金属结构材料的耐蚀特性

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第四章金属结构材料的耐蚀特性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结构材料的选择原则 4.1金属耐蚀合金化原理（1）金属的热力学稳定性判断依据：标准电位值（-0.414V、0V、+0.805V）（2）金属的钝化热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝化；易钝化的金属可作为合金元素。（3）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能1、纯金属的耐蚀特性 （1）提高金属的热力学稳定性（贵金属，难以推广）（2）减弱合金的阴极活性减小金属或合金中的活性阴极面积；通过热处理的方法形成稳定的固溶体。加入吸氢超电压高的合金元素（增大合金阴极析氢反应的阻力）。2、金属耐蚀合金化的途径 （3）减弱合金的阳极活性（是最有效、应用最广泛的方法）减少阳极相的面积；加入易钝化的合金元素；加入阴极合金元素促进阳极钝化。（4）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜 塔曼---合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊关系；对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台阶值是不同的；适用于二元系统能够也使用于多元系统的固溶体合金；至今仍无确切的解释。3、单相合金的确n/8定律 1）铬（Cr）：不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定；与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度的类似铬的耐蚀特性；在钝化条件下，含量越高，耐蚀性越好；在不能实现钝化条件下，随着含量的增高，腐蚀速率反而加大。4、主要合金元素对耐蚀性的影响 2）镍（Ni)：热力学不够稳定；与Fe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率都随着镍的含量的增加而减小；镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是使合金的热力学稳定性提高；在氧化性介质和还原性介质中均有效。 优势：①与铬配合加入铁中获得不锈钢；②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；③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。不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向 3）钼（Mo)：使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀；含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼含量大于4%时，钢的耐应力腐蚀破裂性能提高；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。 4）硅（Si)：具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用；不锈钢随硅含量的增加，耐应力腐蚀破裂性能显著改善（依靠加硅形成富硅保护膜）；耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）；改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）；耐强氧化物腐蚀：形成富集Si,Cr,O的表面膜；Si与Cr,Mo与Cu配合，可以得到各种耐海水钢。 5）铜（Cu)：是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一；耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着活性阴极的作用，在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化，从而降低腐蚀速率；钝化膜易被活性氯离子破坏，所以铜钢只在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性；可提高钢对H2SO4的耐蚀性和合金的热力学稳定性；可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入Cu后，钢的阳极过程受到阻滞，使钝化临界电流密度减小。 4.2常用结构材料的耐蚀性能主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等1）18-8不锈钢（Cr18%,Ni8%-9%;n=2)在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性的强弱有关）不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀。1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属 铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面的保护膜的稳定性。在中性和近中性以及大气中具有很高的稳定性。在氧化性的酸或盐溶液中也十分稳定。常用于浓硝酸的生产中。在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀。在大多数有机介质中有很好的耐蚀性。对硫和硫化物有很好的耐蚀性。加入Cu,Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度。耐蚀铝合金：Al-Mn,Al-Mn-Mg,Al-Mg-Si,Al-Mg。2）铝与铝合金 氧化性介质；沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的混酸、高温高浓度的硝酸。在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等相接触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）。在稀碱溶液中耐蚀。在一定条件下，发生激烈的发火反应。主要品种有：Ti-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-Mo合金容易发生氢脆情况。应力腐蚀破裂。3）钛及钛合金 含14.5-18%的铁碳合金称为高硅铸铁。n=2。表面钝化形成SiO2保护膜。在碱、氢氟酸、氟化物、卤素、亚硫酸等环境中不耐蚀。抗热冲击能力差。4）高硅铸铁 （1）碳钢和铸铁多相合金（2）铅与铅合金常用来制作输送硫酸的泵、管和阀等。*不用用于食品和医药中（千万分之一）。2、可钝化或腐蚀产物稳定的金属： 贵金属具有很高的热力学稳定性，常用于金属结构材料中。铜属于半贵金属。在酸性溶液中不会发生析氢腐蚀。铜在氧化性介质包括含氧酸中发生耗氧腐蚀。铜在溶有氧的碱中不耐蚀。不耐硫化物腐蚀。黄铜合金耐空泡腐蚀性能较好。3、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属： （1）减少溶液中的卤素离子的浓度（设计中尽量避免有溶液的滞留区，防止卤素离子的局部浓缩）。（2）提高溶液的流速（防止杂质附着于金属表面，避免形成所谓的钝性-活性电池）。（3）添加缓蚀剂。（4）增加Cr,Mo等可以提高孔蚀的击穿电位。（5）采用阴极保护（使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动至击穿电位以下）。4、提高不锈钢抗孔蚀的能力： （1）介质的特性与温度、压力（2）工艺条件对材料的限制（3）设备的功能和结构（4）运转及开停车的条件1、根据工艺条件分析对设备材料的要求4.3结构材料的选择原则 首先了解各种材料的共性；然后分析某些材料的特殊性质；全面掌握各种材料的基本特性。2、掌握材料的基本特性 3、材料选择的基本要点耐蚀性力学物理特性加工成型工艺性能材料价格与来源 http://www.intercorr.com/http://corrosion.ksc.nasa.gov/eroscor.htm