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重庆11选5材料防腐蚀_图

时间:2020-03-05 19:45  编辑:重庆11选5字体:

  应力腐蚀:是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下 发生的脆性断裂。 晶间腐蚀:是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发 生的一种局部腐蚀。 腐蚀疲劳:是指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。 点(孔)腐蚀: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。 选择性氧化:1、少量添加元素B时,如果合金元素B向外扩散 的速度很快,而且B得含量比较高,此时直接在合金表面上生成 BO膜。 2、如果合金中B组分的浓度很低时,则最初在合金表 面只形成AO,B组元从氧化膜/金属界面向合金内部扩散,但由 于B组元与氧亲和力大,随着氧化的进行,当界面处B浓度达到 形成BO的临界浓度时,将发生B+AO→A+BO的反应,氧化产 物将转变为BO。 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。 选择性腐蚀:是指多元合金中较活泼组分或负电性金属的优先 溶解。这种腐蚀只发生在二元或多元固溶体中。 大气腐蚀:金属材料或构筑物在大气条件下发生化学或电化学 反应引起材料的破损称为大气腐蚀。 潮大气腐蚀:是指金属在相对湿度小于100%的大气中,表面存 在肉眼看不见的薄的液膜层(1-10nm)发生的腐蚀。例如,铁 即使没有受雨淋也会生锈。 哈菲价法则:合金元素对氧化物晶体缺陷影响的 规律称为控制合金氧化的原子价规律,也称作哈 菲原子价法则。 半导体 类型 n型 P型 加入合 金元素 Li Al Li Cr 相对基体金 属的原子价 低高+ 低高+ 导电 率 减小增加+ 增加+ 减小氧化 速度 增加+ 降低降低增加+ 杂散电流腐蚀:是指由于绝缘不好产生的杂散电流引起的宏观电池 的腐蚀。其主要来源是应用直流电的大功率电气装置。 电化学保护:是指通过施加外电动势将被保护的金属的电位移向免 蚀区或钝化区,以减少或防止金属腐蚀的方法。 牺牲阳极法阴极保护:在被保护的金属设备上联接一个电位更负的 金属或者合金作阳极,依靠它不断溶解所产生的阴极电流对金属进 行阴极极化。 浓差极化:在阳极过程中产生的金属离子首先进入阳极表面附近的 溶液中,如果进入到溶液中的金属离子向远离阳极表面的溶液扩散 得缓慢时,会使阳极附近的金属离子浓度增加,阻碍金属继续溶解, 必然使阳极电位往正方向移动,产生阳极极化。这种极化称为浓差 极化。 高温热腐蚀:是指金属材料在高温工作时,基体金属与沉积在工作 表面的沉积盐及周围工作气体发生综合作用而产生的腐蚀现象。 次生反应 :从阳极区扩散过程来的金属离子和从阴极区迁移来的氢 氧根离子相遇形成请氧化物沉淀产物,称这种产物为此生产物,形 成此生产物的过程为此生反应。 P—B比:指氧化物与金属的体积差对氧化物的保护性的影响,又称 毕林-彼得沃尔斯原理或P-B比。该原理认为氧化过程中金属氧化膜 具有保护性的必要条件是,氧化时所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体积之比必须大于1,而不管氧化膜的生 长是由金属还是由氧的扩散所形成。 极化:腐蚀原电池电路中,当电路接通后,阳极电位向正方向变化, 阴极电位向负方向变化,结果使得原电池电位差减小。这种由于电 极上有净电流通过,电极电位显著地偏离了未通净电流时的起始电 位的变化现象通常称为极化。 去极化:凡是能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的均叫做去 极化。 析氢过电位:析氢电位与氢平衡电位之差为析氢过电位。 钝性:金属(合金)钝化后所具有的耐蚀性称为钝性。 说出几种恒温氧化的动力学规律,并说明其意义。 答:恒温氧化动力学规律大体上可分为直线、抛物线、立方、对数与 反对数规律。 1.直线规律即:dy / dt = K 或 y=K t + C , y 是氧化膜的厚度,t是时 间(以下的均是如此),K是氧化线性速度常数,C是原氧化膜的厚度。 满足这种氧化规律的金属在氧化时,氧化膜疏松,易脱落,即不具有 保护性;或者在反应期间内生成气相或液相产物离开了金属表面,或 者在氧化初期,氧化膜很薄时,其氧化速度直接由形成氧化物的化学 反应速度所决定,因此氧化速率恒定不变。 2.抛物线规律即:dy / dt = k / y 或 y?= 2 k t + C = K t + C ,K是抛物线速度常数,C是积分常 数,k是比例常数。 满足这种规律的的氧化时的氧化膜具有保护性, 氧化反应的主要控制因素是离子在固态膜中的扩散过程,而实际中的 许多金属氧化会偏离此规律。3.立方规律即: y?= 3 K t + C 4.对数与 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,但随后就降到其氧化速度可以忽略的程度,这种行为可认为 符合对数或反对数速度规律。用指数关系表示为:y=K1lg(t+t0)+A 或1/y=B-K2lgt K1、K2表示速度常数,A、B、t0表示在恒温下的常数 指出高温氧化理论(wagner)要点,结合金属氧化的等效电池模型推 导出高温氧化速度常数K的表达式,并讨论式中各参数的意义。 答:⑴高温氧化理论(wagner)要点:①氧化物是单相,且密实、完 整,与基体间有良好的粘附性;②氧化膜内离子、电子、离子空位、 电子空位的迁移都是由浓度梯度和电位梯度提供驱动力,而且晶格扩 散是整个氧化反应的速度控制因素;③氧化膜内保持电中性;④电子、 离子穿透氧化膜运动,彼此独立迁移;⑤氧化反应机制遵循抛物线规 律;⑥K值与氧压无关。 ⑵对金属氧化物的等效电池模型:设氧化物 膜厚为y(cm),表面积为A(cm2),则氧化膜电阻: 电子电阻:Re=y/nekA;离子电阻:Ri=y/(na+nc)kA;总电阻: R=Re+Ri=y/[Ak(na+nc)ne];其中na+nc+ne=1 假设在t秒内形成氧化膜的克当量数为J,膜长大速度以通过膜的电流I 表示,则根Faraday定律和欧姆定律得:dy/dt=JI/FAD I=E/R总=Akne (na+nc)E/y 联解两式得:dy/dt=J/ADF*Akne(na+nc) E/y=JEnek(na+nc)/DFy ,积分可得:y2=2JEnek(na+nc)/DF* t+C 所以 可得K=2JEnek(na+nc)/DF 其中na、nc 、ne表示分别为阴、阳离子, 电子迁移数;k表示氧化膜的比电导;F表示法拉第常数;E表示金属氧 化膜的电动势;D表示氧化膜密度;J表示氧化物当量。 简述钝化产生的原因及钝化的意义。 答:钝化原因:引起金属钝化的因素有化学和电化学两种。 化学因素引起的钝化,一般是由强氧化剂引起的。如硝酸, 氯酸等,它们也是钝化剂。有些非氧化性酸也能使金属钝 化,如Mo在HCL中、Mg在HF中的钝化。电化学钝化是指 外加电流的阳极极化产生的钝化。如Fe在0.5mol/L的 H2SO4溶液中,外加电流引起的钝化。 钝化的意义:钝化现象具有重要的现实意义,可以利用钝 化现象提高金属或合金的耐蚀性,如人们向铁中加入Cr、 Ni、Al等金属研制成不锈钢,耐热钢等。另外在有些情况 下又希望避免钝化现象的出现,如电镀时阳极的钝化常带 来有害的后果,它使电极活性降低,从而降低了电镀效率 等。 以不锈钢在充气的溶液中孔蚀为例,简述小孔腐蚀的机理。 答:关于孔蚀的生长机制,较公认的是蚀孔内的自催化酸 化机制,即闭塞电池作用。孔蚀一旦形成,孔内金属处于 活化状态(电位较负),蚀孔外的金属表面仍处于钝态 (电位较正),于是蚀孔内外构成了膜-孔电池。 孔内金属发生阳极溶解形成Fe2+(Cr3+、Ni2+等)离子: ①孔内 阳极反应:Fe=Fe2+ +2e ②孔外 阴极反应: 1/2O2+H2O+2e=2OH- ③孔口 pH值增高,产生二次反应: Fe2+ +2OH-=Fe(OH)2 Fe(OH)2+2H2O+O2= Fe(OH)3(沉淀) Fe(OH)3沉积在孔口形成多孔的蘑 菇状壳层。使孔内外物质交换困难,孔内介质相对孔外介 质呈滞流状态。孔内O2浓度继续下降,孔外富氧,形成氧 浓差电池。其作用加速了孔内不断离子化,孔内Fe2+浓度 不断增加,为保持电中性,孔外Cl-向孔外迁移,并与孔内 Fe2+形成可溶性盐(FeCl2)。孔内氯化物浓缩、水解等 使孔内pH值下降,pH值可达2-3,点蚀以自催化过程不断 发展下去。 ④孔底 由于孔内的酸化,H+去极化的发生及 孔外氧去极化的综合作用,加速了孔底金属的溶解速度, 从而使孔不断向纵深迅速发展,严重时可蚀穿金属断面。 根据极化图说明阴极保护原理,并说明阴极保护的主要参数,应如何 选择这些参数。(自己作图) 答:将被保护的金属作为阴极,进行外加阴极极化以降低或防止金属 腐蚀的方法叫做阴极保护。可通过①外加电流法②牺牲阳极法来实现 阴极保护。 阴极保护的原理:由右边极化图可以 看出,没有进行保护时,腐蚀金属微 电池的阳极的极化曲线EaT与阴极极 化曲线EcD相交与B点(忽略溶液电 阻)。B点对应的电位为金属的自腐 蚀电位Ecorr,对应的电流为金属的 自腐蚀电流icorr,在腐蚀电流icorr作 用下,微阳极不断溶解,当对该金属 体系进行阴极保护时,通入外加阴极 电流使金属极化至E1时,此时微电池 的阳极电流ia要比其自腐蚀电流icorr 减小了,说明金属的腐蚀速度降低了,由此,金属得到了保护。 阴极保护的主要参数及如何选择这些参数:①最小保护电位:从又 图可以看出,要使金属达到完全保护,必须使阴极极化电位达到其腐 蚀微电池的阳极初始电位Ea,此电位为最小保护电位。最小保护电位 的数值与金属的种类、介质的条件有关,一般根据经验数据或通过实 验来确定。②最小保护电流密度:最小保护电流密度很难统一规定, 一般根据经验来确定。 防腐设计包括哪几个方面?其中选材的原则及应考虑的因素是什么? 答: 防腐蚀涉及包括以下几方面:(1)选材(2)防腐蚀措施的选择 (3)防腐蚀的结构设计(4)防腐蚀强度设计(5)防腐蚀工艺设计。 选材的基本原则:A、材料的耐蚀性能满足设备或者物件使用环境的 要求 B、材料的物理,机械和加工工艺性能满足设备或物件的设计要 求与加工制造要求 C、选材时力求最好的经济效益和社会效益 选材 时应注意的因素:A、明确产品的工作环境 B、查询权威手册,借鉴 失效经验 C、腐蚀试验 D、兼顾经济性和实用性 E、考虑防腐措施 F、考虑材料的加工性能 金属高温氧化产物有几种形态,简要说明固态氧化膜生长 机制及氧化膜具有保护作用的充分与必要条件。 答:金属高温氧化产物有 种形态。 固态氧化膜生长机制:①气体在一个干净的金属表面 上附着;②随着反应进行,氧溶解在金属中,进而在金属 表面形成氧化物薄膜或独立的氧化物核(此阶段,氧化物 的形成与金属表面取向、晶体缺陷、杂质以及试样制备条 件等因素有很大关系);③当连续的氧化膜覆盖在金属表 面上时,氧化膜就将金属与气体分离开来,要是反应继续 下去,必须通过中性原子或电子、离子在氧化膜中的固态 扩散(迁移)来实现。通过金属阳离子迁移将导致气体-氧 化膜界面上的膜增厚,而通过氧阴离子迁移则将导致金属氧化膜界面上膜增厚。 氧化膜具有保护作用的必要条件:PBR值大于1; 氧化膜具有保护作用的充分条件:①膜要致密、连续、无 孔洞,晶体缺陷少;②稳定性好,蒸汽压低,熔点高;③ 膜与基体的附着力强,不易脱落;④生长内应力小;⑤与 金属基体具有相近的热膨胀系数;⑥膜的自愈能力强。 简述提高合金抗高温氧化可能的途径。 答:高合金的抗氧 化性,常用的途径有以下几种: 1.减少基体氧化膜中晶格缺陷的浓度。即利用Hauffe价法则, 在集体氧化膜为P型半导体时,往基体中加入原子价低的合 金元素以减少离子空穴浓度;当氧化膜为n型半导体时,相 反操作即可。 2.生成具有保护性的稳定新相。即加入 能够形成保护性的氧化膜的尖晶石型化合物元素,而形成的 尖晶石氧化物均匀,致密,能有效阻挡氧和金属离子的扩散。 3.通过选择性氧化生成优异的报护膜。即加入的合金元素与 氧优先发生氧化,从而形成保护性的氧化膜,避免基体金属 的氧化 此外,还可以向合金中加入熔点高、原子尺寸大 的过渡族元素,使其固溶于基体中,增加合金的热力学位稳 定性,另外合金元素在基体中如能形成惰性相,减少合金表 面的活化面积,也可以降低合金的氧化反应速度,达到增强 合金的抗氧化性目的。

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