海洋環(huán)境腐蝕過程陰極溶解氧還原反應(yīng)
定 價(jià)：88 元
叢書名：中國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究叢書
- 作者：張盾，吳佳佳編著
- 出版時(shí)間：2016/6/1
- ISBN：9787030483737
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：P754.5
- 頁碼：210
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：16K
本書共分6章，首先概述海洋環(huán)境腐蝕引出溶解氧還原反應(yīng)，并從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、機(jī)理與模型等方面對(duì)溶解氧還原反應(yīng)進(jìn)行初步介紹；緊接著介紹溶解氧還原反應(yīng)的常用研究方法，在闡述研究方法的工作原理后給出應(yīng)用實(shí)例；然后分別介紹鋼鐵材料和典型有色金屬材料上的溶解氧還原反應(yīng)，并接著展示海洋微生物膜對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的影響，按照先天然海洋微生物膜后典型單菌株的順序，單菌株中尤其突出了鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌的作用；在介紹了溶解氧還原反應(yīng)對(duì)海洋工程材料的破壞作用后，介紹海洋環(huán)境中溶解氧還原反應(yīng)的有效利用，這部分主要包括海水金屬空氣電池和沉積物微生物燃料電池。
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波瀾壯闊的海洋作為生命的母體與搖籃，孕育了萬千生命。三四十億年前，原始海洋出現(xiàn)了原始生命——古細(xì)菌，而隨著生命的演化，藍(lán)細(xì)菌的登場(chǎng)帶來了氧氣，氧氣的出現(xiàn)使得地球慢慢成為生命的伊甸園。目前，地球上絕大多數(shù)生物，尤其是人和高等動(dòng)物，需要以氧為氧化劑從有機(jī)物的氧化中獲取能量來維持生命，因此，氧氣對(duì)生命至關(guān)重要。而對(duì)非生命體來講，氧氣可能有毒害性，如鋼鐵材料的吸氧腐蝕。
由于海水呈弱堿性且溶解有相當(dāng)量的氧，除電位很負(fù)的鎂及其合金外，幾乎所有的工程金屬材料在海水中的電化學(xué)腐蝕都屬于吸氧腐蝕，即陰極反應(yīng)為溶解氧還原反應(yīng)。鑒于溶解氧還原反應(yīng)在海洋環(huán)境腐蝕中的重要性，非常有必要對(duì)該電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行深入研究，以深化海洋腐蝕機(jī)理認(rèn)識(shí)，為海洋工程設(shè)施的腐蝕防護(hù)提供依據(jù)。目前，溶解氧還原反應(yīng)的研究主要集中于新能源領(lǐng)域，而在腐蝕領(lǐng)域的研究報(bào)道不多。本書共6章。第1章首先概述海洋環(huán)境腐蝕引出溶解氧還原反應(yīng)，并從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、機(jī)理與模型等方面對(duì)溶解氧還原反應(yīng)進(jìn)行初步介紹；第2章主要介紹溶解氧還原反應(yīng)的常用研究方法，在闡述研究方法的工作原理后給出應(yīng)用實(shí)例；第3章和第4章分別介紹鋼鐵材料和典型有色金屬材料上的溶解氧還原反應(yīng)，鋼鐵材料按純鐵、碳鋼、低合金鋼和合金鋼四部分進(jìn)行介紹，典型有色金屬材料主要涉及銅、鋁、鋅、鎳及其合金；第5章介紹海洋微生物膜對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的影響，按照先天然海洋微生物膜后典型單菌株的順序，單菌株中尤其突出了鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌的作用；在介紹了溶解氧還原反應(yīng)對(duì)海洋工程材料的破壞作用后，在最后一章（第6章）中介紹海洋環(huán)境中溶解氧還原反應(yīng)的有效利用，這部分主要包括海水金屬空氣電池和沉積物微生物燃料電池。
目錄
叢書序
叢書前言
序
前言
第1章 海洋環(huán)境腐蝕電化學(xué)過程1
1.1海洋環(huán)境腐蝕概述1
1.1.1海洋環(huán)境因素與腐蝕特征1
1.1.2海洋環(huán)境腐蝕常見類型3
1.1.3海洋環(huán)境腐蝕常用防護(hù)方法5
1.2海洋環(huán)境腐蝕電化學(xué)反應(yīng)8
1.2.1電化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)8
1.2.2海洋環(huán)境腐蝕陽極反應(yīng)10
1.2.3海洋環(huán)境腐蝕陰極反應(yīng)11
第2章 溶解氧還原反應(yīng)常用電化學(xué)研究方法21
2.1循環(huán)伏安法21
2.1.1基本原理21
2.1.2應(yīng)用實(shí)例25
2.2極化曲線法26
2.2.1基本原理26
2.2.2應(yīng)用實(shí)例28
2.3電化學(xué)阻抗譜法29
2.3.1基本原理29
2.3.2應(yīng)用實(shí)例37
2.4旋轉(zhuǎn)圓盤電極法41
2.4.1基本原理41
2.4.2應(yīng)用實(shí)例45
2.5旋轉(zhuǎn)圓環(huán)-圓盤電極46
2.5.1基本原理46
2.5.2應(yīng)用實(shí)例49
第3章 鋼鐵材料上的溶解氧還原反應(yīng)54
3.1純鐵上的溶解氧還原反應(yīng)55
3.2碳鋼上的溶解氧還原反應(yīng)57
3.2.1預(yù)鈍化Q235鋼在模擬海水中的溶解氧還原反應(yīng)58
3.2.2預(yù)鈍化Q235鋼在模擬混凝土孔隙液中的溶解氧還原反應(yīng)61
3.2.3不同處理方法對(duì)20鋼在模擬海水中溶解氧還原反應(yīng)的影響69
3.3低合金鋼上的溶解氧還原反應(yīng)72
3.3.1預(yù)鈍化X60鋼上的溶解氧還原反應(yīng)72
3.3.2不同處理方法對(duì)X60鋼上溶解氧還原反應(yīng)的影響75
3.4合金鋼上的溶解氧還原反應(yīng)78
3.4.1不銹鋼上的溶解氧還原反應(yīng)78
3.4.2不同處理方法對(duì)不銹鋼上溶解氧還原反應(yīng)的影響81
第4章 典型有色金屬材料上的溶解氧還原反應(yīng)85
4.1銅及其合金上的溶解氧還原反應(yīng)85
4.1.1銅及其合金簡(jiǎn)介85
4.1.2不同處理方法對(duì)銅上溶解氧還原反應(yīng)的影響86
4.1.3其他因素對(duì)銅及其合金上溶解氧還原反應(yīng)的影響89
4.2鋁及其合金上的溶解氧還原反應(yīng)94
4.2.1鋁及其合金簡(jiǎn)介94
4.2.2AA2024-T3高強(qiáng)度鋁合金上的溶解氧還原反應(yīng)95
4.3鋅及其合金上的溶解氧還原反應(yīng)96
4.3.1鋅及其合金簡(jiǎn)介96
4.3.2鋅上的溶解氧還原反應(yīng)97
4.3.3鋅合金上的溶解氧還原反應(yīng)98
4.4鎳及其合金上的溶解氧還原反應(yīng)99
4.4.1鎳及其合金簡(jiǎn)介99
4.4.2鎳上的溶解氧還原反應(yīng)100
4.4.3鎳合金上的溶解氧還原反應(yīng)101
第5章 海洋微生物對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的影響102
5.1天然海洋微生物膜對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的影響102
5.1.1天然海洋微生物膜的形成發(fā)展過程102
5.1.2天然海水中鈍性金屬材料的開路電位正移現(xiàn)象108
5.1.3天然海洋微生物膜對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的作用機(jī)制109
5.2典型單菌株對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的影響113
5.2.1溶解氧還原反應(yīng)電化學(xué)活性微生物的菌種多樣性114
5.2.2鐵細(xì)菌對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的作用116
5.2.3硫酸鹽還原菌對(duì)溶解氧還原反應(yīng)的作用121
第6章 海洋環(huán)境中溶解氧還原反應(yīng)的利用148
6.1海水金屬空氣電池148
6.1.1海水鋁空氣電池148
6.1.2海水鎂空氣電池168
6.2沉積物微生物燃料電池173
6.2.1微生物燃料電池173
6.2.2沉積物微生物燃料電池178
參考文獻(xiàn)186
《中國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究叢書：海洋環(huán)境腐蝕過程陰極溶解氧還原反應(yīng)》：
1.全面腐蝕
全面腐蝕又稱均勻腐蝕，是指金屬材料與腐蝕介質(zhì)互相接觸的部位均勻地遭到腐蝕損壞的現(xiàn)象。這種腐蝕形態(tài)只有少數(shù)的碳鋼、低合金鋼在全浸腐蝕條件時(shí)出現(xiàn)。全面腐蝕的危險(xiǎn)性相對(duì)而言較小，是一種可預(yù)測(cè)的海洋腐蝕形態(tài)，根據(jù)腐蝕速率和預(yù)期材料壽命，在工程設(shè)計(jì)上預(yù)留腐蝕余量即可。
2.局部腐蝕
局部腐蝕是指在與腐蝕環(huán)境接觸的整個(gè)金屬表面上，某些區(qū)域發(fā)生優(yōu)先集中腐蝕。局部腐蝕主要是由于材料存在表面電化學(xué)不均一，形成局部腐蝕原電池而引發(fā)的。局部腐蝕雖然平均重量損失較小，但由于腐蝕損失主要集中于某些區(qū)域，其危險(xiǎn)性大。下面是幾種常見的局部腐蝕形態(tài)。
1）點(diǎn)蝕
點(diǎn)蝕又稱小孔腐蝕，其突出特點(diǎn)為材料的大部分表面不腐蝕或輕微腐蝕，而在局部區(qū)域產(chǎn)生于表面向內(nèi)擴(kuò)展的點(diǎn)坑。通常在金屬材料的表面缺陷處容易引起點(diǎn)蝕發(fā)生，這些缺陷包括非金屬夾雜、鹽粒及污染物的局部沉積、保護(hù)膜破裂、成分偏析、晶界及晶格缺陷等。對(duì)鈍性材料（如不銹鋼、鋁合金）來講，在海洋環(huán)境中由于大量氯離子的存在，極易在鈍化膜缺陷處發(fā)生點(diǎn)蝕。
2）縫隙腐蝕
縫隙腐蝕是由于金屬表面與其他金屬或非金屬表面形成縫隙，縫隙中電解質(zhì)溶液的溶解氧含量低于縫隙外的，進(jìn)而形成氧濃差電池.導(dǎo)致縫隙部位發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕。海洋環(huán)境中金屬構(gòu)件中的鉚接或鏍釘接頭等都不可避免地存在著縫隙，因而縫隙腐蝕是海洋環(huán)境腐蝕的一種重要腐蝕形式。
3）晶間腐蝕
晶間腐蝕是一種比較特殊的局部選擇性腐蝕，通常腐蝕沿晶界向合金的內(nèi)部發(fā)展，從而使晶粒間的結(jié)合力大幅降低，失去了原有的機(jī)械強(qiáng)度。由于產(chǎn)生晶間腐蝕后，從表面上看金屬材料仍有金屬光澤，幾乎看不到腐蝕，所以其危害性很大。這種腐蝕主要發(fā)生于各種合金材料中，如銅合金、鋁合金、鎳基合金、鎂合金等。
4）電偶腐蝕
又稱接觸腐蝕，是指不同腐蝕電位的兩種金屬在電解質(zhì)溶液中相互接觸時(shí)產(chǎn)生電位差，由此構(gòu)成宏觀腐蝕電池而引起的腐蝕。電偶腐蝕主要發(fā)生在不同金屬接觸及鄰近區(qū)域，對(duì)其他區(qū)域影響較小，腐蝕速率不均勻分布，距離接觸區(qū)域越遠(yuǎn)受到的影響越小。影響電偶腐蝕的因素眾多，主要包括電極電位差、極化性、介質(zhì)性質(zhì)及其導(dǎo)電性、溫度、pH、面積比等。在海洋工程技術(shù)中，采用不同金屬或合金來制造結(jié)構(gòu)物是不可避免的，因此在海洋環(huán)境中發(fā)生電偶腐蝕的情況較普遍。電偶腐蝕可被有效利用，即通常所說的犧牲陽極保護(hù)。
5）應(yīng)力腐蝕
應(yīng)力腐蝕是由殘余或外加應(yīng)力和腐蝕聯(lián)合作用導(dǎo)致的腐蝕損傷。影響應(yīng)力腐蝕的因素包括金屬及合金成分與組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力大小、介質(zhì)的種類及濃度、溫度等。應(yīng)力腐蝕往往會(huì)發(fā)生沒有形變先兆的突然斷裂，容易造成嚴(yán)重事故，其危險(xiǎn)性較大。置于海水中的奧氏體不銹鋼、高強(qiáng)度鋼、鋁合金等都存在應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。
6）氫脆
氫脆是由于氫和應(yīng)力的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。氫脆的影響因素主要包括氫含量、溫度、應(yīng)變速率、金屬材料的強(qiáng)度、成分與組織結(jié)構(gòu)等。處于海洋環(huán)境中的高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼，在陰極保護(hù)下，可能存在過保護(hù)問題，部分氫向鋼內(nèi)部擴(kuò)散。經(jīng)一段孕育期后，在鋼內(nèi)產(chǎn)生裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，最后突然產(chǎn)生氫致延滯斷裂。
7）空泡腐蝕
空泡腐蝕簡(jiǎn)稱空蝕，在一定溫度環(huán)境條件下，材料因腐蝕介質(zhì)局部壓力變化導(dǎo)致空泡形成和潰滅而產(chǎn)生破壞�？张莞g一般認(rèn)為是一種疲勞破壞，形貌一般呈海綿狀和蜂窩狀，有時(shí)產(chǎn)生針孔和麻點(diǎn)。在海洋環(huán)境中，船舶的螺旋槳與泵軸等過流部位是空泡腐蝕發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域。
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