过程装备腐蚀与防护复习题

工艺装备腐蚀与防护综述第一章金属电化学腐蚀的基本原理1 .腐蚀控制通常有两种措施。 一种是救济性控制，即腐蚀发生后将其除去的二种是预防性控制，即采取防止腐蚀的措施，避免或延迟腐蚀，尽可能减少其它有害的影响。2 .腐蚀的定义和分类腐蚀是金属及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。根据腐蚀机理，金属腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。根据金属破坏的特点，可分为全面腐蚀和局部腐蚀两种。(1)全面腐蚀是指整个金属表面发生腐蚀作用，可能均匀，也可能不均匀。(2)局部腐蚀是指腐蚀集中在金属局部区域，其他部分几乎没有腐蚀或腐蚀轻微。局部腐蚀有以下几种应力腐蚀破裂SSC是拉伸应力与腐蚀介质的联合作用，以显着的速度发生和发展的龟裂破坏。腐蚀疲劳金属由腐蚀介质和交变应力或脉动应力产生的腐蚀。磨损腐蚀金属以高数量流动，或者在含有固体粒子的腐蚀介质中，以及摩擦副在腐蚀性质中发生的腐蚀损伤。小孔腐蚀破坏主要集中在某些活性点，孔径小于孔深，严重时可引起设备穿孔。粒间腐蚀沿粒间进行，失去粒间结合力，金属机械强度急剧下降。 破坏前金属的外观往往没有明显的变化。间隙腐蚀发生在铆接、螺纹接头、垫片等间隙的宽度hi。电偶在电解质溶液中腐蚀，与异种金属接触时，电位为正的金属会加速电位铰链的负的金属腐蚀的类型。此外，氢脆、选择性腐蚀、空泡腐蚀、丝状腐蚀等为局部腐蚀。3 .电极电位通常将通过电极反应在电极和溶液界面产生的双电层电位称为电极电位(也称为电极电位，electrode potential .简称电位)，其数值是由电极自身、电解液浓度、温度等要素决定的矢量，包含平衡电极电位和非平衡电极电位。4 .平衡电极电位电极反应正反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。 以规定零的标准氢电极电位为界，将电位比氢的标准电极电位低的金属称为负性金属，将电位比氢的标准电极电位高的金属称为正性金属。5 .金属电化学腐蚀的热力学条件： E=Ek-Em0，即金属电极电位小于介质中阴极元素的电极电位(负)时，腐蚀自动发生。(1)在有氧介质中，若金属的电极电位Ee、m比介质中的氧的电极电位Ee、o为负，则金属被腐蚀(2)在无氧还原性酸中，金属在Ee、mEe、h下被腐蚀(3)两种不同金属结合后，电位为负时可能腐蚀，为正时可能不腐蚀。6 .腐蚀电池由几个部分组成？以腐蚀一次电池的电化学过程为例进行说明。两种活动性不同的电极、电解质溶液、闭路宏观腐蚀电池(一般形成宏观腐蚀电池的有金属偶联、浓差电池和温差电池三种)。微型电池7 .构成金属表面电化学不均匀性的主要原因(1)化学成分不均匀(2)组织结构不均匀；(3)物理状态不均匀；(4)表面膜不完整8 .腐蚀速度计算：(1)质量法(重量法):用腐蚀前后的金属质量的变化表示k重量减少=(wo-w1)/ST=IC * a/nf corr=b/rfrf=a/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(fe2n=2) f- -库仑常数F=96500 K单位g/(m2*h )。(2)深度法：用腐蚀后金属厚度的减少表示d=24 x 65 k/1000=8. 76 k /(mm/a )每年mmd-腐蚀深度、-金属密度、g/cm3例如在用恒定电位法测量极化曲线的实验中，求出了过电压a=5mV，极化电流为25A，试料的工作面积为1cm2，极化电阻RF。 B=50mV，Fe作为Fe2溶解在该介质中，铁=7.9g/cm3，Fe的摩尔质量为56 g/mol，已知腐蚀为全面腐蚀时，求出腐蚀速度ic，分别用重量法和深度法表示腐蚀速度。9 .金属腐蚀速率的影响因素：(1)金属本身：电极电位、超电压、钝性、组成、组织结构、表面状态、腐蚀生成物性质等(2)热处理工艺：影响合金的收益状态和晶相结构等(3)介质环境：组成、浓度、ph、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、氢析出等。10 .耐蚀性评定：对于均匀腐蚀的金属，每年按腐蚀深度评定耐蚀性等级。 在一些要求苛刻的情况下多以十级评定标准，一般工程应用三级或四级就足够了。四级：一级耐腐蚀年腐蚀深度0.05mm/a二级比较耐腐蚀0.050.5三级可用0.51.5四级不可用1.511 .在极化现象电池工作过程中，因电流流动而导致电极电位偏离初始值的现象。阳极电位向正方向偏移称为阳极极化，阴极电位向负方向偏移称为阴极极化。12 .极化的原因和三个极化形式的作用含义是什么？极化现象的根本原因是阳极或阴极的电极反应和电子迁移速度的差异。(1)电化学极化：电极反应速度电子移动速度；(2)浓差分极：脱极剂或反应生成物在溶液中扩散速度电极反应速度；(3)膜电阻极化：金属表面形成的保护性薄膜阻挡阳极反应，使阳极电位急剧正向偏移，同时由于保护膜的存在，系统电阻大幅度增加。 极化的本质是一种电阻，加大极化有利于降低腐蚀电流和腐蚀速度，有利于防腐。13 .超电压：腐蚀电池时，由于极化作用，阴极电极电位下降，阳极电极电位上升，与平衡电极电位的差称为超电压或过电压。超电压越大，极化程度越大，电极反应越难以进行，腐蚀速度越小，反之亦然。 超电压也有三种与极化对应的形式：1.激活超电压2 .扩散超电压3 .膜电阻超电压14 .去极化作用是能够减弱或消除去极化过程的作用叫做去极化作用。 增加去极化剂的浓度、升温、搅拌、扩大极板面积可能产生去极化效果。 显然，从抑制腐蚀的观点出发，为了降低腐蚀速度，最好是如何发挥极化作用。15 .脱氢腐蚀的产生条件和特点介质中的氢离子作为脱极剂在阴极上向氢原子放电，然后与氢分子结合在阴极上析出，溶解阳极金属使其腐蚀。(1)抽氢腐蚀条件：阳极金属电极电位低于抽氢电极电位，即EmEH； 在标准状态下，应该比氢的标准电极电位低，因此一般来说碳钢、铸铁、锌、铝、钛、锰、铬、镍等金属或合金在酸性介质中发生氢析出腐蚀，另外，PH越小酸性越强，发生氢析出腐蚀的倾向越大。 在电极电位为负的金属中，即使是碱溶液或水也会析出氢而产生腐蚀，例如铝或镁等。(2)氢腐蚀的历史：阳极： M-2eM2阴极：2H 2eH2(3)氢腐蚀特征：阴极材料的性质对腐蚀速度影响大的溶液的流动状态对腐蚀速度影响不大的阴极面积增加，腐蚀速度变快，氢离子浓度变高，温度变高，氢析出腐蚀进行16 .耗氧腐蚀的发生条件和特点溶液中的氧分子在腐蚀电极的阴极发生离子化反应而被消耗，使阳极金属溶解腐蚀也称为氧吸收腐蚀。(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，EmEo2，氧的电极电位远高于氢的电极电位，因此耗氧腐蚀比耗氢腐蚀更容易发生，大部分金属是中性、碱性和稀薄的溶液，在大气、土壤和水中几乎都发生耗氧腐蚀。(2)履历：阳极： M-2eM2阴极： O2 2H2O 4e4OH-(3)特征：腐蚀过程的控制步骤根据金属溶液中的腐蚀电位而不同控制氧的扩散时，腐蚀速度与金属本性的关系不大溶液的氧含量对腐蚀速度的影响大阴极面积对腐蚀速度的影响根据腐蚀电池的种类而不同溶液的流动状态对腐蚀速度的影响大17 .钝化现象金属从活性溶解状态向耐腐蚀性状态的转换叫做金属的钝化。 钝化的状态叫钝态。(1)金属钝化现象的特点：金属钝化的容易程度与钝化剂、金属的本性和温度等有关，金属钝化后电位向正方向急剧上升，金属钝化与活性状态之间的转换往往有一定程度的不可逆性，在一定条件下，通过施加阳极电流或局部阳极电流可以使金属从活性状态变为钝化(2)钝化途径：化学钝化和阳极钝化(3)钝化理论膜形成理论和吸附理论(4)金属钝化的应用：阳极保护化学钝化提高金属耐腐蚀性添加易钝化的合金元素，提高合金的耐腐蚀性添加活性阴极元素，提高易钝化的金属和合金的耐腐蚀性18 .画出钝化金属的典型阳极极化曲线，明确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 ) :金属结构在拉伸应力与特定腐蚀环境共同作用下引起的破裂，简称应力腐蚀。SCC的特点： SCC是敏感材料、特定环境和拉伸应力的综合，三个不可或缺的SCC是典型的延迟破坏，一般经历育成期、裂纹扩展期和快速破坏期三个阶段的SCC裂纹形态有晶粒间型、着型和混合型三种，与金属环境系统密切相关。应力腐蚀裂纹的形态：应力腐蚀裂纹的形态有晶粒间型、贯通型和混合型3种。 材料不同，碳钢、高强度钢、铝合金、铜合金多沿晶界断裂，奥氏体不锈钢、镁合金多为晶型，钛合金为混合型。20 .应力腐蚀发生的条件、发生阶段和防止途径(1)三个基本条件：敏感材料、特定介质环境和拉伸应力三个不可或缺。(2)发生阶段：第一阶段是腐蚀产生裂缝和坑的阶段，也是引起应力集中的裂缝源核发生阶段，该阶段的时间常称为潜伏期、诱导期和培育期。 其次是裂纹扩展阶段，即从裂纹源和凹坑发展到每单位面积能承受最大负荷的极限应力值的阶段。 最后失稳纯力学裂纹扩展阶段为破裂期。(三)防止或减少SCC的措施；相对有效且广泛应用的方法是去除或减小应力值。降低设计应力，将最大有效应力或应力强度降低到阈值以下。合理设计和加工减少局部应力集中； 结构设计时应考虑尽可能降低最大有效应力。采用合理的热处理方法去除残馀应力，或改善合金的组织结构，降低对SCC的敏感性。其他方法：合理选用材料。材料处理：条件允许时，除去介质中的有害成分，添加缓蚀剂：添加缓蚀剂也可以防止SCC。采用阴极保护：根据阳极溶解理论，还可以缓和或阻止SCC。21 .腐蚀疲劳在腐蚀介质和变动负荷的协同作用下引起金属的破坏。疲劳破坏：金属构件在变动载荷下经过一定周期后发生的破坏。 例：轴承、皮带轮的腐蚀疲劳特征：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，腐蚀疲劳没有疲劳极限，在低应力条件下也经常发生断裂。 没有特定腐蚀介质的限定，腐蚀环境广泛。防护措施：最有效的方法是通过降低零件应力，改变设计和正确的热处理来改善。 添加镀锌、镉等缓蚀剂的表面氮化和喷丸硬化阴极保护。22 .磨损腐蚀性流体和金属部件以较快的速度相对运动，引起金属的腐蚀破坏。类型：磨损腐蚀有湍流腐蚀、空泡腐蚀和微震腐蚀。 化工生产装置中最常见的是前两种。防护措施：合理的结构设计和正确的选材23 .点蚀和间隙腐蚀有什么区别？ 什么措施可以防止点蚀？又称穴蚀，通称点蚀、小点蚀，只发生在金属表面的局部。 粗糙表面连续且难以形成完整的保护膜，如果形成膜缺陷中容易发生点蚀的蚀刻孔，有力学因素的作用，会诱发应力腐蚀和疲劳腐蚀裂纹。 在点蚀的情况下，虽然金属的重量少，但是集中在有腐蚀的点和孔中，由于阳极面积小，因此除了有高腐蚀速度之外，由于腐蚀孔的检查困难，多个腐蚀孔小，因此通常被腐蚀生成物复盖，直到设备被腐蚀穿孔为止都没有发现，因此孔腐蚀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点蚀。 点蚀过程包括点蚀的形成和生长两个阶段。防止点蚀的方法：(1)主要考虑如何从材料中降低有害杂质含量和添加适量的提高耐点蚀性的合金元素(2)改善热处理制度，降低介质中特别是卤离子的浓度(3)结构设计时要注意消除死区，防止溶液中有害物质浓缩。 另外，也可以采用阴极保护。24 .间隙腐蚀如果金属与金属或者金属与非金属之间存在微小的间隙(一般为0.0250.1mm )，则狭缝内的介质难以流动而成为滞留状态，加速狭缝内的金属的腐蚀，这种腐蚀称为狭缝腐蚀。许多工程结构普遍存在这样的缝隙，有些缝隙由于设计不合理，有些缝隙在设计上是不可避免的。 一直以来认为间隙腐蚀是由间隙内和间隙外存在的金属离子和氧的浓度差引起的，所以用浓密腐蚀的概念来说明这种腐蚀形态。 最近的研究表明，金属离子和氧的浓度差异是间隙腐蚀的原因，它进一步发展，与点蚀一样属于阻塞电池的自催化腐蚀过程。防止间隙腐蚀：防止间隙腐蚀主要是在结构设计上避免造成间隙形成和表面沉积的几何形状。(1)为了防止浓差腐蚀，防止溶液浓缩引起的腐蚀，在结构设计时尽量避免积液和死区。(2)结