金属腐蚀理论及腐蚀控制

第一部分腐蚀原理

一、均匀腐蚀速度

1-1.根据表1-1中所列数据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V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。

1-2.奥氏体不锈钢和铝是硝酸工业中使用很多的材料。根据表1-2中的数据，分别计算不锈钢和铝在两种硝酸溶液中的腐蚀速度V p，并分析所得结果，比较两种材料的耐蚀性能。

1-3.已知锌氧化生成的表面膜组成为ZnO，根据表1-3中所列的数据计算不同试验时间所得到的平均腐蚀速度V p，画出V p随时间变化的曲线。所得结果说明了什么？

1-4.镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。

1- 1

试验温度25︒C ，压力760mmHg ；试样尺寸为20⨯20⨯0.5(mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度V p 。（在25︒C 时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg ）

1-5. 表面积20cm 2的铜试样在700︒C 的氧气中氧化2小时，消耗了13.6cm 3的氧气(在25︒C ，1atm 下进行测量)。求铜试样的腐蚀速度V p 。已知腐蚀产物是Cu 2O 。

1-6. 表面积4cm 2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为 Icor = 55mA 。计算铁试样的腐蚀速度V - 和V p 。

1-7. 铝试样的表面积15cm 2，初重为16.9560g ，浸在70%硝酸中经过100小时。试验后除去腐蚀产物，重量减少为16.9052g 。另外，用电化学方法测得的平均腐蚀电流等于1.65mA 。如果以失重法求出的腐蚀速度为标准，计算电化学方法测得的腐蚀速度的误差是多少？

1-8. 由Faraday 定律可得腐蚀电流密度i cor 与失重腐蚀速度V - 之间的关系式

而V - 和V p 的换算关系为

d

V V p -

=76

.8

i cor 、V - 和V p 的单位分别为A/m 2、g/m 2⋅hr 、mm/y ；金属密度d 单位用g/cm 3。

上两式可简写为 V p = k i cor

对铁、铝、锌、镍、铜、铅的腐蚀，分别求换算系数k 的数值。

二、 腐蚀倾向

例1-1. 计算甘汞电极的平衡电位(25︒C) 解：甘汞电极的电极反应 2Hg + 2Cl - = Hg 2Cl 2 + 2e 可分解为两个反应

2Hg = Hg 22+ + 2e (1) Hg 22+ + 2Cl - = Hg 2Cl 2 (2) (1) 式的平衡电位由Nernst 公式计算 1-2

c

o r i

n

F A

V

=-

++=22

lg 02955.00Hg e a E E

其标准电位 )V (789.096494

2152190

220

022

=⨯=

-=

+F

E Hg Hg

μμ

由(2)式得反应平衡常数

62

.175703

100483303.2)

2(lg 0

022

22==---=

-+RT k Cl Hg Cl Hg μμμ

所以，Hg 22+ 的活度与Cl - 的活度的关系为 -+--=Cl Hg

a a lg 262.17lg 22

对0.1N 甘汞电极, 62.15lg ,1lg 22

-=-=+-

Hg Cl a a

其平衡电位为

Ee = 0.789 + 0.02955⨯(-15.62) = 0.327(V)

对当量甘汞电极, 62.17lg ,

0lg 22

-==+-

Hg Cl a a

其平衡电位为

Ee = 0.789 + 0.02955⨯(-17.62) = 0.268(V) 对饱和甘汞电极，由电离反应 KCl = K + + Cl -

平衡常数

894

.05703

5100303.2)

(lg 0

==

-+-=

-

+RT k KCl Cl K μμμ

用纯KCl 溶于纯水得到的溶液, -

+

=Cl K a a , 即447.0lg =-

Cl a , 于是得出

51.18894.062.17lg 22

-=--=+Hg

a

饱和甘汞电极的平衡电位为

Ee = 0.789 + 0.02955⨯(-18.51) = 0.242 (V)

例1-2. 铅试样浸入pH = 4、温度40︒C 、已除氧的酸溶液中，计算Pb 2+ 1-3

能达到的最大浓度。并说明铅试样是否发生了腐蚀。

解：腐蚀电池的阴极反应 2H + + 2e = H 2

)V (248.0298

3130591.0-=⨯

-=pH E ec

阳极反应

Pb = Pb 2+ + 2e

+

+

+-=⨯

+=22Pb Pb 0

lg 031.0126.0lg 298

31302955.0a a E

E ea

当Eea = Eec ，Pb 2+ 的活度达到最大。所以 m a x Pb )lg(031.0126.0248.02+

+-=-a

得出max Pb )(2+

a 为

)mol/L (10

16.1)(4

max Pb 2-⨯=+a

因为此值大于10-6mol/L ，所以铅试样发生了腐蚀，但腐蚀不能继续下去。溶液中Pb 2+ 的最大活度为1.16⨯10-4 mol/L 。

查PbCl 2的活度系数，当浓度为10-4时，a = 0.964，因此得Pb 2+的最大浓度约为1.2⨯10-4 mol/L 。

在以下各题目中，凡未指明温度者，均按25︒C 计算；凡未指明压力者，均按1atm 计算。

1-9. 计算氢电极反应的平衡电位。设溶液的pH = 10，温度40︒C ，压力等于600mmHg 。

1-10. 在下列情况下，氧电极反应的平衡电位如何变化： (1) 温度升高10︒C (取Po 2 =1atm ，pH = 7)。 (2) 氧压力增大到原来的10倍 (温度25︒C)。 (3) 溶液pH 值下降1单位 (温度25︒C)。

1-11. 计算在25︒C ，0.01mol/L 乙酸溶液中氢电极反应的平衡电位。已知在25︒C 时乙酸的电离常数k = 1.76⨯10-5。

1-12. 计算在25︒C ，0.01mol/L 氢氧化铵溶液中氧电极反应平衡电位。 1-4