,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章,材料的耐蚀性,5.3,钢铁材料的耐蚀性,5.1,纯金属的耐蚀性,5.2,合金耐蚀途径,第5章 材料的耐蚀性5.3 钢铁材料的耐蚀性5.1 纯金属的,电动序,：标准电极电位较正的金属，其热力学稳定性也较高，,较负的则稳定性较低。,5.1,纯金属的耐蚀性,一、纯金属的热力学稳定性,（,1,）一般说来，金属的热力学稳定性顺着箭头所示的方向而增加。,例如：,电动序：标准电极电位较正的金属，其热力学稳定性也,第5章-材料的耐蚀性概要课件,在热力学不稳定的金属中，有不少金属在适宜的条件下，由活化态转为钝化态而耐蚀。,其中，最容易钝化的金属有,Zr,、,Ti,、,Ta,、,Nb,、,A1,、,Cr,、,Be,、,Mo,、,Mg,、,Ni,、,Co,等。,在热力学不稳定金属中，除了因钝化而耐蚀外，还有在腐蚀过程中由于生成较致密的保护性能良好的腐蚀产物膜而耐蚀,。,如,Pb,在,H,2,SO,4,溶液中，,Fe,在,H,3,PO,4,溶液中，,Mo,在,HCl,中,二、自钝性,三、生成保护性腐蚀产物膜,在热力学不稳定的金属中，有不少金属在适,合金的耐蚀性不仅取决于合金成分、组织等内因，也取决于介质的种类、浓度、温度等外因。由于合金应用环境不同，提高合金耐蚀性的,途径,也不同,。,5.2,合金耐蚀途径,一、提高合金热力学稳定性,用热力学稳定性高的元素进行合金化，,这种方法是向本来不耐蚀的纯金属或合金中加入,热力学稳定性高的合金元素（贵金属）使之成为固溶体。,缺点,是它要消耗大量贵金属，而且合金元素在固溶体中的固溶度也是有限的。,合金的耐蚀性不仅取决于合金成分、组织等内因，也取决于,例如减少工业,Zn,中杂质,Fe,的含量就会减少,Zn,中,FeZn,7,阴极相，降低,Zn,在非氧化性酸中的腐蚀速度。,二、阻滞阴极过程,这种途径适用于,不产生钝化的活化体系,，主要由,阴极控制,的腐蚀过程：提高阴极的过电位，反应驱动力降低。,1,、减少合金的阴极活性面积,阴极析氢过程优先在析氢过电位低的阴极相或阴极活性夹杂物上进行。减少这些阴极相或夹杂物，就是减少活性阴极的面积，从而增加阴极极化程度，提高合金的耐蚀性。,例如减少工业Zn中杂质Fe的含量就会减少Zn中FeZn,可采用热处理方法,(,固溶处理,),使合金成为单相固溶体，消除活性阴极第二相。,可采用热处理方法(固溶处理)使合金成为单相固溶体，消除活性阴,2,、,加入析氢过电位高的合金元素,这种途径适用于由析氢过电位控制的析氢腐蚀过程。,合金中加入析氢过电位高的合金元素，来提高合金的阴极析氢过电位，降低合金在非氧化性或氧化性不强的酸中的活性溶解速度。,2、加入析氢过电位高的合金元素 这种途径适用于由析,例如，,Al-Mg,合金中的第二相,A1,2,Mg,3,是阳极相。腐蚀过程中,A1,2,Mg,3,相逐渐被腐蚀掉，使阳极总量减少，腐蚀速度降低。所以,A1,2,Mg,3,合金耐海水腐蚀性能就比第二相为阴极的硬铝,(Al-Cu),合金好。,三、降低阳极活性,这种方法是提高合金耐蚀措施中最有效、应用最广的方法之一。,1,、减少阳极面积,合金的第二相相对基体是阳极相，在腐蚀过程中减少这些微阳极相的数量可增加阳极极化程度，阻滞阳极过程的进行，提高合金耐蚀性。,例如，Al-Mg合金中的第二相A12Mg3是,Fe-Cr,合金腐蚀速度与含,Cr,量关系,2,、加入易钝化的合金元素,在一定的介质条件下，合金中所加入的耐蚀元素数量必须达到某一个临界值时，才有显著的耐蚀性。例如,:Fe-Cr,合金中，只有当,Cr,的加入量超过,12.5,时，合金才会发生自钝化，其耐蚀性才有显著的提高。,Fe-Cr合金腐蚀速度与含Cr量关系 2、加入易钝化的合金元,该理论认为，在给定腐蚀介质中，当耐蚀组元与不耐蚀组元组成长程有序固溶体，,形成了单由耐蚀组元的原子构成的表面层时，合金在该条件下耐蚀,。但这种耐蚀的长程有序化，,是在耐蚀组元占一定原子分数的情况下发生的。其原子分数通常服从,n,8,定律，其中,n,为,l-7,等。,一般情况下介质的腐蚀性愈强，临界组成要求的,n,数值愈大。如,:CuAu,合金中当金含量,50,(,原子,),时在,900,0,C,浓硝酸中的耐蚀性突然增高。,有序固溶体理论,n/8,定律,Fe-Cr,铸造合金在如,90,o,C,，,85,H,3,PO,4,中,120 h,的腐蚀失重变化,该理论认为，在给定腐蚀介质中，当耐蚀组元与不耐蚀组元,这种途径适用于可能钝化的金属体系。金属或合金中加入阴极性合金元素，可促使合金进入钝化状态。,加入阴极去极化作用的金属，与金属形成原电池，使阳极金属极化，电位升高到稳定钝化区。,阴极性元素一般是正电性的金属，如,Pd,、,Pt,、,Ru,及其它铂族金属；有时也可采用电位不太正的金属。,3,、加入阴极活性元素促进阳极钝化,这种途径适用于可能钝化的金属体系。金,阴极性合金元素的加入量,(,质量分数,),一般为,0.2,-0.5,，最多,1,阴极性合金元素的加入量(质量分数)一般为0.2-0.5，,加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件的：,）腐蚀体系可钝化，否则加入阴极性元素只会加速腐蚀。如果不能钝化，则加入阴极性元素与基体元素构成原电池加速腐蚀。,）加入阴极性元素的种类、数量要同基体合金、环境相适应，加入的阴极性元素要适量，否则加速腐蚀。,加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件的：,加入一些合金元素促使在合金表面生成致密、耐蚀的保护性膜。,如在钢中加入,Cu,、,P,等合金元素，能使低合金钢在一定条件下表面生成一种耐大气腐蚀的非晶态的保护膜。,四、使合金表面生成耐蚀的,腐蚀产物膜,加入一些合金元素促使在合金表面生成致密、,铁形成铁离子的标准平衡电位：,5.3,钢铁材料的耐蚀性,一、铁的耐蚀性,1,、铁的电化学性质及其耐蚀性,铁和其他金属比较,，,其耐腐蚀性较差,，,主要原因,:,铁及其氧化物的氢过电位值、氧过电位值均较低，易于发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀。,铁锈及溶液中的三价铁离子均有良好的去极化作用。,铁的腐蚀产物保护性能较差。,铁易形成氧浓差电池而受蚀。,在自然条件下铁的钝化能力较弱。,铁形成铁离子的标准平衡电位：5.3 钢铁材料的耐蚀性一、,在非氧化性酸（如盐酸）中，腐蚀速度随酸的浓度增加而呈指数关系上升；且在相同浓度的酸中，腐蚀速度随温度的提高也呈指数规律增加。,在氧化性酸中，腐蚀速率先随酸的浓度增加而上升，到一定程度又迅速下降，进入钝态。,铁在酸中的稳定性,铁在酸中的腐蚀状况依酸的性质和浓度呈现不同的规律。,在非氧化性酸（如盐酸）中，腐蚀速度随酸的浓度增加而呈指数关系,铁在常温的碱液中是稳定的。然而当溶液中,NaoH,含量达,30,时，铁的表面膜保护性能下降而且随着温度升高而腐蚀加速,另外铁在熔融碱中也会受到强烈的腐蚀。,铁在酸中的稳定性,铁在常温的碱液中是稳定的。然而当溶液中NaoH含量达30时,合金元素对铁的阳极极化曲线的影响,合金元素对纯铁阳极极化曲线特性点的,影响示意图,(c(H,2,SO,4,):0.5mol/L),2,、合金元素对铁耐蚀性的影响,合金元素对铁的阳极极化曲线的影响合金元素对纯铁阳极极化曲线特,阴极性合金元素对,Fe,的耐腐蚀性影响,合金元素对,Fe,基合金耐蚀性的影响,FeCr18MO2,电流密度,电极电位,FeCr18MO4,FeCr18MO8,1 3 5,1.0,0.6,0.2,w,(Mo)/%,Cr13,Cr18,点蚀电位,v(SCE,),Mo,对,FeCr18,合金阳极极化曲线的影响,钼对高纯的铬不绣钢点蚀电位的影响（,1mol/L NaCl,25,o,C,）,阴极性合金元素对Fe的耐腐蚀性影响合金元素对Fe基合金耐蚀性,二、铸铁的耐蚀性及应用,通常铸铁是不耐腐蚀的，但是铸铁有良好的流动性，能铸成形状复杂的部件，而且还具有优良的加工性能和力学性能，因此在工程中获得了极广泛的应用。,为了提高铸铁的耐蚀性，在铸铁中加入各种合金元素如,Si,Ni,Cr,Al,等。生产出了各类耐蚀合金铸铁。,1,、高,Si,铸铁,在铸铁中加入,14,一,18,Si,便有优良的耐酸性能，它对热硫酸、室温盐酸、浓硝酸、磷酸、有机酸等都有良好的耐蚀性。这是由于表面形成了,层主要是由二氧化硅构成的致密保护膜所致。,二、铸铁的耐蚀性及应用 通常铸铁是不耐腐蚀的，但是,它对热强碱耐蚀性较差，也不耐,HF,或氢氟酸，以及温度较高的盐酸。,当硅含量为,14.5,时，腐蚀速度有明显的降低。但硅含量一般不大于,18,，因含量再大，对耐蚀性改变不大,，,却严重降低了力学性能。,它对热强碱耐蚀性较差，也不耐HF或氢氟酸，以,2,、,Ni,铸铁,镍与硅一样，是促进铸铁石墨化的元素，但其作用仅为硅的,1,3,。,Ni,在铸铁中不形成碳化物，而是全部溶于基体中。依据,Ni,含量不同，可把镍铸铁分为低镍铸铁,(2,-3,),，中镍铸铁,(3%-14%),及高镍铸铁（镍含量,14-18%,）。,低镍铸铁用作浓缩烧碱的蒸煮锅。海水淡化装置中,(,海水泵等,),的理想材料。,高镍铸铁对各种有机和无机还原酸、各类碱溶液、海洋大气、海水和中性盐类水溶液具有非常好的耐蚀性。,2、Ni铸铁 镍与硅一样，是促进铸铁,耐大气腐蚀低合金钢；,耐硫酸露点腐蚀低合金钢；,耐海水腐蚀低合金钢；,三、耐蚀低合金钢,耐蚀低合金钢是低合金钢的一个重要分支。合金元素的添加主要是为了改善钢在不同腐蚀环境中的耐蚀性，一般合金元素总质量不超过,5,。,较成熟的耐蚀低合金钢主要有,：,耐大气腐蚀低合金钢；三、耐蚀低合金钢 耐蚀低合金钢是低,合金元素对钢的耐大气腐蚀作用主要是改变锈层的晶体结构及降低缺陷，提高锈层的致密程度和对钢的附着力。,1,、耐大气腐蚀低合金钢,较有效的合金元素主要有,Cu,、,P,、,Cr,、,Ni,等，这些元素在钢表面富集并形成非晶态层，提高钢在大气环境中的耐蚀能力。,锈层结构分析表明，虽然耐大气腐蚀钢与普通钢锈层都同样由,FeOOH,、,Fe,3,O,4,组成；但大气腐蚀钢生成的锈层与金属基体之间有,50,100um,厚的非晶态的氧化物层，而且该层中还富集着有效合金元素,Cr,、,Cu,、,P,。,合金元素对钢的耐大气腐蚀作用主要是改变锈层的晶体结构,铜是耐大气腐蚀低合金钢中最有效元素，促进晶形氧化物非晶态化。钢中铜的含量一般在,0.2,-0.5,范围内。,磷在钢中通常被视为有害元素之一，,P,在促使锈层非晶态转变具有独特的作用。一般认为,Cu,、,P,复合效果更好。,一般,P,的质量分数为,0.06,0.10,。,铬促进尖晶石型氧化物的生成，与铜配合效果尤为显著。两者共同作用使钢表面形成尖晶石型非晶态保护膜。铬含量,1,2,。,各种元素的作用,铜是耐大气腐蚀低合金钢中最有效元素，促进晶形氧化物非晶态化。,第5章-材料的耐蚀性概要课件,由于高硫重油或煤作燃料中含有,SO,2,和,SO,3,，因此以此为燃料的的锅炉容易发生硫酸露点腐蚀。,2,、耐硫酸露点腐蚀低合金钢,在锅炉的低温部位，由于,SO,3,与水汽作用而凝结成,H,2,SO,4,，引起金属部件腐蚀，称硫酸露点腐蚀。,机理,燃料中的含硫量与空气过剩系数决定了,SO,3,的量；,SO,3,的量影响了露点温度，一般燃气中的含,SO,3,量超过,6*10,-6,，可以使环境露点升高至,150-170,。,燃气中水分含量与金属表面温度决定了凝结,H,2,SO,4,浓度,。,如：金属表面温度,60,度，硫酸浓度为,40%,；金属表面温度,100,度，硫酸浓度为,70%,；在金属表面温度低于露点,20,60,，硫酸浓度最大。,由于高硫重油或煤作燃料中含有SO2和SO3，因此以此,硫酸露点腐蚀的