材料腐蚀与防护第十讲课件

材料腐蚀与防护1精选课件ppt第十章金属材料的耐蚀性能10.1纯金属的耐蚀性10.2金属耐腐蚀合金化原理10.3铁和铁基合金的耐蚀性10.4其他金属的耐蚀性2精选课件ppt

在恒温恒压条件下，反应的自由能与电动势或电位之间可依据下式转换：

纯金属的热力学稳定性标准电极电位越负，则热力学上越不稳定标准电极电位越正，则热力学上越稳定ΔG=−nFE10.1纯金属的耐蚀性3精选课件ppt2MO2M+O24精选课件ppt5精选课件ppt1.

同一族中：稳定性随元素的原子序数增大而增加2.

最容易钝化金属：长周期偶数列IV、VI，原子内电子层未被填满。3.

最活性的金属：第I主族，比较不稳定的金属位于第II主族金属的耐蚀性与元素周期表活性增大稳定性增大6精选课件ppt耐蚀材料的合金化原理10.2金属耐腐蚀合金化原理7精选课件ppt合金化耐蚀途径的极化图(a）提高阳极金属的平衡电位；（b）增加阴极极化率；（c）增加阳极极化率；（d）加入易钝化元素使之钝化；（e）加入强阴极性元素促进阳极钝化；（f）增大腐蚀体系电阻利用合金化提高金属材料耐蚀性的途径8精选课件ppt：腐蚀过程的推动力

提高金属的热力学稳定性

加入平衡电位较高的合金元素（通常为贵金属），可使合金的平衡电位升高，增加热力学稳定性

塔曼定律或n/8定律

通过合金化把

提高，对于非钝化控制的阳极活化溶解过程，使腐蚀电流降低1.合金化提高热力学稳定性9精选课件ppt•

在实际中的应用有限•

原因：使用大量的贵金属，价格过于昂贵固溶度有限10精选课件ppt•

增加阴极极化率Pc，使阴极反应受阻•

合金化阻滞阴极过程可使腐蚀减轻•

若受氧扩散控制：合金化很难改善耐蚀性能–海水中，不论钢的组织是马氏体还是珠光体，是退火态还是冷加工状态，是碳钢、低合金钢还是铸铁，腐蚀速度都是在0.13mm／a左右2.合金化阻滞阴极过程11精选课件ppt•阻滞析氢腐蚀阴极方法1.消除或减少阴极面积–冶金过程中金属和合金纯净度、固溶热处理2.提高阴极析氢过电位在合金中加入析氢过电位高的元素，增大析氢反应的阻力工业Zn中含Fe或Cu杂质，Fe、Cu的析氢过电位低，成为Zn在酸中腐蚀的有效阴极区，加速Zn的腐蚀；加入析氢过电位高的Cd或Hg，由于增加了析氢反应的阻力，可使Zn的腐蚀速度显著降低12精选课件ppt3.合金化阻滞阳极过程•

增加阳极极化率Pa，使阳极过程受阻：①减少阳极相的面积②加入易于钝化的合金元素③加入阴极性合金元素促进阳极钝化13精选课件ppt•

减少阳极相的面积基体是阴极，第二相或晶界是阳极，减少阳极面积，提高耐蚀性

海水中，A1－Mg合金中的第二相Al2Mg3是阳极，

随着Al2Mg3

逐渐被腐蚀掉，阳极面积减小，

腐蚀速度降低

合金中第二相是阳极的情况很少，

多数合金第二相是阴极相

加大局部腐蚀的危险性（阳极相构成连续的通道）14精选课件ppt加入易钝化元素，提高钝化能力——最有效途径

工业合金的主要基体金属（Fe、Al、Mg、Ni等）在特定的条件下都能够钝化，但钝化能力还不够高Fe要在强氧化性条件下才能自钝化，而在一般的自然环境里（如大气、水介质）不钝化

若加入易钝化的合金元素Cr的量超过12％时，便可在自然环境里保持钝态，即所谓的不锈钢•

加入易于钝化的合金元素15精选课件ppt•加入阴极性合金元素促进阳极钝化

可加入的阴极性合金元素主要是一些电位较正的金属，如Pd、Pt、Ru及其它Pt族金属

灰口铸铁中含有石墨，在20℃的10％硝酸中，石墨的存在使基体Fe处于钝态。

碳钢不能自钝化，在盐酸中，Fe无法钝化，石墨反而使腐蚀增加。

对于可能钝化的腐蚀体系，加入强阴极性合金元素，提高阴极效率，使腐蚀电位正移，合金进入稳定钝化区

只适用于可钝化的腐蚀体系

加入阴极性元素的合金化只需很少（0.1％－0.5％）16精选课件ppt•促使合金表面生成具有保护作用的腐蚀产物•对合金元素和腐蚀产物的要求：1.与基体金属形成固溶体，满足力学性能要求2.腐蚀产物不溶于腐蚀介质、电阻高、致密完整•典型应用：

加入Cu、P、Cr等元素的低合金耐候钢4.合金化增大腐蚀体系的电阻17精选课件ppt18精选课件ppt耐蚀金属材料的分类•成分：–Fe合金，重金属合金，难熔金属合金，贵金属合金等•耐蚀性：①不锈的－在大气条件下和中性电解质②耐酸的－对活性的酸稳定：盐酸、硝酸、硫酸、碱及其它介质稳定③耐热的－高温下对气体腐蚀④耐其它形式腐蚀－如耐磨蚀、抗应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等•组织结构：–固溶体；双相或多相合金；沉淀硬化等复杂合金19精选课件pptFe的耐蚀性在自然环境（大气、天然水、土壤等）中耐腐蚀性相对最差原因：

Fe及其氧化物上氢过电位低，酸性水中氢去极化腐蚀容易Fe及其氧化物上氧离子化过电位低，氧去极化腐蚀容易

铁锈层中Fe3＋参与去极化作用

石墨与渗碳体（Fe3C）具有相当高的阴极效率Fe腐蚀产物的保护性能相当差，Fe(OH)2易溶解

易形成氧浓差电池；

在自然条件下钝化能力弱，在含氧水中远不如Al和Cr稳定10.3铁和铁基合金的耐蚀性20精选课件pptFe在氧化性和非氧化性酸中腐蚀21精选课件ppt铸铁的耐蚀性•铸铁耐蚀性低，合金化后形成耐蚀合金铸铁1.高合金铸铁高Si铸铁：含14－18%Si，SiO2致密保护膜高Ni铸铁：含14-30％Ni，极好的耐碱腐蚀性高Cr铸铁：含15-30％Cr，钝化2.低合金铸铁常用合金元素有

Cu、Sb、Sn、Cr、Ni22精选课件ppt碳钢和低合金钢的耐蚀性

化学成分对耐蚀性的影响—C氧去极化腐蚀占主要地位，起主要作用的是保护膜的性能和氧达到阴极表面的难易程度。1、非氧化性酸中，含C量愈高，碳钢的腐蚀速度愈快钢中含C量增高，其组织中渗碳体量就会增多；2、氧化性酸中，随着C含量的增加，腐蚀速率增高，当C含量超过某一数值后，腐蚀速率下降阴极相（渗碳体）促进了Fe的钝化3、中性或微酸性水溶液中，C含量对碳钢腐蚀速度影响不大23精选课件ppt•

化学成分对耐蚀性的影响—S、PS：–对钢的耐蚀性不利–S增加，酸性溶液中加速溶解，易出现局部腐蚀–S增加，硫化物夹杂增多，诱发点蚀和硫化物应力腐蚀P：–在酸中随P含量的增加，形成磷化物，析氢过电位低，腐蚀速度上升–大气、海水中，P含量与其它合金元素配合能提高钢的耐蚀性24精选课件ppt奥氏体不锈钢•Fe-Cr-Ni型

耐全面腐蚀的性能，决定于钢中Cr、Ni、Mo、Si等合金元素的含量。

只耐稀的和中等浓度的硝酸腐蚀，而不耐浓硝酸腐蚀。

良好的的耐碱液腐蚀能，且随Ni含量升高而增加。•奥氏体不锈钢——SCC敏感80℃以上氯化物和氧的水溶液

硫化物溶液（连多硫酸及含H2S水溶液）

热的浓碱

高温（150－350℃）高压水25精选课件ppt铁素体不锈钢•Fe-Cr型Cr13型、Cr16-19型和Cr25-28型

高Cr铁素体钢屈服强度比奥氏体不锈钢高，成本较低

脆性较大，焊接易引起脆性，耐点蚀性能差，对缺口敏感性高Cr含量的增加提高耐点蚀性能•耐氯化物SCC性能高于奥氏体不锈钢

体心立方点阵晶面易滑移，形成网状位错结构，不易形成线状蚀沟，难于发生穿晶破裂和造成粗大滑移台阶26精选课件ppt马氏体不锈钢

较高的Cr（13-18％），较高的C（0.1-0.9%）2Cr13、3Cr13、4Cr13及9Cr18等

含C量提高，强度、硬度和耐磨性均提高，

但耐蚀性下降（Cr的贫化程度增加）

马氏体钢的耐蚀性与其组织有关：

中温回火形成Cr的碳化物贫Cr降低耐蚀性高温回火，贫Cr减弱，耐蚀性又有所增加27精选课件ppt双相不锈钢•马氏体－铁素体钢1Cr13，耐腐蚀