材料腐蚀知识点

第一章 金属与合金的高温氧化
1、 金属氧化膜具有保护作用的的充分条件与必要条件
充分条件：膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少；稳定性好，蒸汽压低，熔点高；膜与基体的附着能力强，不易脱落；生长内应力小；与金属基体具有相近热膨胀系数；膜的自愈能力强。

必要条件：氧化时生成的金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积之比必须大于1，即PBR值大于1.
2、 说出几种主要的恒温氧化动力学规律，并分别说明其意义。

（1） 直线规律：符合这种规律的金属在氧化时，氧化膜疏松，易脱落，即不具有保护性，或者在反应期间生成气相或者液相产物离开了金属表面，或者在氧化初期氧化膜很薄时，其氧化速度直线由形成氧化物的化学反应速度决定，因此其氧化速度恒定不变，符合直线规律。

（2） 抛物线规律：许多金属或者合金在较高的高温氧化时，其表面可形成致密的固态氧化物膜，氧化速度与膜的厚度成反比，即其氧化动力学符合这种规律。

（3） 立方规律：在一定温度范围内，一些金属的氧化物膜符合这种规律。

（4） 对数和反对数规律：许多金属在温度低于300-400摄氏度氧化时，其反应一开始很快，但是随后就降到了氧化速度可以忽略的程度，该行为符合对数或反对数规律。

3、 说出三种以上能提高钢抗高温氧化的元素 镍，铝，钛
4.、纯NI在1000摄氏度氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数k=39X10-12 cm2/s，如果这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使0.1cm厚镍板全部氧化所需的时间。

解：由抛物线规律可知：厚度y与时间t存在如下关系： y2=kt， t=y2/k=2.56x108s
5 哈菲价法则：当基体氧化膜为P型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使离子空穴浓度降低，提高电子浓度，结果导致电导率增加，而氧化速率降低，往基体中比此基体原子高价的合金元素，使离子空穴浓度提高，降低电子浓度，结果导致电导率降低，而氧化速度提高。

当基体氧化膜为n型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使电子浓度降低，电导率降低，而基体离子浓度增加，氧化速度增加，往基体中加入比基体原子高价的合金元素，使电子浓度增加，电导率增加，而基体离子浓度降低，氧化速度降低。

以上合金元素对氧化物晶体缺陷的影响规律成为控制合金氧化的原子价规律，简称哈菲原子价法则。

第二章 金属的电化学腐蚀
1、 解释下列词语
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。

宏观电池：通常是指由肉眼可以见到的电极所构成的“大电池”。

微观电池；在金属表面上由于存在许多微小的电极而形成的电池称为微电池。

浓差电池：由同一种金属的不同部位所接触的介质的浓度不同所形成的电池
电极：电子导体与离子导体构成的体系
平衡电极电位：在金属/溶液界面上建立起一个不变的电位差值，这个电位差值就是金属的平衡电极电位。

稳态电极电位：在一个电极表面上同时进行两个不同的氧化、还原过程，当平衡时仅仅是电荷平衡而无物质平衡的电极电位。

非平衡电极电位：金属电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与的化学反应，当动态平衡时，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的情况，这种情况下的电极电位成为非平衡电极电位。

自腐蚀电位：稳态电极电位也可称作开路电位，即外电流为零时的电极电位，也称作自腐蚀电位。

金属电极：
单电极：指在电极的相界面上只发生唯一的电极反应。

二重电极：在电极的相界面上能发生两个电极反应。

极化：由于电极上有净电流通过，电极电位显著地偏离了未通过净电流时的起始的电位变化现象通常称为极化。

析氢过电位：由于缓慢步骤形成的阻力，在氢电极的平衡电位下将不能发生析氢过程，只有克服了这一阻力才能进行氢的析出，因此氢的析出电位要比氢电极的平衡电位更负一些，两者间的差值的绝对值称为析氢过电位。

阳极极化：当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象
阴极极化：当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象
浓差极化：阴极附近参与反应的物质或反应产物扩散较慢引起阴极过程受阻，造成阴极电子堆积，使阴极电位向负方向移动，由此引起的极化称为浓差极化。

活化极化：即电化学极化，由化学步骤来控制电极反应过程速度的极化。

电阻极化：指电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型的膜时产生的
欧姆电位降。

去极化：凡是能消除或者抑制原电池阳极或阴极极化过程的均叫作去极化。

去极剂：
析氢腐蚀：由氢去极化引起的金属腐蚀称为析氢腐蚀。

吸氧腐蚀：以氧作为极化剂的腐蚀过程。

钝性：金属钝化后具有的耐蚀性。

至顿电流密度：
维钝电流密度：
2、简述钝化产生的原因以及钝化的原因：
引起金属钝化的因素有化学及电化学两种，化学因素引起的钝化，一般是由强氧化剂引起的，如硝酸，硝酸银，氯酸，氯酸钾，等，他们也是钝化剂。

有些非氧化性酸也能也能使金属钝化，如Mo在HCl中、Mg在HF 中的钝化。

电化学钝化是指外加电流的阳极极化产生的钝化。

3、简述金属在极化过程中腐蚀速度减慢的原因
4、在还原酸性介质中，Zn和Fe的腐蚀如图所示，试比较二者的腐蚀速度，并解释原因。

阴极析氢过电位的大小与阴极电极材料的性能及表面状态有关，即在不同金属表面上的氢过电位不同，如图所示，虽然氢较铁的电位负，但是由于Zn的氢过电位比Fe过电位高，Zn在还原性酸中的腐蚀速度反而比Fe小。

第三章
1、解释下列名词
全面腐蚀：指整个金属表面均发生腐蚀
点蚀：也称孔蚀，是一种腐蚀集中在金属(合金)表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式。

晶间腐蚀：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。

应力腐蚀：指金属材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。

腐蚀疲劳：指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。

湍流腐蚀：由湍流导致的腐蚀。

缝隙腐蚀：缝隙宽度一般在0.025-0.1nm，足以使介质滞留在其中，引起缝隙内金属的腐蚀，这种形式叫做缝隙腐蚀。

KISCC：当拉伸应力低于某一个临界值时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称为应力腐蚀开裂门槛值。

da/dt：单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率。

2、应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt与K1值之间的关系如图所示，说明此图说明裂纹扩展速率与K1值的关系。

区域1.当K1稍大于KISCC时，裂纹经过一段孕育突然加速发展，即在1区内，裂纹生长速率对K1值较为敏感区域2.da/dt与K1无关，通常说的裂纹扩展速率就是指该区速率，因为它主要由电化学控制，较强烈的依赖于溶液的pH值，粘度和温度。

区域3.失稳断裂区，裂纹深度已经接近临界尺寸，当超过这个值时，应力强度因子达到K1c时，裂纹生长速率增加直至发生失稳断裂。

3、在海水中使用的镀锌、镀锡钢板一旦划破后，两种不同镀层的保护效果有什么不同，为什么？
4、金属的孔蚀一般会在什么条件下发生？
（1）表面易生成钝化膜的金属材料，如不锈钢，铝，铅合金；或表面镀有阴极性镀层的金属，如碳钢表面镀锡铜镍等
（2）在有特殊例子的介质止中易发生孔蚀，如不锈钢在有卤离子的溶液中容易发生孔蚀。

（3）电位大于点蚀电位易发生空蚀
4 金属在各种环境中的腐蚀
1、结合图4-16简要分析碳钢在不同浓度HNO3溶液中的腐蚀规律。

答：由图可知，当硝酸质量分数低于30%时，碳钢的腐蚀速度随酸的浓度增减而增加，当质量分数约在30%附近时腐蚀速度达到最大值。

质量分数超过30%，腐蚀速度迅速下降，当质量分数达到50%时，腐蚀速度最小，说明钢钝化了。

当质量分数超过80%时，碳钢的腐蚀速度再次急剧增加，钢出现过钝化溶解。

所以铁或适用于HNO3浓度在30%—80%范围内。

3、解释下列名词：
大气腐蚀：金属材料或构筑物在大气条件下发生化学或电化学的破损。

潮大气腐蚀：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的液膜层（10nm—1um）发生的腐蚀。

湿大气腐蚀：金属在相对湿度大于100%的大气中，如水分以雨、雾、水灯形式直接溅落在金属表面上，表面存在肉眼看不见的水膜（1um—
1mm）发生的腐蚀。

土壤腐蚀：土壤是由土粒、水溶液、气体、有机物、带电胶粒和粘液胶体等多种组分构成的极为复杂的不均匀多项系统体系。

而由于土壤的组成和性能的不均匀性而构成的氧浓度差电池腐蚀称为土壤腐蚀。

海水腐蚀：海水中含有多种盐类，溶解氧等因素使其成为典型的电解质
溶液而产生的电化学腐蚀。

杂散电流腐蚀：土壤中采用直流电的大功率电器装置，由于绝缘不严而产生的杂散电流引起的腐蚀。

4、按水膜厚度大气腐蚀可以分为几类腐蚀，并说明给类腐蚀的特点。

答：按水膜厚度大气腐蚀可以分为三类：
（1）干大气腐蚀（1—10nm）：是金属不存在液膜时的腐蚀。

其特点时在金属表面形成看不见的保护性的氧化膜和某些金属失责的现象。

（2）潮大气腐蚀（10nm—1um）：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的液膜层发生的腐蚀。

（3）湿大气腐蚀（1um—1mm）：金属在相对湿度大于100%的大气中，如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属表面上，表面存在肉眼看不见的水膜发生的腐蚀。

7、埋于土壤中的钢管经过沙土和粘土两个区域，钢管腐蚀发生在那个部位，为什么？
答：沙土位置，土壤的组成和性能的不均匀性而构成的氧浓度差电池腐蚀称为土壤腐蚀，而砂土层比较干燥氧含量高，氧气的扩散好。

8、在大气、海洋和土壤环境中发生氧去极化腐蚀时，氧的传递方式有什么差别。

答：共同点：吸氧腐蚀
差别 ：大气，电化学腐蚀。

吸附作用形成水膜，氧气的传递靠水膜的厚度
土壤：①吸附水蒸气②主要是土壤中微气孔，氧气的传输等，土壤的湿度和结构
海水：氧气通过电解质溶液的扩散，影响因素主要有PH值、流动速度，盐度等。

11、影响海水腐蚀有哪些因素，如何防止海水腐蚀。

答：海水腐蚀：海水中含有多种盐类，溶解氧等因素使其成为典型的电解质溶液而产生的电化学腐蚀。

影响海水的因素主要有盐类、PH 值、溶解氧、温度、流速等。

防止措施：（1）研制和应用耐海水腐蚀的材料 如钛、铜等（2）阴极保护，腐蚀最严重处采用护屏保护较合理，亦可采用简单可行的牺牲阳极法
（3）涂层 如涂防锈漆等
5材料的耐蚀性
1、 解释下列词语
缓蚀剂：是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境时可以防止或减缓腐蚀的化学物质或符合物质。

缓蚀率：采用缓蚀剂保护时，其保护效率用缓蚀效率或抑制效率（Z）来表示，定义如下：Z=V0-V/V0, V0、V为未加和加入缓蚀剂时金属的腐蚀速度。

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去，以防止金属腐蚀的方法。

牺牲阳极法保护阴极：即被金属（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。

阴极保护：将被保护的金属作为阴极，进行外加阴极极化以降低或防止金属腐蚀的方法。

阳极保护：将被保护的设备与外加电流的正极相连，使之成为阳极，进行阳极极化;使被保护的设备腐蚀速度降到最小的方法。

阳极保护的基本原理就是将金属进行阳极极化，使之进入钝态区而得到保护。

最小保护电流密度：使金属得到完全保护时所需的电流密度。

最小保护电流电位：要使金属达到完全保护，必须将金属加以阴极极化，使他的总电位达到气腐蚀微电池阳极的平衡电位，此时的电位。

2何谓危险型的缓蚀剂，何谓安全性的缓蚀剂？
答： 危险型的缓蚀剂：用量不足时可以加快腐蚀速度的缓蚀剂安全性的缓蚀剂：用量不足时不会加快腐蚀速度的缓蚀剂
3按缓蚀剂的作用机理，缓蚀剂可以分为几种类型，简要说明缓蚀的电化学原理。

答：（1）阳极型—阳极极化率增加（2）阴极型—阴极极化率增加（3）混合型—抑制阴阳极过程
原理：（1）氧化膜型缓蚀剂：一缓蚀剂本身作为氧化剂或以介质中的溶解氧作为氧化剂，使金属表面形成钝态的氧化膜而减缓金属的腐蚀（2）沉淀膜型缓蚀剂：能在金属表面形成防腐蚀沉淀膜（3）吸附膜型缓蚀剂：大多是有机缓蚀剂，通过缓蚀剂分子上的极性基团的物理吸附作用，蚀缓蚀剂吸附在金属表面。

5结合不锈钢的阳极极化曲线，说明阳极保护的三个主要参数的意义。

（1）致钝电流密度：金属在介质中能进入钝态的临界电流密度，一般越小越好，可以减少设备的投资和耗电量，同时能减小阳极溶解（2）维钝电流密度：代表着阳极保护时的腐蚀速度（3）钝化区电位范围，阳极保护时应该为之的安全电位范围，越宽越好。

8用极化图说明极化保护原理，并说明阴极保护的主要参数，应如何选择这些参数。

答：由外电路向金属通入电子，以供去极化还原反应所需，从而使金属氧化反应失去电子受抑制。

当金属氧化反应速度降到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。

阴极保护效果用保护度表示n=V O —V/ V O
主要参数（1）最小保护电流电位：要使金属达到完全保护，必须将金属加以阴极极化，使他的总电位达到气腐蚀微电池阳极的平衡电位，此时的电位 。

其数值与金属的种类截至的条件有关。

一般根据经验数据或试验确定。

（2）最小保护电流密度：使金属得到完全保护时所需的电流密度。

根据经验确定。