《金属腐蚀理论及腐蚀控制》

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 试样材料 矩形薄板试样尺寸(mm) 腐蚀前重W0(g) 浸泡时间t (hr) 腐蚀后重W1(g) 30% HNO3，25?C 碳 钢 20?40?3 18.7153 45 18.6739 铝 30?40?5 16.1820 45 16.1347

解：由题意得：

（1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st

=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h

又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st

=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6

=0.3391g/㎡?h

d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3

说明：碳钢的Vˉ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=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2

Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3

Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×0.022＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2

Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×22×0.5=6.28 cm3

d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st

=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y

对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h

Vp=8.76Vˉ/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23.8mmHg）

解：由题意得：该试样的表面积为： S=2×(20×20＋20×0.5＋20×0.5)×10?6=840×10?6 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=98151.9×330×10又根据Mg ＋ 2H??6/8.315×(25＋273.15)=0.01307mol

2? —>Mg ＋ H2

Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol 所以：Vˉ=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840×10查表得：dMg=1.74 g/cm3

有： Vp=8.76Vˉ/d=8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y

4. 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。

?6×100=3.7817 g/ m2?h

解：由题意得：

根据Vˉ=A/nF=icor可知 Vˉ=（A/nF）Icor/s

=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2?h 查表得d(Fe)=7.8g/ cm3

Vp=8.76Vˉ/d=8.76×1.4326/7.8=1.61mm/y

即铁试样的腐蚀速度Vˉ=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200?。

(1) 原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec – Ea = ？

(2) 阳极极化值 ?Ea与阴极极化值?Ec的绝对值之和 ?Ea + ??Ec ?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 ?Ea + ??Ec ?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-Ec

△Ea＋|△Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)

=0.05＋0.83-0.03=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 ，Pa=0

Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05＋0.83)/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)=0.88V

Pc+Pa=(Eoc-Ec＋Ea-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/0.15×10?3=5666.7Ω

I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.05＋0.83)/5666.7=0.000155A