金属腐蚀与防护课后习题答案.

例一：沿海一硫酸厂，SO2冷凝器采用内管石墨（走SO2 ），外管为碳钢（走冷凝—海水）。石墨与碳钢在套接上有局部连接。使用半年后，局部腐蚀穿孔。

例二：各种金属管道中的连接处、转弯处沉积的异金属离子，都会构成电偶腐蚀。 例三：金属连接的螺丝、铆钉、焊接材料等等 ⑵影响电偶腐蚀的因素

两种金属的电偶序位置

两种金属的面积比：阳极的腐蚀速度? 与阴极的面积大小有关阴极的面积越大，腐

蚀速度越快。阴极面积Sk ,阳极面积Sa,二者之比为： Sk / Sa。阳极的腐蚀速度有：

?=k Sk / Sa

在氢去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，阴极电密度相对较小，使阴极上的氢过电位变小，氢去极化的能力就越大，使阳极的腐蚀速度增加。

在氧去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，对阳极腐蚀速度影响相对于氢去极化腐蚀较小，但还是会加剧阳极腐蚀。

介质的电导率：介质是电化学腐蚀的离子导体，异金属共处于同一介质中接触处为电子导体。

当电子导体电阻很小时，离子导体的导电能力决定腐蚀速度。 当介质有较强的导电能力时(强电解质溶液）阳极的表面（四面八方）都可发生腐蚀（偶电流可分散到远离接触点的阳极表面上去，阳极所受腐蚀较为均匀），容易观察到表面的腐蚀痕迹。容易预防。

当介质有较弱的导电能力时(弱电解质溶液）阳极的大部分表面（四面八方）不发生腐蚀（偶电流不能分散到远离接触点的阳极表面上去），容易在接触点附近发生腐蚀，结果相当于缩小了阳极面积，加大了接触点的腐蚀速度，且腐蚀点隐藏在不易观察的接触面上，不以预防，危害较大。 ⑶电偶腐蚀的控制

在设计设备与部件时，避免异金属腐蚀

必需异金属接触时，选用电偶序相近的异金属 必需异金属接触时，采用大阳极小阴极的结构 必需异金属接触时，采用非金属绝缘

必需异金属接触时，要进行较好的表面处理 21、小孔腐蚀的概念、特征、因素与控制 答案：

⑴小孔腐蚀的概念：在金属的局部地区，出现向深部发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或称点蚀。 具有自钝化的金属（含合金），如不锈钢、铝、铝合金，钛或钛合金等，碳钢在氧化皮或绣层有孔隙的情况下，在含有氯离子的介质中，经常发生小孔腐蚀。 ⑵金属小孔腐蚀的特征

蚀孔小，直径约为数10微米；蚀孔深：深度一般大于孔径；疏密不等，多少不一。空口多数有腐蚀产物覆盖。

腐蚀开始到暴露（肉眼可见）一般要经历200天以上。（诱导期较长） 孔蚀沿重力方向发展，一旦形成蚀孔，具有“向下深挖”的动力。 一些蚀孔在外界影响下，可能停止发展，留下一些蚀坑；少数蚀孔继续发展，甚至穿透金属。

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⑶影响小孔腐蚀的因素

金属性质的因素：自钝化金属敏感

介质中离子的影响：尤利格等人确定氯离子浓度与电位的关系: 18-8不锈钢 Eb= - 0.088㏒ ?Cl + 0.108 铝 Eb= - 0.124㏒ ?Cl - 0.0504 人们称Cl是小孔腐蚀的“激发剂”。

但介质中有FeCl3 、CuCl2、HgCl2时，不仅具备了氯离子条件，还具备了氧化剂条件，即使在缺氧条件下也会发生小孔腐蚀。为什么？ 温度和酸度：影响不明显。（条件环境是使金属钝化，非钝化环境条件不是这里讨论的问题） ⑷介质流速影响

介质的流速对对小孔腐蚀有双重作用：流速增加，加大溶解氧向金属表面传送，使钝化膜易形成；流动的介质带走了金属表面的沉积物，除去了小孔腐蚀的封闭环境，减少了小孔腐蚀的机会。

实验：将1Cr13不锈钢片置于50℃ 、流速0.13m/s的海水中， 1个月后发生小孔腐蚀并穿孔；当海水流速增加到2.5m/s时，13个月后无小孔腐蚀；当流速到形成湍流，钝化膜经不起冲刷而破坏，产生另一类腐蚀——磨损腐蚀。

经验使我们会看到：不锈钢设备经常运转，小孔腐蚀较轻，长期不使用易发生小孔腐蚀。 金属的表面状态：平整程度、清洁程度、焊渣、伤痕等 ⑸小孔腐蚀的控制

选用耐小孔腐蚀的材料：

降低介质中氯离子浓度 加入缓蚀剂 预钝化

外加阴极电流保护

22、缝隙腐蚀的概念、特点与控制。缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别？ 答案：

⑴缝隙腐蚀的概念：金属在腐蚀介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加剧腐蚀。典型例子：法兰连接面，螺母压紧面，焊缝气孔或虚焊面，锈层，长期密不透风的覆盖物下面等。 ⑵缝隙腐蚀的特点：缝隙大小约在0.025～ 0.1mm之间（肉眼不易分辨）。当缝隙宽度大于0.1mm后，缝隙内的介质不易滞留，不易发生缝隙腐蚀。 缝隙腐蚀的金属比小孔腐蚀更为普遍，除易钝化金属易发生外，其他金属也发生缝隙腐蚀。

缝隙腐蚀的介质比小孔腐蚀更为普遍，几乎所有的介质环境下都可发生缝隙腐蚀，而在活泼性阴离子的中性介质中最易发生。 ⑶缝隙腐蚀的控制 选材上采用耐蚀合金：

结构设计上防止形成缝隙：

腐蚀程度 金属之间镙杆（栓）连接＞ 叠（加）焊（接）＞ 对（齐）焊（接）。 对缝隙用固体填实。

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采用电化学保护

金属表面的状态：光洁度、整洁度 ⑷缝隙腐蚀与小孔腐蚀的异同点

①起源不同：小孔腐蚀起源于金属表面的孔蚀核，缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙； 材料、介质条件不同：小孔腐蚀，易钝化金属，只在含有Cl离子的介质中发生，缝隙腐蚀可在任何金属、介质中发生； ②腐蚀过程不同：小孔腐蚀是慢慢形成闭塞电池，缝隙腐蚀由于先有缝隙的存在而是闭塞电池形成较快；小孔腐蚀往往沿重力方向发展，孔直径小而形成全封闭的闭塞电池，而缝隙腐蚀各种方向都有发展，缝隙相对于小孔较宽，形成的闭塞电池的程度较小孔要小（半闭塞滇池）。

③腐蚀的形态不同：小孔腐蚀的孔窄而深，缝隙腐蚀的蚀坑是广而浅；小孔腐蚀一旦形成，新的时孔不再发生，缝隙腐蚀将不断发生新的腐蚀点。

23、 晶间腐蚀的概念、特点、因素与控制。举一个晶间腐蚀的例子。 答案：

⑴晶间腐蚀的概念：腐蚀沿着金属或合金的晶粒（体）边界或它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微。

⑵晶间腐蚀的特点与危害：腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱，直至使金属的机械强度完全尚失。遭受腐蚀的不锈钢，表面看来还很光亮，但轻轻敲打，就会碎成细粒，并可见细粒表面发生颜色改变（锈迹斑斑）。此种腐蚀隐蔽性很强，易造成设备的突然破坏，危害性极大。

晶间腐蚀敏感性高的材料：不锈钢 镍基合金 铝合金 镁合金等。 ⑶晶间腐蚀的控制 重新固溶处理 钝化处理 稳定化处理

采用低碳钢、双相钢

⑷电焊。当电焊后没有及时淬火或稳定化处理可能引起晶间腐蚀。 24、 应力腐蚀的概念、特征与控制。 答案：

应力腐蚀的概念：

是指金属材料在固定应拉力和特定介质的共同作用下引起的破裂。SCC。 特征：

工程上常用的材料，如不锈钢、铜合金、碳钢、高强度钢等，在特定介质中都可能产生应力腐蚀破裂。在腐蚀的过程中材料先出现微观腐蚀裂纹，然后再扩展为宏观裂纹；微观裂纹一旦生成，其发展速度比其他类型局部腐蚀快得多。例，碳钢在海水中的应力腐蚀速度是

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小孔腐蚀的10，而且材料在破裂前没有明显的预兆。显然，应力腐蚀破裂是局部腐蚀最具危险的腐蚀。 应力腐蚀的控制

选用耐蚀的材料：海水中、盐水中碳钢好

双相钢港应力腐蚀能力强：例 1Cr10Ni10双相钢42%MgCl2沸腾介质中，2000小时无应力腐蚀破裂；而奥氏体不锈钢1小时内材料破裂。

控制应力：在制备和装配构件时，应使构件具有最小的残余应力。正确进行热处理，消除构件的内应力。 控制介质： 采用电化学保护

25、 疲劳腐蚀的概念、机理和控制。

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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

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