si;稀土元素
电化学极化：电子转移步骤最慢为控制步骤所导致
浓度极化： 电子转移步骤快， 而反应物从溶液相中向电极表面运动成产物自由电极表面向溶 液相内部运动的液相传质成为控制步骤 电阻极化：电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型膜而产生的欧姆降。
产生阳极极化的原因：
1、阳极的电化学极化
2、阳极的浓度极化
3、阳极的电阻极化。
第一章 高温氧化
金属的氧化 ：金属与氧化性介质反应生成氧化物的过程
影响因素： 内在的因素：金属成分，金属微观结构，表面处理状态等 外在的因素：温度，气体成分，压力，流速等。
研究方法：
热力学:高温环境中反应的可能性。
动力学 ：氧化反应的规律与速度。
热力学基本原理
M + O2 = MO2
G= G0+RTlnKVant Hoff等温方程式
（2）实用金属材料多数为合金，所含金属元素的种类和百分含量不同。
（3）一种纯金属可能形成多种氧化物。
（4）氧化物也不完全都是凝聚相（如挥发性氧化物）。
（5）腐蚀产物相间存在互溶和反应。
1、动力学测量方法 氧化速度的表征：
（1）金属的消耗量
（2）氧的消耗量
（3）生成的氧化物的量
氧的消耗量
1．重量法
I.不连续称重法
1、阳极过程： 金属溶解，以离子的形式进入溶液，源自文库把当量的电子留在金属上；
2、阴极过程： 从阳极过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受；
3、电流的流动：金属部分：电子由阳极流向阴极；
溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移。
4、腐蚀电池的类型 可以把腐蚀电池分为两大类：宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池
一、宏观腐蚀电池
1）、异金属接触电池
2）、浓差电池
3）、温差电池
二、微观腐蚀电池 在金属表面上由于存在许多极微小的电极而形成的电池称为微电池。 微电池是因金属表面的 电化学的不均匀性所引起的
1、金属化学成分的不均匀性
2、组织结构的不均匀性
3、物理状态的不均匀性
4、金属表面膜的不完整性
当参与电极反应的各组分活度（或分压）都等于1，温度规定为25 C，这种状态称为标准状态，此时，平衡电位Ee等于E0，故E0称为 标准电位。
(3)合金表面施加防护涂层
1.5高温氧化防护涂层
1、扩散涂层(Diffusion coatings)
2、覆盖涂层(Overlay coatings)
第二章 金属的电化学腐蚀
通常规定凡是进行氧化反应的电极称为阳极；进行还原反应的电极就叫做阴极。由此表明， 作为一个腐蚀电池， 它必需包括阴极、阳极、 电解质溶液和电路四个不可分割的部分。 而腐 蚀原电池的工作历程主要由下列三个基本过程组成：
由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象， 称 为原电池的 极化作用。
当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象，称为阳极极化。 当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象，称为阴极极化。
消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程称为去极化作用或去极化过程 根据控制步骤的不同，可将极化分为两类：电化学极化和浓度极化 极化分类：
G0-T图
（1）读出任意温度下金属氧化反应的标准自由能变化值
（2）判断各种金属氧化物的化学稳定性
（3）预测金属元素在不同气氛中氧化的可能性
Ellingham-Richardson图 优点：可方便地判断在不同温度和氧分压下纯金属发生氧化反应并生成单一氧化物的可能 性。
缺点：不能处理实际的复杂情况。
（1）气氛复杂,包含两种或两种以上的反应元素。
II.连续称重法
–热天平
2．容量法
3．压力法
2、氧化的动力学规律
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
1 1
Al
22
3.抛物线速度常数的影响因素
(1)、温度的影响
(2)氧分压的影响
(3)扩散系数的影响
(4)合金成分的影响 合金发生内氧化具备的必要条件:
(1)基体金属对氧有一定的溶解度;
(2)BOb的标准生成自由能必须比基体金属氧化物的标准生成自由能更负;
(3)氧化反应的自由能变化必须是负的;
(4)合金的溶质浓度必须低于某一临界值
1、Fe的氧化
纯铁在570oC以上氧化时，生成FeO、Fe2O3、Fe3O4三层氧化膜，在570oC以 下氧化时，生成Fe2O3、Fe3O4两层氧化膜，
三、钝化体系的极化曲线 阳极钝化的阳极极化曲线
（1）AB段，称为活性溶解区 阳极反应式 如Fe Fe2+ + 2e
（2）BC段，称为钝化过渡区 阳极反应式 如3Fe + 4H2O Fe3O4 + 8H+ + 8e
（3）CD段，称为稳定钝化区，简称钝化区
阳极反应式如2Fe + 3H2O Fe2O3 + 6H+ + 6e