金属腐蚀理论及腐蚀控制答案

1、金属腐蚀理论及腐蚀控制（跟着剑哥走，有肉吃。）习题解答第 一 章1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 表1 碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据 试 验 介 质30% HNO3，25°C试样材料碳 钢铝矩形薄板试样尺寸(mm)20´40´330´40´5腐蚀前重W0(g)18.715316.1820浸泡时间t (hr)4545腐蚀后重W1(g)18.673916.1347解：由题意得：（1）对碳钢在30%HNO3( 25)中有：V=W/st=(1

2、8.7153-18.6739)/45×2×(20×4020×340×30)×0.000001=0.4694g/ mh又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2hVp=8.76V/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y对铝在30%HNO3(25)中有：V=W铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×4030×540×5)×45×10-6 =0.3391g/hd=m铝/v=16.18

3、20/30×40×5×0.001=2.697g/cm3说明：碳钢的V比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。（2）对不锈钢在20%HNO3( 25)有：表面积S=2×2×0.015×0.004=0.00179 m2V=W/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2h试样体积为：V=×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76V/d=8.76×0.08715/7.901=0.

4、097mm/y对铝有：表面积S=2×2×0.02×0.005=0.00314 m2V=W/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2h试样体积为：V=××0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76V/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85)时有：对不锈钢：V=W/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2hVp=8.76V/

5、d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：V=W/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2hVp=8.76V/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。3. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25°C，压力760mmHg；试样尺寸为20´20´0.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。（在25°C时水的饱和蒸汽压为23.8m

6、mHg）解：由题意得：该试样的表面积为：S=2×(20×2020×0.520×0.5)×=840× m2压力P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa根据PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为：n=PV/RT=98151.9×330×/8.315×(25273.15)=0.01307mol又根据Mg 2 > Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol所以：V=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840××10

7、0=3.7817 g/ m2h查表得：dMg=1.74 g/cm3有： Vp=8.76V/d=8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y4. 表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V- 和Vp。解：由题意得：根据V=A/nF=icor可知V=（A/nF）Icor/s=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2h查表得d(Fe)=7.8g/ cm3Vp=8.76V/d=8.76×1.4326/7.8=

8、1.61mm/y即铁试样的腐蚀速度V=1.4326 g/*h Vp=1.61mm/y第 二 章1. 将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为 +0.05V和 0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆电阻为200W。(1) 原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec Ea = ？(2) 阳极极化值 DEa与阴极极化值DEc的绝对值之和 DEa + ½DEc ½等于多少?(3) 如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？(4) 如果使用零电阻电流表，且溶液电阻可以忽略不计，那么电

9、流达到稳态后，阳极与阴极的电位差Ec Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和 DEa + ½DEc ½等于多少？电流表的指示又为多少？解：由题意得：（1）：根据Ec-Ea=IR 则有：Ec-Ea=IR=0.51mA×200欧=30mV=0.03V即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V（2）：Ea=Ea-Eoa |Ec|=Eoc-EcEa|Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.85V即阳极极化值Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和为0.85V。（3）：如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0

10、 ，Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.050.83)/200=0.0044A=4.4mA即电流表指示应为4.4mA。（4）：当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差 Ec=Ea，则有：电位差Ec-Ea=0由（2）知：Ea|Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-EcEa-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/0.15×=5666.7I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.050.83)/5666.7=0.000155A2. 某腐蚀体系的参数为： E 0a = -0.4V，E0c = 0.8

11、V，Ecor = -0.2V。当R = 0时，Icor = 10mA，该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电阻R = 90W，那么I¢cor =？ 腐蚀电池又属于什么控制类型？解：由题可知：当R=0时有：Icor=(Eoc-Eoa)/ （Pc+Pa）Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/10×=120Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.80.2)/10×=100则有 Pa=120-100=20因为Pc>>Pa，所以该电池属于阳极极化控制。当欧姆电阻R=90时有：=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)

12、/(120+90)=5.71mA 因为R与Pc接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阳极极化共同控制。第 三 章 1. 在下列情况下，氧电极反应的平衡电位如何变化：(1) 温度升高10°C (取Po2 =1atm，pH = 7)。(2) 氧压力增大到原来的10倍 (温度25°C)。(3) 溶液pH值下降1单位 (温度25°C)。解：在中性溶液中，阴极的反应为：O2+2H2O+4=4OH-其平衡位则为Ee=E0（OH-/O2）+(Po2/-)（1） 当温度升高10后有：Ee = E0（OH-/O2）+×(Po2/-)=E+(Po2/)+ Po2/-则平衡电位变化

13、量Ee1= Ee- Ee=(Po2/-)=Po2-又因=2.3lg ，则有lg=pH14 所以：Ee1=10×8.314/(4×96500) ×Po2-10×8.314/(4×96500)×4×2.3×(7-14) =0+0.01387=0.0139V>0即：温度升高10后平衡电位正移0.0139V。（2） 当氧压力增加到原来的10倍时=E(10Po2/)=Eln10(Po2/-)E2= EeEe =ln10 =(8.314×298.15)/(4×96500)×2.3 =0.01

14、48V>0即氧压力增大到原来的10倍时有氧电极平衡电位正移0.0148V（3） 当溶液pH值下降1时有=E(Po2/-)=Eln Po2-E3= EeEe=Eln Po2(Eln Po2)=2.3(14)2.3(pH14) =×2.3=0.0591V>0即pH值下降1个单位，氧电压反应平衡电位正移0.0591V。2. 将铁置于饱和空气的碱溶液(pH = 10)中，按阳极反应为(1) Fe + Fe2+ + 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为：O2+2H2O+4=4Ee

15、=E0（OH-/O2）+(Po2/-) =0.401lg(0.21/) =0.627V(1) 当阳极反应为Fe=2有2=Fe(OH)2查得Ksp Fe(OH)2=1.87×a()=Ksp Fe(OH)/a=1.87×/=1.87×mol/L由：Fe=2又有Eea= -0.4400.02955lg a() = -0.4400.02955lg1.8× = -0.639V（2）当阳极反应为 Fe2=Fe(OH)22查表有=-0.875V OH= mol/LEe=E0 +(1/a) = -0.875(8.315×298.15)/(2×9650

16、0)×2×2.3lg = -0.639V综上则有两种计算所得结果相同，即二者的腐蚀倾向一样。3. 将两根铜棒分别浸于0.01mol/L CuSO4溶液和0.5mol/L CuSO4溶液，组成一个金属离子浓差电池。(1) 哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？(2) 写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？解：（1）铜棒在0.01 mol/LCuSO4溶液中时有：Cu=2 查表得：()=0.41又根据=E0a() =0.337lg(0.01×0.41)=0.266V当铜棒在0.5mol/LCuSO4溶液中时有：()=0.0668=

17、 E0a()=0.337lg(0.5×0.0668) =0.293V因为<，即铜在0.01 mol/LCuSO4溶液中的电位比在0.5mol/LCuSO4溶液中电位低。故有铜在0.01 mol/LCuSO4溶液中作阳极，而在0.5mol/LCuSO4溶液中的铜棒作阴极。（2）阳极反应：Cu=2其平衡电位Eea=0.266V阴极反应2=Cu ，其平衡电位=0.293V（3）Eec= =0.293V而Eea= 0.266V有腐蚀倾向EecEea=0.2930.266=0.027V=27mV即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是27mV第四章 1表面积为20cm2 的铁样品浸泡在PH=1的

18、除氧酸溶液中，经过50h试验，测得了铁样品的损失质量为0.1g，已知在铁的表面上析氧反应符合Tafel公式=-0.64-0.125lg|i|，的单位为V，i的单位为A/cm2 ，试计算：（1） 样品厚度的减少h(mm);（2） 铁电流的腐蚀电流密度icor(A/m2);（3） 铁试样的腐蚀电位Ecor。 解：（1） 根据失重腐蚀V- = Vp=8.76=8.76×1/7.8=1.12 mm/y 有h=Vp.t=1.12×50/(365×24)=0.0064mm 即样品的厚度加少量为0.0064mm (2)根据可知有： =阴极反应 2H+2e=H2 当pH=1时其平

19、衡电位Eec=-0.0591pH= -0.0591×1= -0.059 (V) 在腐蚀电位下，阴极反应过电位： hc = Ecor Eec = -0.64 0.125 lgicor (V) 所以Ecor = -0.64 0.125 lgicor + Eec = -0.64 0.125×（lg0.9606×10-4）0.059 = -0.707V (vs SHE) = -0.707V 0.242 = 0.949 (vs SCE) 2.海水中的含氧量为3.2mg/L,求一年中锌的消耗量？（氧的扩散层厚度为，扩散系数为D=1.9×10-5 cm2 /s,Zn的

20、原子量为65.4）。解：由题知有：在海水中阴极反应为:O2+2H2O+4e=4OH- 在稳定条件时有：|ic|=Nf|=nFD当减小到零时有| ic |=id=nFD =4×26.8A.h/mol×1.9×10-5 cm2/s× = 4×26.8×1.9×10-5×3.2×10-3/(32×10-4)×3600×10×10-3 =0.7332A/m2 icor=id=0.7332A/m2 查表得dZn=7.1g/cm3 Zn-2e=Zn2+ 有腐蚀深度Vp=8.76

21、 失重腐蚀速度:V-=3 对如下两个电极系统：(a) Hg0.1mol/L HCl(b) Pt1mol/L H2SO4分别进行阴极极化，测量数据列于表1。要求：(1) 分别画出在汞电极上和铂电极上析氢反应的阴极极化过电位曲线。(2)图上求Tafel斜率bc和交换电流密度i0。(3)为了使电位偏离平衡电位 +10mV，需要通入多大的外加极化电流(取n = 1)？比较两个电极的极化性能。 表1 阴极极化实验数据 (25°C)极化电流密度½ic½极化电位E (V, vs SCE)(A/m2)Hg电极Pt电极5×103-0.53702.5×103-0.

22、4991103-1.6164-0.45115×102-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.2665解：（1）对于Hg电极有：阴极反应：2H+2e-=H2 有Y=0.796Eec=当|ic|= A/ 即lg|ic|=3时有 同理有：当|ic|=A/时，lg|ic|=2.7时有：当|ic|=时，lg|ic|=2, 当|ic|=10时，lg|ic|=1, 当|ic|=1时，lg|ic|=0, 对于Pt电极有:2H+2e=H2, 当H2SO4 为1mol/L时Y=0.13Eec=当|ic|=5×103A/ 即lg|ic|=3时有:

23、当|ic|=5×103时，lg|ic|=3.4, 当|ic|=103时，lg|ic|=3, 当|ic|=时，lg|ic|=2.7, 当|ic|=时，lg|ic|=2, 极化曲线如下：(2) 由图知直线斜率即为Tafel斜率bc，截距为氢过电位a。对于Hg-0.1mol/LHCl有：斜率Tafel斜率bc=-=0.117V当|ic|取1时有= -0.961V，即氢过电位a= -0.961V由塔菲尔公式： ，得：-0.961= 0.117lg i0 则：lg i0 =-7.265 即i0 =5.4×10-8 A/m2对于Pt-1mol/L H2SO4 有：斜率Tafel斜率bc

24、=0.112 V当|ic|取1时有= 0.180V，即氢过电位a= 0.180V由塔菲尔公式： ， 代入有：0.180= -0.112lg i0得=40.46A/ m2(3 ) 当极化值E=10mv时，属于微极化范畴，由Fanardy方程式 ：i=/Rf对于Hg-0.1mol/LHCl有：Rf=RT/（i0nF）=8.314×298/（96500×10-7.265）=4.755×105iHg=/Rf =0.01/4.755×105 =2.1×10-8 A/m2对于Pt-1mol/L H2SO4 有：Rf=RT/（i0nF）=8.314×

25、;298/（96500×101.607）=6.346×10-4iPt=/Rf =0.01/6.346×10-4=16 A/m24. 铂电极在充氧的中性水溶液中进行阴极极化，电极表面发生氧离子化反应。利用氧离子化反应的动力学参数(bc = 0.110V，i0 = 1.198×10-6 mA/cm2 = 1.198×10-5A/m2)，计算当½ic½= 7×10-2 mA / cm2时，阴极极化过电位h，其中浓度极化过电位h浓和活化极化过电位h活各占多大比例？扩散层厚度取d = 10-2cm，水中溶解氧浓度为3.2mg

26、/L。比较氢电极反应和氧电极反应的阴极极化特征。解： 浓度极化时有：极限扩散电流密度时代入数据，则有：活化极化时有：阴极极化的过电位有：所以氧电极受浓度极化与活化极化共同控制，其中活化极化占大部分，而氢电极主要受活化极化控制。5. 一个活化极化控制腐蚀体系，阴极反应和阳极反应的交换电流密度为、；Tafel斜率为bc、ba；腐蚀电位满足条件Eea<<Ecor<<Eec。设加入阴极性缓蚀剂，使阴极反应受到抑制，阴极反应交换电流密度改变为。假定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到E¢cor，腐蚀电流密度下降到i¢cor。(1) 作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极

27、化曲线图。(2) 用图解法求腐蚀电流密度的变化r = i¢cor / icor和腐蚀电位的变化DE = E¢cor Ecor。解：极化曲线如右图；由（1）的极化曲线利用图解法求解得：在ABC中，1.2直线段位两平行线，则有：,分别为未加入缓蚀剂时阳极反应和加入缓蚀剂后阴极反应的斜率：根据由图可知有：6. 一个阳极反应受活化极化控制、阴极反应受浓度极化控制的腐蚀体系，阴极反应的极限扩散电流密度为id，腐蚀电位为Ecor。由于搅拌使阴极反应的极限扩散电流密度上升到i¢d，阳极反应参数不变；腐蚀电位正移到E¢cor。(1) 作腐蚀体系的极化曲线图。(2 ) 用

28、图解法求腐蚀电位变化DE = E¢cor Ecor。解：（1）极化曲线如右图；（2）由（1）极化曲线可知，在ABC中 阳极反应的斜率第 五 章思考题：1.交换电流密度的概念及意义，与电极反应极化性能的关系；过电位和电极反应速度的关系。动力学方程的一般表达式；Tafel方程式的数学形式、图形表示以及适用条件；极限扩散电流密度的计算。答：析氢腐蚀的阴极反应是氢离子的还原反应，发生电学腐蚀的条件是<发生析氢腐蚀的体系包括标准电位负值很大的活泼金属；大多数工程上使用的金属，如Fe在酸性溶液中，正电性的金属一般不会发生析氢腐蚀。但是当溶液之中含有络合剂使金属离子活度很低时正电性金属也可能

29、发生析氢腐蚀。析氢腐蚀的阴极反应和阳极反应都要受活化极化控制，其电极反应的阻力表现为交换电流密度的大小，比较电极反应的阻力，则只需比较交换电流密度。因为氢离子还原反应受活化极化控制，因此析氢反应符合Tafel公式:=a-blg 其中影响析氢反应动力的有a值，即与 有关，与材料本身及状态，环境PH值等有关。所以综合其影响因素有：pH值，温度，及溶液中其他组分，金属本身杂质，阴极还原面积，表面状态等。2. 对受氧扩散控制的吸氧腐蚀体系，当id增加到一定程度，阴极反应将由浓度极化控制转变为浓度极化与活化极化共同影响。这种控制特征的变化与电极金属材料有什么关系？用极化图进行分析。答：在id时，D2的还

30、原反应受活化极化控制，当增加到约id时，还原反应受活化极化与浓度极化共同控制。当id增大到阳极极化曲线的交点，越出了氧化扩散控制电位，则自然状态下阴极反应不再受浓度极化控制，如曲线3所示。与阳极极化曲线的交点在混合控制电位区间，必须考虑活化极化作用。在分析腐蚀速度的影响因素时，应包括氧化极限扩散电流密度id和还原反应交换电流密度两方面。3. (1) 在pH = 0的除氧硫酸铜溶液中()，铜能否发生析氢腐蚀生成Cu2+？如果能发生，腐蚀倾向是多少伏？(2) 在pH = 10的除氧氰化钾溶液中()，铜能否发生析氢腐蚀？如果能发生，腐蚀倾向是多少伏？设腐蚀生成的Cu(CN)2-离子的活度等于10-4

31、mol/L，已知电极反应 Cu + 2CN- = Cu(CN)2- + e的标准电位E0 = -0.446V。解（1）由题意可知，铜的氧化反应为Cu=2e 查表知，铜电极反应的标准电位=0.337V则铜的氧化反应的平衡电位为Eea=ln/Cu =0.3370.5×0.059×lg0.1 =0.3075V又在PH=0的除氧硫酸铜溶液中有22e = 析氢反应的平衡电位Eec=ln/PH2得Eec=0.0591×PH=-0.0591×0=0V由电位比较准则知Eea> Eec，所以铜不可能发生析氢腐蚀生成。（2）由题意可知，铜的氧化反应为 Cu2=e该电极

32、反应的标准电位=-0.446V则铜氧化反应的平衡电位为Eea=ln /( × ) =-0.4460.0591lg/ =-0.647V在PH=10的除氧硫酸铜溶液中有22e = 析氢反应的平衡电位Eec=0.0591×PH=-0.0591×10=-0.591V由电位比较准则知Eec>Eea，所以铜能发生析氢腐蚀。其腐蚀倾向E=EecEea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV2. (1) 推导氢电极反应交换电流密度i0与溶液pH值的关系式。(2) 在1mol/L盐酸溶液中，Fe表面上氢电极反应的i0 = 2.5×10-6A/cm2，

33、在0.01mol/L 盐酸溶液中Fe表面上氢电极反应的i0 = ?(取Tafel斜率b = 0.118V)。(3) 当酸溶液的pH值改变一个单位，氢电极反应的Tafel公式中的a的绝对值½a½改变多少伏？解：（1）由=nFexp(-Eec/)两边同时去对数得ln=lnnFexp(-Eec/)其中Eec=lg=-2.3PH代入式中得2.3 lg=2.3lg(nF)(2.3PH)/ 即lg= lg(nF)PH = lg(nF)PHPH令lg(nF)=k=常数，取=0.5则有lg=kPH0.5PH= k0.5PH即氢电极反应交换电流密度与溶液PH值的关系式为lg=k0.5PH（2

34、）在1mol/L HCl溶液中：=1 mol/L PH=- lg=-lg1=0又lg=k0.5PH lg(2.5×)=k0 得k=-5.6当为0.01mol/L HCl溶液时不考虑活度，H+ =0.01 mol/L PH=- lg=-lg0.01=2lg=k0.5PH =-5.6-0.5×2=-6.6=2.5×A/cm2考虑活度系数，在1mol/L HCl溶液中活度系数为0.809PH=-lg=-lg0.809=0.092又lg=k0.5PHlg(2.5×)=k05×0.092即k=-5.556在0.01mol/L HCl溶液中，活度系数为0.

35、904PH=-lg=-lg(9.04×)=2.044lg=k0.5PH =-0.556-0.5×2.044 =-6.578=2.65× A/cm2即在0.01mol/L HCl溶液中，不考虑活度系数=2.5× A/cm2，考虑活度系数=2.65× A/cm2。（3）PH值改变一个单位时，=0.118lg又 lg=( k0.5pH)(k0.5 pH) =0.5(pHPH)=0.5得 =0.118×0.5=0.059V=59mV即当酸溶液PH值改变一个单位，氢电极反应Tafel的公式中的a的绝对值改变59mV。3. 钢制容器用作酸溶液的中

36、间贮槽，与酸溶液接触的表面积为15m2，进入贮槽的酸溶液的工艺条件为：pH = 2.5，25°C，1atm，并含有4.5mg/L 的溶解氧，流量0.1m3/min。实验测出容器表面的腐蚀电位Ecor = -0.54V(vsSCE)。(1) 求钢容器的腐蚀速度。(2) 求流出的酸溶液中的氧含量。扩散层厚度取d = 5×10-3cm。解：（1）析氢反应 阴极22e = Eec=ln×/PH2 =0.0591lg=0.0591×lg=-0.148Vlg=-5.6020.5PH=-5.602-0.5×2.5=-6.852即=1.41× A/c

37、m2=Ecor0.242-Eec=-0.540.242(-0.148)=-0.15V由=-0.118lg/ =×=1.41× =2.6× A/cm2吸氧反应4e=2O=nFD/=4×96500×1.9×(1.41×)/(5×)×=2.07× A/cm2= =2.07×2.6×=2.1× A/cm2因Vp=8.76×/d mm/y ， =× g/(h)所以Vp= 8.76/d××= ××2.1×&#

38、215; =2.43 mm/y（2）氧消耗速度为：(×S)/(Fn)×60×A=(2.07×15)/(96500×4)×60×32= 0.154 g/min流入酸中的氧流量为0.45 g/min所以剩余氧量为0.450.154=0.296 g/min=2.96 mg/min即钢容器的腐蚀速度为Vp=2.43 mm/y，流出的酸溶液中的氧含量为0.296 g/min，即为2.96 mg/min。第六章1. 铁和两种不锈钢在除氧的0.5mol/L 硫酸溶液中的钝化参数列于表1。(在不锈钢表面上析氢反应动力学参数采用铁的数据)（1

39、）这三种体系的阳极反应电流峰值ip分别为多少？（2）如果要由通入氧气来使铁和不锈钢钝化，溶液中最少需要含有多少氧(mg/L)？表1 三种腐蚀体系的钝化参数材 料溶 液Ep (V)i致 (mA/cm2)Fe0.5mol/L H2SO4+0.46200Cr25不锈钢0.5mol/L H2SO4-0.1825.4Cr25Ni3不锈钢0.5mol/L H2SO4-0.112.0（1）解：阴极反应：2H+ + 2e H2查表可得：当硫酸溶液为0.5mol/L时，=0.154Eec=0.0591lg0.5´2´0.154= 0.048V又blg,其中=查表可得：a=-0.70V, b=

40、0.125V.对于Fe：=2.17´10-10 (A/c m2)故+=200´+2.17´200=0.2 A/c m2. 对于Cr25不锈钢：=2.86´10-5 A/c m2故+=25.4´+2.86´ 2.53 ´ A/c m2. 对于Cr25Ni3锈钢: =7.87´10-6 A/c m2故+=2´+7.87´2´ A/c m2(2) 使铁和不锈钢钝化时应满足：查表可得：. 对于Fe：=因为氧含量不能达到0.273mol/L,不能使Fe钝化. 对于Cr25不锈钢=要使Cr25不锈

41、钢钝化，溶液中的氧含量至少应为3.46´10-2 mol/L. 对于Cr25Ni3不锈钢：=要使Cr25Ni3锈钢钝化，溶液中的氧含量至少应为2.73´10-3mol/L2. 如果钝化体系的真实阳极化曲线与真实阴极极化曲线相交产生三个点时，为什么会出现阴极极化电流现象？答：在自然腐蚀状态，金属可能发生活性溶解腐蚀，也可能钝化。在阳极极化过程中由于发生析氧反应，使阴极电流密度，从而造成i+ 0，表现为阴极电流，所以实测阳极极化曲线上将出现一段阴极极化电流区。第 七 章1.金属表面的膜具有保护性的条件是什么？（1）体积条件（P-B比），氧化物体积与消耗的金属体积之比大于1是氧化

42、膜具有保护性的必要条件。（2）膜有良好的化学稳定性，致密，缺陷少，蒸气压低。（3）生成的膜有一定的强度和塑性，与基体结合牢固。否则，由于膜生长过程中体积膨胀产生的内应力向能造成膜的破裂和剥离。（4）膜与基体金属的热膨胀系数差异少，在温度急剧变化时不致造成膜的破裂。2.提高合金抗高温氧化性能的途径有哪些？（1）按Hauffe原子价定律，加入适当合金元素，减少氧化膜中的缺陷浓度。（2）生成具有良好保护作用的复合氧化物膜。（3）通过选择性氧化形成保护性优良的氧化膜。（4）增加氧化物膜与基体金属的结合力。在耐热钢和耐热合金中加入稀土元素能显著提高抗高温氧化性能。3. 已知PdO在850°C时

43、的分解压力等于500mmHg，在该温度下Pd在空气中和1atm氧气中是否能氧化？解：由题意得：2PdO2=2PdO的分解压力=0.658atm（1）在（850273.15）K时，1atm中的自由焓变化为： G=RTln=(8.314×(850273.15)×ln)J/mol =-3909.86 J/mol =-3.91kJ/mol因为=1atm>=0.658atm ，所以G=-3.91kJ/mol<0根据自由焓准则可知金属Pd在1atmO2中能被氧化。（2）P空气=0.21 atmPd在空气中时有： G= RTln=(8.314×1123.15

44、5;ln) =10664.7 J/mol =10.66kJ/mol因为G0，根据自由焓准则知Pd在空气中不能被氧化。4. 已知锌发生高温氧化时的PB比等于1.55，锌的密度为7.1g/cm3。在400°C经过120小时氧化，测出增重腐蚀速度为0.063g/m2×hr。锌试样表面氧化膜的厚度等于多少？解：由题意得：2ZnO2=2ZnOP-B比= = （Mzno=81 A=56）1.55=(81×7.1g/cm3)/(1×56×D) （D=5.7g/cm3）又有= /(st)=0.063 g/( m2·h) 根据= 可知=/(st)= (

45、SD)/(St)=0.2559g/(·h)Zn发生氧化时减小的质量为: =SD （Zn减小的厚度）所以：=/(st)= (SD)/(St) =0.2559g/(m2·h)h=t/d=(0.2559g/(·h)×120)/(7.1×106g/cm3)=4.3257×106m而生成氧化膜即ZnO增加的质量为：=ShDS D （h生成氧化膜厚度）=(ShDSD)/(St)= h=(th)/D=(0.063×1204.3257×106×7.1×)/(5.7×106)m=6.714×1

46、06 m即生成氧化膜的厚度为6.714×106 m。第八章1. 氯离子活度对四种不锈钢的击穿点位Eb的影响分别为：（1）Cr17 Eb=-0.084lgaCl-+0.020(V) （2）Cr18Ni9 Eb=-0.115 lgaCl- +0.247(V)（3）Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lgaCl- +0.49=0.48(v) (V) （4）Cr26M01 Eb=-0.198lgaCl- +0.485(V) 排出在3%的NaCl溶液和2mol/LNaCl溶液中这4种不锈钢的耐腐蚀性能的顺序。 解：（1） 在2mol/L的NaCl溶液中有： r=0.67 a Cl-=

47、 C(Cl-)r= Cr17 Eb=-0.084lgaCl-+0.020=(v) Cr18Ni9 Eb=-0.115 lgaCl- +0.247=0.232(v) Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lgaCl- +0.49=0.48(v) Cr26M01 Eb=-0.198lgaCl- +0.485=0.4598(v) 因为击穿点位越正，材料的耐腐蚀性越好，故在2mol/L的NaCl溶液中4种不锈钢的耐腐蚀性能的顺序由强到弱分别是： Cr17M12M02.5> Cr26M01>Cr18Ni9 > Cr17 （2）. 在3%的的NaCl溶液中有:设在100克水中溶有x克NaCl 即 解得 ，所以查表知r=0.675 Cr17 Eb=-0.084lg0.347+0.020=(v) Cr18Ni9 Eb=-0.115 lg0.347 +0.247=0.300(v) Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lg0