材料腐蚀与防护复习
一名词解释（6/18）
①阳极极化外电流为阳极极化电流时，其电极电位向正的方向移动，称为阳极极化
②阴极极化外电流为阴极极化电流时，其电极电位向负的方向移动，称为阴极极化
③阴极保护效应金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa减小，反应速度减小，这种金属腐蚀速度减小的现象，称为阴极保护效应
④阴极保护利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护
两种阴极保护法 1.外加电流阴极保护：所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的
2.牺牲阳极保护：所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的
缓蚀剂在腐蚀环境中以适当浓度和形式(一般是很少的量)添加某种物质，能使金属的腐蚀速度大大降低，这种物质就叫缓蚀剂(即腐蚀抑制剂)
⑤钝化在一定条件下，当金属的电位由于外加阳极电流或局部阳极电流而移向正方向时，原来活泼地溶解着的金属表面状态会发生某种突变，同时金属的溶解速度急速下降，这种表面状态的突变过程叫做钝化
⑥点蚀的击穿点位腐蚀性阴离子可以可逆地置换金属表面上吸附层的电位
⑦自腐蚀电流金属在无电流极化作用时，自然状态下的腐蚀电流的大小
⑧腐蚀疲劳：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
⑨浓差极化电极表面和溶液本体中的反应物和产物浓度将会出现差别，而这种浓度差别将对电极反应的速度产生影响，最直接的结果就是产生浓差极化
⑩自钝化：金属与钝化剂自然作用而产生（如：Cr, Al, Ti等金属在含氧溶液中）又称为化学钝化。
⑾过电位偏离平衡电极电位的电势差即为过电位
二填空题(32分)
1.按阴极过程分类，最常见的腐蚀类型分为析氢腐蚀，吸氧腐蚀
2.根据缓蚀剂阻滞腐蚀过程对电极电位的影响，缓蚀剂可分为阳极型、阴极型、混合型三类
3.埋于土壤中的大直径钢管，钢管腐蚀严重区域将发生在下部（填上部、中部、下部，下同）主要发生阴极反应的部分在上部
4.金属钝化的标志是腐蚀速度大幅度下降、电位强烈正移常用的金属钝化理论主要包括成相膜理论和吸附膜理论
5.金属发生电化学腐蚀时，必然构成电流回路，并包括阴极、阳极、电解质三个基本要素
6.下列图中腐蚀受哪种步骤控制
7.为了避免电偶腐蚀，在设计时，尽量采用电位差距小的金属，避免出现小阳极大阴极腐蚀加速模型
8.根据法拉第定律，在电化学腐蚀中，金属溶解的质量与电流强度与通过时间成正比
9.金属氧化物是典型的半导体，当点缺陷增多时，氧化物导电率变大
10.在碱性溶液中碳钢发生腐蚀时，其阴极反应式为
11.发生电偶腐蚀时，溶液电阻越小，腐蚀加速效应越显著
12．发生氢脆时，氢的来源主要包括高温潮湿气氛和腐蚀或电解的阴极过程两种13．根据金属表面液膜的厚度，大气腐蚀可以分为干大气腐蚀，潮大气腐蚀，湿大气腐蚀
14.微生物腐蚀中，最常见的微生物为SRB，即硫酸盐还原菌
15.Fe为铝合金中的有害杂质元素，会成为阴极相，使铝合金基体腐蚀速度变
16.金属在一定介质中进行阳极极化时，当外加电流或外加电位达到或超过一定值后，金属发生从活态到钝态转变，金属的溶解速度降低至一个很低的值，并且在一定电位范围内基本保持不变的钝化叫电化学钝化
17．金属构件沿海湿热环境会发生海水腐蚀
18.跨海大桥的钢筋混凝土结构中易发生腐蚀，其中腐蚀速率最高的区域位于深海区的腐蚀速率较低，主要原因是随着海水深度增加，含氧量和水温降低，海洋生物附着减少
19.阳极型缓蚀剂通过正移电极电位，使金属表面钝化而形成保护作用，但用量不足反而会加速腐蚀，因此又称为钝化剂
20.发生电化学腐蚀的倾向可用吉布斯自由能G的大小来判断，而电化学腐蚀速度的快慢可用过电位表示
21.发生析氢腐蚀的条件金属的电位低于氢离子还原反应的电位，即E
M H， 介质中必须有H离子存在。 22.应力腐蚀的断裂特征主要有分三阶段进行、属于脆性断裂、裂纹方向垂直于拉应力方向 23.Tio是典型的n型半导体，在Tio中加入Li元素，则Tio的氧化速度下降而导电率升高。 24.应力腐蚀断裂是金属在腐蚀介质和应力的共同作用下产生的破坏 25.材料失效是指断裂磨损腐蚀 26.发生应力腐蚀时，易钝化的金属一般发生在电位范围内 27.点蚀通常发生在容易钝化金属表面上并且介质条件为有特殊离子 28.在铁表面镀锌后，需对镀锌层进行处理，即使镀锌未完全覆盖，镀锌层依然 能起到保护作用，这是由于锌作为阳极而起到保护作用 29.杂散电流引起的地下管线腐蚀，通常在电流流出（填流入，流出）的阳极端发生腐蚀 三简答题（8/40） 1请简述什么是浓差极化？如何降低浓差极化？ 1、提高本体浓度 2、搅拌 3、升温 2产生孔蚀的主要条件是什么？点蚀破坏的特点有哪些？ 条件：孔蚀多发生在表面容易钝化的金属材料上或表面有阴极性镀层的金属上，发生于有特殊离子的腐蚀介质中，发生在特定临界电位以上 特点：①从腐蚀形貌上看，多数蚀孔小而深，孔径一般小于2mm ②从腐蚀电池结构上看，点蚀是金属表面保护膜上某点发生破坏，使膜下的金属基体呈活化状态，而保护膜仍呈钝化状态，便形成了活化-钝化电池③蚀孔常沿着重力方向或横向发展④破坏性和隐患性很大 3简述缝隙腐蚀的特征和机理？ 特征：①可发生在所有的金属和合金上，特别容易发生在靠钝化耐蚀的金属材料表面 ②介质可以是任何酸性或中性的侵蚀性溶液，而含有氯离子的溶液最易引发缝隙腐蚀 ③与点蚀相比，缝隙腐蚀更容易发生当Eb 机理：初期阶段，缝内外的金属发生相同的阴，阳极反应过程。阳极反应：M→ M n++ne 阴极反应：1/2O 2+H 2 O+2e→2OH-,经过一段时间后，缝内的消耗完后，氧 的还原反应不再进行。由于缝内缺氧，缝外富氧形成了供养差异电池。缝内金属溶解，产生过多的M+将诱发CL-向缝内迁移，随后缝内形成的金属盐的水解导致缝内酸化，PH值下降到2—3 4什么是电偶电流和电偶腐蚀效应？ 电偶电流：金属偶接后的自腐蚀电流电偶腐蚀效应：当两种金属偶接后，阳极金属的腐蚀电流与未偶接时该金属的自腐蚀电流的比值 5简述电化学腐蚀与化学腐蚀的区别？ 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 6什么是金属的应力腐蚀开裂？如何避免应力腐蚀开裂事故的发生？ 应力腐蚀开裂是指受拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质中，由于腐蚀介质和应力介质的协同作用而发生的脆性断裂现象避免：①避免使用对SCC敏感的材料②消除应力③涂层④改善介质环境⑤电化学保护 7试举例说明什么是选择性腐蚀？ 选择性腐蚀是指在多元合金中较活泼组分优先溶解，这个过程是由于合金组分的 电化学差异而引起的 举例：①黄铜脱锌这种理论认为，黄铜表面的锌原子发生选择性溶解，留下空位，稍里面的锌原子通过扩散到发生腐蚀的位置，继续发生溶解，结果留下疏松多孔的铜层 ②石墨化腐蚀： 8通常采用哪些方法防止金属发生电偶腐蚀？ ①设计和组装——首先应避免“小阳极－大阴极”的组合，其次是尽量选择在电偶序中位置靠近的金属进行组装。在不同的金属部件之间采取绝缘措施可有效防止电偶腐蚀。 ②涂层——在金属上使用金属涂层和非金属涂层可以防止或减轻电偶腐蚀 ③阴极保护——可采用外加电源对整个设备施行阴极保护，也可以安装一块电位比两种金属更负的第三种金属使它们都变为阴极 9什么叫腐蚀电池？列举常见的腐蚀电池类型？ ①由阴极、阳极、电解质溶液和电子回路组成的只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池； ②可大致分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两类； ③特点:宏观腐蚀电池的腐蚀形态是局部腐蚀，腐蚀破坏主要集中在阳极区。微观腐蚀电池的腐蚀形态可以死全面腐蚀也可以是局部腐蚀。 10请从电化学角度解释，金属发生自钝化的条件是什么？ ①氧化剂的氧化还原平衡电位要远高于金属的阳极致钝电位，即 E c >E pp ②氧 化剂阴极反应的电流密度必须大于金属致钝电流密度即i c >i pp 11点蚀发展形成闭塞电池的条件和机理是什么？ 答：条件①在反应体系具备阻碍液相传质过程的几何条件（如在孔口腐蚀产物的塞积可在局部造成传质困难）②有导致局部不同于整体的环境③存在局部不同于整体的电化学和化学反应。 机理：①蚀孔的自催化作用，首先是蚀孔内的金属发生溶解，孔内氧浓度降低而孔外氧富集，形成“供氧差异电池”②孔内形成的金属盐不断发生水解反应而导致孔内酸化，孔外富氧表面依然维持钝态逐步形成“小阳极，大阴极”的腐蚀电池。 12分析产生晶间腐蚀的原因和影响因素。以及相应的防止措施？ 晶间腐蚀的产生原因：材料在受热状况下使用或焊接过程造成，包括材料和介质两方面因素 （1）晶粒和晶界处的结构和化学成分存在差异 （2）晶粒和晶界处的差异要处在特定的腐蚀介质中 影响因素：热处理因素，金相组成 防止晶间腐蚀的措施：（1）降低碳含量：C%=0.03—0.02%（2）合金化：加入Ti 和Nb，再稳定化处理避免贫Cr区形成（3）形成双相不锈钢（4）适当的热处理：碳含量较高的奥氏体不锈钢在1050-1100℃固溶处理；铁素体不锈钢在700-800℃退火处理；加入Ti和Nb的不锈钢稳定化处理 （5）冷加工：敏化前进行30%~50%的冷形变 13简述Cr元素在不锈钢中的耐蚀作用是什么？ 1、形成稳定致密的Cr2O3氧化膜，提高钢的钝化膜修复能力 2、Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织 3、提高基体电极电位 14什么是应力腐蚀？发生应力腐蚀开裂需要哪些基本条件？ 应力腐蚀：金属材料在应力及腐蚀介质共同作用那个下产生的腐蚀 条件：敏感材料，特定介质，拉伸应力 15微生物是如何参与腐蚀过程的？防止微生物腐蚀可采取哪些措施？ 2-氧化被吸附的氢，从而促使析硫酸盐还原菌存在，将产生生物催化作用，使SO 4 氢腐蚀顺利进行。其腐蚀特征是造成金属部件的局部破坏，并生成黑色而带有难闻气味的硫化物。覆措施：盖层保护，电化学保护：阴极保护，土壤处理 16请列举5个常见的腐蚀防护方法？ 电化学保护：阴极保护 控制环境方法除去环境中的腐蚀性物质缓蚀剂 覆盖层保护金属覆盖层非金属覆盖层化学转换膜 腐蚀的定义：材料与周围环境（介质）发生化学或电化学作用而引起的破坏现象腐蚀体系：材料（金属、非金属）+环境介质 腐蚀疲劳：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。 腐蚀磨损是摩擦副接触表面的机械磨损与周围环境介质发生的化学或电化学腐蚀的共同作用，导致表层材料流失的现象。 点蚀，又称孔蚀，是一种腐蚀集中于金属表面很小范围（数十微米）内，并深入到金属内部的腐蚀形态。 电偶腐蚀：两种腐蚀电位不同的金属在介质中相互接触而产生的一种腐蚀形态。晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。 金属的自钝化——由于腐蚀介质中氧化剂的作用而促使金属钝化 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 华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 题目材料腐蚀与防护论文 学院环境与市政工程学院 专业 姓名 学号 指导教师 完成时间2016年10月20日 华北水利水电大学 前言 工程材料的腐蚀给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识重视。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震灾害（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会因溶液离子受到腐蚀产物的阻挡，导致扩散被阻而腐蚀速度变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。影响金属腐蚀的因素有内部因素、外部因素及设备结构因素。控制腐蚀的根本办法自然应是控制电化学作用，即如何消除腐蚀电池。即使不能完全消除，也要设法使腐蚀电流密度降至最低程度。常用的腐蚀防护方法有涂料、缓蚀剂和电化学保护 关键词：金属腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀 Abstract:The serious damage to the national economy and the social life caused by the corrosion of engineering materials has been more and more recognized by people. The loss of metal corrosion is far more than the flood, fire, typhoon and earthquake disaster (average) the total loss, here does not include indirect losses due to corrosion caused by production downtime, and explosion caused by. Corrosion of metals in aqueous solutions is an electrochemical reaction. The formation of a corrosion cell isolation of anode and cathode area on the metal surface, the metal loses electrons in solution, a positively charged ion, this is a process that the anodic process of oxidation. With the development of the corrosion process, in most cases, cathode or anode process will be blocked by ionic corrosion products, leading to the proliferation resistance and corrosion speed is slow, this phenomenon is called polarization, the corrosion of metal decreases with increasing polarization. Factors affecting metal corrosion include internal factors Keyword :Metal corrosion Electrochemical corrosion 一．选择题 1.（A ）是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象。 A.腐蚀 B.磨损 C.断裂 D.磨蚀 2.在以下材料失效的形式中，属于突变过程的是（C ）。 A.腐蚀 B.磨损 C.断裂 D.磨蚀 3.下列属于腐蚀的特点的是（C）。 A.自发性 B.普遍性 C.被动性 D. 隐蔽性 4.腐蚀的发生是金属由高能级向低能级退化的过程，是（B）过程。 A.吸热 B.放热 C.升压 D. 降压 5.下列腐蚀类型属于化学腐蚀的是（D）。 A. 土壤腐蚀 B. 电解液中腐蚀 C. 海水腐蚀 D. 非电解液中腐蚀 6.以下物体不属于据导电能力分类的是：（D） A. 导体 B. 半导体 C. 绝缘体 D. 电解质 7.下列导体属于离子导体是：（C）。 A. 金属导体 B. 半导体 C. 电解质溶液 D. 绝缘体 8.下列不属于气体电极的是：（B）。 A. 氢电极 B. 饱和甘汞电极 C. 氧电极 D. 氯电极 9.下列哪种电极不是在实际使用中常常采用的二级参比电极。（B） A.饱和甘汞电极（SCE） B.氢标准电极（SHE） C.银－氯化银电极 D.饱和硫酸铜电极 10.下列金属按其活泼性由高到低排列，次序正确的是（A）。 A. K、Na、Zn、Cu、Ag、Au； B. Cu、K、Na、Zn、Ag、Au； C. K、Na、Cu、Zn、Au、Ag； D. Cu、K、Zn、Na、Au、Ag； 11.下列金属（）不属于负电性贱金属。 A. K B.Ca C.Mg D.Ag 12.下列腐蚀形式（D）不属于金属的局部腐蚀 A.电偶腐蚀 B.应力腐蚀 C.氢损伤 D.析氢腐蚀。 13.下列选项（B）不是孔蚀的破坏特征。 A.破坏高度集中 B.蚀孔的分布均匀 C.蚀孔通常沿重力方向发展 D.蚀孔小，不易发现。 14.黄铜脱锌破坏形式属于（B）。 A.电偶腐蚀 B. 选择性腐蚀 C. 晶间腐蚀 D.缝隙腐蚀 15.根据金属表面的潮湿程度，不属于大气腐蚀分类的是（C）： A.干大气腐蚀 B. 潮大气腐蚀 C. 润大气腐蚀 D.湿大气腐蚀 16.以下（D）不属于影响土壤腐蚀的因素。 A.土壤电阻率 B.土壤的含氧量 C.土壤的pH值 D.土壤的物化性质 17.目前常用来解释缓蚀剂机理的理论不包括：（C） 姓名：贾永乐学号：201224190602 班级：机械6班 检索主题：材料的腐蚀与防护 数据库：中国知识资源总库——中国期刊全文数据库 检索方法：用高级检索，主题词：腐蚀与防护关键词：材料相与检索结果：1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关 的其它技术和方法。 文献综述 1材料腐蚀与防护的发展史： 所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。 每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。航 空材料的腐蚀损失尤为巨大。我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。航空材料由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀, 增加了飞行器的运营成本, 对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11 000~ 55 000美元之间【2】。1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。 1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组(大气腐蚀专业组)副组长，承担了航空航天部分的调查任务。1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。 1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。由于这类钢材含有(0.2%~0.4% 2021 届高考一轮总复习课时训练 第十七课时 电解池、金属的腐蚀与防护 1．下列表述不正确的是 ( ) A. 缺氧区 :Fe-2e - F e 2+ B. 富氧区 :O 2+2H 2O+4e - 4OH - C. Fe 失去的电子通过电解质溶液传递给 O 2 D. 隔绝氧气或电解质溶液均可有效防止铁生锈 3．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为 惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 ( ) A ．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 A ．Ⅰ装置中盐桥中的 Cl －移向 ZnSO 4 溶液 B ．Ⅱ中正极反应式为 O 2＋ 4e ＋ 2H 2O===4OH C ．Ⅲ装 置模拟工业上在镀件上镀银 D ．Ⅳ装置可以达到保护钢闸门的目的 2.全世界每年因生锈损失的钢铁 ,约占世界年钢铁产量的四分之一。 一种钢铁锈蚀原理示意图如图所示 ,下列说法中不 正．确．的是 ( )。 铁锈蚀中的电化学 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 4.用惰性电极电解 Cr2(SO4)3和硫酸混合溶液制备 Cr2O27-,阳极附近发生的反应如图所示 (已知:S2O82-中 S 元素的化合价为+7 价)。下列说法不．正．确．的是 ( )。 A.阴极产生氢气 B.SO42-在整个过程中起还原剂的作用 C.反应Ⅱ的离子方程式为 3S2O28-+2Cr3++7H 2O 6SO24-+Cr2O27-+14H+ D.阳极的电极反应式为 2SO24--2e- S2O82 - 5．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是( ) A ．2H＋＋ 2e－ ===H2↑ B． Fe2＋ 2e ===Fe C． 2H2O＋ O2＋4e ===4OH D．Fe3＋＋e－===Fe2＋ 6.电解法处理 CO2和 SO2 混合污染气的原理如图所示 ,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐 ,通电一段时间后 ,Ni 电极表面形 成掺杂硫的碳积层。下列说法错误．．的是 ( ) 。 A.Ni 电极表面发生了还原反应 B.阳极的电极反应式为 2O2--4e-O 2↑ C.电解质中发生的离子反应只有2SO2+4O2-2SO42- D.该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环 7．在酸性或碱性较强的溶液中，铝均会溶解。 用食盐腌制的食品也不能长期存放在铝制品中，其主要原因是 () A ．铝能与 NaCl 直接发生反应而被腐蚀 B．长期存放的 NaCl 发生水解，其水溶液不再呈中性，可与铝发生反应 期末复习专题（一）《金属的电化学腐蚀与防护》 【学习目标】1．了解金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因； 2．了解金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写； 3．掌握金属防护的方法。 【知识梳理】 （一）金属的电化学腐蚀 1、金属腐蚀： （1）定义：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生反应而腐蚀损耗的过程。 （2）本质：M – n e-→ M n+（氧化反应） （3）类型：由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 2、化学腐蚀： （1）定义：金属与接触到的干燥气体（如、、等）或非电解质液体（如石油）直接发生化学反应而引起的腐蚀。 （3）影响因素：与接触物质的氧化性和温度有关，温度越高，化学腐蚀越。 3、电化学腐蚀： （1）定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，的金属失去电子而被。（如在潮湿的空气中生锈）因此不纯的金属比纯金属腐蚀，如纯铁比钢腐蚀。（难、易）两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越，活泼金属被腐蚀得越快。 （2）类型：(以钢铁腐蚀为例) （1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: 正极: 总方程式： （2）吸氧腐蚀 (碱性、中性或弱酸性溶液) 负极: 正极: 总方程式： Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用： 铁锈的主要成分是，它（填“能”或“不能”）阻止钢铁继续腐蚀。 ★（二）金属的防护 1、改变金属的内部结构 例如:把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢,就大大地增加了钢铁对各种腐蚀的抵抗力。 2、在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层,从而使金属制品跟周围物质隔离开来,覆盖保护层的方法有以下几种:①在表面涂抹油脂、油漆等。②用电镀、热镀、喷镀的方法,在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如在钢铁表面镀锌、锡、铬、镍等。③用化学方法使金属表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如,工业上常借一些溶液的氧化作用,在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。 3、电化学保护法 ①牺牲阳极的阴极保护法 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池,还原性较强的金属将作为______极（阳极）发生__________反应而被损耗,被保护金属作为________极（阴极）就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。(装置图见课本86页图) ②外加电流的阴极保护法 将被保护金属与外加直流电源的______极(正或负)相连让其成为_____极（阴或阳）,而将外加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为_______极(阴或阳)。 【典型例题】 1、埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是 ( ) A．在潮湿疏松的土壤中； B．在含铁元素较多的酸性土壤中； C．在干燥致密不透气的土壤中； D．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤 2．如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NaCl溶液，乙试管为NH4Cl溶液(溶液呈酸性)； 数天后观察到的现象是， 甲中正极反应为_______________，乙中正极反应为。 【金题训练】 1、铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为( ) A. 形成原电池铝作负极 B. 形成原电池时铜作负极 C. 形成原电池时，电流由铝经导线流向铜 D. 铝质铆钉发生了化学腐蚀 2、以下现象与电化腐蚀无关的是( ) A. 黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜锈 B. 生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C. 铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈 D. 银质奖牌久置后表面变暗 3、钢铁表面镀有下列金属时，当镀层部分被破坏时，铁不易被腐蚀的是( ) A．Sn B．Zn C．Cu D．Ag 4、相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是( ) 5、镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol 电子发生转移，下列说法正确的是（） ①有5.6 g金属被腐蚀②有6.5 g金属被腐蚀③在标准状况下有2.24 L气体放出④在 C AV T C航 航空材料与腐蚀防护 一、填空题 1、静力破坏的抗力主要取决于材料的本质。 2、造成疲劳破坏的重复变化载荷称为交变载荷。 3、疲劳载荷一般可分为确定与随机的两种。 4、应力或应变的每一周期性变化称为一个应力循环或应变循环。 5、应力或应变波，当其中最大值为正值，最小值为负值时，称为交变。 6、疲劳强度是指材料或构件在变负荷作用下时的强度。疲劳强度的大小用疲劳极限来衡量。 7、在一定的外作用力下，要求构件不发生断裂或不发生永久变形，这就是说要求构件有足够的强度。 8、在一定的外作用力下，要求构件不发生过大的弹性变形，这就是说要求构件有足够的刚度。 9、在一定的外作用力下，要求构件维持原有的平衡形式，这就是说要求构件有足够的稳定性。 10、受一定的外作用力的构件，要求能正常工作一般必须满足足够的强度、足够的刚度足够的稳定性。 11、金属按起其成分不同,可分为纯金属和合金两大类。 12、纯金属是由一种金属元素组成的金属。 13、合金是由两种或两种以上元素组成的金属。 14、金属的物理性质有：颜色、比重、熔点、凝固点、导电性、热膨胀性和磁性等。 15、金属从固体状态转变为液体状态时的温度称为熔点。 飞机维修专业理论教学题库 C AV T C航 16、金属传导热量的能力，称为导热性。 17、金属在温度变化时，改变体积的性质，称为热膨胀。 18、金属能够吸引钢铁一类物质的性质，称为磁性。 19、金属的化学性质是指金属与其他物质发生化学作用，即形成氧化物、盐类和其他化学物的性质。 20、金属的机械性质通常是指金属队各种载荷的抵抗能力和在载荷作用下的变形能力。 21、载荷的种类按其性质可分为静载荷和动载荷两种。 22、动载荷主要有冲击载荷和重复载荷两种。 23、冲击载荷是以很大速度突然作用在物体上的载荷。 24、重复载荷是大小、方向反复变化或大小方向都反复变化的载荷。 25、内力和外力大小相等方向相反。 26、机件在外力作用下，单位面积上所受的内力叫应力。 27、金属在载荷作用下，其尺寸和形状都会有不同程度的变化，这种尺寸和形状的改变，叫变形。 28、在外力去掉后能够消失的变形称为弹性变形。 29、金属承受载荷的情况不同，它产生的变形形式也不一样，归纳起来其基本形式有拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等五种。 30、金属的机械性质主要包括强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性等。 31、金属的强度是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 32、金属零件受力不超过其弹性极限时，只会产生弹性变形。如受力超过弹性极限后，金属就会产生塑性变形了。 33、强度极限是指拉断试样的整个过程中，试样所受的最大拉伸应力。 飞机维修专业理论教学题库 第二节金属的腐蚀和防护（第１课时） 榆中七中孙志彪 【教学目标】：1、了解金属腐蚀的危害，认识金属腐蚀造成的经济影响．2、应用原电池原理，了解金属电化腐蚀的原因，能解释金属发生电化学腐蚀的原因3．了解一些选择防铁锈方法时应考虑的因素，通过实验探究防止金属腐蚀的措施， 【教学重点】：金属电化腐蚀【教学难点】：金属电化腐蚀；钢铁腐蚀【教学方法】：启发式、讨论式、实验法【教具】：实验投影仪教学过程：【引言】在日常生活中,金属腐蚀的现象随处可见。现在，请各小组代表把课前搜索的信息给全班同学展示一下。三个小组代表分别发言【学生演讲】(二分钟)介绍金属腐蚀造成的影响。【设问、过渡】钢铁为什么会生锈？我们怎么样利用化学知识来减小金属腐蚀？让我们一起来学习有关金属腐蚀的知识。以铁生锈为例来简单说明：【板书】金属的腐蚀与防护【小结】金属腐蚀就是游离态的金属单质被氧化成化合态的金属氧化物或其他化合物的过程，可表示为：【板书】金属腐蚀的实质：M → M n++ ne- 金属腐蚀的分类：化学腐蚀与电化学腐蚀【提问】举例说明什么是化学腐蚀和电化学腐蚀? 【学生回答】铁和氯气直接反应而腐蚀;钢管被原油中的含硫化合物腐蚀均为化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈是电化学腐蚀。【过渡】钢铁在潮湿的空气里所发生的腐蚀，就是电化学腐蚀的最普通的例子。在一般情况下，金属腐蚀大多是电化学腐蚀。【提问】电化学腐蚀是怎样形成的？它具有哪些特征？让我们通过实验来研究学习有关电化学腐蚀的知识。【过渡】上学期我们已学习了有关原电池的知识，现在我们从金属腐蚀的角度来分析铜--锌原电池实验的原理。【课件演示】铜-锌原电池实验做如下实验：锌片投入稀硫酸中——腐蚀的种类及特点；用铜丝接触锌片——腐蚀的种类及特点。【投影、复习】原电池反应：Zn(-)：Zn→ Zn2+ +2e- (氧化反应) Cu(+)：2H++ 2e- 《腐蚀与防护》课程教学大纲 一、课程性质 本课程是应用化学的专业选修课，有助于学生拓展知识面，更好的开展科研、生产专业学习。通过介绍工业生产过程中产生的各种腐蚀过程及其原理，各种防腐蚀技术，腐蚀试验方法等，使学生熟悉企业不同生产过程中所产生的各种腐蚀，充分了解如何对其进行有效的防护。 二、教学目的 本课程是化学工程专业一门应用性较强的专业课程。主要目的是使学生了解材料发生各种腐蚀的基本规律及作用机理，掌握材料腐蚀的评价方法。控制原理及防腐技术，并能够结合材料的成分与结构特征，分析耐腐蚀材料的设计及其热处理原理。 三、教材教参 教参 1. 王增品，姜安玺，腐蚀与防护工程高等教育出版社，1991 2. 美国腐蚀工程师协会编，腐蚀与防护技术基础，冶金工业出版社，1987 3. 化学工业部化工机械研究院主编，腐蚀与防护手册，化学工业出版社，1991 4. 尤里克，腐蚀与腐蚀控制，石油工业出版社，1996 5. 张远声，腐蚀破坏事故,100例，化学工业出版社，2001 6. 王保成，材料腐蚀与防护(21世纪全国高等院校材料类创新型应用人才培养规划教材)，北京大学出版社，2012 四、教学方式 本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，适当使用多媒体课件进行教学，增大课堂容量，在有限的学时内取得最佳的教学效果。 五．教学内容及时数 根据化学本科专业人才培养方案，本课程共1.5学分，总的教学时数为27学时，具体如下： 第一章腐蚀与防护概论（2学时） 基本内容：腐蚀的定义、分类，影响腐蚀的因素及腐蚀的普遍性与严重性。腐蚀防护的意义，腐蚀与防护工作概况，防腐蚀方法。防腐蚀设备的使用与保养；防腐蚀工作中劳动保 第一章 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质腐蚀材料的强弱程度。 高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B 比：氧化时所生成的金属氧化膜的体积2MeO V 与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积Me V 之比。 腐蚀过程的本质：金属 → 金属化合物 (高温）热腐蚀：指金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在其工作表面上的沉积盐及周围工作气体发生总和作用而产生的腐蚀现象称为热腐蚀. p 型半导体：通过电子的迁移而导电的半导体； n 型半导体：通过空穴的迁移而导电的半导体。 n 型：加Li （低价），导电率减小，氧化速度增加；加Al （高价），导电率增加，氧化速度降低。 p 型：加Li （低价），导电率增加，氧化速度降低；加Cr （高价），导电率减小，氧化度增加。 腐蚀的危害 1)造成巨大的经济损失；2)造成金属资源和能源的浪费造成设备破坏事故,危及人身安全；3)引起环境污染。 金属一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素 1)界面反应速度，包括金属／氧化物界面以及氧化物/气体两个界面上的反应速度；2)参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。（这两个因素实际上控制了继续氧化的整个过程，也就是控制了进一步氧化速度。在氧化初期，氧化控制因素是界面反应速度，随着氧化膜的增厚，扩散过程起着愈来愈重要的作用，成为继续氧化的速度控制因素）反映物质通过氧化膜的扩散，一般可有三种传输形式 1)金属离子单向向外扩散；2)氧单向向内扩散；3)两个方向的扩散。 反应物质在氧化膜内的传输途径 1)通过晶格扩散：温度较高，氧化膜致密，而且氧化膜内部存在高浓度的空位缺陷的情况下，如钴的氧化；2)通过晶界扩散。在较低的温度下，由于晶界扩散的激活能小东北大学 材料腐蚀与防护 整理人 围安 E-mail jr_lee@https://www.360docs.net/doc/4a6825425.html, 2016.1.2 吸氧腐蚀：是指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀。 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=39X10-12cm2/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 《材料腐蚀与防护》思考题 第一章绪论 何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？ 表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？ 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？ 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 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？ 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。 何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。 金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？ 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。 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？ 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 从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 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？ 何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。 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。 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。 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？ 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？ 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：(=0.7+0.1lg ，式中 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 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？ 说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。 影响吸氧腐蚀的主要因素是什么？为什么？ 假定所有的Zn表面起阴极作用，Tafel斜率为±0.10V，Zn和H2在Zn上的交换电流密度分别为0.1和10-4A/m2，求Zn在1mol/L盐酸中的腐蚀电势和腐蚀速度（以mm/a为单位）。 计算纯铜与含质量分数为30%锌的铜合金在非含氧酸中的腐蚀速度比。 第五章金属的钝化 金属的电化学腐蚀与防护练习卷 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 ．该方法将电能转化成化学能 B ．在此装置中钢管道作正极 C ．该方法称为“外加电流的阴极保护法” D ．镁块上发生的电极反应为O 2+2H 2O+4e ? 4OH ? 2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 A ．图a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B ．图b 中，开关由M 改置于N 时，Cu-Zn 合金的腐蚀速率减小 C ．图c 中，接通开关时Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大 D ．图d 中，Zn-MnO 2干电池自放电腐蚀主要是由MnO 2的氧化作用引起的 3．如图是自来水表的常见安装方式。下列有关说法不正确的是 A ．该安装方式的水表更容易被腐蚀 B ．发生腐蚀过程中，电子从接头流向水表 C ．腐蚀时水表发生的电极反应为2H 2O+O 2+4e ?4OH ? D ．腐蚀过程还涉及反应：4Fe(OH)2+2H 2O+O 2 4Fe(OH)3 4．用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是 选项 连接 电极材料 分析 a b A K 1K 2 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K 1K 2 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K 1K 3 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K 1K 3 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 5．某同学进行下列实验： 操作 现象 学科+网 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K 3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示 “斑痕”。 其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 Creative Education Studies 创新教育研究, 2017, 5(5), 409-412 Published Online December 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/4a6825425.html,/journal/ces https://https://www.360docs.net/doc/4a6825425.html,/10.12677/ces.2017.55064 The Virtual Simulation of the Corrosion and Protection Comprehensive Experiment Xuejun Xie1,2, Dongmei Liao1,2 1School of Power and Mechanical and Engineering, Wuhan University, Wuhan Hubei 2College Students’ Engineering Training and Innovation Practice Center, Wuhan University, Wuhan Hubei Received: Nov. 13th, 2017; accepted: Nov. 27th, 2017; published: Dec. 4th, 2017 Abstract The virtual simulation process of the corrosion and protection comprehensive experiment is in-troduced in this paper. That is to establish a normative basic operation database, a database of an-ticorrosion methods and their verification experiment schemes, a experimental results database of anticorrosion methods, to evaluate the experimental results, to develop the virtual simulation platform and software that students can carry out the virtual simulation experiment and evalua-tion. Then the anticorrosion methods and their verification experiment schemes revised con-stantly and thought to be perfect. Therefore, the corrosion and protection comprehensive experi-ment can be carried out more purposefully and more effectively by students in the laboratory, and the teaching effect is improved. Keywords Corrosion and Protection, Comprehensive Experiment, Virtual Simulation 腐蚀与防护综合实验的虚拟仿真 谢学军1,2，廖冬梅1,2 1武汉大学动力与机械学院，湖北武汉 2武汉大学大学生工程训练与创新实践中心，湖北武汉 收稿日期：2017年11月13日；录用日期：2017年11月27日；发布日期：2017年12月4日 摘要 本文介绍了腐蚀与防护综合实验的虚拟仿真过程，即建立规范的基本操作库、防腐蚀方法及其验证实验 9-3金属的电化学腐蚀与防护 一、选择题 1．下列叙述中不正确的是( ) A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍 B．钢铁在干燥的空气里不易腐蚀 C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀 D．原电池外电路电子由负极流入正极 解析：A项，不纯的金属在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，所以电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，A项正确；B项，钢铁在干燥的空气中，不易腐蚀，B项正确；C项，铝和铁形成原电池，铝作负极易被腐蚀，C项错误；D项，原电池负极发生氧化反应，失去的电子通过导线流向正极。 答案：C 2．下列反应一定属于氧化反应的是( ) A．金属的腐蚀B．原电池的正极反应 C．放热反应D．电镀池镀件一极的反应 解析：金属腐蚀的本质就是被氧化的过程，A正确；B、D发生的均为还原反应；C项放热反应与是否发生氧化还原反应无直接关系。 答案：A 3．(2011·北京西城区期末考试)下列现象与电化学腐蚀无关的是( ) A．生铁比纯铁易生锈 B．纯银饰品久置表面变暗 C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿 D．与铜管连接的铁管易生锈 解析：B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关。 答案：B 4．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( ) 解析：A、B、D均可构成原电池而加速铁的腐蚀，C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池，不易被腐蚀。 答案：C 5．(2012·陕西省长安一中高三质检(二))某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅 笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是( ) A．铅笔端作阳极，发生还原反应 B．铂片端作阴极，发生氧化反应 C．铅笔端有少量的氯气产生 D．a极是负极，b极是正极 解析：出现红色字迹，说明笔尖生成氢氧根离子，所以铅笔端是阴极，铂片端是阳极， A、B项错误；铅笔端产生氢气，不是氯气，C项错误；a极是负极，D项正确。 答案：D (2012·潍坊模拟)下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金 属丝都是足量的。请同学们仔细观察，完成6～7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。 金属腐蚀与防护实验指导书 课程编号：03030101 适用专业：金属材料工程专业 课程类别：专业教育课程 郝小军徐宏妍编 实验一 金属极化曲线测试 一、目的要求 1、掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法。 2、绘制并比较一般金属（镁合金）和有钝化性能（铝合金、不锈钢）的金属的阳极极化曲线的异同，初步掌握有钝化性能的金属在腐蚀体系中的临界孔蚀电位的测定方法。 3、通过阳极极化曲线的测定，判定实施阳极保护的可能性，初步选取阳极保护的技术参数，了解击穿电位和保护电位的意义。 4、掌握恒电位仪的使用方法，了解恒电位技术在腐蚀研究中的重要作用。 二、基本原理 阳极电位和电流的关系曲线叫做阳极极化曲线。为了判定金属在电解质溶液中采取阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数——致钝电流密度、维钝电流密度和钝化区的电位范围，需要测定阳极极化曲线。 阳极极化曲线可以用恒电位法和恒电流法测定。图1是一条较典型的阳极极化曲线。 一般金属（镁合金）的阳极极化曲线为ax 曲线。对有钝化性能的金属（铝合金、不锈钢），曲线abcdef 是恒电位法（即维持电位恒定， 测定相应的电流值）测得的阳极极化曲线。当电位从a 逐渐向正移动到到b 点时，电流也随之增加到b 点，当电位过b 点以后，电流反而急剧减小，这是因为在金属表面上生成了 一层高电阻耐腐蚀的钝化膜，钝化开始发生。人为控制电位的增高，电流逐渐衰减到c 。在c 点之后，电位若继续增高，由于金属完全进 入了钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值——维钝电流。当使电位增高到d 点以后，金属进入了过钝化状态，电流又重新增大。从 a 点到 b 点的范围叫活性溶解区，从b 点到c 点叫钝化过渡区，从c 点到d 点叫钝化稳定区， 过d 点以后叫过钝化区。对应于b 点的电流密度叫致钝电流密度，对应于cd 段的电流密度叫维钝电流密度。 若把金属作为阳极，通以致钝电流使之钝化，再用维钝电流去保护其表面的钠化膜，可使金属的腐蚀速度大大降低，这就是阳极保护的原理。 用恒电流法测不出上述曲线的bcde 段。在金属受到阳极极化时其表面发生了复杂的变化，电极电位成为电流密度的多值函数，因此当电流增加到b 点时，电位即由b 点跃增到很正的e 点，金届进入了过钝化状态，反映不出金属进入钝化区的情况。由此可见只有用恒电位法才能测出完整的阳极极化曲线。 本实验采用恒电位仪逐点恒定阳极电位，同时测定对应的电流值，并在半对数坐标上绘成E-i 曲线，即为恒电位阳极极化曲线。 E ,m V i ,mA/cm 2 图1 阳极极化曲线 有钝化性能的金属： abcdef ——恒电位法测定；abef ——恒电流法测定 一般金属：ax 曲线金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案
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