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1、精选优质文档-倾情为你奉上2015年金属腐蚀理论及应用试题一、名词解释（5分）标准电位：标准电极电位（势），指的是当温度为25，金属离子的有效浓度为1mol/L（即为1）时测得的。平衡电位：当金属正离子进入溶液成为水合金属离子后，由于静电作用不仅水合了该金属正离子能回到金属中去，而且也能将溶液中水合了的其他正离子吸引到金属上去。当这两个相反过程速率相等且又可逆时，会产生一个稳定的电极电位，称为平衡电位腐蚀电位：在金属腐蚀过程中，腐蚀金属电极表面上常常有两个或更多个电极电极反应同时进行，当这些电极反应的阴极反应和阳极反应痛同时以相等的速率进行时，电极反应将发生相互耦合，阴、阳极反应的电位由于极化
2、原因而相互靠拢，最后达到一个共同的非平衡电位，此电位称之为混合电位，也称为腐蚀电位。绝对电位：电极和溶液界面上进行的电化学反应称为电极反应。电极反应可以导致在电极和溶液的界面上建立起离子双电层。双电层两侧的电位差，即金属和溶液间产生的电位差构成了所谓的电极电位。也称绝对电极电位。选择性氧化：在多个元素氧化过程中，存在着竞争氧化的现象，即存在着某一个元素优先氧化的问题，这个现象叫做选择性氧化二、回答下列问题（15分）1. 含有二氧化碳的软水，通过两套不同的供水系统，（1）软水流经铜管进入镀锌的钢水槽，半年左右镀锌的钢水槽发生穿孔腐蚀；（2）软水流经镀锌管后进入镀锌的钢水槽，四年多尚未发现镀锌的钢
3、水槽有局部腐蚀。请问这是为什么？答：（1）软水含有CO2呈酸性，为导电的腐蚀介质。铜与锌、铁比较，无论标准电位还是电偶序，其电位数值都较高，因此，理论上会发生电偶腐蚀。其原因有两种可能：第一种可能性：如果铜管与镀锌水箱直接连接，在连接处附近会发生电偶腐蚀，导致水箱泄漏。第二种可能性：如果采取了绝缘措施，对铜管而言，水中含氧可发生氧去极化腐蚀，即阳极CuCu2+2e，阴极O2+4H+4e2H2O,结果使水流经铜管后含有了Cu2+离子。含有Cu2+离子的水进入水箱后，与锌发生置换反应，实质是发生了铜离子还原的阴极反应Cu2+2eCu（Cu2+是极强的氧化剂），使铜沉积于水箱的靠近进口的部分表面，这
4、样沉积铜的表面为阴极，金属锌为阳极，发生了间接电偶腐蚀。当镀锌层消耗后漏出铁时，铁仍为阳极，继续腐蚀，直至穿孔。（2）不存在电偶腐蚀问题，发生的腐蚀为均匀腐蚀，而且镀锌层在常温水中耐腐蚀性较好，所以使用寿命更长。2. 有三种材质及所流过的介质都完全相同的管道。其中管内为裸管，管内有涂层，但涂层质量较差，管内有涂层与线状牺牲阳极联合保护。请判断这三种管道哪种最先穿孔，哪种管道使用寿命最长？答：使用时间最长的为，内为裸管的管道将先穿孔，管内有涂层与线状牺牲阳极联合保护的管道寿命最长。在钢表面单独涂敷有机涂层，是因为有机涂层固有的真空腐蚀等缺陷，必定会有水分子通过针孔渗透到刚表面导致腐蚀，因为钢腐蚀
5、时形成的腐蚀产物对钢机体没有保护性，腐蚀继续进行，腐蚀产物膨胀使有机涂层开裂，脱落，所以单独涂覆有机涂层的效果不好。采用阴极保护时候，保护电流大，成本及维护费用高。采用有机涂层阴极保护，用阴极保护解决有机涂层腐蚀出的缺陷，有机涂层完全覆盖则可以减少总体的保护电流，成本降低，可靠性增高。3. 为什么镀锌的水桶在温度较低的自来水中很耐蚀，而在热水中使用易发生穿孔腐蚀？答：温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温度低于某个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度称为临界孔蚀温度(CPT)，CPT愈高，则金属耐孔蚀性能愈好。自来水中含有Cl，Cl对锌的腐蚀促进作用很大。温度较低时，锌表面生成的氧化膜具有保护作用，所
6、以腐蚀发生的很慢；当温度较高时，Cl会破坏氧化膜，使其失去保护作用，进而使基体发生点腐蚀。三、奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢均会产生晶间腐蚀，它们的机理有何异同？（10分）答：奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理主要有“贫Cr理论”,晶界区选择性溶解理论，阳极相理论，吸附理论：（1）“贫Cr理论”：含碳量较高的奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是由于晶界区的贫铬所引起的。C在奥氏体中的饱和溶解度E；H+/H2=0V故在不通气的酸中铜不发生腐蚀。2)在含氧酸中1/2O2+2H+2e=H2O；EoO2/H2O=1.229V；EO2/H2O=1.229-0.0591Xlg(PH*PO2)=1.229-0.0591*2=1.1
7、108V；Cu=Cu2+2e；ECu2+/Cu=0.337VECu2+/Cu=0.337V30%)涂层防腐效果最好,经验表明：金属涂层和有机涂层配套使用,在海洋条件下的保护寿命可达10a以上。有机涂层作为海水体系防腐涂层种类主要有：环氧树脂漆、乙烯树脂漆、氯化橡胶漆、聚氨酯漆、无机富锌底漆等。另外,涂层与阴极保护联合使用,是经济、有效的防腐方法。（4）缓蚀剂：亚铁离子成膜是目前发电厂铜合金凝汽器海水直流冷却系统中广泛采用的一种防腐方法,对铜合金的冲击腐蚀、脱锌腐蚀和应力腐蚀都有明显效果。成膜所需的亚铁离子可以由加入硫酸亚铁提供或采用电解法直接产生。成膜方式可以是一次造膜、运行中定期加入或低浓度
8、连续注入。亚铁离子成膜工艺直接影响成膜效果,成膜不当则没有保护效果,甚至会加速腐蚀;另外,对于污染海水特别是H2S等还原性物质污染时,亚铁造膜亦没有保护效果。（5）联合保护：在海水直流冷却系统中,通常采用多种防腐对策进行联合保护,才能达到良好效果。以电厂凝汽器为例,防止铜合金管泄漏的较有效措施为采用海绵球清洗、亚铁成膜及阴极保护三者的联合保护。海水管路通常采用涂层、阴极保护等防腐措施进行联合保护。七、假设你所在的工厂有一条钢自来水主管道已使用了20年，近年不时出现泄漏，而且因管内结垢导致输送能力下降，已不能满足生产用水的需求，企业决定利用停产检修期对该管道进行改造。请根据投资资金有限和资金充足
9、分别提出两套改造方案，其中资金充足方案中还要根据20年、50年、100年的使用寿命分别提出3个方案。（不必真的保证100年，只要寿命长的防腐方法确实比使用寿命短的方法实际寿命长即对）（20分）答：一、投资资金有限的方案：除垢器(球)除垢技术+沥青涂层。聚氨醋软体除垢器是由优质进口聚氨醋原料和独特的发泡工艺制造而成，经过特殊的加工工艺，对于垢质较硬的管道，可在软体除垢器的基础卜，加卜带有高强度的钢钉组成加强型软体除垢器。除垢过程中，除垢器在压力的作用下，对管道内壁的垢进行刮削，达到除垢的目的。此种方法简单易行，安全环保，投资低。由于沥青来源广泛、价格便宜、工艺熟练、绝缘、防水、粘接性能良好等特点
10、，在经济不甚宽裕的条件下，仍不应放弃。在日本，尽管其经济状况并不困难，仍有78,6的输水管线采用了沥青防腐。特别是早期建设的管道，如彻底更换沥青涂层，是不太实际的。因此，该套方案比较适合低投资方案。二、资金充足的方案：20年方案：换一套新管道+喷涂水泥砂浆：“喷涂”工艺是用水泥砂浆衬里作为管道内防腐蚀，它不仅通过水泥砂浆层把水体与管壁封隔开来，管壁接触不到水.不受水的侵蚀，起到了隔离作用;更重要的是在金属表面形成一个超稳定的钝化区，这是因为涂衬的砂浆层呈碱性，与管壁形成pH值高达12的区域，即使水渗透到金属表面，仍有抵御腐蚀的能力;砂浆衬里起了“拱”的作用，粘结力强，在金属管变形的情况下.不易
11、发生壳落.其裂缝甚小，仍然能紧贴在管壁上;砂浆衬里的表面上会生成滑腻层，有保护砂浆层不被水流冲刷掉的作用。灰口铸铁管通过除垢喷涂后，不仅保证了管道内防腐蚀的持久性，增加管道使用寿命，而且减少了供水二次污染，具有较强的实用价值。过去管道内壁采用沥青涂层，化学性质不稳定，使用时间长就会发生老化，并微量溶于水中，污染水质，影响饮水卫生。现在通过水泥砂浆喷涂后，由于水泥砂浆属于无机化合物，性能稳定，不易影响管道输送水质。50年方案：换新管道+化学成膜，化学成膜剂防腐是指利用化学物质与金属发生反应，形成反应物沉积并粘结在金属表面形成有一定强度的保护膜，使金属与腐蚀环境隔开而达到防腐的目的。目前给水管道内
12、多选用高模数的SN作为主剂再加入PN为辅助剂的成膜剂并增加PN和LC作为促进剂以改善膜的性能。100年方案：换新管道+有机涂层+阴极保护。埋地管道的腐蚀是通过土壤与管道相接触来实现的，涂加适当的防腐涂层可以隔绝管道与土壤之间的接触，减少腐蚀作用对管道的影响。从某种程度上讲，防腐层的质量决定了管道的使用寿命。在管道外防腐涂层方面，国内外采用的是石油沥青、煤焦油沥青、熔结环氧粉末、双层PE和三层聚乙烯(3PE)等。阴极保护和牺牲阳极保护：埋地管道的腐蚀基本上都是通过自然电位差来实现的，也就是说，纯金属一般不发生在溶液中的自腐蚀。管道的腐蚀状况与管道的自然电位、极化电位以及PH值有密切关系，在不同的
13、极化电位和PH值条件下，金属的腐蚀倾向是不同的，可通过调整电位和PH值来控制金属的腐蚀。通常可采用三种方法将铁移出腐蚀区，以达到防腐的目的。通过外加负电流(阴极极化)使铁的电极电位负移到免蚀区，以实现阴极保护。通过外加正电流(阴极极化)使铁的电极电位正移到钝化区，达到阳极保护的目的。也可以调整溶液的PH值，使其达到9-13范围，使铁进入钝化区.用阴极保护解决有机涂层腐蚀出的缺陷，有机涂层完全覆盖则可以减少总体的保护电流，成本降低，可靠性增高。 八、根据腐蚀反应的特点，用系统防护的观点，控制金属腐蚀，有哪些途径和方法？（10分）答：（1）合理设计结构，在设计设备时就从设备的形状、安装等当面来防止
14、或者减缓腐蚀速度。考虑制造加工方法对腐蚀的影响及防腐蚀施工的方便性。（2）合理选择材料。根据金属材料的腐蚀数据选择特定环境腐蚀速率低、价格便宜、性能好的材料，是最常用的、简便的防止腐蚀的方法，可以使设备获得经济合理的使用寿命。（3）在界面上采取防腐蚀措施。如电化学保护，施加防护涂层等。金属保护中对其表面进行处理以防止腐蚀。金属在接触使用环境之前，先用纯化剂或者膜剂进行处理，表面生成稳定密实的钝化膜，抗蚀性大大增加。用有机涂料保护大气中的金属结构是最为广泛的传统防腐蚀手段。（4）改进环境条件，但是现实应用中改变使用环境是最为困难的。（5）通过各种合理的管理措施，加强对关键部位的监控和改善维修等措
15、施来最终达到提高整个设备运转的耐腐蚀能力。九、为什么埋设在混凝土内的水管或钢筋，会发生腐蚀，请分析其原因及提出防护措施。（10分）答:管道或钢筋混凝土结构腐蚀可分为内部环境的腐蚀破坏和外部环境的腐蚀破坏，混凝土内部成分在外部受物理、化学及材料等因素的作用下发生腐蚀变化，致使混凝土承载力降低或失去自身的性能，造成混凝土结构耐久性较差。如环境中的水分、氧气、二氧化碳等酸性气体、氯盐等侵蚀性离子以及相对湿度、温度等影响外部环境因素混凝土中腐蚀，甚至还有细菌等微生物活动的影响。（1）环境中Cl等侵蚀性离子的影响：氯离子引起钢筋锈蚀的机理是钢筋表面被激活使铁原子失去电子成为阳极而使钢筋腐蚀，这一点与混凝
16、土碳化完全不同。混凝土碳化主要是使钢筋混凝土PH迅速降低，有利于氯离子侵蚀破坏钢筋钝化膜;而氯离子引起钢筋锈蚀，其中氯离子浓度在钢筋表面的达到钢筋腐蚀的临界浓度，否则不可能使钢筋锈蚀。当钢筋混凝土的表面的氯离子浓度达到临界浓度时，拥有足够的空气和水分，钢筋混凝土腐蚀将会连续不断进行，直到腐蚀完全;而氯离子在钢筋混凝土腐蚀过程中只是充当催化剂，在腐蚀过程中不会因反而消耗，那么提高混凝土耐久性的非常重要的措施就是控制氯离子的侵蚀。氯离子是导致钢筋混凝土中混凝土发生腐蚀的最严重的侵蚀性离子，因而氯化物的侵蚀在混凝土构筑物造成重大损失相当严重。混凝土中的氯离子由自由态氯离子与化合态氯离子组成，并不是所
17、有的氯离子都会引发钢筋的腐蚀。其中只有自由态氯离子起作用，破坏钢筋的钝化膜，使混凝土钢筋发生严重的腐蚀;而化合态氯离子对钢筋混凝土的腐蚀不起作用。而混凝土中氯离子侵入是一个很复杂的物理化学过程，有渗透、毛细吸附和自由氯离子的扩散等三种不同的侵入方式。实际工程结构中往往由这三种侵入方式的组合，造成混凝土受氯离子的侵蚀作用，同时还受到氯离子与混凝土组成材料间的其他条件的影响，如化学和物理作用等。氯离子的侵蚀机理为：(1)局部酸化作用。(2)形成“活化一钝化”腐蚀原电池(3)催化作用(4)降低混凝土电阻率的作用。（5）氯离子与水泥作用生成“复盐”。 （2）环境中CO2等酸性气体的影响：混凝土内部大气
18、中的二氧化碳在的扩散，与钢筋混凝土内部材料的氢氧化钙发生反应，生成难容的碳酸盐等物质，进而使混凝土原有的强碱性环境，混凝土中的pH下降到9以下，使得混凝土的钝化膜容易破坏，这种现象就称为混凝土的碳化。（3）环境中水分与氧气的影响：钢筋腐蚀必须具备充足的水分和氧气(溶解态或者气态)等条件。水分渗透入混凝土结构物之后，与混凝土的孔隙内溶解盐类形成了导电的电解质溶液，形成了腐蚀电流的外部回路，构成腐蚀微电池所需的一个必要条件。水分以及其中所溶解的氧气一起发生反应生成了OH，氧气还可以与阳极反应产物Fe2+生成Fe(OH)2，进一步氧化生成为Fe(OH)3，进而产生更多的酥松多孔的铁锈。作为反应物之一
19、的O2在阴极反应的过程中起到了很重要的作用。若O2扩散的不充分导致O2供应不充分，就无法顺利参与阴极反应，即使在钢筋已经去钝化的条件下，腐蚀也不会很快进行，由此可以理解为与阴极极化有着很重要的关系。主要的防护措施：(1)对混凝土表面添加保护层；(2)采用外加剂减小混凝土的渗透性；(3)加亚硝酸钙腐蚀抑制剂；(4)使用控制渗透板(CPF)；(5)改善施工工艺。十、根据自己的研究方向，查找一个以上有关的腐蚀型式试验标准，对其简要描述。（5分）答：研究方向是金属多孔材料。对于金属多孔材料由于腐蚀试验后很难去除金属多孔材料内部孔道的腐蚀产物和内壁附着的腐蚀介质,因此,失重法可以用来检测评价孔径较大的金属粉末多孔材料或丝径较大、孔隙率高的金属纤维多孔材料的腐蚀性能。而对于评价孔径较小的金属多孔材料的腐蚀损失并不精确。大多数情况下,此方法被用来比较孔径相同或相近的不同金属多孔材料的腐蚀速率和耐蚀性能。专心-专注-专业