金属结构材料的耐蚀特性.ppt

第四章第四章 金属结构材料的耐蚀特性金属结构材料的耐蚀特性4.1 4.1 金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性常用结构材料的耐蚀性4.3 4.3 结构材料的选择原则结构材料的选择原则4.1 4.1 金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理（1 1）金属的热力学稳定性）金属的热力学稳定性 判断依据：标准电位值判断依据：标准电位值 （-0.414V、0V、+0.805V）（2 2）金属的钝化）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易钝化的金属可作为合金元素（3 3）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能1、纯金属的耐蚀特性、纯金属的耐蚀特性4.1 4.1 金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理（1 1）提高金属的热力学稳定性）提高金属的热力学稳定性 （贵金属，难以推广）（贵金属，难以推广）（2 2）减弱合金的阴极活性）减弱合金的阴极活性l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稳定的固溶体l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）力）（3 3）减弱合金的阳极活性（是最有效、应用最广泛的方法）减弱合金的阳极活性（是最有效、应用最广泛的方法）l减少阳极相的面积减少阳极相的面积l加入易钝化的合金元素加入易钝化的合金元素l加入阴极合金元素促进阳极钝化加入阴极合金元素促进阳极钝化（4 4）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜2、金属耐蚀合金化的途径、金属耐蚀合金化的途径4.1 4.1 金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理 塔曼塔曼-l合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊关系合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊关系l对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台阶值是不对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台阶值是不同的同的l适用于二元系统能够也使用于多元系统的固溶体合金适用于二元系统能够也使用于多元系统的固溶体合金l至今仍无确切的解释至今仍无确切的解释3、单相合金的确、单相合金的确n/8定律定律4.1 4.1 金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理 铬（铬（CrCr）：）：l是不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定是不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定l与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度的类似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铬的耐蚀特性l在具备钝化的条件下，含量越高，耐蚀性越好在具备钝化的条件下，含量越高，耐蚀性越好l在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速率反而加大率反而加大4 4、主要合金元素对耐蚀性的影响、主要合金元素对耐蚀性的影响 镍（镍（Ni)Ni)：l热力学不够稳定热力学不够稳定l与与Fe-NiFe-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；小；l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l在氧化性介质和还原性介质中均有效在氧化性介质和还原性介质中均有效l优势：优势：与铬配合加入铁中获得不锈钢；与铬配合加入铁中获得不锈钢；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；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；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。性。l不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向4 4、主要合金元素对耐蚀性的影响、主要合金元素对耐蚀性的影响 钼（钼（Mo)Mo)：l使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀l含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼含含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼含量大于量大于4%4%时，钢的耐应力腐蚀破裂性能提高时，钢的耐应力腐蚀破裂性能提高l钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚，而膜厚度的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。增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，提高耐孔蚀性能。4 4、主要合金元素对耐蚀性的影响、主要合金元素对耐蚀性的影响 硅（硅（SiSi)：l在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用抗氧化、耐海水腐蚀等作用l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）加硅形成富硅保护膜）l耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）l改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）l耐强氧化物腐蚀：形成富集耐强氧化物腐蚀：形成富集Si,Cr,O的表面膜的表面膜lSi与与Cr,Mo与与Cu配合，可以得到各种耐海水钢配合，可以得到各种耐海水钢4 4、主要合金元素对耐蚀性的影响、主要合金元素对耐蚀性的影响 铜（铜（Cu)：l是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一；之一；l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；率；l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；有较好的耐蚀性；l可提高钢对可提高钢对H2SO4的耐蚀性：提高了合金的热力学稳定性；的耐蚀性：提高了合金的热力学稳定性；l可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入Cu后，钢的阳极过程受到后，钢的阳极过程受到阻滞，使钝化临界电流密度减小。阻滞，使钝化临界电流密度减小。4 4、主要合金元素对耐蚀性的影响、主要合金元素对耐蚀性的影响4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能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（不锈钢（Cr18%,Ni8%-9%;n=2)l在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定l在酸性介质中（在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性的强弱有关的强弱有关）l不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀1 1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属、依靠钝化获得耐蚀能力的金属4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能l铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面的保护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；膜的稳定性；l在中性和近中性以及大气中具有很高的稳定性；在氧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化性的酸或盐溶液中也十分稳定l常用于浓硝酸的生产中常用于浓硝酸的生产中l在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀l在大多数有机介质中有很好的耐蚀性在大多数有机介质中有很好的耐蚀性l对硫和硫化物有很好的耐蚀性对硫和硫化物有很好的耐蚀性l加入加入Cu,Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度等使铝强化，提高纯铝的强度l耐蚀铝合金主要有耐蚀铝合金主要有Al-Mn,Al-Mn-Mg,Al-Mg-Si,Al-Mg2 2、铝与铝合金、铝与铝合金4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能l氧化性介质；沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的氧化性介质；沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的混酸、高温高浓度的硝酸混酸、高温高浓度的硝酸l在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性l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）触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）l在稀碱溶液中耐蚀在稀碱溶液中耐蚀l在一定条件下，发生激烈的发火反应；在一定条件下，发生激烈的发火反应；l主要品种有：主要品种有：Ti-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-MoTi-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-Mo合金合金l容易发生氢脆情况容易发生氢脆情况l应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂3 3、钛及钛合金、钛及钛合金4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能l含含14.5-18%14.5-18%的铁碳合金称为高硅铸铁的铁碳合金称为高硅铸铁ln=2n=2l表面钝化形成表面钝化形成SiOSiO2 2保护膜保护膜l在碱，氢氟酸，氟化物，卤素，亚硫酸等环境中不耐在碱，氢氟酸，氟化物，卤素，亚硫酸等环境中不耐蚀蚀l抗热冲击能力差抗热冲击能力差4 4、高硅铸铁、高硅铸铁4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能（1）碳钢和铸铁）碳钢和铸铁 多相合金多相合金（2）铅与铅合金）铅与铅合金 常用来制作输送硫酸的泵、管和阀等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）不用用于食品和医药中（千万分之一）2 2、可钝化或腐蚀产物稳定的金属：、可钝化或腐蚀产物稳定的金属：4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能贵金属具有很高的热力学稳定性，常用于金属结构材料中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：铜属于半贵金属：在酸性溶液中不会发生析氢腐蚀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铜在溶有氧的碱中不耐蚀 不耐硫化物腐蚀不耐硫化物腐蚀 黄铜合金耐空泡腐蚀性能较好黄铜合金耐空泡腐蚀性能较好3 3、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：4.3 4.3 结构材料的选择原则结构材料的选择原则（1）介质的特性与温度、压力）介质的特性与温度、压力（2）工艺条件对材料的限制）工艺条件对材料的限制（3）设备的功能和结构）设备的功能和结构（4）运转及开停车的条件）运转及开停车的条件1 1、根据工艺条件分析对设备材料的要求、根据工艺条件分析对设备材料的要求4.3 4.3 结构材料的选择原则结构材料的选择原则首先了解各种材料的共性，首先了解各种材料的共性，然后分析某些材料的特殊性质，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全面掌握各种材料的基本特性2 2、掌握材料的基本特性、掌握材料的基本特性4.3 4.3 结构材料的选择原则结构材料的选择原则3 3、材料选择的基本要点、材料选择的基本要点耐蚀性耐蚀性力学物理特性力学物理特性加工成型工艺性能加工成型工艺性能材料价格与来源材料价格与来源4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能（1）减少溶液中的卤素离子的浓度（设计中尽量避免有）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）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（房子杂质附着于金属表面，避免）提高溶液的流速（房子杂质附着于金属表面，避免形成所谓的钝性形成所谓的钝性-活性电池）活性电池）（3）添加缓蚀剂）添加缓蚀剂（4）增加）增加Cr,Mo等可以提高孔蚀的击穿电位的合金元素等可以提高孔蚀的击穿电位的合金元素（5 5）采用阴极保护（使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动）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）至击穿电位以下）1 1、提高不锈钢抗孔蚀的能力：、提高不锈钢抗孔蚀的能力：n nhttp:/