材料腐蚀与防护作业

1．请你谈谈对金属高温腐蚀的理解。（20分）

答：一．概念：

金属的高温腐蚀：金属在高温下与环境中的氧、硫、氮、碳等发生反应导致金属的变质或破坏的过程。

广义概念：金属失电子氧化过程,硫化、卤化、氮化、碳化、液态金属腐蚀、混合气体氧化、水蒸气加速氧化、热腐蚀。

狭义概念：金属与环境中的氧反应形成氧化物的过程。

根据腐蚀介质的状态分为三类：

(1)高温气态腐蚀:

特点:初期为化学腐蚀，后期为电化学腐蚀

(2)高温液态腐蚀:

特点:电化学腐蚀（溶盐腐蚀）,物理溶解作用（熔融金属的腐蚀）

(3)高温固体介质腐蚀

二．基本过程

整个过程可分为五个阶段。前三个阶段是共同的，（1）为气-固反应阶段: 气相氧分子碰撞金属材料表面（2）氧分子以范德华力与金属形成物理吸附，（3）氧分子分解为氧原子并与基体金属的自由电子相互作用形成化学吸附。（4）第四阶段为氧化物膜形成初始阶段。（5）氧化物薄膜形成之后，将金属基体与气相氧隔离开。反应物质(氧离子与金属离子)只有经过氧化膜扩散传质才能对金属本身进一步氧化。--最终形成保护性和非保护性两类氧化膜。

2．请简述碳钢材料在土壤环境下发生电化学腐蚀过程，并采取哪些有效措施进行防护。（20分）

答：1.阳极过程

金属进行溶解并放出电子，即Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e

在酸性土壤中，铁离子以水化离子的状态溶解在土壤水分中。在中性或碱性土壤中，铁离子与氢氧根离子进一步反应生成氧化亚铁即：

Fe2﹢ ＋2OH﹣→Fe(OH)2

氧化亚铁在氧和水的作用下生成氧化铁。

2.阴极过程

阴极过程主要是氧的去氧化还原过程，即：

O2＋2H2O＋4e→4 OH﹣

3. 措施

（1）改善金属的本质

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

(2) 形成保护层

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的

(3 ) 改善腐蚀环境

改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（称缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。

(4) 电化学保护法

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。

3．请你谈谈钢铁材料在自然环境下的腐蚀特征。（15分）

答：自然环境包括大气、海水、土壤。

大气腐蚀的特征：

1.液膜表积比极大，具有良好的溶氧条件，使之一方面始终为氧饱和，另一方面氧极易到达金属表面，所以大气腐蚀具有吸氧腐蚀的优越条件。

2.由于液膜的高含氧特征及金属离子水化过程的困难，容易促成阳极极化乃至阳极钝

化。

3．腐蚀产物残留沉积于金属表面，它们的特性对腐蚀影响极大，有的具有保护作用能够抑制腐蚀的发展，有的可能进一步加速腐蚀过程产生不良后果。

4，大气腐蚀的电极过程特征随大气条件的不同而变化。

海水腐蚀的特征:

1.对于大多数金属，在海水腐蚀时的阳极过程阻滞很小，因而腐蚀速度相当大。

2.海水腐蚀是氧去极化的过程，它是腐蚀反应的控制环节。

3.海水的电阻率很大，电阻性阻滞很小，所以对于海水腐蚀来说，不只是微观电池的活性比较大，同时宏观电池的活性也比较大。

4.海水环境不同，引起的腐蚀过程不同。

土壤腐蚀的特征：

4．请你讨论亚硝酸钠、苯并三氮唑等添加到循环水中，金属腐蚀程度降低的原因。（10分）

答：1. 亚硝酸钠缓蚀：亚硝酸盐是强氧化剂，与金属反应，在金属表面阳极区形成一层致密的氧化膜，被看作氧化膜型缓蚀剂，由于这些氧化膜型缓蚀剂是通过阻抑腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀的，这些阳极缓蚀剂能在阳极与金属离子作用形成氧化物或氯氧化物，沉积覆盖在阳极上形成保护膜。

2. 苯并三氮唑缓蚀：苯并三氮唑是吸附膜型缓蚀剂，它具有极性基团，可被金属的表面电荷吸附，在整个阳极和阴极区域形成一层单分子膜，从而阻止或减缓相应电化学的反应。苯并三唑通过与金属表面的铜离子形成络合物，以化学吸附成膜的。

5．请论述混凝土材料的主要腐蚀形式和防护方法。（15分）

答：主要腐蚀形式：

(1)浸析腐蚀即环境介质将混凝土中易溶成分溶解出来，引起孔隙率增大，pH值降 低，使腐蚀物质更易浸人混凝土内部，如此循环，导致混凝土结构的很快破坏。

(2)交换腐蚀即酸、碱、盐介质与水泥石中的某些成分发生化学反应而引起的腐蚀，它

们之间反应越强烈，新生成物越容易溶解，混凝土的破坏就越迅速。

(3)结晶腐蚀 即在混凝土的孔隙和毛细孔内的一些盐，产生结晶作用，造成因固相 膨胀而引起的破坏。

防护方法：

1.改善混凝土本身的结构

根据使用环境，选取合理的混凝土各组分的成分及比例，合理地降低水灰比，控制灰砂比，掺人引气剂、膨胀剂、减水剂、防水剂、粉煤灰和矿渣等外加荆．可以显著改善混凝土的抗渗和耐久性；进行合理的搅拌、振捣和充分的湿养护。

2.表面涂覆

在混凝土表面余覆一层耐候、抗渗、无毒、持久的涂料是一种成本低廉、简单易行的方案。

3. 对混凝土进行表面改性

混凝土表面采用硫磺浸渍砂浆，对较弱的酸和盐类有良好的耐蚀性能。

6．码头钢桩长期处于海水环境，为了对此进行防腐蚀处理，请你谈谈有几种方法（至少三种），并说明防腐蚀原理。（20分）

答：方法：一、开发和合理选用耐蚀材料 原理：提高材料电极电位，增加耐腐蚀能力

二、涂层保护 原理：将钢桩与腐蚀环境隔离，在缺少电解液的情况下使其形成不了原电池，就不会产生电化学腐蚀

三、阴极保护 原理：用电极电位更低的金属做阳极，使其失去电子产生腐蚀，钢桩作为阴极被保护下来。