船舶电化学腐蚀的分析与控制

　文章编号　167127953(2007)0320087203

船舶电化学腐蚀的分析与控制

王永宁　平　琦　龚　涛

中国舰船研究设计中心　武汉　430064

摘　要　分析船舶在海水中产生电化学腐蚀的机理和种类,提出控制腐蚀的阴极保护措施操作要点和原理以及结构工艺措施要点,设计实例表明两种方法结合使用能达到防腐效果。

关键词　电化学腐蚀　牺牲阳极　外加电流阴极保护　电化学防蚀结构工艺方法中图分类号　U672.7+2 文献标识码　A

Analysis and control of electrochemical corrosion of ship

WANG Yong 2ning PING Q i G ong T ao China Ship Design Institution Wuhan 430064

Abstract The mechanism and category of electrochemical corrosion were analyzed for ship hull in the sea 2water.The key points for measure of the cathodic protection and corresponding structure and technique were discussed.The practical design showed that combining with the above 2methods can reach better effects to control electrochemical corrosion.

K ey w ords electrochemical corrosion sacrificial anode impressed current cathodic protection system for ship hull structure and technique of electrochemical corrosion protection

收稿日期　2006211214修回日期　2006212219

作者简介　王永宁(1958-),男,大学,高级工程师。

船舶在海洋环境中由于海水的长期直接作用,水下部位(、螺旋桨、舵等)、压载水舱、设备管系的腐蚀最为严重,使得船舶构件锈蚀、穿孔,强度降低,增加了维修和维护费用,影响到船舶的安全性。我国船体材料通常采用低合金钢,其在海水中的平均腐蚀速率为0.14mm/年(921钢青岛实海挂片数据),局部腐蚀速率为0.44mm/年(921钢青岛实海挂片数据)。实船由于受螺旋桨等不同材质结构的影响,实际腐蚀速率会更大。这就意味着,船体钢板在无任何保护或只有涂层保护的情况下,局部在3～5年内将腐蚀穿孔。

1　船舶腐蚀特点

金属腐蚀按其机理不同可分为化学腐蚀和电

化学腐蚀。

船舶受腐蚀速度与海水的流动速度、气泡、温度、冲击性以及海水所含微生物等因素都有有极

为密切的关系。船体在海水中的腐蚀最主要的是电化学腐蚀,即在腐蚀过程中有微电流产生。111　氧的浓差电池作用

由于氧有夺取电子的能力,且水面的氧较水下的氧多,故近水面部分的金属得到电子成为阴极,而水中部分的金属失去电子成为阳极而发生腐蚀。腐蚀发生后,缝隙或缺口处的氧多,而底部氧少,从而底部继续腐蚀,最后成为锈坑或锈穿[1]。

112　两种不同金属或钢种的腐蚀

在海水中,两种不同成分的金属接触时,电势较低的金属成为阳极发生腐蚀。船舶水下附体包含大量与船体不同金属或钢种的设备,例如测深仪、声纳等,因此船舶发生此类腐蚀较为严重。113　氧化皮引起的腐蚀

由于氧化皮的电极电位比钢铁的高0.26V ,所以成为阴极,而钢铁本身成为阳极发生腐蚀。114　涂膜下的腐蚀

由于实际上涂膜表央有微孔存在,所以海水

仍可缓慢穿过涂膜产生电化学腐蚀。此时,含涂膜的部分成为阴极,不含涂膜的部分成为阳极而发生腐蚀,生成FeO 和H 2气体,进一步变成

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8第36卷　第3期2007年6月 船海工程SHIP &OCEAN EN GIN EERIN G

Vol.36　No.3

J un.2007

Fe3O4和Fe2O3,由于Fe3O4和Fe2O3的体积比Fe大得多,所以使涂膜鼓起破坏。在涂膜未损坏或失效时,这一过程是缓慢的。涂漆前未除尽的氧化皮、锈蚀物、污物、水分、盐类等,在涂膜下加速进程,破坏涂膜。涂装时漏涂等施工缺陷也会加速腐蚀进程,从而过早破坏涂膜。涂膜损坏后,将产生前述各种腐蚀,这种腐蚀速度比未涂漆时更快[2]。

115　杂散电流引起的腐蚀

由于供电或电焊时,违反操作规程,产生漏电,从而使船体变成一个巨大的阳极,产生大规模的腐蚀。这种腐蚀后果非常严重,某厂建造的4艘登陆艇,出厂1年后,6mm的钢板局部几乎烂穿。

由上述分析可知,海洋环境中的电化学腐蚀是困扰船舶的严重问题。因此,船舶防腐效果的好坏直接影响到该船的有效使用。

2　船舶电化学腐蚀的控制

电化学腐蚀防护是船舶总体设计的重点之一,须综合考虑多种因素,包括船体材料、任务、航区等,以较少的投入保证电化学防腐的效果。控制船舶电化学腐蚀的的方式包括阴极保护和结构工艺措施。

211　阴极保护措施

阴极保护措施指在现有的船舶结构工艺措施基础上,向被保护的金属通以直流电流,使被保护的金属变成阴极从而得到保护。根据提供电流方式的不同,可分为外加电流法和牺牲阳极法。

外加电流法的特点:电压、电流可调性好,可随外界条件变化实现自动控制。使用周期长,可用于不同介质之中。一般安装于中、大型船艇,但需一套控制设备,并须经常检查管理。

牺牲阳极法的特点:不需要外加电源,方便、安全可靠,平时无须管理。适用于中、小型船艇和没法提供可调电源的地方。为了保证防腐效果,其阳极块数要足够多,且不能实现随外界条件变化而自动控制。

2.2　阴极保护要点

2.2.1　保护电位和最佳保护效果

工程上规定的阴极保护设计电位一般按某一种准则,如被保护钢构件与相邻环境介质间电位差负于C850mV(对硫酸铜电极CSE)等,实际上,这些准则规定的值受保护构件及环境特性的影响。

阴极保护电位和保护度与外加能量(电压与保护电流乘积)关系中,供阴极保护的外加能量对保护电位的曲线存在一个拐点(二阶导数为零),该点位于最大保护度电位附近,该点附近保护电位的变化引起的能量变化最小,当实际电位负于此电位时,外加能量中消耗在析氢等过程的比率明显增加,可从实验曲线或拟合方程来计算这个保护电位[3]。

2.2.2　阳极形状

传统观点认为,阳极棒的端头应加工成半球形,以避免棱角处电流密度集中。采用物理模型计算后表明,阳极端部的确存在电流密度集中的问题,但单靠改变端头形状,改进效果不大。有研究表明,在阳极根部采用合适的塑料绝缘套(阳极屏蔽层),可得到比较均匀的阳极电流密度分布。

2.2.3　保护电位和电流密度的分布

阴极保护体系中金属表面各处保护电位不同,目前评价阴极保护效果主要用电位准则,确定体系保护电位分布是阴极保护数学模型的主要研究内容之一。达稳定状态的阴极保护体系电位分布满足静电场电位方程(泊松或拉普拉斯方程),为求得唯一解,必须同时规定某些边界条件,如:在构件与介质的所有界面给出其电位V与电流密度J或与电位梯度之间的关系式:

V=f(J)=f?

V

9n

一般情况下,从这些方程只能求得电位分布的数值解,得不到解析解。对形状较简单的保护构件,也可用其他方法来推导电位分布的近似数学表达公式。根据电位分布还可进一步推算出电流密度分布,计算出更接近实际的总保护电流值。213　结构工艺措施

结构工艺方法包括结构措施和隔离措施。结构措施包含降低船舶腐蚀电位的结构、工艺设计;隔离措施为船舶主要电气设备的绝缘及船体水下附体的涂层设计。这种技术措施立足从源头削弱船舶电化学腐蚀,在建造中采用优化方案,屏蔽电化学腐蚀源,隔离异种金属。具体措施包括:

1)采用非金属材料或选择相近似电势的金属制造海水环境中的船体及附件;

2)屏蔽船舶电场源;

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3)分离船舶电场源的内部电路;

4)利用电绝缘材料作为船舶电场源的涂层;

5)不同种类金属结构的电绝缘。

其中关键在于不同种类金属结构的电绝缘,具体的需进行电绝缘的金属结构有船体表面受海水作用的结构以及不同种类金属组成的结构连接,包括:

(1)船体水下部分与所有附体和交变水线区;

(2)螺旋桨、回声测深仪、计程仪、减摇鳍;

(3)循环泵和主冷凝器的进水和排水接管;

(4)通海阀箱;

(5)有通往舷外口的船上各系统的底部———舷部附件和管路,以及由不同于船体外板的金属材料制成的管路某些元件。

(6)船体和由不同于船体材料的金属制造,又与海水相通的系统及装置零件,其中有底部、舷部附件,有通往舷外口的船舶系统管路,由不同于船体外板的金属材料制成管路的某些元件等均与船体隔离和彼此相绝缘;船底———舷侧附件和海水系统管路的法兰接头同船壳板;计程仪吸入管和楔形阀同船体;测深仪振子同船体;船体水下部分及全部凸出结构。

综上所述,需采用阴极保护及结构工艺综合措施,以结构工艺措施为基础,在将船舶电化学腐蚀降到一定程度后,配合以阴极保护措施解决结构工艺措施出现缺陷后的腐蚀。

3　设计实例

20世纪90年代中期所设计的某型船舶为控制其电化学腐蚀采用了阴极保护和结构工艺综合措施,配置了外加阴极电流保护装置,主要技术要求为:

1)正常状态下,船体各测点电位应在-0.80～-0.95V(相对于银/卤化银电极)和(相对于铜/硫酸铜参比电极)范围内;

2)使船体达到最佳保护电位,在10年保护期间内,船体腐蚀深度不大于1mm。

其中,恒电位仪:额定输出电流150A,15～150A连续可调;额定输出电压20V,2.5～20V 连续可调;

辅助阳极:8只铂钛阳极,每只阳极最大输出电流为30A,尺寸为900×180×40mm,重量为35kg,使用寿命20年以上。

参比电极:4只银/卤化银双参比电极,稳定性为±5m V,使用寿命大于10年,尺寸为<100×50mm,重量为15kg。

辅助阳极和参比电极从船体中部开始均匀,左右对称布置。

同时该船采取了电隔离措施,对船体及附体的不同种类金属结构进行了电绝缘处理,重点对螺旋桨、回声测深仪、计程仪、减摇鳍、通海阀箱等处与船体连接处进行了电隔离措施。为保证电隔离措施的效果,在舰上设置了自动连续监测船体主要结构工艺电绝缘状况的设备,用于:

1)保证连续自动监测舰艇电保护和电磁保护主要结构工艺电绝缘的状况;

2)测量被测电解偶的电压降和该电解偶结构工艺的绝缘电阻

3)测量舰艇电保护和电磁保护结构工艺绝缘电阻较低的具体元件,其损伤是在自动监测中发现出来的。

该型船至今已建造10余条,历次进坞均未发现严重腐蚀,证明其电化学腐蚀防护设计是成功的。

4　结束语

由于船舶电化学腐蚀发生因素的复杂性和一定的不可预测性,电化学腐蚀设计一直是设计难点。在近几年的船舶设计,大多采用结构工艺综合措施结合阴极保护,阴极保护又往往同时使用外加电流和牺牲阳极。这样投入大,但保证了相当的设计裕度,近年设计的船舶较少发生重大电化学腐蚀事件。

参考文献

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[3]周伟舫.电化学测量[M].上海:上海科学技术出版

社,1985:290.

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金属的电化学腐蚀与防护测试题(含答案)

金属的电化学腐蚀与防护测试题(含答案) 《金属的电化学腐蚀与防护》 一、选择题 1. 为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是 A. 在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B. 在排放海水的钢铁阀门上用导线 连接一块石墨，一同浸入海水中 C. 在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D. 在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极 2. 以下现象 与电化学腐蚀无关的是 A. 黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B. 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C. 铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈 D. 银制奖牌久置后表面变暗 3. 埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀的速度最慢的是 A. 在含铁元素较多的酸性土壤中 B. 在潮湿疏松透气的土壤中 C. 在干燥 致密不透气的土壤中 D. 含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中 4. 下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是①金属表面涂抹油漆②改变金属的内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜 A．①②③④ B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．全部 5. 下列对金属及其制品的防护措施中，错误的是 A. 铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置于潮湿处 B. 通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜 C. 对于易生锈的铁制品要定期刷防护漆 D. 把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢 6. 为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是 A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升 B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 7. 下列关于金属腐蚀正确的是： A. 金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：M + n H2O === M(OH)n + n/2 H2↑ B. 金属的化学腐蚀的实质是：M ?C ne- ＝ Mn+ ，电子直接转移给氧化剂 C. 金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D. 在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 8. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程，其首要原因是 A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C．不使电池

金属腐蚀与防护

第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀

2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)

金属的电化学腐蚀与防腐

金属的电化学腐蚀与防腐 李泽升 宁夏大学资源环境学院 12级环境科学1班 摘要：腐蚀现象都是由于金属与一种电解质（水溶液或熔盐）接触，因此有可能在金属／电解质界面发生阳极溶解过程（氧化）。这时如果界面上有相应的阴极还原过程配合，则电解质起离子导体的作用，金属本身则为电子导体，因此就构成了一种自发电池，使金属的阳极溶解持续进行，产生腐蚀现象。 关键词：电化学腐蚀原理晶间腐蚀均匀腐蚀应力腐蚀防护与应用镀层阳极保护 一、引言 随着社会生产力的发展，人民生活水平的提高，金属的使用在日常生活中应用的越来越普遍，由金属腐蚀所带来的损失也越来越严重，这样研究金属的腐蚀与防护便显得非常的重要，本论文主要综合讲述了金属的电化学腐蚀的基本原理和分类，以及讨论了有关现实生产生活中具体的防护措施，以更好的指导现实实践。 二、电化学腐蚀原理 金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被还原物质的粒子在与金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原，与失去价电子的被氧化的金属“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。由于金属是电子的良导体，如果介质是离子导体的话，金属被氧化与介质中被还原的物质获得电子这两个过程可以同时在金属表面的不同部位进行。金属被氧化成为正价离子（包括配合离子）进入介质或成为难溶化合物（一般是金属的氧化物或含水氧化物或金属盐）留在金属表面。这个过程是一个电极反应过程，叫做阳极反应过程。被氧化的金属所失去的电子通过作为电子良导体的金属材料本身流向金属表面的另一部位，在那里由介质中被还原的物质所接受，使它的价态降低，这是阴极反应过程。在金属腐蚀学中，习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的物质叫做去极化剂。经

腐蚀控制的方法

腐蚀控制的方法 1. 根据使用的环境，正确地选用金属材料和非金属材料； 2. 对产品进行合理的结构设计和工艺设计，以减少产品在加工、装配、储存等环节中的腐蚀； 3. 采用各种改善腐蚀环境的措施，如在封闭或循环的体系中使用缓蚀剂，以及脱气、除氧和脱盐等； 4. 采用化学保护方法，包括阴极保护和阳极保护技术； 5. 在基材上施加保护涂层，包括金属涂层和非金属涂层。 全面腐蚀与局部腐蚀 全面腐蚀是常见的一种腐蚀。全面腐蚀是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的 也可以是不均匀的。全面腐蚀速度也称均匀腐蚀速度，常用的表示方法有重量法和深度法。局部腐蚀主要有点蚀（孔蚀）、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、 湍流腐蚀等。 点腐蚀（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，简称点蚀。点蚀是一种典型的局部腐蚀形式，具有较大的隐患性及破坏性。点蚀表面直径等于或小于它的深度。一般只有几十微米。 点蚀发生的条件 1．表面易生成钝化膜的材料，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．在有特殊离子的介质中易发生点蚀，如不锈钢在卤素离子的溶液中易发生点蚀。 3．电位大于点蚀电位（Ebr）易发生点蚀。 影响点蚀的因素及预防措施 合金成分、表面状态及介质的组成，pH 值、温度等，都是影响点蚀的主要因素。不锈钢中Cr 是最有效提高耐点蚀性能的合金元素，如与Mo、Ni、N 等合金元素配合，效果最好。降低钢中的P、S、C 等杂质含量可降低点蚀敏感性。奥氏体不锈钢经过固溶处理后耐点蚀。预防点蚀的措施：（1）加入抗点蚀的合金元素，含高Cr、Mo 或含少量N 及低C 的不锈钢抗点蚀效果最好。如双相不锈钢及超纯铁素体不锈钢。（2）电化学保护。（3）使用缓蚀剂。

金属腐蚀理论及腐蚀控制答案

《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 （跟着剑哥走，有肉吃。） 习题解答 第一章 1.根据表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。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st

=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6 =0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。 （2）对不锈钢在20%HNO 3( 25℃)有： 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y

金属材料的电化学腐蚀与防护

金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。

极化曲线在电化学腐蚀中的应用

极化曲线在电化学腐蚀中的应用 娄浩 (班级：材料化学13-1 学号：120133202059) 关键词：电化学腐蚀；极化；极化曲线；极化腐蚀图 据工业发达国家统计，每年由于腐蚀造成的损失约占国民生产总值的l～4％，世界钢铁年产量约有十分之一因腐蚀而报废，因此研究金属腐蚀对于国民经济发展和能源的合理利用具有重大意义。其中电化学腐蚀是金属腐蚀的一种最普遍的形式。论文分析了电化学腐蚀的机理以及极化曲线的理论基础。利用测量极化曲线的方法，研究金属腐蚀过程，已经得到广泛的应用。 1.金属腐蚀的电化学原理 金属腐蚀学是研究金属材料在其周围环境作用下发生破坏以及如何减缓或防止这种破坏的一门科学[1]。通常把金属腐蚀定义为：金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学而引起的破坏或变质。所以，可将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀[2]。 化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其反应的特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物[3]。腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。 电化学腐蚀是指金属表面与电子导电的介质(电解质)发生电化学反应而引起的破坏。任何以电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成回路[4]。阳极反应是氧化过程，即金属离子从金属转移到介质中并放出电子；阴极反应为还原过程，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的过程。例如，碳钢[5]在酸中腐蚀，在阳极区Fe被氧化成Fe2+所放出的电子自阳极Fe流至钢表面的阴极区(如Fe3C)上，与H+作用而还原成氢气，即 阳极反应：Fe - 2e →Fe2+ 阴极反应：2H+ + 2e →H2 总反应：Fe + 2H+ →Fe2+ + H2 与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于，它的腐蚀历程可分为两个相对独立并可

腐蚀测试方法

一、 填空题 1. 腐蚀的定义：物质（通常是金属）或其性能由于与环境发生反应所引起的变质。 2. 金属腐蚀测试方法按测试方法的性质可分为物理的、化学的和电化学的的试验方法。 3. 在重量法中清除腐蚀产物的方法有：机械法、化学清洗法、电解去膜法。 4. 在确定采用何种腐蚀研究方法时应从腐蚀介质、金属材质、腐蚀类型等三方面综合考虑。 5. 腐蚀试验结果的误差包括系统误差和偶然偏差。 6. 参比电极必需具备的性能有1）参比电极应是可逆电极，它的电极电位时可逆电位，符合能斯特电极电位公式、2）电极过程的交换电流密度高，不易极化、3）具有良好的电位稳定性和重现性、4）如果参比电极突然流过电流，断电后其电极电位应很快回复到原先的电位值、5）电极电位随温度的变化小、6）制备、使用、维护简单方便。 7. 当两种不同金属在介质中相互接触，其中自腐蚀电位较负的金属在接触处的局部腐蚀速度将加剧，而自腐蚀电位较正的金属在接触处的局部腐蚀速度将减慢。 二、 不定项选择题 1. 下列电极中，在任何温度时电极电位均为零的是：（C ） A 饱和甘汞电极 B 银—氯化银电极 C 标准氢电极 D 铜—硫酸铜电极 2. 下述方法中不属于电化学测试方法的有：（A 、C ） A 重量法 B 极化曲线法 C 电阻法 D 电偶法 E 交流阻抗法 3. 某金属工件由异种金属铆钉铆接而成，其工作时处于腐蚀介质中，从安全角度考虑，应选用：（B ） A 小阳极大阴极结构 B 大阳极小阴极结构 C A 、B 都可以 4. 在经典电化学测试中，应通过盐桥与体系相连的是：（B ） A 辅助电极 B 参比电极 C 工作电极 D 全部需要 5. 在测定金属M 的电极电位M ?时，如测得M 与参比电极组成的电池的开路电压V 且连接电极M 导线的极性为负，则M ?可表示为：（A ） A M V ??=-参比 B M V ??=+参比 C M V ?= D M V ??=-参比 6. A 、B 两种金属，令,c A ?＜B ?c ，，在介质中偶合后，如体系属于电化学极化控制体系，则偶合电流I g 可表示为：（A ） A ,,,exp()0.434c A g g a A c A k I I I b ??-=- B ,,,exp()0.434c A g g a A c A k I I I b ??-=+ C ,,,exp()0.434c A g g a A c A k I I I b ??+=- D ,,,exp()0.434c A g g a A c A k I I I b ??+=+ 7. 金属腐蚀速率最常用的三种指标是：（A 、B 、C ） A 重量指标 B 深度指标 C 电流指标 D 机械强度指标 8. 一个金属浸在被氢气饱和的溶液中，则金属的有效溶解速度可表示为：（B ） A 1,1,a a k i i i =+ B 1,1,a a k i i i =- C 1,2,a a a i i i =- D 1,2,a a k i i i =- 9. 以下四种测试方法，需要去除腐蚀产物的有：（D ）

金属腐蚀与防护课后习题答案

腐蚀与防护试题 1化学腐蚀的概念、及特点 答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。 是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。 归纳化学腐蚀的特点 在不电离、不导电的介质环境下 反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应 腐蚀速度与程度与外界电位变化无关 2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？ 答案：氧化膜保护作用条件： ①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度 氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。 PB原理的数学表示： 反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量 氧化物的体积： V MO = m'/ ρ ' 用? = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ） 当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件 部分金属的?值 氧化物?氧化物?氧化物? MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7 MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。 MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别 答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀 ②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生 ④与环境电位密切相关

直升机结构的腐蚀原因及其控制方法分析(正式)

编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 直升机结构的腐蚀原因及其控制方法分析(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号：KG-AO-8481-76 直升机结构的腐蚀原因及其控制方 法分析(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 长期以来，腐蚀问题一直都是影响直升机使用及寿命的主要因素，因此，如何进行有效的腐蚀控制是确保直升机结构完整性、可靠性，降低维护成本，延长寿命的关键。因此，本文分析了我国直升机的结构腐蚀现状，就腐蚀原因进行了探讨，并提出了一系列腐蚀控制方法，以便为更好地解决直升机结构腐蚀方面的问题提供指导和借鉴。 由于直升机往往承担着重要的飞行任务，因此，面对复杂多变自然环境及酸雨、二氧化硫等污染因素的影响，无法避免地加剧直升机结构的腐蚀。调查显示，随着近些年来我国自然环境条件的不断恶化，直升机的腐蚀速度也在迅速加快，有些甚至已经出现了大范围腐蚀等问题，结构腐蚀情况十分严重。因此，

金属腐蚀与防护课后答案

金属腐蚀与防护课后答案 《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 习题解答 第一章 1.根据表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。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6

=0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。（2）对不锈钢在20%HNO (25℃)有： 3 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701g/cm3

电化学腐蚀

电化学腐蚀 编辑 电化学腐蚀就就是金属与电解质组成两个电极,组成腐蚀原电池。例如铁与氧,因为铁的电极电位总比氧的电极电位低,所以铁就是阳极,遭到腐蚀。特征就是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包,次层就是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。 1基本介绍 2相关原理 3方程式 4现象危害 5解决办法 6电化学 7除氧方法 ?热力除氧 ?真空除氧 ?铁屑除氧 ?解吸除氧 ?树脂除氧 ?化学药剂除氧 基本介绍编辑 不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀就是电化学腐蚀最突出的例子。 我们知道,钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀,但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。原来,在潮湿的空气里,钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子,还溶解了氧气等气体,结果在钢铁表面形成了一层

电解质溶液,它跟钢铁里的铁与少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁就是负极,碳就是正极。铁失去电子而被氧化、电化学腐蚀就是造成钢铁腐蚀的主要原因。 金属材料与电解质溶液接触, 通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应就是一种氧化还原反应。在反应中,金属失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程,反应产物就是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物(或金属难溶盐);介质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中,获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。 在均匀腐蚀时,金属表面上各处进行阳极反应与阴极反应的概率没有显著差别,进行两种反应的表面位置不断地随机变动。如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应,其余表面区域主要进行阴极反应,则称前者为阳极区,后者为阴极区,阳极区与阴极区组成了腐蚀电池。 直接造成金属材料破坏的就是阳极反应,故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接,以使腐蚀发生在电位较低的金属上。 相关原理编辑 金属的腐蚀原理有多种,其中电化学腐蚀就是最为广泛的一种。当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气 电化学腐蚀 中,金属表面会形成一种微电池,也称腐蚀电池(其电极习惯上称阴、阳极,不叫正、负极)。 阳极上发生氧化反应,使阳极发生溶解,阴极上发生还原反应,一般只起传递电子的作用。腐蚀电池的形成原因主要就是由于金属表面吸附了空气中的水分,形成一层水膜,因而使空气中 , , 等溶解在这层水膜中,形成电解质溶液,而浸泡在这层溶液中的金属又总就是不纯的,如工业用的钢铁,实际上就是合金,即除铁之外,还含有石墨、渗碳体( )以及其它金属与杂质,它们大多数没有铁活泼。这样形成的腐蚀电池的阳极为铁,而阴极为杂质,又由于铁与杂质紧密接触,使得腐蚀不断进行。 方程式编辑

高中化学复习知识点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀

高中化学复习知识点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 一、单选题 1．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护，下列说法正确的是（） A．钢管道表面发生了还原反应 B．该方法将电能转化为了化学能 C．该方法称为外加电流阴极保护法 D．镁块上发生的电极反应：O2+2H2O+4e→4OH- 2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（） A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的负极 3．美籍华裔化学家钱永健获得诺贝尔化学奖。少年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣。16岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目，荣获有“少年诺贝尔”

之称的著名奖项。下列说法正确的是 A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程 B．合金都比纯金属易被腐蚀 C．将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀。D．镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀 4．各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（） A．④②①③B．④③①②C．②①③④D．③②④①5．关于金属腐蚀和防护原理的叙述中，错误的是（） A．镀锌铁皮发生电化腐蚀时，锌发生还原反应 B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀 C．钢铁析氢腐蚀的正极反应：2H+＋2e → H2↑ D．埋在地下的钢管与电源负极连接可以减缓腐蚀 6．埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下被腐蚀得最慢的是 A．在潮湿疏松的碱性土壤中B．在干燥致密的酸性土壤中 C．将输油管道与电源负极相连D．在输油管道接口处包上铜皮 7．每年由于腐蚀造成的钢铁损失约占年产量的10~20%，金属的防腐十分重要。钢铁防腐方法有许多种，图—1与图—2是两个典型的例子。对其中原理的描述正确的是（） A．图—1：a为电源正极B．图—1：辅助电极上发生氧化反应C．图—2：电流方向d→c D．图—2：金属A可以是耐腐蚀的金属铜8．关于金属腐蚀和防护原理的叙述中，错误的是( ) A．埋在地下的钢管与电源负极连接可以减缓腐蚀 B．原电池负极和电解池阳极发生的都是氧化反应 C．钢铁析氢腐蚀的正极反应：2H+＋2e → H2↑ D．为了避免青铜器生成铜绿，将青铜器放在银质托盘上 9．有关金属腐蚀的叙述正确的是

金属腐蚀与控制

金属腐蚀与控制 第一章腐蚀概论 一、腐蚀的定义 腐蚀是材料在环境的作用下引起的破坏或变质。金属和合金的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏，有时还同时伴有机械、物理或生物作用。例如应力腐蚀破裂就是应力和化学物质共同作用的结果。单纯物理作用的破坏，如合金在液态金属中的物理溶解，也属于腐蚀范畴，但这类破坏实例不多。单纯的机械破坏，如金属被切削、研磨，不属于腐蚀范畴非金属的破坏一般是由于化学或物理作用引起，如氧化、溶解、溶胀等。 二、腐蚀的危害 1.经济损失 腐蚀的危害非常巨大，它使珍贵的材料变为废物，如铁变成铁锈、（氧化铁）；使生产和生活设施过早地报废，并因此引起生产停顿，产品或生产流体的流失，环境污染，甚至着火爆炸。据统计，工业发达国家每年由于金属腐蚀的直接损失约占全年国民经济总产值的2～4％。中国1988年国民生产总值约为1万4千亿元，由于金属腐蚀造成的直接损失约为300～600亿元。据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，这还不包括由于停工减产、火灾爆炸等造成的间接损失。例如，发电厂一合锅炉管子腐蚀损坏，其价值不大，但引起一大片工厂停工，则损失要大得多。另外，非金属腐蚀损失还没有详细调查，由于混凝上、木材、塑料等用量庞大，腐蚀损失也是惊人的。材料腐蚀遍及所有的经济和生活领域，由于腐蚀主要是材料与化学介质发生化学反应所引起的，所以，对于大量使用和生产强腐蚀性化学产品的化学工业等，其危害就更大。克服腐蚀危害也是广大科技工作者的迫切任务。 2.对安全和环境的危害 腐蚀不仅造成经济上的损失；也经常构成对安全的威胁。均匀腐蚀，如铁生锈，一般进展缓慢，危险性不大，但一些局部腐蚀如孔蚀（穿孔）和应力腐蚀破裂，常常是突然发生的，可能引起事故，造成意外危险。过去国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁，桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷，油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸等。化工厂的腐蚀事故更多，如贮酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染，液氨贮罐爆炸，造成人员伤亡，管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如氯、硫化氢、氰化氢等的泄漏，则更危及工作人员和附近居民的生命安全。据一些化工厂的统计，化工设备的破坏约有60％是由于腐蚀引起的，而腐蚀破坏中约30％是均匀腐蚀， 70％则属于危险的局部腐蚀，其中以应力腐蚀破裂为最多。可见，除了经济损失以外，腐蚀对安全和环境的威胁决不容忽视。 3.阻碍新技术的发展 一项新技术、新产品、和新工业的产生过程中，往往会遇到需要克服的腐蚀问题，只有解决了这些困难的腐蚀问题，新技术、新产品、新工业才得以发展。工业史上有许多例子，如铅室法硫酸工业是在找到了耐稀硫酸的铅材才得以发展起来的; 发明了不锈钢以后，生产硝酸和应用硝酸的工业才蓬勃兴起。近代还有一个有趣的例子，美国人在实施登月计划的过程中，遇到一个严重的腐蚀问题：盛四氧化二氮（氧化剂）的容器是用钛合金（6％A1，4％V）制成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方法：在氧化剂中加入少量水（＞1.5％）或加0.6％NO，作为缓蚀剂，控制了应力腐蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。现在和未来在发展新技术、新产品的过程中，还会不断遇到各种新的腐蚀问题，而且是越来越困难的问题，例如化学、能源（包括核能）、航天工业等都有向高温、高压方向发展的趋势，这样可获得更高的生产率，更快的速度和更低的生产成本。但高温高压会造成更加苛刻的腐蚀环境。早期的喷气机油泵温度约为790℃，现在已达到约1100℃，这就需要适应高温、高速的新材料。由于石油和天然气的短缺，特别是我国，利用蕴藏量巨大的煤转化为气或液体燃料，是有重大意义的，但这就会遇到一连串的腐蚀问题：高温（超过1650℃）、高压、庞大的容器、粉尘的磨损腐蚀，硫化氢以及加氢引起的氢腐蚀，适应高温、高速、高磨蚀的泵和阀等。解决了这一系列问题，将可能获得廉价的煤的液化、气化燃料，将使我国以至世界的经济面貌大为改观。 4.促进自然资源的耗损 地球只有薄薄的一层外壳贮藏着可用的矿藏，而金属矿的贮量是有限的，现在已越来越减少。人类从矿石中提炼出金属，腐蚀又使金属变为无用的、不能回收的散碎的氧化物等，因而加速了自然资源的耗损。从延缓自然资源耗竭的观点看，防止腐蚀的工作也是十分重要的。 三、腐蚀的分类 根据腐蚀的形态，可分为均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀两类，局部腐蚀还可分为若干小类。 根据腐蚀的作用原理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。两者的区别是当电化学腐蚀发生时，金属表面存在隔离的阴极与阳极，有微小的电流存在于两极之间，单纯的化学腐蚀则不形成微电池。过去认为，高温气体腐蚀（如高温氧化）属于化学腐蚀，但近代概念指出在高温腐蚀中也存在隔离的阳极和阴极区，也有电子和离子的流动。据此，出现了另一种分类：干腐蚀和湿腐蚀。湿腐蚀是指金属在水溶液中的腐蚀，是典型的电化学腐蚀，干腐蚀则是指在干气体（通常是在高温）或非水溶液中的腐蚀。单纯的物理腐蚀，对于金属很少见，对于非金属，则多半产生单纯的化学或物理腐蚀，有时两种作用同时发生。 金属腐蚀与控制

电化学腐蚀

2）电化学腐蚀速率的测定 金属的腐蚀速度可用腐蚀失重或腐蚀深度表示，也可用腐蚀电流密度表示。在电化学腐蚀过程中，一般以自腐蚀电流密度i corr的大小来衡量金属的腐蚀速度。测定腐蚀电流密度的方法很多，本实验用塔费尔直线外推法来测定金属电化学腐蚀过程中的腐蚀电流密度，来衡量金属的腐蚀速度。如图2-1为塔费尔直线。 图2-1极化曲线外延法测得金属腐蚀速度 极化曲线的这一区段称为塔费尔区，也叫强极化区。在极化曲线中，塔费尔直线延长线的交点处，金属阳极溶解的速度和阴极的去极化反应的速度相等。金属的腐蚀达到相对稳定，这时的电位即是自腐蚀电位，自腐蚀电位的高低反应了材料发生腐蚀的难易程度，自腐蚀电位越高，材料越不容易发生腐蚀，自腐蚀电位越低，材料就越容易发生腐蚀；所对应的电流就是金属腐蚀电流，腐蚀电流反应了金属发生腐蚀的快慢程度，腐蚀电流越大，金属发生腐蚀的速度就越大，腐蚀电流越小，金属发生腐蚀的速度就越小。根据这一原理，测定金属的极化曲线。将阳极或者阴极的塔费尔直线外推到与过电位为零的直线相交，交点对应的电流为腐蚀速度。 3）实验设备及条件 ①实验设备 实验采用电化学测量系统对各试样进行电化学腐蚀性能测试实验。其装置如图2-2所示：

图2-2 电化学极化曲线测量装置示意图 实验装置中三电极体系中以饱和甘汞（SCE）电极作为参比电极（reference electrode）；Pt 电极作为辅助电极（auxiliary electrode）；代测试样为研究电极（research electrode）。参比电极和研究电极间用盐桥连接，鲁金毛细管（capiliary）距研究电极1～2毫米。 电化学工作站部分参数如下： 初始电位(V)：-2；终止电位(V)：2.2；扫描段数：1；终止电位处保持时间：0；静置时间：2s；电流灵敏度(A/V)：1.e-0.04。 ②实验条件 a．腐蚀试样：对1#到12#试样进行蜡封，即：在试样上用油性笔取1cm×1cm 的面积，并在其上放置橡皮，而后将烧化的蜡汁快速滴于试样表面，即蜡封处理。 b．腐蚀溶液：3.5%的NaCl水溶液（与浸泡实验相对应）

第四节 金属的电化学腐蚀与防护

第四节 金属的电化学腐蚀与防护 教学目标： 1、了解金属的化学腐蚀和电化学腐蚀。 2、了解金属电化学腐蚀的原理及其防护。 教学重点 金属的电化学腐蚀 教学难点 电极反应式的写法 教学过程 【学生看书讨论】 1. 什么是金属的腐蚀?金属腐蚀的本质是什么? 2. 化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点是什么? 一、金属腐蚀的本质: M – xe - = M x+ 二、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别 化学腐蚀 电化学腐蚀 共同点 M – xe - = M x+ M – xe - = M x+ 不同点 (1)金属与氧化剂直接得失电子 利用原电池原理得失电子 (2)反应中不伴随电流的产生 反应中伴随电流的产生 (3)金属被氧化 活泼金属被氧化 三、金属的电化学腐蚀 (以钢铁为例) 1.析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: Fe – 2e - = Fe 2+ 正极: 2H + + 2e - = H 2 ↑ 总式：Fe + 2H + = Fe 2+ + H 2 ↑ 2. 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) 负极: 2Fe – 4e - = 2Fe 2+ 正极: O 2+4e - +2H 2O = 4OH - 总式：2Fe + O 2 +2H 2O =2 Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O = 4Fe(OH)3 四、金属的电化学防护 1． 影响金属腐蚀快慢的因素

本性：（1）金属的活动性（2）纯度（3）氧化膜 介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液） 2．金属的电化学防护 （1）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法 【练习】:如图所示,试管中的铁钉如果在酸性溶液或在食盐溶液中的腐蚀的现象有何不同?

金属腐蚀与控制

第一章电化学腐蚀 1、何为腐蚀原电池？（外电路短路，画图） 腐蚀原电池：外电路短路原电池。 2、何为次生腐蚀反应？举例说明（Fe） 次生腐蚀反应：阳极、阴极腐蚀产物之间发生反应。 如：Fe，Cu，3%NaCl溶液中； 阳极：Fe - 2e = Fe2+ 阴极：O2 + 2H2O + 4e ＝4OH－次生腐蚀过程：Fe2++ 2OH- = Fe(OH)2 Fe(OH)2 沉积阳、极阴交界处形成致密膜起保护作用，若Fe(OH)2 进一步反应：Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ＝4Fe(OH)3，脱水成铁锈xFeO.yFe2O3.2H2O 疏松不起保护作用。 3、微电池的种类有哪些？ 定义：人眼不可辨，指阳极区和阴极区尺寸小，很难区分。 （1）成分不均匀钢或铸铁中的Fe、Fe3C或石墨，Fe为阳极，Fe3C或石墨为阴极；（2）组织不均匀晶界与晶粒内部，一般晶界为阳极，晶粒内部为阴极； （3）物理状态不均匀应力大晶格畸变为阳极，应力小为阴极。 4、双电层有哪几种？ （1）金属+ H2O Mn +.ne + mH2O = Mn+ .mH2O + ne （2）金属+ 金属盐溶液

CuSO4溶液中的Cu2+由于被Cu吸引沉积到Cu上。Cu2 + + 2e = Cu （3）非金属+ 电解质溶液 氧电极：Pt吸附O2或O，得到Pt上的e。Pt =Pt + + e 氢电极：Pt吸附H2或H，得到Pt上的e。Pt =Pt + + e 5、简述阴极和阳极化学极化、浓差极化、电阻极化的原因。 （1）阳极极化原因 A.化学极化（活化极化）：金属溶解速度＜电子迁移速度，电子迁移到阴极，失电子Mn+还未迁移到溶液中，导致阳极带正电荷，电位升高，ηa＞0; B.浓差极化：阳极周围Mn+向外扩散速度较慢，使阳极附近Mn+活度升高，ηc＞0; M - ne ＝Mn+；ε↑=ε0+RT/nF ln（a Mn↑/1） C. 电阻极化：阳极形成保护膜，使M→Mn+过程受阻，ηr＞0; （2）阴极极化原因

电化学腐蚀试验

实验九极化曲线的测定 【目的要求】 1. 掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法。 2. 了解极化曲线的意义和应用。 3. 掌握恒电位仪的使用方法。 【实验原理】 1. 极化现象与极化曲线 为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，其中极化曲线的测定是重要方法之一。我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线，如图2-19-1所示。 图2-19-1 极化曲线 A-B：活性溶解区；B：临界钝化点B-C：过渡钝化区；C-D：稳定钝化区D-E： 超(过)钝化区 金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示： M→M n+＋n e 此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。图2-19-1中曲线表明，从A点开始，随着电位向正方向移动，电流密度也随之增加，电势超过B点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。B点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。电势到达C点以后，