化工防腐试题与复习题答案(36页).doc

-第一章 金属电化学腐蚀基本原理1. 腐蚀控制通常有两种措施，一是补救性控制，即腐蚀发生后再消除它；二是预防性控制，即事先采取防止腐蚀的措施，避免或延缓腐蚀，尽量减少可能引起的其他有害影响。2. 腐蚀的定义与分类腐蚀是金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏”。腐蚀有不同的分类方法。按照腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。按照金属破坏的特征，可分为全面腐蚀和局部腐蚀两类。(1) 全面腐蚀是指腐蚀作用发生在整个金属表面，它可能是均匀的，也可能是不均匀。(2) 局部腐蚀是指腐蚀集中在金属的局部区域，而其他部分几乎没有腐蚀或腐蚀很轻微。局部腐蚀有以下几种： 应力腐蚀破裂SSC 在拉应力和腐蚀介质联合作用下，以显著的速率发生和扩展的一种开裂破坏。 腐蚀疲劳 金属在腐蚀介质和交变应力或脉动应力作用下产生的腐蚀。 磨损腐蚀 金属在高数流动的或含固体颗粒的腐蚀介质中，以及摩擦副在腐蚀性质中发生的腐蚀损坏。 小孔腐蚀 腐蚀破坏主要集中在某些活性点上，蚀孔的直径等于或小于蚀孔的深度，严重时可导致设备穿孔。 晶间腐蚀 腐蚀沿晶间进行，使晶粒间失去结合力，金属机械强度急剧降低。破坏前金属外观往往无明显变化。 缝隙腐蚀 发生在铆接、螺纹接头、密封垫片等缝隙处的幅度hi。 电偶腐蚀 在电解质溶液中，异种金属接触时，电位较正的金属促使电位铰负的金属加速腐蚀的类型。 其他如氢脆、选择性腐蚀、空泡腐蚀、丝状腐蚀等都属于局部腐蚀。3. 电极电位通常把由电极反应使电极和溶液界面上建立起的双电层电位跃称为电极电位（也称为电极电势，electrode potential简称电位），是一个矢量，其数值由电极本身、电解液浓度、温度等因素决定，包括平衡电极电位和非平衡电极电位。4. 平衡电极电位当电极反应正逆过程的电荷和物质都处于平衡状态时的电极电位称为平衡电极电位或可逆电位，用E0表示。以规定为零的标准氢电极电位为分界线，电位比氢的标准电极电位负（低）的金属称为负电性金属，电位比氢的标准电极电位正（高）的金属称为正电性金属。5. 金属电化学腐蚀的热力学条件：E=EkEm0,即金属电极电位小于（负于）介质中阴极元素的电极电位时，腐蚀可以自动发生。(1) 在有氧的介质中，当金属的电极电位Ee,m比介质中氧的电极电位Ee,o更负时，金属发生腐蚀；(2) 在无氧的还原性酸中，当Ee,mEe,H时，金属发生腐蚀；(3) 当两种不同金属偶接在一起时，电位较负的可能发生腐蚀，较正的则可能不腐蚀。 6. 腐蚀电池由几部分组成？举例说明腐蚀原电池的电化学过程。两个不同活动性的电极，电解质溶液，闭合回路宏观腐蚀电池（一般形成宏观腐蚀电池有三种情况：金属偶接、浓差电池及温差电池）微电池7. 构成金属表面电化学不均一性的主要原因为：（1）化学成分不均一（2）组织结构不均一 （3）物理状态不均一（4）表面膜不完整8. 腐蚀速度的计算：(1) 质量法（重量法）：以腐蚀前后金属质量的变化来表示K失重=（WoW1）/ST=ic*A/nF icorr=B/RF RF=a/i i=I/SWo-初始重量，W1-腐蚀后质量，S-表面积（平方米），T-时间（小时），i-极化电流密度，a-过电位，RF-极化电阻 B-初始电位 icorr=ic-腐蚀速度 A-摩尔质量n-电子数（如Fe2+的n=2）F-库伦常数F=96500 K单位g/（m2*h）(2) 深度法：以腐蚀后金属厚度的减少来表示 D=24x365K/1000=8.76K/(mm/a)毫米每年D腐蚀深度， -金属的密度，g/cm3例：在用恒电位法测量极化曲线实验时，当过电位a=5mV，测得极化电流为25A，试样工作面积1cm2，求极化电阻RF。若已知在该介质中B50mV，Fe以Fe2+形式溶解，铁7.9g/cm3,Fe的摩尔质量为56 g/mol，腐蚀为全面腐蚀，求腐蚀速度ic，并分别用重量法和深度法表示腐蚀速度。9. 金属腐蚀速度的影响因素：(1) 金属本身：电极电位、超电压、钝性、组成、组织结构、表面状态、腐蚀产物性质等(2) 热处理工艺：影响合金的盈利状态和晶相结构等；(3) 介质环境：组成、浓度、PH值、温度、压力、流速等；(4) 其他环境：电偶效应、微量氯离子、微量氧、微量高价离子、析出氢等。10. 耐蚀性的评定：对受均匀腐蚀的金属，常以年腐蚀深度来评定耐蚀性的等级。对于一些要求严格的场合往往用十级评定标准，一般工程应用可用三级或四级就足够了。四级： 一级 耐蚀 年腐蚀深度0.05mm/a 二级 较耐蚀 0.050.5 三级 可用 0.51.5 四级 不可用 1.511. 极化现象电池工作过程中，由于电流流动而引起的电极电位偏离初始值的现象。阳极电位向正方向偏离称为阳极极化；阴极电位向负方向偏离称为阴极极化。12. 极化产生的原因及三种极化形式作用的含义是什么？产生极化现象的根本原因是阳极或阴极的电极反应与电子迁移速度存在差异引起的。(1) 电化学极化：电极反应速度<电子迁移速度；(2) 浓差极化：去极剂或反应产物在溶液中的扩散速度<电极反应速度；(3) 膜阻极化：金属表面形成的保护性薄膜阻滞了阳极反应，使阳极电位急剧正移；同时由保护膜的存在，系统电阻大大增加。极化的实质是一种阻力，增大极化，有利于降低腐蚀电流和腐蚀速度，对防腐有利。13. 超电压：腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极电极电位降低或阳极电极电位升高，其偏离平衡电极电位的差值即称为超电压或过电压。超电压越大，极化程度越大，电极反应越难进行，腐蚀速率越小，反之亦然。对应极化的三种形式，超电压也有三种：1.活化超电压 2.扩散超电压 3.膜阻超电压 14. 去极化作用凡是能减弱或消除极化过程的作用称为去极化作用。增加去极剂的浓度、升温、搅拌、扩大极板面积等都可能产生去极化的效果。显然，从控制腐蚀的角度，总是希望如何曾极化作用以降低腐蚀速度。15. 析氢腐蚀的产生条件及特点介质中的氢离子作为去极剂在阴极上放电成氢原子，进一步结合生成氢分子，并在阴极上析出，从而使阳极金属不断溶解的腐蚀。(1) 析氢腐蚀的条件：阳极金属电极电位必须低于析氢电极电位，即EmEH；在标准状态下，应低于氢的标准电极电位，因此，一般情况下，碳钢、铸铁、锌、铝、钛、锰、铬、镍等金属及合金，在酸性介质中都能发生析氢腐蚀，而且，PH越小，酸性越强，发生析氢腐蚀的倾向性越大。一些电极电位负的金属在碱性溶液或水中也能发生析氢腐蚀，比如铝、镁等。(2) 析氢腐蚀的历程： 阳极：M2eM2+ 阴极：2H+2eH2(3) 析氢腐蚀的特点：阴极材料的性质对腐蚀速度影响很大；溶液的流动状态对腐蚀速度影响不大；阴极面积增加，腐蚀速度加快；氢离子浓度增高、温度升高均会促使析氢腐蚀加剧16. 耗氧腐蚀的产生条件及特点溶液中的氧分子在腐蚀电极的阴极上进行离子化反应而不断被消耗，并促使阳极金属不断溶解腐蚀-也叫吸氧腐蚀。(1) 发生耗氧腐蚀的条件：阳极金属的电极电位小于氧的电极电位，即EmEo2,由于氧的电极电位远大于氢的电极电位，因此耗氧腐蚀比析氢腐蚀更易发生，绝大多数金属，在中性、碱性及较稀的溶液中，在大气、土壤、水中几乎都发生耗氧腐蚀。(2) 历程：阳极：M2eM2+ 阴极：O2+2H2O+4e4OH-(3) 特点：腐蚀过程的控制步骤随金属在溶液中的腐蚀电位而异在氧的扩散控制情况下，腐蚀速度与金属本性关系不大溶液的含氧量对腐蚀速度影响很大阴极面积对腐蚀速度的影响视腐蚀电池类型而异溶液的流动状态对腐蚀速度影响大17. 钝化现象金属从活性溶解状态向耐蚀状态的转化叫金属的钝化。钝化后的状态叫钝态。(1) 金属钝化现象的特征：金属钝化的难易程度与钝化剂、金属本性和温度等有关，金属钝化后电位往正方向急剧上升，金属钝态与活态之间的转换往往具有一定程度的不可逆性，在一定条件下，利用外加阳极电流或局部阳极电流也可使金属从活态转变为钝态。(2) 钝化途径：化学钝化和阳极钝化(3) 钝化理论成相膜理论与吸附理论(4) 金属钝性的应用：阳极保护 ； 化学钝化提高金属耐蚀性 ；添加易钝化合金元素，提高合金耐蚀性添加活性阴极元素提高可钝化金属或合金的耐蚀性18. 绘制钝化金属典型阳极极化曲线并标明各区域和重要节点的含义。第二章 影响局部腐蚀的结构因素19. 应力腐蚀破裂SCC (Stress Corrosion Cracking)：金属结构在拉应力和特定腐蚀环境共同作用下引起的破裂，简称应力腐蚀。SCC特征：SCC是敏感材料、特定环境和拉应力的综合，三者缺一不可；SCC是一种典型的滞后破坏，一般经历孕育期、裂纹扩展期和快速断裂期三个阶段；SCC的裂纹形态有晶间型、穿晶型和混合型三种类型，与金属环境体系密切相关。应力腐蚀破裂裂纹形貌：应力腐蚀裂纹形态有晶间型、穿晶型和混合型三种。不同的材料有不同的破裂方式：碳钢、高强钢、铝合金、铜合合多半是沿晶间断裂，奥氏体不锈钢、镁合金大多是穿晶型，钛合金为为混合型。20. 应力腐蚀产生的条件，发生阶段及防止途径(1) 三个基本条件：敏感材料、特定介质环境和拉应力三者缺一不可。(2) 发生阶段：第一阶段为腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段，也是导致应力集中的裂纹源生核孕育阶段，常把相应的这一阶段时间称为潜伏期或诱导期或孕育期。接着为裂纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑发展到单位面积所能承受最大载荷的所谓极限应力值时的阶段。最后是失稳纯力学的裂纹扩展阶段，即为破裂期。(3) 防止或减少SCC的措施比较有效而广泛应用的方法是消除或降低应力值。 降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下。合理设计与加工减少局部应力集中。结构设计时应尽可能想法降低最大有效应力。采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善合金的组织结构以降低对SCC的敏感性。其它方法：合理选材。材料处理：如果条件允许的场合，亦可采用去除介质中有害成分，添加缓蚀剂：添加缓蚀剂的办法防止SCC。采用阴极保护：基于阳极溶解理论，也可减缓或阻止SCC。21. 腐蚀疲劳 由于腐蚀介质和变动负荷联合作用而引起金属的断裂破坏。疲劳断裂：金属构件在变动负荷作用下，经过一定周期后所发生的断裂。实例：轴承、滑轮腐蚀疲劳特点：如果工作应力不超过临界循环应力值（疲劳极限）就不会发生疲劳破坏；腐蚀疲劳不存在疲劳极限，往往在很低的应力条件下亦会产生断裂。没有特定的腐蚀介质限定，腐蚀环境广。 防护措施：最为有效的办法是降低部件的应力，这可以通过改变设计和正确的热处理予以改善。 镀锌、镉等； 加缓蚀剂；表面氮化和喷丸处理；阴极保护。22. 磨损腐蚀腐蚀性流体与金属构件以较高速度作相对运动而引起金属的腐蚀损坏。类型：磨损腐蚀有湍流腐蚀、空泡腐蚀、微振腐蚀。化工生产装置中最常见的是前两种。防护措施：合理的结构设计与正确的选材23. 孔蚀与缝隙腐蚀的区别？哪些措施可防止孔蚀？又叫坑蚀，俗称点蚀、小孔腐蚀，它只发生在金属表面的局部地区。粗糙表面往往不容易形成连续而完整的保护膜，在膜缺陷处，容易产生孔蚀；一旦形成了蚀孔，如果存在力学因素的作用，就会诱发应力腐蚀或疲劳腐蚀裂纹。孔蚀时，虽然金属失重不大，但由于腐蚀集中在某些点、坑上，阳极面积很小，因而有很高的腐蚀速度；加之检查蚀孔比较困难，因为多数蚀孔很小，通常又被腐蚀产物所遮盖，直至设备腐蚀穿孔后才被发现，所以孔蚀是隐患性很大的腐蚀形态之一。 易钝化的金属在含有活性阴离子(最常见的是Cl-)的介质中，最容易发生孔蚀。孔蚀的过程大体上有蚀孔的形成与成长两个阶段。孔蚀的防止方法：(1) 主要从材料上考虑如何降低有害杂质含量和加入适量的能提高抗孔蚀能力的合金元素；(2) 改善热处理制度，或者设法降低介质中尤其是卤素离子的浓度；(3) 结构设计时注意消除死区，防止溶液中有害物质的浓缩。此外，也可以采用阴极保护。24. 缝隙腐蚀当金属与金属或金属与非金属之间存在很小的缝隙(一般为0.0250.1mm)时，缝内介质不易流动而形成滞留状态，促使缝隙内的金属加速腐蚀，这种腐蚀称为缝隙腐蚀。 许多工程结构都普遍存在这类间隙，有些缝隙是设计不合理造成的，而有些从设计上是很难避免的。以往一直认为缝隙腐蚀是由于缝隙内与缝隙外存在金属离子或氧的浓度差所引起的，因此就用浓差腐蚀的概念来解释这类腐蚀形态。近期的研究表明，金属离子或氧的浓差只是缝隙腐蚀的起因，它进一步的发展，与孔蚀一样属于闭塞电池的自催化腐蚀过程。缝隙腐蚀的防止：缝隙腐蚀的防止，主要是在结构设计上如何避免形成缝隙和能造成表面沉积的几何构形。(1) 为了防止浓差腐蚀，或防止溶液浓缩引起的腐蚀，结构设计时尽量避免积液和死区。(2) 若在结构设计上不可能采用无缝隙方案，也应使结构能够妥善排流，以利于沉积物及时清除。亦可采用固体填充料将缝隙填实。(3) 设计选材时，采用某些耐缝隙腐蚀的材料，可以延长设备寿命。25. 电偶腐蚀的原理及防止途径？电偶腐蚀：异种金属彼此接触或通过其他导体连通，处于同一个介质中，会造成接触部位的局部腐蚀。其中电位较低的金属，溶解速度增大，电位较高的金属，溶解速度反而减小，这种腐蚀称为电偶腐蚀，或称接触腐蚀、双金属腐蚀。 防止电偶腐蚀的途径： 影响电偶腐蚀的因素很多，因此防止电偶腐蚀的办法必然也有多种途径，但最有效的还是从设计上解决。1、 选择相容性材料 产生电偶腐蚀时动力来自接触的两种不同金属的电位差。2、 合理的结构设计(1)尽量避免小阳极大阴极的结构。相反，阳极面积大阴极面积小的结构，往往电偶腐蚀并不显著。 (2)将不同金属的部件彼此绝缘。 (3)插入第三种金属。当绝缘结构设计有困难时，可以在其间插入能降低两种金属间电位差的另一种金属或者采用镀层过渡。(4）将阳极性部件设计成为易于更换的，或适当增厚以延长寿命。 3、电偶效应的正确利用牺牲阳极保护。工业上最常用的牺牲阳极材料有锌及锌合金、铝合金、镁合金等。26. 焊接缺陷与腐蚀(1) 焊接表面缺陷焊瘤是熔化金属流淌到焊缝之外未熔化部位堆积而成，它与母材没有熔合。易形成焊缝腐蚀。咬边是在工件上沿焊缝边缘所形成的沟槽或凹陷，常常因为是电流过大、电弧拉得太长或焊条角度不当，使工件被熔化了一定深度后，填充金属却未能及时流过去补充所致，一般亦是角焊、立、横和仰焊时易产生咬边。易形成点蚀，也会引起缝隙腐蚀。飞溅是熔敷金属的小粒子飞散而附着在母材表面的缺陷，当电流过大、焊皮中有水分、电弧太长、粉性熔渣或焊条角度不当时都可能出现这种缺陷。电弧熔坑(2) 异种金属焊接，焊条材料是精密的贵材料，小阴极化工设备采用异种金属焊接，这种情况下。由于熔融金属与母材的组成成分都不相同，在腐蚀环境中常常由于存在电位差而构成电偶腐蚀。尤其当焊缝金属电位远低于母体金属时，成为大阴极小阳极，焊缝金属将被迅速腐蚀。因此工程上常选用比母材电位更高的金属作焊条，这样在大阳极小阴极情况下，焊缝不被腐蚀，而母材腐蚀轻微。不过当溶液导电性比较低时，腐蚀将集中在焊缝周围的局部地区而出现较严重的局部腐蚀。(3) 焊接残余应力焊接应力是焊接过程中焊件体积变化受阻而产生的，当已凝固的焊缝金属在冷却的时候，由于垂直焊缝方向上各处温度差别很大，结果高温区金属的收缩会受到低温区金属的限制，而使这两部分金属中都引起内应力。高温区金属内部产生残余拉应力，低温区金属内部产生残余压应力。(4) 焊接热影响区焊接过程在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的焊接热循环是不同的，距焊缝越近的点，其加热温度越高，越远则越低。也就是说焊接热影区的各点实际相当于经受一次不同规范的热处理，因此必然有相应的组织变化，如出现晶粒长大、相变重结晶等。不过对于低碳钢来说，这种组织变化主要影响机械性能，而对耐蚀性的影响不大，因为它们的晶间、相间与晶粒本体的活性差异较小，一般在使用中仍发生均匀腐蚀。但当金属含有大量合金元素时，其组织变化就复杂得多。此外，通过焊接材料向焊缝掺入铁素体形成元素(钛、铝、硅等)，使焊缝呈奥氏体铁素体双相组织，也能提高抗晶间腐蚀能力。因为铬在铁素体内浓度大，扩散速度也大，这样当奥氏体晶界形成碳化铬后，铁素体内的铬就能迅速扩散到晶界，以弥补铬的损失，防止了贫铬区的出现。同时铁素体在奥氏体内能打破贫铬区的连续性，可减轻晶间腐蚀的危害。铁素体相一般控制在5%以下。27. 防止晶间腐蚀的方法(1) 固溶处理。加热到10501150，使焊接时析出的碳比铬重新分解溶入奥氏体内，再在水中冷却，即经淬火进入一次稳定区。此法工艺复杂，且构件淬火易变形，仅适宜于小工件。(2) 稳定化退火。加热到850900保温25h后，因为在这个温度区内，元素在金属中的扩散相当迅速，使晶格各处的铬量均匀，进入二次稳定区(3) 超低碳法。控制焊缝的含碳量低于0.04%，可大大降低碳化铬的析出量。(4) 合金化。加入钛、铌钽等比铬亲碳能力更强的合金元素，使用碳与这些合金元素优先形成碳化物析出，起到稳定奥氏体内铬含量的作用，避免了贫铬。(5) 通过焊接材料向焊缝掺入铁素体形成元素（钛铝硅等），使焊缝呈奥氏体-铁素体双向组织，也能提高抗晶间腐蚀能力。第三章 金属在某些环境中的是腐蚀 28. 金属氧化膜具有保护性的条件是什么？膜的保护性主要取决于氧化膜的完整性、致密性、热稳定性，也和膜的结构及厚度、膜与金属的相对热膨胀系数以及膜中的应力状态有关。膜具有保护性必须满足以下条件：(1) 膜必须是完整的；(2) 膜具有足够的强度与塑性，并且与基体金属结合力强、膨胀系数相近；(3) 膜内晶格缺陷浓度低；(4) 氧化膜在高温介质中是稳定的，表现为高的熔点和高的生成热。（氧化膜要有很高的熔点）29. 金属氧化膜可能的三种形态：（固态）（液态）或（气态）30. 半导体实质：膜内晶格缺陷31. 高温腐蚀 在石化、冶金、日化许多生产中，以及材料在制造加工过程中（锻造、热处理等），常常使材料处于高温气体环境，由于高温一般都会对金属产生氧化腐蚀，因此应对其机理、规律有所了解，并掌握其控制与防护。1、金属的高温氧化1）.金属高温氧化的可能性 M+1/2O2MO 其中O也可能是S、卤素或其他气体等。在这一化学反应平衡方程中，在一定温度下，如氧的分压与氧化物的分解压力相等，则反应处于平衡状态。如氧的分压大于金属氧化物的分压，反应向生产氧化物方向进行，反之亦然。金属氧化物的分解压力2.）金属的高温氧化过程 （1）第一步：化学反应生成氧化膜； （2）第二部：电化学过程膜成长金属氧化膜是既能电子导电又能离子导电的半导体，氧化的速度（腐蚀速度）取决于氧化膜的物质迁移速率离子导电性、电子导电性它是金属氧化物的属性与晶格内部缺陷的反应。2、高温合金的抗氧化性金属的高温腐蚀，其控制与防护的措施就是高温合金。1）合金化原理利用合金化提高金属的抗氧化性的途径： （1）减少氧化膜的晶格缺陷浓度； （2）依靠选择性氧化生成保护膜； （3）生成复合氧化物之类的稳定的新相。2）合金的抗氧化性 所谓抗氧化性并不是指在高温下完全不被氧化，而通常是指在高温下迅速氧化，但在氧化后能形成一层连续而致密的、并能牢固地附着金属表面的薄膜，从而使金属具有不再继续被氧化或氧化性很小的特性。3、耐热金属结构材料简介耐热钢是指在工作温度高于450时，具有一定强度和抗氧化能力的钢种，是抗氧化钢和热强钢的通称。广泛用于制造钢炉、高温炉和石油化工等设备的构件。1.抗氧化钢：合金元素铬、铝、硅对钢铁的高温氧化性有很好的改善能力，特别是铝硅比铬效果更好。加入Cr、Al、Si，适用于温度高但压力较低的设备2.热强钢：钢中添加铬、钼、钨、钒、钛、铌能有效的提高钢的热强性指标和抗氧化性。适合用于高温又高压的设备3.耐热新钢种：10MoWVNb钢、10Cr2MoWVTiB、10Cr3MoVSiTiB钢等。32. 简述氢腐蚀发生的阶段、产生条件及特点？ 金属受高温高压的氢气作用而变脆甚至破裂的现象称为氢腐蚀。氢腐蚀发生的阶段：氢脆阶段和氢侵蚀阶段产生条件：氢腐蚀要在一定的温度和氢分压条件下才会发生(1) 氢脆阶段:当温度和压力比较低，或者温度、压力随不低，但钢材与氢气接触时间不长时，钢的氢腐蚀不严重，只是韧性降低，材料变脆。特点:物理阶段可还原，暂时脆化，可逆(2) 氢侵蚀阶段: 当温度和压力较高，或者钢材与氢气接触时间很长，则钢材将由氢脆阶段发展为氢侵蚀阶段，溶解在钢中的氢将与钢中渗碳体发生脱碳反应生成甲烷Fe3C+2H23Fe+CH4甲烷在钢内扩散困难，集聚在晶界微观空隙内，愈聚愈多，产生很大的内压力，形成局部高压，造成应力集中，引起钢材出现裂纹和气泡，这就使钢的强度和韧性降低。 特点：永久退化，不可逆。抗氢腐蚀方法：加入强碳化物形成元素，把钢中的碳优先结合成稳定的碳化物采用微碳纯铁33. 高温硫化：金属与含硫气体接触，反应生成硫化物，使金属不断腐蚀的现象。高温硫化比氧化更严重的原因：生成的硫化物膜有更大的内应力，易使膜破裂晶格缺陷浓度高很多，体积比大膜的熔点低抗硫化方法：严格脱硫合金化，加入Al、Cr、Si等合金元素。34. 金属在大气中的腐蚀：金属在大气自然环境下（通常是指在常温的潮湿空气中）发生的腐蚀，称为大气腐蚀。实质：是在金属表面上的薄层电解液膜中进行的电化学腐蚀。机制：主要是材料受大气中所含的水分、氧气和腐蚀介质（包括NaCl、CO2、SO2、烟气、表面沉积物）的联合作用而引起的破坏，其中水和氧是决定大气腐蚀速度和腐蚀历程的主要因素影响大气腐蚀的因素：(1) 气候因素：大气的相对湿度；气温；降雨；风向和风速；降尘(2) 大气中的污染物质：主要含有硫化物(3) 金属表面因素：金属表面状态；金属表面洁净程度；腐蚀产物大气腐蚀的防护：(1) 合理选材：低合金钢、不锈钢等(2) 表面涂覆 ：涂料、镀层保护屏蔽氧和水；(3) 保持表面清洁(4) 介质控制：降低空气湿度（加热空气、使用吸湿剂）、减少污染物、使用缓蚀剂等。35. 土壤腐蚀指土壤的不同组分和性质对材料的腐蚀，土壤使材料产生腐蚀的性能称为土壤腐蚀性。（一）土壤腐蚀常见的几种形式：(1) 因充气不匀引起的腐蚀-氧的浓差电池腐蚀，由于土壤的多相性和不均匀性常常引起氧的渗透率差异，因而造成因充气不均形成的供氧差异腐蚀电池，常造成地下设备和管线的严重腐蚀。(2) 由杂散电流引起的地下金属设备和管线的腐蚀，如：电焊机、电气火车等设备漏电的情况下，漏到地下的电流经常引起附近地下金属设备的腐蚀，特别是直流电漏电引起的这种腐蚀破坏速度较大。(3) 由微生物引起的腐蚀，土壤中的微生物经发酵分解，可产生腐蚀物质引起局部腐蚀，如硫杆菌：污物发酵硫代硫酸盐硫杆菌作用硫酸（二）土壤腐蚀的防护(1) 涂层保护：石油沥青涂层，煤焦油沥青涂层，环氧煤沥青涂层，环氧粉末涂层，塑料胶带防腐层，泡沫塑料防腐层(2) 阴极保护和涂料联合36. 什么是杂散电流腐蚀？其腐蚀特点是什么及如何控制杂散电流腐蚀？杂散电流：地下的导电体因绝缘不良而漏失出来的电流，称为杂散电流。杂散电流腐蚀：地下埋设的金属构件在杂散电流影响下所发生的腐蚀，称为杂散电流腐蚀或干扰腐蚀。腐蚀特点：电流从金属流入土壤（电解质）部位是阳极区，腐蚀就会发生。控制杂散电流的方法：(1) 直流电源要加强绝缘，不使电流流入土壤。 (2) 改善管道绝缘质量。 (3) 将受干扰的管道与被保护管道连接起来，共同保护。 (4) 在多管道地区，最好采用多个阳极站，每个站的保护电流较小，阳极站离被保护管道较近，以缩小保护电流范围。 (5) 采用深井阳极可减小对其他地下设施的杂散电流干扰。(6) 采取排流措施。37. 在海水中的腐蚀海水腐蚀的特点(1) 中性海水溶解氧较多，除镁及其合金外，绝大多数都遭受腐蚀。一切有利于供氧的条件，如海浪、飞溅、增加流速，都会促进氧阴极去极化反应，促进钢腐蚀。(2) 因海水中氯离子的含量很高，因此大多数金属，如铁、钢、铸铁、锌、镉等，在海水中是不能建立钝态的。腐蚀速度相当高。(3) 由于海水的电导率很大，海水腐蚀的电阻性阻滞很小，所以海水腐蚀中金属表面形成的微电池和宏观电池都有较大的活性。海水中不同金属接触时很容易发生电偶腐蚀，即使两种金属相距数十米，只要存在电位差并实现电连接，就可发生电偶腐蚀。(4) 海水中易出现小孔腐蚀，孔深也较深。海水腐蚀的影响因素：含盐量的影响；氧、CO2、碳酸盐的影响；pH值的影响；温度的影响；海水流速的影响；海生物的影响海水腐蚀的防护(1) 合理选材(2) 合理设计海洋工程结构：在选材、设计和施工中要避免造成电偶腐蚀和缝隙腐蚀。与高流速海水接触的设备(泵、推进器、海水冷却器等)要避免湍流腐蚀和空泡腐蚀。(3) 表面保护，有机涂层保护、金属喷涂层、金属包覆层、衬里(4) 阴极保护，阴极保护与涂料联合应用是最有效的防护方法。现在海洋船舶、军舶普遍采用这种防护方法。第四章 金属结构材料的耐蚀特性38. 金属耐蚀合金化原理纯金属的耐蚀特性：（1）金属的热力学稳定性 各种纯金属的热力学稳定性，大体上可按它们的标准电位值来判断。标准电极电位较正者其热力学稳定性较高；标准电极电位越负，在热力学上越不稳定，也就容易被腐蚀。（2）金属的钝化 热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝化，易钝化的金属可作为合金元素（3） 腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能金属耐蚀合金化的途径（1）提高金属的热力学稳定性 添加大量的贵金属才有效，难以推广。（2）减弱合金的阴极活性 a.减小金属或合金中的活性阴极面积；通过热处理的方法形成稳定的固溶体 b.加入吸氢超电压高的合金元素（增大合金阴极析氢反应的阻力）（3）减弱合金的阳极活性（是最有效、应用最广泛的方法） 减少阳极相的面积；加入易钝化的合金元素；加入阴极合金元素促进阳极钝化（4）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜 加入某些元素促使合金表面生成致密的腐蚀产物膜，加大了体系的电阻，也能有效地阻滞腐蚀过程的进行。39. 单相合金的确n/8定律最早塔曼( Tammann)在研究单相（固溶体）合金的耐蚀性时，发现其耐蚀能力与固溶体的成分之间存在一种特殊关系。 合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊关系对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台阶值是不同的适用于二元系统能够也使用于多元系统的固溶体合金至今仍无确切的解释。40. 主要合金元素对耐蚀性的影响简述金属铬镍硅的耐蚀特点？铬（Cr）： 是不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定。与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度的类似铬的耐蚀特性。在具备钝化的条件下，含量越高，耐蚀性越好，在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速率反而加大镍（Ni)：热力学不够稳定。与Fe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率都随着镍的含量的增加而减小；镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是使合金的热力学稳定性提高；在氧化性介质和还原性介质中均有效。优势：与铬配合加入铁中获得不锈钢；形成奥氏体，具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧性。不利之处：随钢中镍含量增加，会增加不锈钢的晶间腐蚀倾向。硅（Si)：在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用；不锈钢随硅含量的增加，耐应力腐蚀破裂性能显著改善（依靠加硅形成富硅保护膜）优良的耐氯离子腐蚀特性（耐氯化物应力腐蚀破裂）；改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）；耐强氧化物腐蚀：形成富集Si, Cr, O的表面膜；Si与Cr, Mo与Cu配合，可以得到各种耐海水钢钼（Mo)：使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀；含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼含量大于4%时，钢的耐应力腐蚀破裂性能提高；钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚，而膜厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，提高耐孔蚀性能。铜（Cu)： 是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一。 耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着活性阴极的作用，在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化，从而降低腐蚀速率；钝化膜易被活性氯离子破坏，所以铜钢只在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性；可提高钢对H2SO4的耐蚀性：提高了合金的热力学稳定性；可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入Cu后，钢的阳极过程受到阻滞，使钝化临界电流密度减小。41. 常用结构材料获得耐蚀能力的途径有哪些？并举出每种途径常见金属。1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属，主要有18-8不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等2、可钝化或腐蚀产物稳定的金属，主要有碳钢和铸铁铅与铅合金3、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属，主要有铜及铜合金1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属(1) 不锈钢（Cr18%, Ni8%-9% ;n=2) 在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定；在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性的强弱有关）不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀。(2) 铝与铝合金 铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面的保护膜的稳定性；在中性和近中性以及大气中具有很高的稳定性；在氧化性的酸或盐溶液中也十分稳定；常用于浓硝酸的生产中在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀；在大多数有机介质中有很好的耐蚀性；对硫和硫化物有很好的耐蚀性。加入Cu, Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度，耐蚀铝合金主要有Al-Mn, Al-Mn-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg。(3) 高硅铸铁 含14. 5%18% Si的铁碳合金称为高硅铸铁，依靠硅合金化而获得钝化能力，其耐蚀性同样遵循n/8定律，稳定性台阶n=2（含14. 5% Si）。由于表面钝化形成的Si02保护膜属于酸性氧化物，所以耐蚀特点：高硅铸铁不仅在氧化性的酸和盐溶液中有很高的稳定性，并且在非氧化性酸，如任何浓度的硫酸、磷酸、室温的盐酸、有机酸等溶液中也有良好的耐蚀性。对于碱、氢氟酸、氟化物、卤素、亚硫酸等，普通高硅铸铁是不耐蚀的。简述钛及钛合金的耐蚀特点？(4) 钛及钛合金 钛是热力学不稳定金属，其标准电极电位为-1.21V，但它的钝化能力比铝硅都要更强。耐蚀特点：在各种氧化性介质中都非常耐蚀；中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性。但对纯的非氧化性酸是不不耐蚀的；在海水中十分稳定并且耐气蚀和孔蚀在稀碱溶液NaOH溶液，王水，次氯酸钠，氯水及湿氯气中耐蚀钛在无水的氧化性介质中，或含水量低于2%，当存在着氯气或含NO2的硝酸等强氧化剂时，则会发生激烈的发火反应；钛及钛合金容易发生氢脆。2、可钝化或腐蚀产物稳定的金属主要有碳钢和铸铁铅与铅合金（1）碳钢和铸铁 碳钢和铸铁都是多相合金，主要的组织组分有：铁素体( Fe)、渗碳体(Fe3C)和石墨(C)，由于这三种组分在电解质溶液中具有不同的电位，其中Fe的标准电极电位最低，其值为-0.44V，是热力学不稳定的元素，所以在多数电解质溶液中将成为微电池的阳极而被腐蚀。但Fe又是可钝化金属，在有足够的钝化条件下也能获得稳定的钝态。此外，在某些环境中金属表面可能生成稳定的腐蚀产物。（2）铅与铅合金 铅的标准平衡电位（-0.13V）低于氢，在酸中可以产生析氢反应，但在某些酸中能生成稳定的腐蚀产物。铅不具备钝化能力，所以铅的耐蚀特性主要体现在它的腐蚀产物在相应介质中的溶解度。42. 结构材料的选择原则1、根据工艺条件分析对设备材料的要求 （1）介质的特性与温度、压力（2）工艺条件对材料的限制 （3）设备的功能和结构（4）运转及开停车的条件2、掌握材料的基本特性 首先了解各种材料的共性，然后分析某些材料的特殊性质，全面掌握各种材料的基本特性。3、材料选择的基本要点 耐蚀性；力学物理特性；加工成型工艺性能；材料价格与来源。第五章 非金属结构材料的耐蚀性43. 常见有机高分子材料：塑料和橡胶。高分子材料与金属腐蚀的区别：（1）金属是导体，大多数金属腐蚀为电化学腐蚀，高分子材料一般不能导电，因此高分子材料的腐蚀老化不是电化学腐蚀，不能用电化学规律解释。（2）金属材料的腐蚀多发生在界面上，一般由外而内进行（晶间腐蚀与应力腐蚀例外）；而高分子材料的老化大多为介质向材料内部渗透扩散引起。高材的腐蚀破坏形式：（1）渗透与溶胀、溶解（2）化学裂解（氧化与水解）（3）老化：高分子材料在阳光（紫外线）、湿度、温度及大气中的其他组分的综合作用下，性能逐渐变坏以致丧失使用价值的现象叫老化。（4）应力腐蚀开裂 耐腐蚀高分子材料1.硬聚氯乙烯的耐蚀性： 耐蚀环境：在硝酸、盐酸、硫酸等介质中稳定；在低于50时，耐蚀性优于酚醛塑料、聚苯乙烯（PS）、有机玻璃；能耐大部分酸、碱、盐、CH化合物及有机介质。 不耐蚀：强氧化剂（浓硝酸、浓硫酸）、芳香族、氯代碳化物及酮。2.氟塑料含有氟原子的塑料总称，具有优良的耐蚀性，耐热性，自润滑性和电性能。耐蚀无机非金属材料耐蚀无机非金属材料主要有陶瓷、玻璃和石墨。1.陶瓷的耐蚀性： 不耐蚀：HF酸，硅氟酸，300度高温的磷酸，苛性碱氢氧化钠；几乎耐任何工况介质，包括王水，浓硝酸等。2.炭、石墨材料：炭有三种同素异形体：无定形炭（煤炭）、石墨（六方晶系的晶体结构）和金刚石。炭-石墨具有优良的物理化学性能，被广泛应用于化工、冶金、机电、航空等部门。第六章 防腐方法44. 目前工程中最常用防腐方法？金属或非金属材料覆盖层，电化学保护，防腐蚀结构设计，介质处理，添加缓蚀剂电化学保护法只适用于金属在腐蚀性溶液中，应用于船海洋类45. 阴极保护：主要分为电保护与牺牲阳极保护两种形式。 1.电保护：将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属得到保护的方法，叫外加电流阴极保护，简称电保护。 2.牺牲阳极保护（护屏保护）：在被保护金属设备上连接一个电位更负的强阳极，促使阴极极化，这种方法叫牺牲阳极保护，也称护屏保护。阴极保护基本参数：最小保护电流密度和最小保护电位。保护度Z=V1-V2/V1*100%，Z=50%时使用年限