第四章金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性

第四章金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性第一頁，共14頁。二、金屬耐蝕合金化的途徑1.提高金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性：純金屬中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性更高的合金元素，從而提高合金的電極電位，是整體耐蝕性提高，比如銅中加入金，鉻鋼中加入鎳，添加量較高，一般達(dá)到25%~50%.。第二頁，共14頁。2.減弱合金的陰極活性：（1）減小金屬或合金中的活性陰極面積例如，減少純鋁中雜質(zhì)鐵的含量，使純鋁在2mol/L的鹽酸溶液中腐蝕速度大大降低。（2）加入析氫超電壓高的合金元素，增加析氫反應(yīng)阻力例如，在碳鋼和鑄鐵中加入析氫超電壓高的砷、銻、鉍或錫，可顯著降低在非氧化性酸中的腐蝕速度。第三頁，共14頁。3.減弱合金的陽極活性：（1）加入易鈍化金屬元素，提高整體耐蝕性如鐵基合金中加入鉻制成不銹鋼。（2）加入陰極合金元素促使陽極極化對有可能鈍化的金屬，往金屬或合金中加入強(qiáng)陰極性元素，使其陰陽極電流增加而超過鈍化電流密度時，陽極鈍化耐蝕。（3）減小陽極相面積。合金基體是陰極，而其它微量元素是陽極相時，如進(jìn)一步減少陽極面積而使陽極極化電流密度加大使其極化程度增加，腐蝕變緩。4.使合金表面生成電阻大的腐蝕產(chǎn)物膜第四頁，共14頁。三、單相合金的n/8定律塔曼在研究單相合金的耐蝕性時，發(fā)現(xiàn)其耐蝕能力與固溶體的成分之間存在一種特殊關(guān)系。在給定介質(zhì)中一種耐蝕的組元和另一種不耐蝕的組元組成的固溶體合金，其中耐蝕組元的含量等于12.5%、25%、37.5%、50%、……原子分?jǐn)?shù)，即相當(dāng)于1/8、2/8、3/8、4/8、……、n/8時，合金的耐蝕性將出現(xiàn)突然的階梯式的升高。n/8定律不僅適用于二元系統(tǒng)，也適用于多元合金體系，如鉻鎳不銹鋼等。第五頁，共14頁。四、主要合金元素對耐蝕性的影響：P110,老版P851.鉻：鉻易鈍化，是不銹鋼的基本元素，適用于有氧化性的介質(zhì)，還原性介質(zhì)不適用；2.鎳：鎳的鈍化傾向比鐵大、比鉻小，加鎳主要提高合金整體的熱力學(xué)穩(wěn)定性，對氧化性和還原性介質(zhì)都有效，特別對堿有特殊的耐蝕性，與鉻同時使用性能互補。3.鉬：鉬能促進(jìn)合金的鈍化，特別是耐孔蝕性及耐還原性介質(zhì)。4.硅：提高耐孔蝕性和耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力5.銅：銅鋼耐大氣腐蝕性良好，不銹鋼中加銅可以不同程度地提高其在海水的耐縫隙腐蝕的能力。第六頁，共14頁。第二節(jié)常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性一、依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬材料：不銹鋼，鋁及鋁合金，鈦及鈦合金，硅鑄鐵等。1.18-8不銹鋼：鉻18%，鎳8%耐蝕性：在空氣、水、中性溶液和各種氧化性介質(zhì)中十分穩(wěn)定，耐熔融堿之外的堿；不耐蝕：在有氯離子的介質(zhì)中易孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂提高不銹鋼耐孔蝕的方法：（1）減少溶液中鹵素離子的濃度（2）提高溶液流速（3）添加緩蝕劑（4）不銹鋼中增加鉻、鉬等合金含量（5）采用陰極保護(hù)第七頁，共14頁。2.鋁與鋁合金：在近中性介質(zhì)中有較高的穩(wěn)定性，在氧化性酸、鹽中也十分穩(wěn)定，耐有機(jī)介質(zhì)。易發(fā)生孔蝕，大流速沖擊會破壞氧化膜，不耐堿液腐蝕。在非氧化性酸（鹽酸、氫氟酸及稀硫酸）中不穩(wěn)定。純鋁強(qiáng)度較低，鑄造性差，工程材料常用鋁銅合金、鋁硅合金等。3.鈦及鈦合金：鈍化能力比鋁、硅還強(qiáng)。在各種氧化性介質(zhì)中（沸水、土壤、大氣）穩(wěn)定；由于鈍化能力強(qiáng)，在中性或弱酸性氯化物溶液中仍有良好的耐蝕性，固在海水中十分穩(wěn)定；稀堿液中耐蝕。不耐蝕：對純非氧化性酸（鹽酸、稀硫酸）不耐蝕，易產(chǎn)生氫脆。第八頁，共14頁。4.高硅鑄鐵：含14.5~18%的硅的鐵碳合金稱為高硅鑄鐵。在酸、鹽溶液中耐蝕性良好，不耐堿腐蝕第九頁，共14頁。二、可鈍化或腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定的金屬1.碳鋼與鑄鐵:主要成分：鐵、碳、鐵碳化合物耐蝕介質(zhì)：強(qiáng)氧化性介質(zhì)，如：濃硝酸、濃硫酸；稀堿（＜30%）腐蝕介質(zhì)：非氧化性介質(zhì)，稀硝酸、稀硫酸、鹽酸，水、大氣、土壤、海水第十頁，共14頁。2.鉛與鉛合金本身不具備鈍化能力也不能生成穩(wěn)定的產(chǎn)物耐蝕介質(zhì)：稀硫酸（＜80%），高鉻酸（＜40%），磷酸（＜90%），碳酸、氫氟酸及中性溶液，水、大氣、土壤腐蝕介質(zhì)：硝酸，醋酸等有機(jī)酸，普通水泥注：純鉛軟，常加入銻提高硬度，另外鉛有毒使用時要注意。第十一頁，共14頁。三、依靠自身熱力學(xué)穩(wěn)定而耐蝕的金屬:主要有銅、銀、鉑、金，其中常用的是銅。銅的電極電位為+0.35V，在大氣、水、海水或中性鹽溶液中耐蝕，在氧化性介質(zhì)（硝酸、濃硫酸）和含氧的堿特別是氨水中腐蝕嚴(yán)重。銅的常用合金有黃銅（銅鋅合金）、白銅（銅鎳合金）、青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅）。紫銅為純銅，較軟，一般不作為結(jié)構(gòu)材料使用。第十二頁，共14頁。第三節(jié)結(jié)構(gòu)材料的選擇原則正確、合理選材是保證設(shè)備功能的重要環(huán)節(jié)，一般主要考慮：設(shè)備的工作條件，材料特性和經(jīng)濟(jì)因素。