金属结构材料的耐蚀性

关于金属结构材料的耐蚀性金属耐蚀合金化原理纯金属的耐蚀特性

工业上广泛应用的金属材料大多数都是合金，为了更好地掌握并改进合金的耐蚀性，对于作为合金基体或合金元素的纯金属的耐蚀性的了解是完全必要的

在各种腐蚀环境中，纯金属的耐蚀能力主要体现在以下三个方面金属的热力学稳定性

金属的热力学稳定性，可用它们的标准电位值来判断，标准电极电位较正者，热力学稳定性较高；反之标准电极电位较负者，热力学稳定性较低，易被腐蚀第2页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理纯金属的耐蚀特性金属的热力学稳定性金属热力学稳定性的分界依据当氢分压等于1atm（101325Pa）时，在中性（pH=7）水溶液中，氢的平衡电极电位；在酸性（pH=0）的水溶液中；在相应条件下，当金属的标准电极电位分别小于-0.414V和0时，可能发生析氢腐蚀在中性（pH=7）水溶液中，当氧分压力时，其氧的平衡电位。当金属的标准电极电位低于时，可能发生耗氧腐蚀因此，以-0.414V、0、+0.805V为界限，可将纯金属按其标准电位划分为热力学稳定性不同，耐蚀程度不同的四类第3页,共60页，星期六，2024年，5月按金属的标准电位近似地评定其热力学稳定性金属的标准电位V热力学稳定性可能的腐蚀过程金属<-0.414不稳定在含氧的中性水溶液中,既能产生耗氧腐蚀,也能产生析氢腐蚀;在不含氧的中性水溶液中,能产生析氢腐蚀Li、Rb、K、Cs、Ra、Ba、Sr、Ca、Na、La、Mg、Pu、Th、Np、Be、U、Hf、Al、Ti、Zr、V、Mn、Nb、Cr、Zn、Ga、Fe-0.414~0不够稳定在中性水溶液中，仅在含氧或氧化剂的情况下才产生腐蚀（耗氧腐蚀）

在酸性水溶液中，即使不含氧也能产生腐蚀（析氢腐蚀）；当含氧时既产生析氢腐蚀，也能产生耗氧腐蚀Cd、In、Tl、Co、Ni、Mo、Sn、Pb0~+0.805较稳定在不含氧的中性水溶液中不腐蚀；只在含氧的介质中才能产生耗氧腐蚀Bi、Sb、As、Cu、Rh、Hg、Ag>+0.805稳定在含氧的中性水溶液中不腐蚀；只有在含有氧化剂或氧的酸性溶液中，或在含有能生成络合物的物质的介质中才能产生腐蚀Pd、Ir、Pt第4页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理纯金属的耐蚀特性金属的钝化许多热力学不稳定的金属在适当条件下能发生钝化而获得耐蚀能力，可钝化的金属有锆、钛、钽、铌、铝、铬、铍、钼、镁、镍、钴、铁。它们的大多数都是在氧化性介质中容易钝化，而在Cl-、Br-、F-等离子作用下钝态容易受到破坏易钝化的金属，往往作为合金元素加入钢中，使合金钝化而获得耐蚀性热力学不稳定的金属中，除了因钝化耐蚀外，还有因在腐蚀过程初期或一定阶段生成致密的保护性能良好的腐蚀产物膜耐蚀。这种化学转化膜通常为机械钝态膜第5页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径理论依据研究金属及其合金的耐蚀性，可从反映腐蚀速度大小的腐蚀电流的计算式着手，寻求途径

分子是腐蚀反应的推动力，如果减少推动力，可达到防腐蚀的目的，即设法使电极极化；分母是腐蚀反应的阻力，如果增大阻力，也可达到防腐蚀的目的，提高耐蚀性从上面的分析可见提高金属的耐蚀性，可有以下几种途径第6页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径提高金属的热力学稳定性在不耐蚀的金属或合金中加入热力学上稳定的合金元素，制成合金。由于热力学上稳定的元素的电极电位高，它们提高了整个合金的电极电位，提高了合金整体的耐蚀性但热力学上稳定的金属都是贵金属，不亦推广第7页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径减弱合金的阴极活性

这种方法适用于阴极控制的腐蚀过程减小金属或合金中的活性阴极面积减小金属或合金中的活性阴极面积，可促使阴极电流加大，增强阴极极化程度，减小腐蚀反应的推动力，提高合金的耐蚀性固溶处理可使阴极性杂质转入固溶体内，消除作为活性阴极的第二相，减小阴极面积Fe%析氢速率纯铝中杂质铁对其在2mol/HCl中腐蚀速率（析氢腐蚀）的影响第8页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径减弱合金的阴极活性加入析氢超电压高的合金元素往合金中加入析氢超电压高的合金元素，增大合金阴极析氢反应的阻力，可显著降低合金在酸性介质中的腐蚀速率。这种办法只适用于基体金属在某些介质中不会钝化，由析氢超电压控制的析氢腐蚀过程如碳钢和铸铁在稀硫酸中不能形成钝化膜，在碳钢和铸铁中加入电极电位较正的砷、锑、铋或锡，这些析氢超电压较高的元素，可显著降低其在稀硫酸中的腐蚀速率第9页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径减弱合金的阳极活性

这是金属耐蚀合金化措施中最有效，应用最广泛的方法。减弱阳极活性，阻滞阳极溶解过程的进行，可以提高合金钢耐蚀性减小阳极相的面积如果基体是阴极而第二相或合金中其它微小区域（例如晶界）是阳极的情况下，进一步减小微阳极的面积，则可加大阳极极化电流密度，增加阳极极化程度但是，实际合金中第二相是阳极的情况很少，绝大多数合金中的第二相都起阴极作用（阴极相），所以，应用这种耐蚀合金化途径的局限性很大第10页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径减弱合金的阳极活性加入易钝化的合金元素在基体金属中加入易钝化的合金元素，提高整体合金的钝化性能。这是应用最广泛的一种合金化途径，如不锈钢等加入阴极合金元素，促使阳极极化对于有可能钝化的腐蚀体系（包括合金与腐蚀环境），如果往金属或合金中加入强阴极性元素，由于电化学腐蚀中阴极过程加剧，使阴、阳极电流增加，当腐蚀电流密度超过钝化电流密度时，阳极出现钝态，其腐蚀电流急剧下降。这是一种很有发展前途的耐蚀合金化措施第11页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化的途径使合金表面造成电阻大的腐蚀产物膜加入某些元素，促使合金表面生成致密的腐蚀产物膜，加大体系电阻，也能有效地阻滞腐蚀过程的进行例如耐大气腐蚀钢的耐蚀锈层中含有非晶态羟基氧化铁Fex·（OH）3-2x，它的结构是致密的，保护性能非常好。钢中加入Cu、P或P、Cr，则能促进此种非晶态保护膜的生成第12页,共60页，星期六，2024年，5月应用添加合金元素改善钢铁耐蚀性的方法分类具体方法实例减小阳极活性添加把阳极电位向高电位变化的元素或把阳极极化增大的元素在Fe中添加Ni、Mo、W、Cu、Si等（各种耐酸钢）添加促进钝化的元素（在可能钝化的氧化条件下有效）在Fe中添加Cr（高Cr不锈钢）；在Fe中添加Cr、Ni（Cr-Ni不锈钢）；在Ni中添加Cr（Ni-Cr耐热合金）控制阴极活性减少阴极活化度，添加阴极极化性减小的元素（在氢去极化腐蚀时）在Fe中添加As、Sb、Sn等；在高Cr钢、18-8不锈钢中添加少量的Pt、Pd、Ag、Cu，铸铁中的石墨增加阴极活化度，添加使阴极极化性减小的元素（在基体金属可能钝化的条件下有效）造成覆盖层，增大系统的电阻添加在合金表面能形成腐蚀产物-致密的保护膜的元素在Fe中加入Si（高耐酸铸铁）；碳钢中添加Cu、P（耐候钢）第13页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理单相合金的n/8定律塔曼(Tammann)在研究单相(固溶体)合金的耐蚀性时，发现其耐蚀能力与固溶体的成分之间存在一种特殊关系。在给定介质中一种耐蚀组元和另一种不耐蚀的组元组成的固溶体合金，其中耐蚀组元的含量等于12.5%、25%、37.5%、50%、…、原子分数（耐蚀组元的原子数与合金总原子数之比），即相当于1/8、2/8、3/8、…、n/8（n=1，2，3，…，7）时，合金的耐蚀性将出现突然地阶梯式升高，合金的电位亦相应的随之升高，这一规律称为n/8定律，或稳定性阶升定律n/8定律也适用于多元系统的固溶体合金n/8定律是实验总结出来的规律，至今对其解释不统一。并且并非对任何固溶体合金在各种介质中，均会出现稳定性依次突升。对同一种合金，在不同介质中其稳定性台阶值是不同的第14页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理主要合金元素对耐蚀性的影响铬（Cr）铬是热力学不稳定但容易钝化的金属，并且有过钝化倾向

Fe-Cr合金在氧化性介质中易钝化；而在还原性介质中，或非氧化性介质中，不易钝化在氧化性介质中，合金铬含量愈高，愈耐蚀；在还原性介质中合金铬含量愈高，愈不耐蚀，腐蚀速率越高铬是不锈钢的基本合金元素第15页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理主要合金元素对耐蚀性的影响镍（Ni）属于热力学上不够稳定的金属，但比铬、铁稳定。镍也是能钝化的金属，其钝化倾向比铁大些，但不如铬。

Fe-Ni合金在H2SO4、HCl、HNO3中的腐蚀速率都随镍含量的增加而减小并且表明：在给定条件下，合金元素镍在铁基体中的耐蚀不是钝化作用，而使合金的热力学稳定性有所提高。这样的耐蚀作用无论是对氧化性介质，或是还原性介质都是有效的镍作为铁的合金元素对碱有特殊的耐蚀性镍和铬同时加入钢中，形成奥氏体组织，具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、低温韧性镍在奥氏体不锈钢中的含量增加，会增加晶间腐蚀的倾向，这是镍的不利影响第16页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理主要合金元素对耐蚀性的影响钼（Mo）钼是不锈钢、铬镍不锈钢、钛基合金和镍基合金等不锈合金中重要的耐蚀元素合金元素钼，能促使以上合金的钝化。其耐蚀特点是使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀实验证明：钝化膜厚度随钢中钼含量增高而增厚，而膜厚的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，提高耐孔蚀的性能钼对不锈钢耐应力腐蚀破裂性能的影响，在钼含量较低时，对氯化物腐蚀破裂敏感，而钼含量大于4%后，耐应力腐蚀破裂性能提高第17页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理主要合金元素对耐蚀性的影响硅(Si)硅是主要的耐蚀合金元素之一，它在不锈钢、低合金钢、铸铁、镍基合金中都有所应用，它在相应的合金中分别具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用铬镍不锈钢中随硅含量增加，耐应力腐蚀破裂性能显著改善。主要是依靠硅形成的富硅保护膜实现的硅和钼一样具有优良的耐氯离子腐蚀的特性。硅在不锈钢中除起到耐氯化物应力腐蚀破裂的作用外，还能改善耐孔蚀性能，随着铬镍不锈钢中硅含量增加，钢在氯化物中抗孔蚀能力增大。硅与钼复合加入铬镍不锈钢中，对防止孔蚀尤其有效。硅改善不锈钢耐孔蚀性能，是由于提高了钢的钝态稳定性提高低合金钢中的硅含量（到0.7%~2%）对钢的耐海水腐蚀性能是有利的。硅与铬、钼或铜相配合，可得到各种耐海水钢第18页,共60页，星期六，2024年，5月金属耐蚀合金化原理主要合金元素对耐蚀性的影响铜（Cu）铜是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一铜钢耐大气腐蚀，铜起到活性阴极的作用，在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化，从而降低腐蚀速度。但易被Cl-破坏钝化膜，所以铜钢只在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性第19页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性不同金属材料获得耐蚀能力的三种情况钝化不溶性的腐蚀产物膜材料本身的热力学稳定性第20页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属属于这一类的金属主要有：不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金，以及硅铸铁要求使用环境能够促进钝化，如果使用环境不能够促进钝化，就不稳定或不够稳定18-8不锈钢不锈钢：在大气中耐蚀的钢不锈耐酸钢：在各种化学试剂和强腐蚀性介质中耐蚀的钢18-8不锈钢：Cr含量18%左右，Ni含量8~9%的一系列奥氏体不锈钢，及在此基础上发展起来的含Cr、Ni更高的不锈钢。具有优良的耐蚀性和良好的热塑性、冷变形能力和可焊性，是应用最广泛的一类耐酸钢。约占不锈钢总产量的70%

在18-8钢中，Cr是主要钝化元素，Ni也是可钝化元素。在18-8钢中Cr、Ni总量相当于n/8定律的n=2的值第21页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的耐蚀性能耐蚀环境在氧化性介质中：如空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定室温下能耐各种浓度的硝酸和浓硫酸及小于10%浓度的磷酸。在有机酸和有机化合物中大多是稳定的18-8钢中因为Ni的作用，除熔融碱外，对于碱具有很强的耐蚀能力第22页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的耐蚀性能不耐蚀环境沸腾的浓硝酸（>65%）会引起过钝化而剧烈腐蚀；中等浓度以下的硫酸，尤其当温度较高时腐蚀严重；在大于10%浓度的不同温度下的磷酸中不耐蚀；不耐沸腾的冰醋酸；盐酸、氢氟酸等非氧化性酸中，腐蚀严重第23页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的腐蚀破坏特征

有：晶间腐蚀、孔蚀和应力腐蚀破裂18-8钢晶间腐蚀机理主要是由于晶间沉积出铬的碳化物，使晶粒边缘的铬含量降低，引起固溶体中严重缺铬，使铬含量降到钝化所必须的最低含量以下。当与腐蚀性介质接触时，晶间贫铬区相对于碳化物和固溶体其它部分将形成小阳极对大阴极的微电池，而发生严重晶间腐蚀。晶间沉积出铬的碳化物是由于不适当的热处理或焊接工艺所致第24页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的腐蚀破坏特征防止晶间腐蚀的常用方法固溶处理：加热到1100℃左右，随即水淬降低合金中的碳含量至0.03%以下加入比铬更容易生成碳化物的元素，如钛、铌、钽等第25页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的腐蚀破坏特征18-8钢孔蚀的原因在含有卤素离子的盐溶液中，特别是含Cl-的中性溶液，是18-8钢产生孔蚀的最主要的腐蚀环境。使18-8钢钝化，Cl-破坏钝化膜，两者作用强度相当，使18-8钢处于钝态与活态的临界状态第26页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的腐蚀破坏特征18-8钢孔蚀的防止方法

主要是从改善环境和材料两个方面采取措施减少溶液中的卤素离子浓度，结构设计上要注意尽量避免有溶液的滞留区，防止卤素离子的局部浓缩提高溶液的流速，防止杂质附着于金属表面，因为被杂质覆盖的部分往往供氧不足，容易形成所谓的钝性-活性电池第27页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性添加缓蚀剂，如能抑制孔蚀的各种阴离子OH-、NO3-、SO42-、ClO4-，它们能优先于Cl-吸附在金属表面而阻止Cl-的作用不锈钢中增加铬、钼等合金元素，它们可提高孔蚀的击穿电位采用阴极保护，使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动至击穿电位以下，更确切地说，到保护电位以下，而处于钝化区，不发生孔蚀第28页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的腐蚀破坏特征18-8钢应力腐蚀破裂的腐蚀环境高浓度氯化物水溶液、硫化物溶液、浓热碱溶液以及高温高压水等第29页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属18-8不锈钢18-8钢的腐蚀破坏特征防止18-8钢应力腐蚀破裂的方法降低设计应力合理设计与加工减少局部应力集中采用合理的热处理方法，消除残余应力合理选材，去除介质中有害成分，添加缓蚀剂，阴极保护耐高浓度氯化物溶液中的应力腐蚀破裂，加入2~4%的硅；耐硫化物溶液的SCC，使Ti/C>7~8；提高镍含量可减少碱脆破裂敏感性；耐高温水SCC，加入钛、铌、钒第30页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属铝与铝合金铝的特性易钝化：铝的标准电位很低，为-1.67V，化学性很活泼，属于热力学不稳定金属。但铝的钝化倾向很大，不仅空气中的氧，而且溶解在水中的氧，及水本身都是铝的良好的钝化剂Al2O3膜的特性：Al2O3膜（在>85℃的高温水中，膜由Al2O3·H2O组成），可使铝的电位升高到-0.5V左右。此外，Al2O3膜具有两性特征，即既能溶于强酸（非氧化性酸），又能溶于碱中第31页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属铝与铝合金铝的耐蚀性由Al2O3钝化膜提供破坏铝的钝化膜的环境在非氧化性酸及碱中溶解在存在Cl-、F-、Br-、I-的溶液中发生孔蚀1.5m/s以上腐蚀性介质中高速流体冲击；清水中6m/s以上破坏钝化膜第32页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属铝与铝合金强化钝化膜的环境中性、近中性的水中、大气中；氧化性酸或盐溶液中（浓硝酸、发烟硫酸、铬酸盐、重铬酸盐、硝酸盐等）

大多数有机介质中。硫及硫化物中常用的铝合金种类Al-Cu硬铝，但Cu是强阴极，使耐蚀性变坏Al-Si生成Al2O3和SiO2钝化膜，耐蚀性良好Al-Mn、Al-Mg（Al-Mg-Si、Al-Mn-Mg）。Mn、Mg对铝合金的耐蚀性无害；Al-Mn、Al-Mg合金的耐孔蚀较好第33页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属钛与钛合金钛的特性钛是热力学不稳定金属，其标准电极电位为-1.21V，但它的钝化能力比铝、硅都强，即使在含微量氧或氧化剂的介质中，仅仅依靠H+还原的阴极反应就能促使钛阳极极化致钝，并且在很多介质中的钝态区电位范围很宽钛及钛合金依靠钝化耐蚀第34页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属钛与钛合金强化钝化膜的环境含微量氧或氧化剂介质中生成钝化膜仅靠H+还原就能使钛阳极致钝，在很多介质中钝态区范围很宽各种氧化性介质，包括大气、土壤、沸水、过热蒸汽、铬酸（可至沸腾）、浓硝酸（高温高浓度），除发烟硝酸外在中性、弱酸性氯化物溶液中（由于钛的钝化强度高于Cl-的还原作用），不高于100℃的30%FeCl3溶液中，<100℃的任何浓度的NaCl溶液中。25℃的海水中。在王水、次氯酸钠（约100℃）、氯水、湿氯气（约75℃）第35页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属钛与钛合金强化钝化膜的环境若在还原性介质（如盐酸或硫酸）中含有少量氧化剂或添加高价重离子（如铬酸、硝酸、氯、Fe3+、Ti4+、Cu2+、Au3+），或与具有低的析氢超电压的金属铂、钯等相接触，都能使阳极极化。钛钯合金或钛表面渗钯都有相同效果<20%NaOH中耐蚀第36页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属钛与钛合金破坏钝化膜的环境纯的非氧化性酸中；室温下小于5%的稀盐酸或稀硫酸，沸点下约为0.3%。氢氟酸、高温稀磷酸、室温浓磷酸

20%以上NaOH发火反应无水氧化性介质中，或含水量低于2%，存在氯气或含NO2的硝酸等强氧化剂时，发生激烈的发火反应第37页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属钛与钛合金钛合金耐蚀钛合金主要是为提高纯钛在还原性介质中的耐蚀性或耐缝隙腐蚀合金元素主要有Pd、Ni、Mo可使耐硫酸和盐酸的能力有很大提高钛及钛合金的氢脆钛非常容易吸收氢、氧、氮。特别是氢，原子半径小，扩散速度大，即使温度不高也容易被吸收而使钛脆化第38页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属钛与钛合金钛及合金的应力腐蚀破裂在高应力下，苛刻的腐蚀条件发生应力腐蚀破裂环境有发烟硝酸、N2O4、醇及有机溶剂、高温氯化物、盐酸等第39页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属高硅铸铁定义：含14.5~18%Si的铁碳合金高硅铸铁的耐蚀性依靠硅合金化获得钝化能力，钝化膜为SiO2保护膜，属于酸性氧化物遵循n/8定律，稳定性台阶n=2（含14.5%Si）耐蚀环境氧化性酸和盐溶液中稳定在非氧化性酸，如任何浓度的硫酸、磷酸、室温下的盐酸、有机酸等溶液中也有良好的耐蚀性第40页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠钝化获得耐蚀能力的金属高硅铸铁不耐蚀环境有能溶解SiO2膜的溶液或能穿透SiO2膜离子的环境，高硅铸铁不耐蚀。如碱、氢氟酸、氟化物、卤素、亚硫酸等，普通高硅铸铁不耐蚀高硅铸铁的机械性能硬度高、脆性大，抗热冲击能力差第41页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性可钝化或腐蚀产物稳定的金属碳钢与铸铁组织成分与电化学性质组织成分：Fe、Fe3C、C电化学性质

Fe的平衡电极电位最低，热力学上不稳定，可钝化

Fe3C的平衡电极电位较Fe高C的平衡电极电位高于前两者在足够的钝化条件下，可能Fe能获得稳定的钝态在某些环境中，金属表面可能生成稳定的腐蚀产物第42页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性可钝化或腐蚀产物稳定的金属碳钢与铸铁钝化环境强氧化性介质中（如浓HNO3、HClO3、浓H2SO4、AgNO3、KClO3、K2Cr2O7、KMnO4等）可钝化。如85~100%的硫酸能保持比较稳定的钝态；大于50%的硝酸中虽可钝化，但钝态不稳定，大于90%的硝酸发生过钝化生成耐腐蚀产物环境pH>9.5，浓度<30%的碱溶液生成Fe(OH)2和Fe(OH)3的溶解度很小，具有保护作用第43页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性可钝化或腐蚀产物稳定的金属碳钢与铸铁不耐蚀环境>50%的硝酸中浓度>30%的碱溶液中生成的腐蚀产物是可溶性的。水中的二次腐蚀产物Fe(OH)2与Fe(OH)3疏松不具有保护性。水、氧共同作用生成的铁锈nFeO·mFe2O3·pH2O易溶于水中非氧化性介质中耐蚀性很差。如HCl、<70%H2SO4、稀HNO3、H3PO4中腐蚀剧烈。乳酸、草酸、拧檬酸等有机酸中、大气、土壤、海水中第44页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性可钝化或腐蚀产物稳定的金属铅与铅合金铅的电化学性能标准平衡电位-0.13V低于氢，在酸中易产生析氢反应。不具有钝化能力。在某些酸中能生成稳定的腐蚀产物，溶解度很低耐蚀环境浓度低于80%，温度85℃以下，和96%以下的冷硫酸，以及硫酸盐溶液中具有极高的耐蚀能力。原因是腐蚀产物PbSO4在这些溶液中的溶解度极小，有很强的保护性铬酸<40%浓度、磷酸<90%浓度、碳酸、氢氟酸（不充气，浓度<50%）、中性水溶液、水、大气、土壤等介质中，因为生成相应的腐蚀产物溶解度很低，具有保护性第45页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性可钝化或腐蚀产物稳定的金属铅与铅合金不耐蚀环境碱、硝酸、醋酸、一些有机酸中不耐蚀。在这样的环境中生成的腐蚀产物溶解度很高与碱性水泥基础接触发生腐蚀机械性能及合金刚度小，强度低加Sb、锑可提高刚度，强度。但耐蚀性降低铅有毒第46页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属Au、Pt、Ag热力学稳定性高铜及其合金耐蚀环境热力学稳定性较高，一般不会钝化。在酸性溶液中不发生析氢腐蚀，不充气的非氧化性酸，如稀硫酸、盐酸中稳定不含S的大气、水、海水、中性盐溶液中，铜表面生成溶解度极小的腐蚀产物具有保护性第47页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属铜及其合金不耐蚀环境水中含氧化性盐类如Fe3+或铬酸盐，加速铜的腐蚀

在氧化性介质中发生耗氧腐蚀。如硝酸、浓硫酸及双氧水等在碱中不耐蚀，尤其在氨溶液中生成铜的络合离子[Cu(NH3)4]2+迅速腐蚀，如果同时含有氧或氧化剂则腐蚀更为严重不耐硫化物、有硫化物的环境易发生孔蚀第48页,共60页，星期六，2024年，5月常用结构材料的耐蚀性依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属铜及其合金黄铜—铜锌合金耐空泡腐蚀较铜好，制作耐海水的热交换器黄铜常发生的腐蚀破坏形式选择性溶解—黄铜脱锌；应力腐蚀破裂—氨、铵盐、水或水蒸汽中第49页,共60页，星期六，2024年，5月结构材料选择原则根据工艺条件分析对设备材料的要求介质特性与温度、压力介质特性包括相态、组成、浓度、氧化性或还原性，以及变化范围和流速等等特别不能忽视如Cl-等对腐蚀有加速作用的微量杂质一般来说，介质的性质对设备材料的主要要求是耐腐蚀温度设备的操作温度，以及温度的变化范围对材料性能的影响是多方面的。一般随温度的升高，材料的腐蚀速度增加，强度降低而塑性和冲击韧性增高。高温下使用的材料必须具有足够的蠕变极限和抗氧化性能，低温下使用的材料则应具有足够的冲击韧性第50页,共60页，星期六，2024年，5月结构材料选择原则根据工艺条件分析对设备材料的要求介质特性与温度、压力压力对设备的操作压力不只弄清常压、中压、高压还是负压，并且要了解压力分布、变化范围和变化方式，尤其是内应力状况如加工残余应力、温差应力等。通常压力越高，对材料强度和耐蚀性能要求也越高，设备衬里要考虑负压的影响第51页,共60页，星期六，2024年，5月结构材料选择原则根据工艺条件分析对设备材料的要求工艺条件对材料的限制产品纯度要求严格的，选材时必须注意防止某些金属离子对产品的污染要考虑材料的腐蚀产物或材料被磨