过程装备腐蚀与防护第二版课件 教学课件 作者 闫康平 陈匡民 主编第4章 金属结构材料的耐蚀性.ppt

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1、第四章金属结构材料的耐蚀性§4—1金属耐蚀合金化原理§4—2常用结构材料的耐蚀性§4—3结构材料选择原则§4—1金属耐蚀合金化原理在各种腐蚀环境中，纯金属的耐蚀能力主要体现在三方面一、纯金属的耐蚀特性1.金属的热力学稳定性按标准电势值判断，电势愈正、愈稳定，电势愈负、愈不稳定。若金属的E<0.805时可发生耗氧腐蚀。中性溶液中既发生耗氧又发生析氢腐蚀。中性溶液发生耗氧、酸性发生析氢腐蚀。在不含氧中性酸性溶液中不腐蚀。在含氧中性溶液中也不腐蚀。据此纯金属：3.腐蚀产物膜的保护性能在腐蚀过程初期或一定阶

2、段生成致密的保护性良好的腐蚀产物膜而耐腐蚀。如：铅在硫酸中，铁在磷酸溶液中，铜在盐酸溶液中，锌在大气中。热力学不稳定金属适当条件下钝化获得耐蚀能力。如锆、钛、钽、铌、铬、铝、铍、钼、镁、镍、钴、铁在氧化性介质中钝化。在Cl-、Br-、F-等离子作用下钝态受破坏。易钝化的金属可作为合金元素.2.金属的钝化二、金属耐蚀合金化途径根据各种金属特征，耐蚀合金化途径：1.提高金属热力学稳定性：金属中加热力学稳定性高的合金元素。如铜中加金、镍中加铜、铬钢中加镍，主要是提高电极电势，从而提高合金整体的耐腐蚀性。2.减

3、弱合金阴极活性：适用于阴极控制腐蚀过程(1)减小活性阴极面积酸性溶液中，阴极析氢优先在析氢超电势低的阴极性合金组成物或夹杂物上进行，减少活性阴极数目或面积，电流密度增大，极化程度增强，耐蚀性提高。如：减少钝铝中杂质Fe的含量，则结果在盐酸中腐蚀速度大大降低。(2)加入析氢超电势高的合金元素：增大合金阴极析氢反应阻力，显著降低合金在酸中腐蚀速度。只适用于基体金属不钝化，析氢超电势控制的析氢腐蚀过程。如：碳钢中加砷、锑、铋、锡，降低非氧化性酸中的腐蚀速度。3.减弱合金阳极活性：阻滞阳极过程进行(1)减小阳极

4、相的面积加大阳极电流密度，增大极化程度。(2)加入易钝化合金元素铁加入12-13%Cr制得不锈钢或耐酸钢。(3)加入阴极合金元素促进阳极钝化电化学腐蚀中阴极过程加剧，使电流增加，当超过钝化电流密度时，阳极出现钝化，腐蚀电流急剧下降。4.使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜：加入某些促使合金表面生成致密腐蚀产物膜的元素，加大电阻，阻滞腐蚀。如：钢中加入Cu、P或P与Cr，则促进非晶态保护膜羟基氧化铁FeOx(OH)3-2x生成,结构致密，保护性好。P109三、单相合金n/8定律：塔曼在研究单相(固溶体)合金的

5、耐蚀性时发现：单相合金耐蚀能力随耐蚀组分的原子数与合金总原子数之比为n/8（n=1.2.3‥‥7）呈阶梯式升高，合金电势相应升高，这一规律称n/8规律。n称为稳定性台阶。(3)同一合金在不同介质中其稳定性台阶值不同，并非任何固溶体合金在各个介质中，对应n=1.2‥‥7时均会出现稳定性依次突升。说明:(1)经验总结，无确切解释；(2)适用于二元系统，也适用于多元系统(如铬镍不锈钢)；三、主要合金元素对耐蚀性的影响1.铬(Cr)：铬是不锈钢基本合金元素，热力学不稳定。与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度

6、的类似铬的耐蚀特性。铬在不含卤素离子的氧化性介质中易钝化，铬含量愈高，愈耐蚀。在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速率反而加大。图4-5Fe-Cr合金在25℃HNO3和HCl中的腐蚀速率同合金铬含量的关系2.镍(Ni)：镍是热力学不够稳定(比铁、铬稳定)能钝化(比铁强、比铬差)。如：Fe-Ni合金在H2SO4、HCl或HNO3中都随着镍的含量增加而腐蚀速度减小。镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用是热力学稳定性提高。图4-6铬、镍和铁在0.5mol/LH2SO4中(25℃)的恒电位阳极极化曲线优

7、势：与铬配合加入铁中获得不锈钢,综合了铬镍的优势，耐氧化性介质腐蚀也耐还原性介质腐蚀；形成奥氏体，具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧性。对碱有特殊耐蚀性。不利之处：镍含量增加会增加不锈钢的晶间腐蚀倾向。3.钼(Mo)：是铬、铬镍不锈钢、钛基、镍基合金的耐蚀元素，加入促进钝化。耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子引起的孔蚀。对应力腐蚀，钼含量大于4%，有助于提高钢耐蚀破裂性能，但含量较少则相反。钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚，而膜厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，提高耐孔蚀性能。图4-8

8、钼含量对Cr-Ni不锈钢应力腐蚀破裂敏感性的影响（沸42%MgCl2,应力245.2MPa)4.硅(Si)：硅是主要的耐蚀合金元素之一。耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）不锈钢随硅含量增加耐应力腐蚀显著改善。改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）含硅高的Cr-Ni不锈钢耐孔蚀，耐热硝酸，抗氧化。主要是强氧化性介质中形成富集Si、Cr、O的表面膜。提高Si含量对耐海水腐蚀性能有利，Si与Cr、Mo、Cu相配合可得各种耐海水钢。图4-9Cr-