金属腐蚀和防护课后习题答案解析
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
⑤有次生产物
4、解释现象：试验1：铜块与锌块相互接触，放入稀盐酸介质中，在铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解。
试验2：将铜块与锌块不相互接触，而在体系外用导线连接，若在导线间连接电流表。铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解，电流表针发生转动。
试验3：将锌块置于稀盐酸介质中，可见锌块不断溶解，氢气不断产生。
答案：在电动序上，锌比铜易失去电子，电子通过导线或与铜接触面进入铜块，在铜表面将电子传递给氢离子而形成氢气。同时锌离子进入溶液。 Zn → Zn 2+＋2e 阳极 2H +＋2e(Cu) →H 2↑ 阴极
锌块自身在盐酸介质之中的溶解问题的解释：微观动态腐蚀电池。
结论：将两种不同电极电位的金属相互接触（或用导线连接）放入同一种电解质溶液中。 现象：电位较正的一端产生气泡，较负的一端会逐渐溶解。
5、解释现象：试验：3%NaCl 水溶液1滴至光亮的铁片上，加少量铁氰化钾（K 3Fe(CN)6)和酚酞试剂，然后把铁片置于磁场中。
现象：在液滴上逐渐产生蓝红相间的斑点，接着液滴中心变蓝，边缘便成粉红，液滴缓慢旋转。
答案：解释现象：
在液滴上，初期溶解氧一旦被还原，大气中的氧优先溶于液滴边缘，使液滴中心相对贫氧，使整个液滴产生氧浓差。结果：液滴中心较负成为阳极， 发生：Fe →2e = Fe 2+反应。 Fe 2+ 与K 3Fe(CN)6作用，形成蓝色。 液滴边缘部位较正，成为阴极， 发生：O 2＋H 2O ＋4e →4OH －反应。 OH －与酚酞作用，形成粉红色。 又由于液滴中心的Fe 2+ 向边缘扩散， OH －向中心扩散，使在铁片内部的电子流向液滴边缘而形成磁场，在外磁场的相互作用下，使液滴发生旋转。
6、举例说明氧浓差腐蚀
答案：例：金属在土壤中（与土接触点为贫氧，为负极，金属腐蚀；与空气接触点为富氧，为正极，金属不腐蚀。）
船的吃水线附近（水下为贫氧区，为负极，金属腐蚀；水上为富氧区，金属不腐蚀。
搅拌杆与液面接触处（同上）。
7、解释现象：试验：一根铜丝一端置于0.1mol/LCuSO 4溶液中，另一端置于1mol/LCuSO 4溶液中。发现，铜丝置于0.1mol/LCuSO 4溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解）。
答案：解释：由于两种浓度的盐通过铜丝组成了同一体系：高浓度一端铜离子有沉积的趋势，低浓度的一端铜有溶解的趋势，则，低浓度一端溶解给出的电子沿铜片流向另一端（高浓度一端），以满足沉积铜所需要的电子。只所以发生电子流动，是因为在两端盐浓差使铜丝两端产生电位差。
8、解释现象：试验：一根铁丝一端置于高温溶液中，另一端置于低温溶液中。发现，铁丝置于高温溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解）。
答案：解释：高温部位金属活性强，易脱离金属表面而氧化，低温区或性弱。这样形成高温区的金属氧化，产生的电子由铁丝流向低温一端，是低温一端的金属离子沉积。
各种热交换器、燃烧器等已发生温差腐蚀
9、绘出Fe —H 2O 的E —pH 图，指出保护区、腐蚀区、钝化区和过钝化区。并举例说明该图的应用。
答案：
金属的E—pH图的应用
预计一定条件下的金属腐蚀行为
反应金属自发腐蚀热力学倾向
指明金属实施保护的可能性与方向
总结E—pH图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。
常见金属在中性介质中都比较稳定。
应用举例：如图1，当环境条件在红点处时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。
10、理论电位—pH图的局限性？
答案：一些局限性：
1．由于金属的理论电位—pH图是一种以热力学为基础的电化学平衡图，因此它只能预示金属腐蚀倾向的大小，而不能预测腐蚀速度的大小。
2．图中的各条平衡线，是以金属与其离子之间或溶液中的离子与含有该离子的腐蚀产物之间建立的平衡为条件的，但在实际腐蚀情况下，可能偏离这个平衡条件。
3．电位—pH图只考虑了OH-这种阴离子对平衡的影响。但在实际腐蚀环境中，往往存在Cl-、SO42-、P032-等阴离子，它们可能因发生一些附加反应而使问题复杂化。
4．理论电位—pH图中的钝化区并不能反映出各种金属氧化物、氢氧化物等究竟具有多大的保护性能。
5．绘制理论电位—pH图时，往往把金属表面附近液层的成分和PH大小等同于整体的数值。实际腐蚀体系中，金属表面附近和局部区域内的pH值与整体溶液的pH值其数值往往并不相同。
因此，应用电位—pH图时，必须针对具体情况，进行具体分析，过分夸大或贬低电位—pH图的作用都是不对的。
11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时，如何判断哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常见的阴极去极化反应是什么?
答案：（1）氢离子还原反应或析氢反应（电极反应式）；
（2）溶液中溶解氧的还原反应；
（3）溶液中高价离子的还原反应；
（4）溶液中贵金属离子的还原反应。
判断：（⊿G）T，P= nF⊿E
（⊿G）T，P= nF（EC - EA）其中：EC 为氧化剂电位； EA为还原剂电位。因此，⊿E越负，反应可能性越最大；
有些情况下可利用氧化剂的平衡电极电位EC来粗略判断阴极去极化反应的可能性大小。
最常见的阴极去极化反应：析氢反应和吸氧反应
12、何谓腐蚀极化图?说明其应用。
答案：一腐蚀电池，开路时，测得阴、阳极的电位分别为E0,C和E0,A。然后用可变电阻把二电极连接起来，依次使电阻R值由大变小，电流则由零逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电位，绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图，就是腐蚀极化图。因此，腐蚀极化图是一种电位—电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。
腐蚀极化图的应用
（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素
(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）
(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）
(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）
(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。
（2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。
13、试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
答案：
14、混合电位理论的基本假说是什么?
答案：混合电位理论包含两项基本假说：
（1）任何电化学反应都能分成两个或两个以上的氧化分反应和还原分反应。
（2）电化学反应过程中不可能有净电荷积累。
根据混合电位理论，腐蚀电位是由同时发生的两个电极过程，即金属的氧化和腐蚀剂
的还原过程共同决定的，是腐蚀体系的混合电位。因此，根据腐蚀极化图很容易确定腐蚀电位并解释各种因素对腐蚀电位的影响。而根据腐蚀电位的变化却不能准确判断腐蚀速度的大小或变化。必须测定相应的极化曲线，根据腐蚀极化图或动力学方程式才能确定腐蚀速度，研究腐蚀动力学过程和机理。
15、何谓差异效应?产生负差异效应的原因是什么？
（1） 答案：差异效应现象和定义
图中开关又断开的情况下，锌试样处于自腐蚀状态，锌上的析氢速度为V 0。
然后接通开关，使锌试样与同溶液中的电位正的金属铂连通，锌上的析氢速度为V 1，则
×100%
×100%
（2）差异效应的腐蚀极化图解释
（3）负差异效应，及其形成原因
16、为什么说防腐就是防水？（可从极化与去极化角度解释）
答案：在一般情况下，具备腐蚀电池条件后，腐蚀初始速度较大，但很快变慢，直至很小。此现象称为极化现象。但当环境有水存在时，会发生：
氢去极化腐蚀：氢离子还原为氢气。
酸性介质中： 2H +＋2e → H 2
反应步骤如下： H + H 2 O → H + ＋ H 2 O
H + ＋M （e ）→ MH
MH ＋MH → H 2 ＋2M
或 MH ＋ H + ＋M （e ）→ H 2 ＋2M
碱性介质中：
H 2O ＋M （OH -）→ OH -＋M(H 2O )
M(H 2O ) → M （ H ）＋ OH
- M （ H ）＋ M （ H ）→ H 2 ＋2M
氢离子小，得电子后变相，使反应不断进行，去极化能力强。
氧去极化腐蚀
氧分子在阴极上的还原反应(生成H 2O 、OH -)的电化学腐蚀称为氧去极化腐蚀。
由于氧分子的非离子化，氧分子在溶液中的溶解度较小（常压下最高浓度约为
10-4mol/L ）,所以，氧向金属表面的输送过程如下：
①通过空气-溶液界面融入溶液，
②以对流或扩散方式通过溶液的主要厚度层，
③以扩散方式通过金属表面的溶液静止层而到达金属表面。
一般认为步骤③是传质最慢步骤。
在酸性介质中氧电极过程为：
形成半价氧离子 O 2 ＋e → O 2
- 形成二氧化一氢 O 2- ＋H + → HO 2
形成二氧化一氢离子 HO 2 ＋e → HO 2-
形成过氧化氢 HO 2
- ＋H + → H 2O 2 形成水 H 2O 2 ＋ 2H + ＋2e → 2H 2O
或 H 2O 2 → 1/2 O 2 ＋ H 2O
总反应 O 2 ＋ 4H + ＋4e → 2H 2O
一般认为，第一步骤为控制步骤。
氢离子小，来源广泛，还原产物离开溶液。总的表现出氢去极化能力很强。氧在水中溶
解有限，扩散速度较慢，但过电位较小。总的表现出氧去极化能力相对较小。
结论：H +(H 2O)和O 2是防腐的主要敌人，防腐应该说就是防水、防酸和防氧。显然，去湿，调整pH 值，除氧是防腐的首要问题。
17、金属钝化的概念及钝化图和应用
答案：金属在腐蚀过程中，由于极化，尤其是阳极极化，使腐蚀速度急剧下降，这在金属防腐中有重要意义。
要利用这一现象，即必须研究金属极化的规律。由于阳极极化使金属的腐蚀减缓，因此，把阳极极化称为金属的钝化。
钝化过程可划为四个阶段
活化溶解区：随电位升高值E 1,电流密度由I 1逐渐增加至I 2,电位达到E 2就不再增加。称E 1为初始电位，称I 1为初始电流密度， E 2为致钝电位， I 2为致钝电流密度。 人们称E 1—E 2区为活化溶解区。
㏒I
E
0 E 1 E 4 E 3 E 2 ㏒I 1
㏒I 2
㏒I 3-4
活化—钝化过渡区：电位到达E2之后阻隔阳极过程的氧化膜不但生成和溶解，随着电位的升高，氧化膜越来越完整。这段电流测得的是上下抖动的虚线。但电位到达E3时，电流密度稳定一较小值I3。人们称E3对应的电流密度I3为维钝电流密度，称E2—E3区为活化—钝化过渡区。
钝化区：电位到达E3后，随电位升至E4时，电流密度始终维持在I3。在E3—E4电位区间内，当电流密度小于I3时，金属就会再度腐蚀。这对阳极实施电化学保护有重要意义。人们称E3—E4电位区间为钝化区。
过钝化区：当电位到达E4后继续升高，形成的氧化膜物质可能被氧化成更高价阳离子或变成可溶性阴离子或升华，或再更高的为电场作用下，氧化膜的半导体性质已不能够保护金属的进一步氧化。从而使腐蚀再度开始并加剧。人们称大于E4电位为过钝化区。
结论：由金属钝化过程㏒I—E曲线可知，具有意义的是钝化区。这一区域可使金属处于保护。要达到这一区域，金属充当阳极时的外电位与电流密度必须控制到这一区域。若不是外加电压和电流，金属与钝化剂及环境要有较好的对应和选择。
显然，钝化区的E3越低，E4越高，其钝化能力越强。越易实现阳极保护。
18、关于金属钝化的解释有几种理论？简述各理论并比较？
（1）成相膜理论
这种理论认为，当金属阳极溶解时，可以在金属表面生成一层致密的、覆盖得很好的固体产物薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层，把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，导致金属溶解速度大大降低，使金属转入钝态。
（2）吸附理论
吸附理论认为，金属钝化是由于表面生成氧或合氧粒子的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构，并使阳极反应的活化能显著提高的缘故。即由于这些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降低了，因而发生了钝化。
（3）两种理论的比较
共同点；差异点
19、什么叫局部腐蚀？为什么说局部腐蚀比全面腐蚀更有害？
答案：全面腐蚀：腐蚀在整个金属表面上进行。
局部腐蚀：腐蚀集中在金属表面局部，大部分几乎不发生腐蚀。
全面腐蚀的阴阳极尺寸微小且紧密靠拢、动态变化不定，在微观上难以分辨，在宏观上更不能区别。
局部腐蚀的阴阳极区独立存在，至少在微观上可以分开。阳极区面积小，阴极区面积大。
有人把全面腐蚀归为化学腐蚀，把局部腐蚀归为化学腐蚀。很明显，全面腐蚀可以预测，易于观察变化，容易预防和发现，危害较小；对于局部腐蚀，由于发生在局部，甚至发生在金属的内部，极具隐蔽性，不易观察和发现，往往预测不到而毫无预兆突然发生，危害性较大。目前，由于局部腐蚀的预测和防止还存在困难，故局部腐蚀引发的突然灾难事故，远远大于全面腐蚀带来的事故。
20、电偶腐蚀的概念、因素、控制
答案：
⑴电偶腐蚀的概念
异金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流通过，是电位较低的金属加速溶解，造成接触处的局部腐蚀；而电位较高的金属，溶解速度反而减少。
上述的本质是两种不同的金属电极构成宏观原电池腐蚀，称为电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。
例一：沿海一硫酸厂，SO2冷凝器采用内管石墨（走SO2），外管为碳钢（走冷凝—海水）。
石墨与碳钢在套接上有局部连接。使用半年后，局部腐蚀穿孔。
例二：各种金属管道中的连接处、转弯处沉积的异金属离子，都会构成电偶腐蚀。
例三：金属连接的螺丝、铆钉、焊接材料等等
⑵影响电偶腐蚀的因素
两种金属的电偶序位置
两种金属的面积比：阳极的腐蚀速度υ与阴极的面积大小有关阴极的面积越大，腐蚀速度越快。阴极面积S k ,阳极面积S a,二者之比为： S k / S a。阳极的腐蚀速度有：υ=k S k / S a
在氢去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，阴极电密度相对较小，使阴极上的氢过电位变小，氢去极化的能力就越大，使阳极的腐蚀速度增加。
在氧去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，对阳极腐蚀速度影响相对于氢去极化腐蚀较小，但还是会加剧阳极腐蚀。
介质的电导率：介质是电化学腐蚀的离子导体，异金属共处于同一介质中接触处为电子导体。
当电子导体电阻很小时，离子导体的导电能力决定腐蚀速度。
当介质有较强的导电能力时(强电解质溶液）阳极的表面（四面八方）都可发生腐蚀（偶电流可分散到远离接触点的阳极表面上去，阳极所受腐蚀较为均匀），容易观察到表面的腐蚀痕迹。容易预防。
当介质有较弱的导电能力时(弱电解质溶液）阳极的大部分表面（四面八方）不发生腐蚀（偶电流不能分散到远离接触点的阳极表面上去），容易在接触点附近发生腐蚀，结果相当于缩小了阳极面积，加大了接触点的腐蚀速度，且腐蚀点隐藏在不易观察的接触面上，不以预防，危害较大。
⑶电偶腐蚀的控制
在设计设备与部件时，避免异金属腐蚀
必需异金属接触时，选用电偶序相近的异金属
必需异金属接触时，采用大阳极小阴极的结构
必需异金属接触时，采用非金属绝缘
必需异金属接触时，要进行较好的表面处理
21、小孔腐蚀的概念、特征、因素与控制
答案：
⑴小孔腐蚀的概念：在金属的局部地区，出现向深部发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或称点蚀。
具有自钝化的金属（含合金），如不锈钢、铝、铝合金，钛或钛合金等，碳钢在氧化皮或绣层有孔隙的情况下，在含有氯离子的介质中，经常发生小孔腐蚀。
⑵金属小孔腐蚀的特征
蚀孔小，直径约为数10微米；蚀孔深：深度一般大于孔径；疏密不等，多少不一。空口多数有腐蚀产物覆盖。
腐蚀开始到暴露（肉眼可见）一般要经历200天以上。（诱导期较长）
孔蚀沿重力方向发展，一旦形成蚀孔，具有“向下深挖”的动力。
一些蚀孔在外界影响下，可能停止发展，留下一些蚀坑；少数蚀孔继续发展，甚至穿透金属。
⑶影响小孔腐蚀的因素
金属性质的因素：自钝化金属敏感
介质中离子的影响：尤利格等人确定氯离子浓度与电位的关系:
18-8不锈钢 E b= - 0.088㏒αCl + 0.108
铝 E b= - 0.124㏒αCl - 0.0504
人们称Cl是小孔腐蚀的“激发剂”。
但介质中有FeCl3、CuCl2、HgCl2时，不仅具备了氯离子条件，还具备了氧化剂条件，
即使在缺氧条件下也会发生小孔腐蚀。为什么？
温度和酸度：影响不明显。（条件环境是使金属钝化，非钝化环境条件不是这里讨论的问题）⑷介质流速影响
介质的流速对对小孔腐蚀有双重作用：流速增加，加大溶解氧向金属表面传送，使钝化膜易形成；流动的介质带走了金属表面的沉积物，除去了小孔腐蚀的封闭环境，减少了小孔腐蚀的机会。
实验：将1Cr13不锈钢片置于50℃、流速0.13m/s的海水中， 1个月后发生小孔腐蚀并穿孔；当海水流速增加到2.5m/s时，13个月后无小孔腐蚀；当流速到形成湍流，钝化膜经不起冲刷而破坏，产生另一类腐蚀——磨损腐蚀。
经验使我们会看到：不锈钢设备经常运转，小孔腐蚀较轻，长期不使用易发生小孔腐蚀。金属的表面状态：平整程度、清洁程度、焊渣、伤痕等
⑸小孔腐蚀的控制
选用耐小孔腐蚀的材料：
降低介质中氯离子浓度
加入缓蚀剂
预钝化
外加阴极电流保护
22、缝隙腐蚀的概念、特点与控制。缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别？
答案：
⑴缝隙腐蚀的概念：金属在腐蚀介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加剧腐蚀。典型例子：法兰连接面，螺母压紧面，焊缝气孔或虚焊面，锈层，长期密不透风的覆盖物下面等。
⑵缝隙腐蚀的特点：缝隙大小约在0.025～ 0.1mm之间（肉眼不易分辨）。当缝隙宽度大于
0.1mm后，缝隙内的介质不易滞留，不易发生缝隙腐蚀。
缝隙腐蚀的金属比小孔腐蚀更为普遍，除易钝化金属易发生外，其他金属也发生缝隙腐蚀。
缝隙腐蚀的介质比小孔腐蚀更为普遍，几乎所有的介质环境下都可发生缝隙腐蚀，而在活泼性阴离子的中性介质中最易发生。
⑶缝隙腐蚀的控制
选材上采用耐蚀合金：
结构设计上防止形成缝隙：
腐蚀程度金属之间镙杆（栓）连接＞叠（加）焊（接）＞对（齐）焊（接）。
对缝隙用固体填实。
采用电化学保护
金属表面的状态：光洁度、整洁度
⑷缝隙腐蚀与小孔腐蚀的异同点
①起源不同：小孔腐蚀起源于金属表面的孔蚀核，缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙； 材料、介质条件不同：小孔腐蚀，易钝化金属，只在含有Cl 离子的介质中发生，缝隙腐蚀可在任何金属、介质中发生；
②腐蚀过程不同：小孔腐蚀是慢慢形成闭塞电池，缝隙腐蚀由于先有缝隙的存在而是闭塞电池形成较快；小孔腐蚀往往沿重力方向发展，孔直径小而形成全封闭的闭塞电池，而缝隙腐蚀各种方向都有发展，缝隙相对于小孔较宽，形成的闭塞电池的程度较小孔要小（半闭塞滇池）。
③腐蚀的形态不同：小孔腐蚀的孔窄而深，缝隙腐蚀的蚀坑是广而浅；小孔腐蚀一旦形成，新的时孔不再发生，缝隙腐蚀将不断发生新的腐蚀点。
23、 晶间腐蚀的概念、特点、因素与控制。举一个晶间腐蚀的例子。
答案：
⑴晶间腐蚀的概念：腐蚀沿着金属或合金的晶粒（体）边界或它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微。
⑵晶间腐蚀的特点与危害：腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱，直至使金属的机械强度完全尚失。遭受腐蚀的不锈钢，表面看来还很光亮，但轻轻敲打，就会碎成细粒，并可见细粒表面发生颜色改变（锈迹斑斑）。此种腐蚀隐蔽性很强，易造成设备的突然破坏，危害性极大。
晶间腐蚀敏感性高的材料：不锈钢 镍基合金 铝合金 镁合金等。
⑶晶间腐蚀的控制
重新固溶处理
钝化处理
稳定化处理
采用低碳钢、双相钢
⑷电焊。当电焊后没有及时淬火或稳定化处理可能引起晶间腐蚀。
24、 应力腐蚀的概念、特征与控制。
答案：
应力腐蚀的概念：
是指金属材料在固定应拉力和特定介质的共同作用下引起的破裂。SCC 。
特征：
工程上常用的材料，如不锈钢、铜合金、碳钢、高强度钢等，在特定介质中都可能产生
应力腐蚀破裂。在腐蚀的过程中材料先出现微观腐蚀裂纹，然后再扩展为宏观裂纹；微观裂纹一旦生成，其发展速度比其他类型局部腐蚀快得多。例，碳钢在海水中的应力腐蚀速度是小孔腐蚀的106，而且材料在破裂前没有明显的预兆。显然，应力腐蚀破裂是局部腐蚀最具危险的腐蚀。
应力腐蚀的控制
选用耐蚀的材料：海水中、盐水中碳钢好
双相钢港应力腐蚀能力强：例 1Cr10Ni10双相钢42%MgCl 2沸腾介质中，2000小时无应力腐蚀破裂；而奥氏体不锈钢1小时内材料破裂。
控制应力：在制备和装配构件时，应使构件具有最小的残余应力。正确进行热处理，消除构件的内应力。
控制介质：
采用电化学保护
25、 疲劳腐蚀的概念、机理和控制。
概念：金属材料在循环应力或脉动应力和介质的联合作用下，引起的断裂腐蚀形态。
疲劳腐蚀机理：交变应力、脉动应力使金属表面形成滑移，由于挤压效应，使局部产生高温、裂缝而形成裂纹源，最后发展成为宏观腐蚀疲劳纹。直至断裂。
腐蚀疲劳的控制：选材、表面处理、阳极保护等等。
26、（磨损腐蚀）水轮机叶片、船螺旋桨的背面（迎流体面的反面），常出现孔蚀坑。请正确解释产生这种腐蚀的原因。
答案：由于水轮机叶片、船螺旋桨的背面与介质（水）的相对运动使其表面遭受介质（水）的磨损腐蚀。机理是：金属构件与介质做高速相对运动，使金属背面（迎流体面的反面）产生负压，局部表面产生涡流和气泡，气泡在不断生成与破灭，破灭的气泡产生的压力不断拍打着金属的表面而使金属表面产生腐蚀，产生类似湍流腐蚀的孔蚀坑。这种腐蚀称为空泡腐蚀，有称空穴腐蚀或汽蚀。
27、金属腐蚀防护的方法
答案：研究腐蚀机理，探讨腐蚀规律，了解发生腐蚀的原因及影响腐蚀的相关因素，主要目的就是指出高效简便、切实可行的防止金属材料或设备腐蚀的得力措施，达到防蚀，减蚀、缓蚀、免蚀的目的，以控制腐蚀造成的破坏，延长材料或设备使用寿命。由于腐蚀本身的复杂性，腐蚀防护技术涉及范围很广，内容十分丰富。实践中应用最广的腐蚀防护措施有，
(1)正确选材和合理设计。
(2)改善腐蚀环境。调整酸度、湿度、添加缓蚀剂等
(3)电化学保护。阳极保护、阴极保护、联合保护
(4)表面保护。钝化、电镀、涂层
28、防腐结构设计
答案：合理的结构设计对于腐蚀控制十分重要，因为即使选用了性能良好的耐蚀材料，也会由于结构设计不合理而造成水分和其它腐蚀介质的积存、局部过热、应力集中、流体涡流等，从而引发多种形态的局部腐蚀，加速构件的腐蚀破坏，造成严重的腐蚀后果。可以这样讲：合理选材主要侧重于控制材料的全面腐蚀，而合理的结构设计主要是为控制材料的局部腐蚀。
防腐结构设计主要从下述方面考虑：
⑴尽量避免水分及尘粒的积存，水溶性介质及尘粒的积存会引起并加速有关部位的局部腐蚀，因此应尽量避免可能使水分及尘粒积存的结构。
⑵正确选择连接方式
结构设计中，同种材料或异种材料的连接是不可避免的，各种连接方式都可能引发缝隙腐蚀或电偶腐蚀，因此必须重视正确选择连接方式。常用的连接方式有配合尺寸连接、螺纹连接，铆接，焊接，粘结和法兰盘连接等，各种连接方式都有各自的特点。从防腐角度看，粘结不仅无缝隙，而且粘接剂多为绝缘体，粘结剂形成膜可隔绝被连接件的直接接触，有利于防止电偶腐蚀，所以是最佳的连接方式。当然对于别的连接方式，只要采取可靠的对应措施，也可以避免或减轻发生局部腐蚀的趋势，故针对具体情况，合理选择连接方式并辅之以相应的防腐措施是防腐结构设计中的重要内容。
⑶防止环境差异引起的腐蚀
由于环境差异会形成多种宏观腐蚀电池，导致阳极区的局部金属发生严重腐蚀。比如由于温度差形成温差电池，由于通气差异形成氧浓差电池；由于浓度差形成盐浓差电池等，它们都属于环境差异电池，基于这类因素造成的腐蚀，都属于环境差异腐蚀。在结构设计中，应当注意避免局部金属之间的环境差异，比如将加热器安置于溶液的中间，防止形成环境差异电池，减轻或消除由于环境差异造成的腐蚀。
⑷防止各种局部腐蚀
结构设计合理与否，与发生多种形式的局部腐蚀有密切的关系，诸如电偶腐蚀、缝隙腐蚀，应力腐蚀、湍流腐蚀等都可能由于不合理的结构设计而引发。
29、防腐工艺设计
无数事实表明，金属材料的加工制造和装配与腐蚀事故的发生关系密切，许多腐蚀问题是由于不合理的工艺过程留下的严重隐患造成的，因此必须高度重视防腐工艺设计。
下面就加工环节中应考虑到的防腐措施作一扼要介绍。
(一)机械加工
(1)金属材料进行机械加工成型工艺时应保证较小的残余应力。
(2)金属材料经过机械成型加工后应及时进行消除应力热处理。
(3)磨光、抛光及喷丸处理有助于提高材料耐蚀性。
(4)保证机械加工表面光洁度，特别是在应力集中处。
(5)机械加工中使用的切削冷却液，应对加工材料无腐蚀性。
(6)对某些零件应采取必要的工序间防锈措施。
(二)热处理
(1)应防止金属高温氧化和脱碳，最好采用真空热处理、可控气氛热处理、感应加热处理或使用热处理保护涂料。
(2)对有氢脆敏感性的材料如高强钢、超高强钢及钛合金，不能在含氢气氛中加热。
(3)对易产生沿晶腐蚀和应力腐蚀的材料，应避开敏感的热处理温度，并严格遵守工艺规程。
(4)对于在腐蚀性介质中处理的工件，应及时清除腐蚀性残留物。
(S)对于可产生较大残余拉应力的热处理，在最终热处理后，须采取消除应力措施。
(6)表面淬火、化学热处理等有助于提高材料耐蚀性，若有条件或可能时，应尽量采用。
(三)锻造和挤压
(1)应控制锻件流线末端的外露。
(2)对有较大残余应力的锻件应采取消除应力措施。
(3)某些锻造工艺对提高耐蚀性有利，如对高强度铝合金来说，自由锻比模锻更有利于提高锻件的抗应力腐蚀能力。
(四)铸造
(1)尽量采用精密铸造工艺，减少铸件的孔洞、砂眼。
(2)若有可能应尽量除去铸件表面的多孔层或进行封孔处理。
(3)避免铸件上镶嵌件与铸件之间较大的电位差，减轻电偶腐蚀的危害。
(五)焊接
(1)从防腐角度看，对接焊比搭接焊好，连续焊比断续焊和点焊好，若有可能，最好以粘接代替焊接。
(2)焊材成分应与基体成分相近，或焊条材料电位比基体更正一些，避免大阴极(基体)，小阳极(焊缝)的不良腐蚀组合。
(3)焊缝处的热影响区容易发生局部腐蚀，应采取必要的保护措施。
(4)焊接后，焊缝处的残渣应及时清理干净，以免残渣引起局部腐蚀。
(5) 点焊件、断续焊件及单面搭接焊件，宜采用涂漆或喷涂金属等方法。
(6)焊接和表面处理二者在工序上应有合理全排。
(六)表面处理
许多零件或构件都要经过电镀、氧化、涂漆等各种表面处理，这些工序虽然属防腐措施，但若处理不当也会腐蚀工件或留下腐蚀隐患。
(1) 脱脂、酸洗等表面处理工序可能产生过腐蚀或渗氢，应慎重处理。
(2) 电镀，氧化处理后要及时清理残留的各种腐蚀性介质。
(3) 酸洗、电镀后要考虑除氢处理。
(4) 联结件或组合件一般先进行表面处理，然后联结或组合。
(5) 对于破损的表面处理层应及时返工或修补。
(6) 对高强、超高强度钢、铝、镁、钛合金等，应严格遵守相应的要求和规定。
(七)，装配．
(1)装配前应检查和核实零件的镀层是否正确，保护层是否有损伤，零件是否已发生腐蚀等。
(2) 易于发生腐蚀的零件，不允许赤手装配，防止手汗对零件的腐蚀。
(3)装配时注意不要造成过大的装配应力。
(4)对不宜接触的材料不能装配在一起。
(5)对有密封要求的部位，在装配中要保证密封质量。
(6)装配中及装配结束后应及时进行清理检查，除去灰尘，金属屑等残留物，并检查通风孔、排水孔等孔口，使之不被堵塞，以便腐蚀性介质及时排除。
30、何为缓蚀剂？缓蚀剂的分类？简要介绍不同缓蚀剂的作用机理。
答案：缓蚀剂是一种当它以适当的浓度或形式存在于介质中时，可以防止和减缓腐蚀的化学物质或复合物质。
缓蚀剂的分类：
(1)按化学结构分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。
(2)按使用介质的pH值分为酸性介质(pH ≤1～4)缓蚀剂、中性介质(pH＝ 5～9)缓蚀剂和碱性介质(pH ≥ 10～12)缓蚀剂。
(3)按介质性质分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂。
作用机理：
(一)缓蚀剂的吸附理论
吸附理论认为，许多有机缓蚀剂属于表面活性物质，这些有机物分子由亲水疏油的极性基和亲油疏水的非极性基组成；当它们加入到介质中后，缓蚀剂的极性基定向吸附排列在金属表面，从表面上排除了水分子和氢离子等致腐粒子，使之难于接近金属表面，从而起到缓蚀作用。如各种胺类化合物。
(二)缓蚀剂的成膜理论．
成膜理论认为，缓蚀剂能与金属或腐蚀介质的离子发生反应，结果在金属表面上生成不溶或难溶的具有保护作用的各种膜层，膜阻碍了腐蚀过程，起到缓蚀作用。
(1)这类缓蚀剂中有一大部分是氧化剂，如铬酸盐、重铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等，它们使金属表面生成是有保护作用的氧化膜或钝化膜。这类缓蚀剂相当于钝化剂的作用。 (2)有一些非氧化性的有机缓蚀剂，如硫醇与铁在酸性介质中、喹啉与铁在盐酸中，能够生成难溶的化合物膜层，叫做沉淀膜。沉淀膜起到类似于氧化膜的作用，达到缓蚀效果。
(三)电极过程抑制理论
这种理论认为，缓蚀剂的作用是由于缓蚀剂的加入抑制了金属在腐蚀介质中的电化学过程，减缓了电化学腐蚀速度。由图3—3可以看出，缓蚀剂的存在可能分别增大阴极极化或阳极极化，也可能同时增大阴极极化和阳极极化，根据缓蚀剂对电化学过程阻滞的类型，将缓蚀剂分为以下三种。
1．阳极抑制型缓蚀剂
2．阴极抑制型缓蚀剂
3．混合抑制型缓蚀剂
31、什么叫电化学阴极保护？有几种方法？区别是什么？
答案：
32、电化学阳极与电化学阴极保护的不同点是什么？
答案：
两种电化学保护的比较
阴极保护和阳极保护都属于电化学保护，都只适用于导电的介质中，都可以考虑与缓蚀剂、表面涂层等联合保护，但二者又有以下区别：
⑴被保护金属
从理论上看，阴极保护对各种金属材料都有保护效果，而阳极保护只能用于在具体介质条件下能够钝化的金属，否则反而会加剧金属的腐蚀溶解。
⑵介质的腐蚀性‘，
阴极保护不宜用于强腐蚀性介质中，否则保护电流太大，保护效果不佳，而阳极保护可用于弱、中、强乃至极强的腐蚀性介质中。
⑶保护电位偏离造成的后果
对阴极保护，如果电位偏离保护电位，不致造成严重后果；而对阳极保护，则可能使金属活化或过钝化，造成严重的腐蚀后果。
⑷外加电流值
阴极保护外加电流值较大．且不代表金属腐蚀速度，阳极保护外加电流值较小，通常代表被保护金属的腐蚀速度。
⑸外加电流分布均匀性
阴极保护电流分布不均匀，因此所需辅助电极数量比阳极保护大。
⑹安装运转费用
阴极保护对电源要求不严，但保护电流值很大，故设备安装费用低而运行费用高。阳极保护恰恰相反，需要恒电位仪及参比电极，设备费用高而运行费用较低。
33、我们说，化学腐蚀是全面腐蚀，电化学腐蚀是局部腐蚀。从“全面”和“局部”的比较而言，不难得到结论，化学腐蚀比电化学腐蚀的危害更严重。这个结论对吗？请阐述理由。
34、若要求你对地下埋设的煤气管道进行防腐设计，请指出关键点。
答案：预防的关键点（为什么）：①氢损伤的预防②氧浓差腐蚀的预防③细菌腐蚀的预防
④杂散电流的预防。防护方法：选择耐氢损伤管材；采用涂层和电化学保护。（详细内容）。
35、阐述腐蚀与防护的意义。
36、学习腐蚀与防护科学知识之后的体会。
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%HNO3( 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 说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。
金属学材料学课后习题答案
1-1. 为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下是有害的？ 答：S容易和Fe结合形成熔点为989℃的FeS相，会使钢在热加工过程中产生热脆性；P与Fe结合形成硬脆的Fe3P相，使钢在冷变形加工过程中产生冷脆性。 1-2. 钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？ 答：可以分为简单点阵结构和复杂点阵结构，简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好；复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 1-3. 简述合金钢中碳化物形成规律。 答：①当r C/r M>0.59时，形成复杂点阵结构；当r C/r M<0.59时，形成简单点阵结构；②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合碳化物。③强碳化合物形成元素优先与碳结合形成碳化物。④N M/N C 比值决定了碳化物类型⑤碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难。1-4. 合金元素对Fe –Fe3C 相图的S、E 点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：凡是扩大γ相区的元素均使 S、E点向左下方移动；凡是封闭γ相区的元素均使S、E 点向左上方移动。S点左移，意味着共析碳量减少； E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减少。 1-19. 试解释40Cr13已属于过共析钢，而Cr12钢中已经出现共晶组织，属于莱氏体钢。 答：①因为Cr属于封闭y相区的元素，使S点左移，意味着共析碳量减小，所以钢中含有Cr12%时，共析碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不锈钢就属于过共析钢。②Cr使E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减小。在Fe-C相图中，E点是钢和铁的分界线，在碳钢中是不存在莱氏体组织的。但是如果加入了12%的Cr，尽管含碳量只有2%左右，钢中却已经出现了莱氏体组织。 1-21. 什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？ 答：合金元素溶入基体后，与晶体缺陷产生交互作用，使这些合金元素发生偏聚或内吸附，使偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度，这种现象称为内吸附现象。机理：从晶体结构上来说，缺陷处原子排列疏松、不规则，溶质原子容易存在；从体系能量角度上分析，溶质原子在缺陷处的偏聚，使系统自由能降低，符合自然界最小自由能原理。从热力学上说，该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。影响因素：①温度：随着温度的下降，内吸附强烈；②时间：通过控制时间因素来控制内吸附；③缺陷类型：缺陷越混乱，畸变能之差越大，吸附也越强烈； ④其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有优先吸附的问题；⑤点阵类型：基体的点阵类型对间隙原子有影响。 1-22. 试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。 答：置换固溶体的形成的规律：决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似. ①Ni、Mn、Co与y-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，即无限固溶；②Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，形成无限固溶体；③Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大——有限固溶；④原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%，可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。间隙固溶体形成的规律：①间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸；②间隙原子在固溶体中总是优先占据有利的位置；③间隙原子的溶解度随溶质原子的尺寸的减小而增大；④同一溶剂金属不同的点阵结构，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。
化学人教版选修精品教学案：金属的腐蚀与防护教案
第四章电化学基础 第四节金属的电化学腐蚀与防护 一、教材分析 《金属的电化学腐蚀与防护》是人教版高中化学选修四《化学反应原理》第四章第四节，在学习了原电池原理及电解池原理的基础上展开，介绍了金属腐蚀造成的严重危害、电化学腐蚀的原理及防止金属腐蚀的几种方法，重点是掌握金属电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质（金属表面形成了微型原电池），同时指出，人们根据对金属电化学腐蚀本质的认识，发现了防护金属电化学腐蚀的方法，并具体地介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法,不但运用原电池原理(牺牲阳极的阴极保护法)，也再次运用了电解原理(外加电流的阴极保护法),加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。本节内容是本章理论知识的实际应用，有利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。 二、教学目标 1．知识目标： (1)知道金属腐蚀的两种类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）。 (2)能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害。 (3)知道防护金属腐蚀的方法。 2．能力目标： （1）学会设计控制单一变量进行对比实验以及对实验设计进行评价。 （2）从实验探究过程中提高对实验现象的观察能力和分析能力。 3．情感、态度和价值观目标： （1）通过金属腐蚀与生产、生活实际相联系的内容,增强学生学习兴趣. （2）通过课堂探究活动,发展学生的探究能力,学会与人合作与交流,共同研究，探讨科学问题。 （3）通过化学实验（设计、验证和评价）这一科学研究方法，培养学生实事求是的科学精神，帮助学生树立正确的科学态度。 三、教学重点难点 重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护 难点：金属发生吸氧腐蚀的电化学原理 四、学情分析 学生对金属的腐蚀有一定的认识，包括它的产生和防治，生活中对金属腐蚀的危害也有所见闻，而对金属腐蚀及防腐的原理不太清楚，学生了解了铁的腐蚀是氧气和水共同作用的结果，并且学习了原电池原理，再此基础上学习比较容易接受。
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)
金属学材料学课后习题答案全
金属学材料学课后习题答案全 1-1. 为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下是有害的？ 答：S容易和Fe结合形成熔点为989℃的FeS相，会使钢在热加工过程中产生热脆性；P与Fe结合形成硬脆的Fe3P 相，使钢在冷变形加工过程中产生冷脆性。 1-2. 钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？ 答：可以分为简单点阵结构和复杂点阵结构，简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好；复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 1-3. 简述合金钢中碳化物形成规律。 答：①当rC/rM>时，形成复杂点阵结构；当rC/rM±15%，溶解度极小。间隙固溶体形成的规律：①间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸；②间隙原子在固溶体中总是优先占据有利的位置；③间隙原子的溶解度随溶质原子的尺寸的减小而增大；④同一溶剂金属不同的点阵结构，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。 1-23. 在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？ 答：粗晶粒更容易产生缺陷，偏聚程度大，细晶粒偏聚
程度小。1-5 试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同元素的分布状况。 答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物，余量溶入基体。淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A中，未溶者仍在K中。回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度取决于回火温度和时间。 1-6 有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？答：Ti、Nb、V等强碳化物形成元素能够细化晶粒，从而使钢具有良好的强韧度配合，提高了钢的综合力学性能。 1-7 哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有何作用？ 答：在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求；另一方面，在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 1-8 .能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？答：提高回火稳定性的合金
《金属和金属材料》复习学案(1月18)
《金属和金属材料》复习学案 班级：姓名： 一、【复习目标】 1．了解金属的物理特征，知道生铁和钢等重要的合金。 2．掌握金属的化学性质，能灵活应用金属活动性顺序表解决实际问题。3．了解金属锈蚀条件及防锈措施，增强节约金属资源的意识。 二、【复习重点、难点】 1．金属的化学性质 2．金属活动性顺序表的应用 三、【复习方法指导】 整理本单元“学教案”的知识点并把错题归纳总结；记忆金属活动顺序表。 四、【复习过程】 （一）（知识整理） 几种常见的金属：、、 纯金属共性：常温下，大多是体，色，有金属光泽， 为电和热的，有延展性，密度，物理性质熔点。 金属特性：铜色，金呈色；常温下，为液体。材料几种常见的合金： 合金 合金与纯金属的性质比较：硬度：熔点： 1、与氧气的反应：、在常温下就能反应；但、在 高温下才与氧气反应；即使高温也不反应。 金属的2、与酸的反应：（镁、铁、锌、铝与盐酸、稀硫酸） 化学性质 3、与化合物溶液反应：（铁、铝与硫酸铜溶液和铜与硝酸银溶液） 4、金属活动性顺序： 1、原料： 1、生铁的冶炼 2、原理（方程式）： 金属资源的3、设备： 利用和保护1、金属的腐蚀与防护： 2、金属资源保护：铁锈蚀条件： 防锈措施： 2、保护的途径：
1.2010年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲击，它的主体结构为四根巨型钢 筋混凝上制成的陔心筒。其中钢属于（ ） A ．金属材料 B ．合成材料 C ．天然材料 D ．复合材料 2. 铝、铜、铁、金四种金属具有相似的性质是（ ） A ．都是银白色的固体 B ．有导电性 C ．能和稀硫酸反应 D ．通常状况下能与氧气反应 3. “金银铜铁锡”俗称五金。在这五种金属中，金属活动性最强的是（ ） A ．铁 B ．金 C ．银 D ．铜 4. 将甲、乙两种金属片分别放入丙的硫酸盐溶液中，甲表面有金属丙析出，乙表面没有任 何变化。据此判断，三种金属的活动性顺序是 （ ） A ．甲>丙>乙 B ．丙>甲>乙 C ．乙>甲>丙 D ．甲>乙>丙 5.下列反应中，属于置换反应的是（ ） A. 2H 2O 2 ＝ 2H 2O+ O 2↑ B. CuO+CO ＝ Cu+CO 2 C. H 2+CuO ＝ Cu+H 2O D. CO 2+H 2O ＝ H 2CO 3 6.下列化学方程式书写正确的是（ ） A. 4Fe+3O 22Fe 2O 3 B ．2Fe+6HCl=2FeCl 3+3H 2↑ C ．Al + CuS04== AlSO 4 + Cu D. Fe 2O 3+3CO 2Fe+3CO 2 7.判断下列物质能否发生反应？若能，写出相关化学方程式。 （1）银与稀盐酸 （2）锌与硫酸铜溶液 （3）铜与硫酸锌溶液 （4）铝与硝酸银溶液 （5）银与氯化铜溶液 （6）镁与硫酸亚铁溶液 8. 某钢铁厂高炉炼铁的主要反应过程如下： 焦炭 (1)请在方框内填入相应物质的化学式。 (2)写出步骤①②③的化学方程式：① ② ③ (3)从高炉上排出的废气叫高炉废气，请推测高炉废气的主要成份为 。 9．根据你的生活经验，回答下列问题： （1）家用铁锅除了硬度较大外，还利用了铁具有 这一性质； （2）在木材上钉钉一般用铁钉，在水泥墙上钉钉一般用钢钉，这是由于铁和钢的 不同； （3）铜的导电性强于铝，而高压输电一般用铝线不用铜线的原因是（只要能答出一个理由 就可以） ； （4）灯泡中的灯丝一般用的是 ，你能说出不用锡制的原因吗？ ； （5）区分两块金属材料硬度的大小时，一般采用的方法是 ； （6）铜合金和金的颜色基本相似，为什么在制作装饰品时用金而不用铜的合金？ ； 过量空气、高温 ① 焦炭、高温 ② 赤铁矿、高温 ③ 生铁
金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案
金属腐蚀与防护试卷1 一、解释概念:（共8分，每个2分） 钝性，碱脆、SCC、缝隙腐蚀 二、填空题：（共30分，每空1分） 1．称为好氧腐蚀，中性溶液中阴极反应为，好氧腐蚀主要为控制，其过电位与电流密度的关系为。 2．在水的电位-pH图上，线?表示关系，线?表示关系，线?下方是的稳定存在区，线?上方是的稳定存在区，线?与线?之间是的稳定存在区。 3．热力系统中发生游离CO2腐蚀较严重的部位是，其腐蚀特征是，防止游离CO2腐蚀的措施是，运行中将给水的pH值控制在范围为宜。 4．凝汽器铜管在冷却水中的脱锌腐蚀有和形式。淡水作冷却水时易发生脱锌，海水作冷却水时易发生脱锌。 5．过电位越大，金属的腐蚀速度越，活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位偏离E corr足够远时，电极电位与极化电密呈关系，活化极化控制下决定金属腐蚀速度的主要因素为、。 ) 6．为了防止热力设备发生氧腐蚀，向给水中加入，使水中氧含量达到以下，其含量应控制在，与氧的反应式为，加药点常在。 7．在腐蚀极化图上，若P c>>P a，极极化曲线比极极化曲线陡，这时E corr值偏向电位值，是控制。 三、问答题：（共24分，每小题4分） 1．说明协调磷酸盐处理原理。 2．自然界中最常见的阴极去极化剂及其反应是什么 3．锅炉发生苛性脆化的条件是什么 4．凝汽器铜管内用硫酸亚铁造膜的原理是什么 5．说明热力设备氧腐蚀的机理。 6．说明腐蚀电池的电化学历程，并说明其四个组成部分。 /
四、计算：（共24分， 每小题8分） 1．在中性溶液中，Fe +2=106-mol/L ，温度为25℃，此条件下碳钢是否发生析氢腐蚀并求出碳钢在此条件下不发生析氢腐蚀的最小pH 值。（E 0Fe 2+/Fe = - ） 2．写出V -与i corr 的关系式及V t 与i corr 的关系式，并说明式中各项的物理意义。 3．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位： Cu = Cu 2+ + 2e E 0Cu 2+/Cu = + H 2 = 2H + + 2e E 02H +/H = 2H 2O = O 2 + 4H + + 4e E 0O 2/H 2O = + 问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀 五、分析：（共14分，每小题7分） 1．试用腐蚀极化图分析铁在浓HNO 3中的腐蚀速度为何比在稀HNO 3中的腐蚀速度低 { 2. 炉水协调磷酸盐-pH 控制图如图1，如何根据此图实施炉水水质控制，试分析之。 (25 15 20 pH o C) 9.809.609.409.209.008.80 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R =2.8R =2.6 R =2.4R =2.3R =2.2R =2.1
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
金属学与热处理课后习题答案(崔忠圻版)
第十章钢的热处理工艺 10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？ 答： 钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。 退火用途： 1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。 2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。 3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。 4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。 5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。 6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留内应力（主要是第一类内应力），以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。 10-2 何谓钢的正火？目的如何？有何应用？ 答： 钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度（空冷、风冷或喷雾）冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。 目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除内应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。
高中化学《金属的腐蚀与防护》导学案+课时作业
第三单元金属的腐蚀与防护[明确学习目标] 1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。 一、金属的电化学腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生□01化学反应而腐蚀损耗的现象。其本质为金属原子□02失去电子被□03氧化的过程。 (2)分类 ①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生□04氧化还原反应而引起的腐蚀。 ②电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生□05原电池反应，使较活泼的金属□06失去电子被□07氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 (1)吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在的少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池中，铁是□08负极，碳是□09正极，在两电极分别发生□10氧化反应、□11还原反应而导致钢铁腐蚀。 相应的电极反应式分别为 负极：□122Fe－4e－===2Fe2＋(□13氧化反应) 正极：□14O2＋2H2O＋4e－===4OH－(□15还原反应) 总反应：□162Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 上述电化学腐蚀过程中吸收氧气，因此称为吸氧腐蚀。 (2)析氢腐蚀 当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀”。 发生的电极反应式分别为
负极：□17Fe－2e－===Fe2＋(□18氧化反应) 正极：□192H＋＋2e－===H2↑(□20还原反应) 总反应：□21Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。 (3)铁锈的生成 吸氧腐蚀中生成的Fe(OH)2会进一步被O2氧化成 Fe(OH)3：□224Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈□23Fe2O3·n H2O。 析氢腐蚀中，随着H2的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，继而也会被空气中的O2氧化再脱水形成铁锈。 二、金属的电化学防护 1．电化学保护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 利用原电池原理，被保护金属作□01正极，比被保护金属更活泼的金属作□02负极。此方法常用于保护海轮外壳及石油管道等。 (2)外加电流的阴极保护法 利用电解原理，外加直流电源，被保护的钢铁设备作□03阴极，惰性电极作□04阳极。此方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备腐蚀。 2．其他保护法 (1)加涂保护层：如采用在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等
金属学与热处理课后习题答案第二章
第二章纯金属的结晶 2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2 b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？ 答： 2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。 答：
2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 答： 金属结晶时需过冷的原因： 如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使G s＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度 影响过冷度的因素： 金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。 固态金属熔化时是否会出现过热及原因： 会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜G s，固态金属才会发生自发地熔化。 2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 答： 相同点： 1、形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。
2、具有相同的临界形核半径。 3、所需形核功都等于所增加表面能的1/3。 不同点： 1、非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变 化而变化。 2、非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。 3、两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的 影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。 2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。 答： 液相中的温度梯度分为： 正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而降低的温度分布情况。固液界面的微观结构分为： 光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由曲折的若干小平面组成。 粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界 面是平直的。 晶体生长形状与温度梯度关系： 1、在正温度梯度下：结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失。 光滑界面的晶体，其显微界面-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常呈锯齿状。 粗糙界面的晶体，其显微界面平行于熔点等温面，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈平面长大方式，固液界面始终保持近似地平面。 2、在负温度梯度下： 具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。具有粗糙界面的晶体呈树枝状生长。 树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加有利于此突出尖端向液体中的生长。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为主干。这些主干即为一次晶轴或一次晶枝。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有树枝状骨架的晶体称为树枝晶，简称枝晶。 2-6 简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。 答： 三晶区的形成原因及各晶区特点： 一、表层细晶区
2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护教学案苏教版
2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与 防护教学案苏教版 —————————————————————————————————————— [课标要求] 1．了解金属腐蚀及其危害。 2．了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。 3．了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。 1．金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 2．钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。 3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：Fe－2e－===Fe2＋，吸氧腐蚀正 极反应为O 2＋4e－＋2H 2 O===4OH－，析氢腐蚀正极反应为2H＋＋2e－ ===H 2 ↑。 4．金属腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀> 原电池的正极>电解池的阴极被保护 5．金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
金属的电化学腐蚀 1．金属的腐蚀及分类 概念金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象本质金属原子失去电子而被氧化的过程 类型 化学腐 蚀 金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀 电化学 腐蚀 不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的 腐蚀 2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 析氢腐蚀吸氧腐蚀 不同点 条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性正极反应2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－电池反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2普遍性吸氧腐蚀更普遍 相同点负极反应Fe－2e－===Fe2＋ 正极材料碳 最终产物铁锈主要成分为Fe2O3·n H2O 钢铁腐蚀中发生的反应还有： 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3===Fe2O3·n H2O＋(3－n)·H2O [特别提醒]
金属腐蚀与防护课后习题
第1章绪论 第2章腐蚀电池 第2章腐蚀电池 1. 将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时 的电位分别为 +0.05V和–0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。 已知电路的欧姆电阻为200Ω。 (1)原电池工作后阳极和阴极的电位差E c – E a = ？ (2)阳极极化值?E a 与阴极极化值?E c 的绝对值之和?E a + ∣?E c ∣等于多少? (3)如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？ (4)如果使用零电阻电流表，且溶液电阻可以忽略不计，那
么电流达到稳态后，阳极与阴极的电位差E c –E a 、阳极极化值与 阴极极化值的绝对值之和?E a + ∣?E c ∣等于多少？电流表的指 示又为多少？ 2. 某腐蚀体系的参数为： E 0a = -0.4V，E0c = 0.8V，E cor = -0.2V。当R = 0时，I cor = 10mA， 该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电阻R = 90Ω，那么I'cor =？腐蚀电池又属于什么控制类型？ 第3章电化学腐蚀倾向 作业 1. 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)。 2. 将铁置于饱和空气的碱溶液(pH = 10)中，按阳极反应为 (1)Fe + Fe2+ + 2e (2)Fe + 2OH- = Fe(OH) 2 + 2e 计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？ 3. 将两根铜棒分别浸于0.01mol/L CuSO 4溶液和0.5mol/L CuSO 4 溶液，组成一个金属离子浓差电池。 (1)哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？ (2)写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。 该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？ 第4章电化学腐蚀速度 作业四 1．表面积为20cm2 的铁样品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中，经过 50h试验，测得了铁样品的损失质量为0.1g，已知在铁的表面上析氧反应符合Tafel公式η=-0.64-0.125lg|i|，η的单位为V，i 的单位为A/cm2 ，试计算： （1）样品厚度的减少△h(mm); （2）铁电流的腐蚀电流密度i cor (A/m2); （3）铁试样的腐蚀电位E cor 。 2.海水中的含氧量为 3.2mg/L,求一年中锌的消耗量？（氧的扩散层 厚度为，扩散系数为D=1.9×10-5 cm2 /s,Zn的原子量为65.4）。
金属学与热处理课后习题答案
第七章金属及合金的回复和再结晶 7-1 用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么？ 答： 应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。 原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。 7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。 答：解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图（可参考教材P195，图7-1） 7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。答： 再结晶温度：通常把经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。 1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式：T ≈δTm，对于工业纯金属 再 来说：δ值为，取计算。 2、应当指出，为了消除冷塑性变形加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。 =，可得： 如上所述取T 再 =3399×=℃ W 再 Fe =1538×=℃ 再 =1083×=℃ Cu 再 7-4 说明以下概念的本质区别： 1、一次再结晶和二次在结晶。 2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 答： 1、一次再结晶和二次在结晶。 定义 一次再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显着下降，性能发生显着变化恢复到冷变形前的水平，称为（一次）再结晶。它的实质是新的晶粒形核、长大的过程。 二次再结晶：经过剧烈冷变形的某些金属材料，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大现象，即少数晶粒具有特别大的长大能力，逐步吞食掉周围的小晶粒，其最终尺寸超过原始晶粒的几十倍或上百倍，比临界变形后的再结晶晶粒还要粗大得多，这个过程称为二次再结晶。二次再结晶并不是晶粒重新形核和长大的过程，它是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而异常长大，严格来说它是特殊条件下的晶粒长大过程，并非是再结晶过程。 本质区别：是否有新的形核晶粒。 2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 定义
公开课金属资源的利用和保护第二课时导学案.doc
学习好资料欢迎下载 课题 3 金属资源的利用和保护导学案第2课时 学习目标： 1、了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。 2、知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。 复习提问： 1、背诵金属活动性顺序表； 2、铁与硫酸铜反应的化学方程式； 3、铜与硝酸银反应的化学方程式； 4、锌与稀盐酸反应的化学方程式。 课堂预习： 1、铁制品锈蚀 （ 1）铁制品锈蚀的过程实际上是、等了发生化学反应的过程。（ 2）铁锈（主要成分是_________）很 _______________ ，不能阻止里层的铁继续被腐蚀。2、防止铁生锈的方法 （1）隔绝 ___________________ ，如在铁制品表面 ______________ 、_________、电镀等。（2）改变铁的组成结构，可制成耐腐蚀的合金，如不锈钢。 3、金属资源的保护 （ 1）防止金属 ___________，（2）金属的__________________， （3） ________、 __________地开采矿物，（ 4）寻找金属的 ______________ 。 合作探究： 1、金属的腐蚀和保护 阅读第 17— 18 页内容，结合你们的实验结果，回答下列问题： (1)铁制品锈蚀的实质是？ (2)在金属活动性顺序中，铝比铁活泼，为什么生活中铁易生锈而铝却不生锈？ (3)如何防止铁生锈？ (4)完成课本第 18 页“讨论” (5)如图：在一试管中放有一根铁钉，使其一半在液面以上，一半在液面以下， 然后置于空气中，则铁钉最容易生锈的部位是( ) A ． a 点B． b 点 C. c 点 D ．无法判断 2、金属资源保护 根据课堂预习中的问题3，引导学生阅读课本19— 20 页内容。 你知道哪些废旧金属可对环境造成污染？ 展示交流、教师点拨：
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题 第一章绪论 1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？ 2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？ 3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其?深(mm/a)多大？ 4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度?失和?深。问铁在此介质中是否耐蚀？ 第二章电化学腐蚀热力学 1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。 3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。 4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？ 5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。 b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。 6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？ 7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？ 第三章电化学腐蚀反应动力学 1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？ 5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。 6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。 7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。 8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？ 9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化？ 10．碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电势为-0.64V（相对饱和Cu-CuSO4电极）。 对于同样的钢的氢过电势（单位为V）遵循下列关系：Γ=0.7+0.1lgι，式中ι单位为A/cm2。 假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度（以mm/a为单位）。 第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀 1．在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快？酸中若含有Pb2+离子为什么会降低锌的腐蚀速度？ 2．说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。