金属腐蚀与防护课后习题及实验答案 - 图文

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。