第五章金属材料的耐蚀性能

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1、第五章金属的耐蚀性能1铁碳合金2高硅铸铁3低合金钢4不锈钢5有色金属及其合金第一节铁碳合金铁碳合金：碳钢和普通铸铁，是工业上应用最广泛的金属材料。特点：产量大，价格低廉，有较好的力学性能及工艺性能；耐蚀性较差，可采用多种方法进行保护；主要的结构材料，注意其强度。普通铸铁脆性材料，强度低。一、合金元素对耐蚀性能的影响铸铁在大气、海水、酸、碱、盐和其他介质的作用下都会发生腐蚀。不同的使用条件，不同的腐蚀环境，腐蚀过程、机理不同，腐蚀形式也不相同。铁碳合金的基本组成元素为铁和碳，基本组成相为铁素体、渗碳体及石墨。由于在铸

2、铁中渗碳体（阴）的电极电位高于铁素体（阳），而石墨（阴）的电极电位又比渗碳体的高，与电解质溶液接触过程微电池，促进腐蚀。铸铁在各种环境中的耐蚀性主要由其成分和微观组织结构决定。铸铁成分中各元素对其耐蚀性都有影响，碳、硅、锰、磷、硫是铸铁中必然存在的元素。（1）碳（C）碳量愈高，其组织中石墨和渗碳体的含量就愈高。阴极面积增大，析氢反应加速。在非氧化性酸中的腐蚀速度随含碳量增加而加快。在氧化性酸中，阴极组分石墨和渗碳体使合金易转变为钝态，腐蚀速度下降。在中性溶液中，阴极为氧的去极化作用，含碳量变化对腐蚀速度无重大影响。（

3、2）硅元素（Si）铸铁中通常都含有1％～3％的硅。当硅含量达到4％左右时，可适当增加铸铁的耐蚀性。而当硅含量达到14％以上时，铸铁的耐蚀性将显著提高。不过硅含量的增加会使得铸铁的力学性能变得很差，当硅含量大于16％时，铸铁就会变得很脆、很难加工、因此，铸铁中硅含量一般控制在14％～16％内。①硅的加入，可在铸铁表面形成致密的SiO2保护膜，这层膜具有很高的电阻率和较高的化学稳定性，阻止腐蚀介质对铸铁的进一步腐蚀。②硅的加入还可以使铸铁组织中的基体金属即阳极区域产生钝化，提高电极电位，有效地提高铸铁的抗化学腐蚀和电化学

4、腐蚀能力。其他元素（3）锰（Mn）锰和硅在通常含量范围内(Mn0.5％～0.8％，Si1％～2％)，并不影响铸铁的耐蚀性能。（4）硫（S）硫与铁、锰反应生成硫化物呈单独相析出，起阴极夹杂物的作用，加速腐蚀（特别在酸性溶液中）。（5）磷（P）磷（0.05%～0.5％），并不能改变铸铁在中性介质和大气条件下的耐蚀性能，但在某些介质，如未浓缩的无机酸溶液中，磷含量提高，促进析氢反应，导致耐蚀性下降。总的来讲，上述各元素在通常含量范围内对铸铁耐蚀性的影响并不明显。为了改善铸铁耐蚀性，通常向铸铁中加人Ni、Cr、Si、Cu和A

5、l等合金元素；Ti（钛）、V（钒）等元素偶尔也作为合金元素加入。这些元索单独或联合加入对改善铸铁的耐腐蚀性和耐热性有很大的作用。二、耐蚀性能1在中性或碱性溶液中（1）在中性溶液中钢碳合金腐蚀主要为氧去极化腐蚀。（2）在碱性溶液中稀碱溶液（＜30%），缓释作用，因为在合金表面生成钝化膜。浓碱溶液（＞30%），钝化膜溶解，随温度上升，腐蚀加剧。碱溶液（＞5%）+拉应力→碱脆（液氨、制碱工业）2在酸中——盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、有机酸判断：酸分子的酸根是否具有氧化性。非氧化性酸：阴极是氢离子的去极化作用；氧化性酸：阴极是

6、酸根的去极化作用。（1）盐酸典型非氧化性酸，铁碳合金的电极电位低于氢的电位，腐蚀过程是析氢反应。腐蚀速度随酸的浓度的增高而迅速加快。同一浓度下，温度上升，腐蚀速度也直线上升。在盐酸中，铸铁的腐蚀速度＞碳钢铁碳合金不能直接用作处理盐酸设备的结构材料！（2）硫酸腐蚀速度与硫酸浓度有关。C＜50%，非氧化性酸，析氢反应，腐蚀速度随浓度增大而加大，47%—50%腐蚀速度达到最大值；50%＜C＜75%，腐蚀速度下降；75%＜C＜80%，碳钢钝化，腐蚀速度很低；100%＜C，过剩SO3，碳钢腐蚀速度重新增大。碳钢在发烟硫酸中的使

7、用浓度范围＜105%。铸铁与碳钢的耐蚀性相似，除发烟硫酸外，在85%—100%的硫酸中非常稳定。总结：浓硫酸，温度较高，流速较大——铸铁发烟硫酸——碳钢（铸铁×晶间腐蚀）＜60%的硫酸——铁碳合金不能使用温度＞65℃——铁碳合金不能使用钝化碳钢在硝酸中的钝化随温度的升高而破坏，同时当浓度增加时，又会产生晶间腐蚀。碳钢与铸铁都不宜作为处理硝酸的结构材料。（3）硝酸（4）氢氟酸低浓度（48%—50%）：迅速腐蚀；高浓度（＞75%—80%，65℃下）：良好稳定性。（铁的氟化物膜）在无水氢氟酸中，碳钢耐蚀性更强，但浓度＜70

8、%时，很快腐蚀。碳钢制作储存和运输80%以上的氢氟酸容器。（5）有机酸对铁碳合金腐蚀性最强的有机酸：草酸、甲酸、乙酸和柠檬酸。（但是，与同等浓度的无机酸相比，腐蚀性要弱很多）铁碳合金在有机酸中的腐蚀速度随酸中含氧量增大及温度升高而增大。3盐溶液中——中性、酸性、碱性、氧化性盐溶液（1）中性盐溶液（NaCl）阴极：溶解氧控制的吸氧腐蚀随浓度增加，