物理冶金学试题答案补充

1、19 试说明电化学腐蚀的条件，分析氢和氧在电化学腐蚀中的作用金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应，其余表面区域主要进行阴极反应，则称前者为阳极区，后者为阴极区，阳极区和阴极区组成了腐蚀电池。直接造成金属材料破坏的是阳极反应。(1)析氢腐蚀(钢铁表面

2、吸附水膜酸性较强时)    负极(Fe)：Fe2e=Fe2+ Fe2+2H2O=Fe(OH)22H+ 正极(杂质)：2H+2e=H2 电池反应：Fe2H2O=Fe(OH)2H2 由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。 (2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时) 负极(Fe)：Fe2e=Fe2+ 正极：O22H2O4e=4OH 总反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2 由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。20 分析常见的特殊腐蚀的形成原因及防止措施腐蚀的分类（1）均匀腐蚀 以任何形式使金属整个表面都受到同样程度腐蚀的情况称为均匀腐蚀。这是最普遍的，在这种情况下，材料的使用寿命

3、是容易估算的，因而不必担心材料发生意外的损坏。 (2)晶间腐蚀当晶粒边界和合金的其余部分的化学反应性能存在着显著的差别时，就要发生晶间腐蚀。把不锈钢加热到480760范围内，碳化铬在晶界形成时发生这种差别。晶界区域因富铬的碳化铬的析出而贫铬，对于周围的合金而言，它便成为了阳极。于是腐蚀变能在晶界发生，见图11.9.为了防止铬的贫化，一种方法是应用含碳量很低（0.03碳）的钢。另一种是加钛或者铌的方法使之形成钛的碳化物和铌的碳化物，在钢中几乎不留下可能与铬化和的碳。（3）应力腐蚀应力腐蚀是指金属存在的拉伸应力，而在某些环境中发生快速腐蚀。控制应力腐蚀开裂最有效的方法是消除拉应力。另外一种特定的环

4、境常常是加快应力腐蚀的必要条件，所以通过对腐蚀性介质的处理，有时可以取得满意的控制效果。（4）、腐蚀疲劳 腐蚀疲劳是腐蚀和往复力的共同作用，它比这两个因素单独作用之和要重要的多。（5）冲蚀腐蚀一般腐蚀试验都是静止液体和空气中进行的，所得到的数据一般不能用于介质快速流过金属表面的工作情况。介质快速流动形成了冲蚀作用，加速了侵蚀，如管道弯头处。对策：改进机械设计；选择合适合金；改变介质。23、什么是内氧化？内氧化比较容易发生在率铝基合金中还是铜基合金中？为什么？在合金的高温氧化过程中，除了形成表面氧化物以外，氧可能溶解并扩散进入合金内部，与合金中较活泼的组元发生反应而形成颗粒状氧化物沉积在合金内部

5、的过程。相应的氧化物称内氧化物。只有当合金的组成和浓度满足一定条件时才会发生内氧化，纯金属则不会发生。发生内氧化，一般需要下述的条件：（1）合金元素应比基础金属具有较大的对氧的亲和力。（2）氧在基础金属中的扩散应比合金元素来的快。（3）基础金属的氧化皮不应那样快的形成，以至破坏了正在发生内氧化的表面区域。铝在固态和液态都极易氧化，会形成致密的氧化膜Al2O3，铜对氧的亲和力也很大，高温下生成多种氧化物CuO或Cu2O。因为铝对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，内氧化更容易发生在铝基合金中，24、分析扩散在工程中的主要应用一、金属的结合金属的结合包括镀锌、焊接和金属包层等工艺，是工业上应用扩散原理的

6、良好例子。1、镀锌、镀铅锡 由于扩散只能在固溶体中进行，所以只有两种金属具有一定量的固溶体时才有可能结合成一体。由于铅不能固溶于铁，因而必需在熔化的铅浴中加入少量能与铁形成合金的第二种金属，常加入锡，这就形成了镀铅锡合金的薄钢板。 在某些金属结合工艺过程中，在被连结的两金属之间存在着出现脆性金属间化合物这样一个复杂的因素。比如为了降低脆性中间相的数量，可以在熔融的锌浴中加入适当的铝。2、 包层 有许多各不相同的工艺方法可用来在不同的基底材料上贴上一层其它金属。“包铝”薄板的制造是用热轧纯铝-铝合金两种材料“夹心”坯料的方法，使高强度铝合金外表与纯铝保护层结合在一起 纯铝一旦为高强度铝合金中合金

7、元素渗入时就会失去它优良的抗蚀能力，所以要特别当心防止过度扩散。3、 焊接 熔焊，在连接区局部产生熔化。熔焊包括气焊、电弧焊、电渣焊、电子束焊接及激光束焊接。 压焊，通过塑性变形的作用，使两表面结合在一起。例如锻焊、电阻焊，或点焊、静压焊接、扩散焊接和超声波焊接等方法。 爆炸焊接，采用一种爆炸剂，当它爆炸时推动一个金属极高的速度压向另一个金属。由此引起显著的塑性变形形成金属突出点在两金属之间摩擦而焊合。 流动焊接，利用低熔点合金（加上适当的焊剂）焊接两块金属而不明显改变它们的组织。软焊和硬焊是两个普通的例子。软焊合金的熔点低于425，而硬焊合金的熔点高于此温度。二、均匀化1. 消除化学成分不均

8、匀性 一个化学成分不均匀性的固溶体，通过扩散趋向与均匀化。在低温下这个过程的速率极低，需要采用特殊的热处理工艺才能使之均匀化。 在某些实例中，合金元素的扩散系数起着决定性的作用。例如，在中等温度范围，锌在铜中快速的扩散使铸造黄铜发生有效的均匀化，但是在同样温度下镍在铜中扩散极慢，所以难以消除铸造铜-镍合金的偏析。2. 消除带状组织 由于化学成分的不均匀性而在钢材的金相组织中出现了黑白紧密相间的条带。这些条带代表钢锭在冷凝过程中形成的合金元素的偏析区域，它们在轧制过程中被拉长压扁成为狭长的条带。 为了消除钢材的条带组织，一般采取的方法是钢锭轧制后，需要在相当高的温度1200保温相当多的时间。 2

9、7 存在于两晶粒上的液态金属，其界面张力的相对大小对液态物质在界面的分布有何影响？当一个固态金属的两个晶粒和一个液相区发生连接时，下图（a），在平衡时，由液相区形成的角被称为二面角。因此，小体积液体沿着晶界获得透镜形状，图（b）。(或者在三个固相晶粒的连接处取得类似形状，图6.21（c）。)因为表面张力的水平分量必须平衡，即 ,所以 1）如果 ，则值在120°左右，小液体沿着晶界获得透镜形状（b)，或者在三个固相晶粒的连接处取得类似的形状（c).2）如果 LS >>SS ，则180°，而在液体区接近球形。3）如果 LS =SS /2 或更小，会出现0°

10、，即相当大的SS“拉”着液相沿晶界分布，液相趋于通过晶界散布成薄薄的一层 。 28 根据图3.21，分析不完全位错与完全位错之间的关系及其产生更的原因全位错在晶体中通过时留下的是不受损伤的完整晶体，即在全位错通过时每个原子从点阵的一个正常位置转移到相邻的正常位置。相反，不全位错通过时原于只移动点阵参数的一部分，因而随后便留下一个平面型的晶体不完整区域。 图所示的是参与面心立方金属滑移过程的不全位错。滑移发生在（111）面和（101【最后一个1带上划线】），滑移过程的全柏氏矢量是（a/2）101【最后一个1上划线】，并且留给晶体结构一个无损伤的堆垛排列。（111）面逐次堆垛的顺序仍然是ABCABC，然而这个全柏氏矢量的不利方面是它的能量比两个不全柏氏矢量之和（a/6）112【2上划线】+ (a/6)211【11上划线