腐蚀与防护金属及其合金的耐蚀性.pptx

纯金属的耐蚀性（1）热力学稳定性一般情况下，各种纯金属的热力学稳定性可根据其标准电极电位值作出近似的判断。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。根据ph值=7（中性溶液）和0（酸性溶液），氧和氢的平衡电极电位分别为+0.815V和+1.23V，及-0.414V和0.00V，可粗略地把金属分为四类。第1页/共78页第2页/共78页（2）自钝性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。最容易钝化的金属有Zr、Ti、Ta、Nb、Al、Cr、Be、Mo、Mg、Ni、Co等。多数可钝化的金属都是在氧化性介质中易钝化，如在HNO3及强烈通空气中的溶液；当介质中含有活性离子（Cl-、Br-、F-）时，以及在还原性介质中大部分金属的钝态会受到破坏。第3页/共78页生成保护性腐蚀产物膜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H2SO4溶液中，Fe在H3PO4溶液中，Mo在HCl中，Zn在大气中均可生成耐蚀产物膜。第4页/共78页合金的耐蚀性在工程材料中，纯金属使用较少，绝大多数为合金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、温度等外因第5页/共78页提高合金耐蚀途径 由于合金应用环境不同，提高合金耐蚀性的途径也不同。主要有四种途径：提高热力学稳定性阻滞阴极过程阻滞阳极过程使合金表面生成高耐蚀的腐蚀产物膜第6页/共78页a）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，提高合金的热力学稳定性。一般加入贵金属组分的原子分数含量服从塔曼定律，即n/8规律。如Cu中加入Au或Ni，Ni中加入Cr、Cu等。但这种途径不宜广泛应用，首先它要消耗大量贵金属，其次是合金元素在固溶体中的固溶度也是有限的。第7页/共78页b）阻滞阴极过程 这种途径适用于不产生钝化的活化体系，且主要由阴极控制的腐蚀过程，具体途径有以两种：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，就是减少了活性阴极的面积，从而增加阴极极化程度，阻滞阴极过程，提高合金的耐蚀性。第8页/共78页 例如，减少工业Zn中杂质Fe的含量就会减少Zn中FeZn7阴极相，降低Zn在非氧化性酸中的腐蚀速度。Al、Mg及其合金中阴极性夹杂物Fe，不但在酸性介质中增加腐蚀，而且在中性溶液中也有同样的作用。如图所示可采用热处理方法（固溶处理），使合金成为单相固溶体，消除活性阴极第二相，提高合金的耐蚀性。相反，退火或时效处理将降低其耐蚀性。第9页/共78页第10页/共78页2）加入析氢过电位高的合金元素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。例如，在工业纯锌中，含有铁或铜等杂质。加入析氢过电位高的Cd和Hg时，可显著的降低工业纯锌在酸中的溶解速度；在含有较多杂质铁的工业镁中，添加质量分数为0.5%-1%的Mn可大大降低其在氯化物水溶液中的腐蚀速度，如图所示碳钢和铸铁中，加入析氢过电位高的Sb、As、Bi、Sn，可显著地降低其在非氧化性酸中的腐蚀速度。第11页/共78页第12页/共78页c）降低合金的阳极活性 这种方法是提高合金耐蚀措施中最有效、应用最广的方法之一，一般可由以下三个途径来实现 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，可加大阳极极化电流密度，增加阳极极化程度，阻滞阳极过程的进行，提高合金耐蚀性。第13页/共78页 加入易钝化的合金元素 在合金中加入容易钝化的合金元素，提高合金的钝化能力，是增强合金耐蚀性的最重要的方法。加入的易钝化合金元素的效果与合金使用条件以及合金元素加入量有关。一般要与一定氧化能力的介质条件相配合，才能达到耐蚀效果。第14页/共78页 加入阴极性合金元素促进阳极钝化 这种途径适用于可能钝化的金属体系（合金与腐蚀环境）。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，从而形成耐蚀合金。第15页/共78页d）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、高耐蚀的保护膜，从而提高合金的耐蚀性。如在钢中加入Cu、P等合金元素，能使低合金钢（Cor-Ten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。上述几种途径是提高合金耐蚀性的总原则。由于腐蚀过程十分复杂，研制耐蚀合金时，应根据合金使用的环境选择最适宜的途径，才能获得耐蚀性。第16页/共78页（1）钢铁的基本知识纯铁的同素异构转变铁碳相图（2）铁基合金的耐蚀性铁和铁基合金的耐蚀性第17页/共78页u纯铁的同素异构转变金属的多晶型性（同素异构现象）多晶型性转变（同素异构转变）纯铁的同素异构转变-Fe -Fe -Feu纯铁的成分及性能纯铁（工业纯铁）：含杂质0.10%0.20%性能：b=180230MPa 0.2=100170MPa =30%50%=70%80%Ak=128160J HBS=5080 纯铁及其同位素转变1394 912 第18页/共78页铁碳合金中的相 铁碳合金中的 Fe 和 C 可形成铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体三个基本相。这些基本相以机械混合物的形式结合还可形成珠光体（P）和莱氏体（Ld）。铁碳合金中这些基本组织性能各异，其数量、形态、分布直接决定了铁碳合金的性能。另外还有马氏体（钢经淬火所得高硬度相）第19页/共78页u 铁素体（F或）定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体 晶格结构：bcc 最大溶解度：0.02%（727）性能：b=180230MPa 0.2=100170MPa HBS=5080 =30%50%=70%80%ak=160200J/cm 2u-铁素体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，最大溶解度：0.09%（1495）第20页/共78页u奥氏体（A或）定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织）晶格结构：fcc 最大溶解度：2.11%（1148）性能：b400MPa HBS=170220 =40%50%高塑性、无磁 第21页/共78页u 渗碳体（FeFe3 3C C）定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物晶格结构：复杂正交性能：b30MPa HBS=800 0 0 硬而脆（耐磨性好）Fe3C 3Fe+C（石墨）合金渗碳体：（Fe、Me）3CFe3（C、N）或 Fe3（C、B）u 石墨碳晶格结构：简单六方性能:加工性能 机械性能高温第22页/共78页u 珠光体（P）定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%）性能：b750MPa HBS=180 20%25%ak=3040J/cm 2 综合性能第23页/共78页u 莱氏体定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%）性能：硬而脆第24页/共78页马氏体碳在Fe中的过饱和固溶钢经淬火所得高硬度相在FeNi、FeMn合金以及许多有色金属及合金中也发现了马氏体转变马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有规则的表面浮凸第25页/共78页u 铁碳合金分类第26页/共78页 碳钢和铸铁碳钢和铸铁 碳钢和铸铁来源广、价格低。碳钢强度价格低。碳钢强度大大、塑性好、可铸、可锻、可切削加工、可焊接，制造容易。所以，碳钢和铸铁广泛用用作结构材料，碳钢和铸铁的耐蚀性较差结构材料，碳钢和铸铁的耐蚀性较差，在潮湿大气和中性水中均不耐蚀。在酸溶液中钢铁是不能使用的。但在浓硫酸中可以使用浓硫酸中可以使用碳钢，但要防止浓硫酸吸水稀释碳钢，但要防止浓硫酸吸水稀释，故适用于制作密闭容器和输送管道。第27页/共78页常用合金元素：Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、RE(稀土)合金元素分类（根据与碳亲和力的大小）：强碳化物形成元素：Mo、W、Fe、V、Ti、Nb、Zr弱碳化物形成元素：Mn、Cr非碳化物形成元素：Si、Cu、Co、Ni、Al、N、Bv合金元素对钢的相变、组织和性能的影响 都取决于它们与钢中的Fe或C的相互作用 合金钢第28页/共78页钢中合金元素的存在方式：固 溶：合金铁素体合金渗碳体：(Fe、Mn)3C、(Fe、W)3C合金碳化物：VC、TiC、WC、MoC、Cr7C3、Cr23C6 第29页/共78页普通低合金钢普通低合金钢 普通低合金钢是在碳素钢中加入少加入少量合金元素量合金元素(低于低于3%3%)而制得的，其优点优点是改善钢材的强度、韧性、塑性，加工工艺性能也较好，成本低。所以多数普低钢的耐蚀性能和碳钢相差不多，但特特殊环境殊环境中耐蚀性大大优于碳钢。1)耐大气腐蚀低合金钢 含有铜、磷、铬等有效合金元素16MnCu，9MnCuPTi，10PCuRe）。腐蚀速度比低碳钢低3040%。第30页/共78页2)2)耐耐H H2 2S S腐蚀低合金钢腐蚀低合金钢 一是加入钼、铌、钒、钛一是加入钼、铌、钒、钛等碳化物形成元素，以减少固溶体中的碳量；二是二是采用精练技术以降低硫、磷降低硫、磷等有害杂质；三是三是进行回火回火处理，以获取马氏体高温回火组织。其中12AlMoV12AlMoV、12Cr2MoAlV12Cr2MoAlV、40B40B等耐硫化氢腐蚀破坏性能较好。第31页/共78页3)3)耐氢氮氨腐蚀的低合金钢耐氢氮氨腐蚀的低合金钢 合成氨系统和石油加氢系统中的设备材料处于高温高压氢腐蚀氢腐蚀或或高温高压氢氮氨腐蚀氢氮氨腐蚀条件，后者除渗氢引起的鼓泡、开裂以外，还有渗氮引起的材料脆化。我国的抗氢腐蚀低合金钢是加入铌、钒、钛、钼等元素，以生成稳定的碳化物和氮化物，减少因氢和碳反应生成甲烷而造成的脱碳和腐蚀问题。如10MoWVNb钢。第32页/共78页 4)4)耐海水腐蚀低合金耐海水腐蚀低合金钢钢 有效的合金元素有硅、铜、磷、钼、锰、铬、铝、镍、钨、钛等。我国发展耐海水腐蚀低合金钢，主要研制了铜系、磷钒系、磷铌稀土系、铬铝系。如10MnPNbRe，08PV，10CrAlNb钢等。第33页/共78页 高硅铸铁高硅铸铁 当铸铁中硅的含量达到硅的含量达到141417%17%时，称为高硅铸铁。优点：优点：高硅铸铁在氧化性、中性及某些非氧化性酸中均有优良的耐蚀耐蚀性能(硝酸、硫酸、硫酸盐)；耐磨损腐蚀性能也很好；硅钼铸铁(3.54.0%Mo)(3.54.0%Mo)，耐高温盐酸性能。原因：生成致密SiOSiO2 2保护膜，且膜修复能力强。缺点：缺点：物理、机械和加工性能差加工性能差，硬度大，质地脆，强度低，膨胀系数大；加工困难。应用：应用：管道管道(件件)、泵、阀门、塔节、泵、阀门、塔节(铸造形式铸造形式)第34页/共78页 不锈钢不锈钢 不锈钢分为马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体体铁素体双相、沉淀硬化型钢铁素体双相、沉淀硬化型钢五大类(金相组织)。铬是使不锈钢获得优良耐蚀耐蚀性性的主要合金元素，所有不锈钢的含铬量都大于含铬量都大于13%13%(原子分数1/8)1/8)，铬含量愈高，抗蚀愈强。铬不锈钢在氧化性环境中的耐蚀性，其表面易形成致密氧化物(钝钝化化)膜膜。缺点缺点：易发生局部腐蚀,特别是应力腐蚀(占50%)50%)第35页/共78页1)1)马氏体不锈钢马氏体不锈钢 马氏体马氏体不锈钢不锈钢是指具有马氏体组织的铬不锈钢，其碳含量较高碳含量较高（2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13、9Cr189Cr18），含碳量增加，钢的强度、硬度、耐磨性提高，而耐蚀性下降，因此主要用于制造要求高硬度部件高硬度部件(耐磨零件、弹性元件、切削工具),),以及在弱腐蚀性介弱腐蚀性介质质中使用。第36页/共78页2)2)铁素体不锈铁素体不锈钢钢 含铬量在含铬量在18-30%18-30%范围内的铬不锈钢为铁素体钢。作为耐氯化物应力腐蚀破裂耐氯化物应力腐蚀破裂的不锈钢种类得到迅速发展(比铬镍奥氏体不锈钢好)。但普通铁素体不锈钢但普通铁素体不锈钢机械性能较低，冲击韧性差，对晶间腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀敏感性较高。而高纯高铬铁素体不锈钢而高纯高铬铁素体不锈钢如E-E-Brite26-1Brite26-1具有优异的耐蚀性，特别是优异的耐应力腐蚀破裂，耐孔蚀和缝隙腐蚀，耐晶间腐蚀性能。第37页/共78页3 3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢的基本型是基本型是Cr18Ni8-10Cr18Ni8-10 。高温强度、热塑性、冷变形能力、可焊性都非常好，但导热性、冷加工较差、有粘滞现象。耐蚀性耐蚀性较铬不锈钢高（氧化性，中性，弱氧化性介质）。缺点：局部腐蚀缺点：局部腐蚀（晶间腐蚀，孔蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀破裂）。抗局部腐蚀手段抗局部腐蚀手段：提高CrCr和NiNi含量，或加入合金元素(Mo,Cu,Si,Ti(Mo,Cu,Si,Ti或Nb)Nb)，或降低含碳量。第38页/共78页4 4）铁素体）铁素体奥氏体双相不锈钢奥氏体双相不锈钢 铁素体奥氏体双相不锈钢双相不锈钢是在Cr1827%Cr1827%、Ni48%Ni48%的基础上，随用途不同分别分别加入加入MnMn、N N、SiSi、CuCu、TiTi等元素而形成的新型不锈钢。具有强度高(0.20.2约为奥氏体不锈钢的2 2倍)、导热系数大、膨胀系数小的特点；而且抗抗氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性能氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性能优于奥氏体不锈钢优于奥氏体不锈钢，因此近些年得到了迅速的发展。第39页/共78页5 5）沉淀硬化型不锈）沉淀硬化型不锈钢钢 为了既能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能，又具有马氏体不锈钢的高强度能，又具有马氏体不锈钢的高强度，发展沉淀硬化型(PH)(PH)不锈钢是途径之一。它是在最终形成马氏体后，经过时效处理析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化。这类钢具有很高强度，如17-4PH,17-4PH,其屈服强度可达1290MPa1290MPa。耐蚀性和一般不锈钢相同耐蚀性和一般不锈钢相同 。第40页/共78页不锈钢的合理选择和正确使不锈钢的合理选择和正确使用用 不锈钢的品种和牌号很多，而耐蚀性相近，不同的是机械性能和加工性能。必须指出，不锈钢不是万能的必须指出，不锈钢不是万能的，各类不锈钢的耐蚀性有其自身的特点。因此，根据设备的具体环境条件进行合理选择。应特别注意局部腐蚀问题。第41页/共78页 耐热钢耐热钢 高温高压下工作的设备(裂解炉,转化炉,锅炉,蒸汽轮机,热交换器),),必须使用耐热钢(合金)。耐热钢，是指铁含量超过一半的合金。以铁为主，合金元素总量超过50%50%的合金称为铁基耐热合金。以镍为主或以钴为主的合金则分别称为镍基耐热合金和钴基耐热合金。耐热钢要求：优良的高温力学性能(热强性、抗蠕变性)和抗高温氧化性能。第42页/共78页铜及铜合金的耐蚀性 铜及铜合金是常用的有色金属，分为紫铜（纯铜）、黄铜（以Zn为主要合金元素）、青铜（以Sn和Al为主要合金元素）和白铜（以Ni为主要合金元素）主要应用领域：化工、电工、造船、热交换设备等 第43页/共78页铜的耐蚀性特点纯铜的化学稳定性高，标准电极电位为0.345V，比氢高，比氧低，因此铜在一般水溶液中不产生析氢腐蚀，而是耗氧腐蚀介质中无氧化剂时，耐蚀；有氧化剂，加速腐蚀；在中性或弱碱性溶液中，易钝化良好的耐大气腐蚀能力，有腐蚀保护膜由于铜离子（有毒）可阻止海洋生物的附着，因此有好的抗微生物腐蚀的能力强烈腐蚀：潮湿且含有SO2、H2S、Cl2的气体介质中，或在氨、铵盐、氯化物等溶液中（形成了Cu(NH4)2+，电位降低）第44页/共78页铜合金的耐蚀性（1）黄铜的耐蚀性普通黄铜：Cu-Zn二元合金，产品代号HCu，如H68表示含Cu68%的铜锌合金。单相黄铜：wZn39%称为，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、线材、管材等，常用H68、H70、H80，主要用作弹壳和精密仪器；两相黄铜：wZn3945%，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用H59、H62等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。第45页/共78页黄铜在大气、纯净淡水、海水、有机类酸和多种介质的水溶液中有良好的耐蚀性，但在流动海水、热水、蒸汽、无机酸中耐蚀性差主要腐蚀形式：脱锌腐蚀（改善：加锡、磷、砷、锑）应力腐蚀开裂（改善：加锡、砷、硅、铝）特殊黄铜：普通黄铜中加入Al、Si、Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等，提高耐蚀性 如锰铁黄铜，有更好的耐海水腐蚀能力第46页/共78页（2）青铜的耐蚀性青铜：铜合金中除紫铜、黄铜、白铜外，其余的均称为青铜根据所加主要合金元素Sn、Al、Be、Si、Pb等，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。第47页/共78页锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。第48页/共78页铝青铜的性能：强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种耐蚀性好：大气、海水、氯化物溶液耐蚀性差：硝酸、碱，铝质量分数较高的铝青铜有较大的应力腐蚀敏感性第49页/共78页（3）白铜的耐蚀性白铜：CuNi合金 在海水、有机酸、各种盐溶液中有优异的耐蚀性，常制造高耐蚀性的结构和构件总体上讲，铜及其合金均具有很好的耐海洋大气腐蚀的能力第50页/共78页铝及铝合金的耐蚀性铝及其合金的优点：比强度高，塑性好，导电、导热性能优异，优良的加工性能和耐蚀性广泛应用于各种工业领域，特别是航空、航天中，如：铝锂合金第51页/共78页纯铝的耐蚀性特点铝的化学活性高，标准电极电位很低，约为 -1.67V，但有良好的钝化性能 易在大气中生成薄而致密、具有自愈合能力的Al2O3氧化膜，具有良好的耐大气腐蚀能力 工业上采用化学氧化、电化学阳极氧化的方法生成较厚的氧化膜不耐碱蚀，因碱与氧化铝发生反应生成偏铝酸钠和水 但铝在氨水、硅酸钠溶液中耐蚀性较好第52页/共78页不耐酸蚀，但氧化性浓酸能生成钝化膜铝在水中耐蚀性好在含有Cl-、F-的溶液中，容易蚀氧化膜破坏而引起点蚀在含有阴离子Cr2O72-、Cr42-的溶液中，可钝化在含有电位较正的阳离子Fe2、Ni2、Cu 2的溶液中，因二次析出效应，铝会加速腐蚀第53页/共78页铝合金的耐蚀性铝合金为易钝化材料，因而对局部腐蚀敏感防止点蚀：采用AlMn、AlMg合金防止晶间腐蚀：淬火自然时效热处理防止应力腐蚀开裂：纯铝、AlMn、AlMgSi合金没有应力开裂 加入少量过渡元素，如锰、铬、钛、锆、钒等，降低应力开裂，其中铬、锆最好第54页/共78页锂铝合金减少应力腐蚀开裂的途径：采用合理的热处理：人工时效影响很大，有一峰值 添加微量稀土元素Ce 表面包覆铝或离子镀铝第55页/共78页镁及镁合金的耐蚀性镁及镁合金的特性 比重轻比重轻 镁镁(1.74)铝铝(2.70)铁铁(7.87)比强度比强度 比铝、钢高比铝、钢高 良好的阻尼减震性能良好的阻尼减震性能 优良的导电、导热性能优良的导电、导热性能 良好的电磁屏蔽性能良好的电磁屏蔽性能 良好的机加工性能，易回收良好的机加工性能，易回收在飞机、导弹、卫星等航空航天领域及现代通信领域有广泛的应用前景。实际中限制镁及其合金应用的主要因素是耐蚀性差第56页/共78页镁合金：纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金。主要有Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr系 和Mg-Re-Zr系等合金系。它们分为变形镁合金和铸造镁合金（应用更广）第57页/共78页手机、电脑、笔记本电脑等3C产品全镁合金手机、笔记本电脑等全镁合金手机、笔记本电脑等3C3C产品产品第58页/共78页兵器（减重）第59页/共78页飞行器结构件飞行器结构件第60页/共78页镁的耐蚀性特点镁的标准电极电位很低，约为-2.34V 容易形成一层腐蚀产物膜，但此膜疏松多孔，因此镁耐蚀性很差在干燥大气中，形成灰色的保护膜，镁还是稳定的；湿度增加，腐蚀速率增加在许多有机酸、无机酸、中性介质中，腐蚀速率较大；但在铬酸、磷酸、氢氟酸中，形成钝态第61页/共78页在碱性溶液中形成Mg(OH)2保护膜，耐蚀性好在含有S2O62-、Cl-、SO42-等的盐类溶液中，腐蚀速率大；在CrO42-、CrO72-、PO43-中，形成腐蚀产物膜，腐蚀速率小镁中的杂质元素Fe、Ni、Co、Cu会加速腐蚀高温条件下易发生氧化腐蚀。添加Sn、Zn、Al和稀土元素可提高镁抗高温氧化能力 第62页/共78页镁合金的耐蚀性通常镁合金的耐蚀性不及纯镁。镁合金在大气中的耐蚀性不及铝合金，但比低炭钢好。相对湿度大于30时，腐蚀明显增加镁合金在绝大多数介质中（包括有机介质）都不耐腐蚀，相对来说MgMn合金在镁合金中耐蚀性最好镁合金经氧化处理后耐蚀性较好，但为了避免电偶腐蚀，一般要采取绝缘保护第63页/共78页钛及钛合金的耐蚀性Ti：4.507 g/cm3，Tm：1688。钛及其合金密度小，比强度高，热稳定性好，在强腐蚀介质中化学稳定性很高，具有很强的自钝化能力。钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。广泛应用于航空、航天和其它工业领域第64页/共78页钛合金（Ti合金的发展）一般：最高使用温度为500。中国：Ti-Al-Sn-Mo-Si-Nd系，使用温度达550。英美：的Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-1Nb-0.3Mo-0.5Si合金 和Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Nb-0.45Si合金，使用温度可达600。最高：以钛铝金属间化合物为基的Ti3Al基高温钛合 金和TiAl基高温钛合金，使用温度将可达 700以上。第65页/共78页钛及钛合金的一般耐蚀性特点钛的标准电极电位为-1.63V，化学活性虽然很高。但钝化能力强，且具有自修复能力，因此在众多介质中耐蚀性良好。钛的钝化性能比铝、铬、镍、锆、不锈钢好，其钝化特点如下：致钝电位低，临界钝化电流小，钝态稳定性高 钝化电位范围宽 钝态不易被Cl-破坏第66页/共78页在氧化性的酸（硝酸）中，钛的耐蚀性好在盐酸、稀硫酸、磷酸、氢氟酸等非氧化性酸中不耐腐蚀，且随温度和浓度升高，腐蚀严重性增大。但当酸中含有高价重金属离子（如Fe3+、Cu2+）时，可有效抑制钛腐蚀碱性介质中，耐蚀性好；但氨及过氧化氢会加剧钛腐蚀除蚁酸、草酸和较浓的柠檬酸外，在其它有机酸中钛有优异的耐蚀能力第67页/共78页钛及钛合金的局部腐蚀行为与不锈钢、铝合金、铜合金相比，钛及其合金具有较高的抗局部腐蚀能力，尤其是抗点蚀。一定条件下，会产生缝隙腐蚀、应力腐蚀、氢脆、焊缝腐蚀（由于Ti与杂质元素Fe、Cr、Ni等在焊接中易形成偏析的相，优先腐蚀，一般控制这些元素的总质量分数在0.0005以下）第68页/共78页耐蚀钛合金 为提高工业纯钛在还原性酸中的耐蚀性，特别是解决钛的缝隙腐蚀敏感性，采取以下合金化的方法：加入Nb、Ta、Mo等影响钛阳极极化特性的元素，使致钝电位、致钝电流密度降低，稳态钝化电位范围增大 用强阴极性的合金元素Pd、Pt等促进钛的钝化，提高耐蚀性。如Ti0.2Pd第69页/共78页非晶态合金的耐蚀性非晶态合金与同类的晶态合金相比，具有更为优良的物理、化学性能，是颇有前途的新型材料非晶态合金，从热力学上看是亚稳定性的，但与相同或相近成分的晶态合金相比，化学稳定性却很高，具有相当高的耐蚀性能非晶态合金通常采用快淬法制备，冷却速率大于106/s第70页/共78页（1）非晶态合金耐蚀性的特点表面均匀性 化学均匀性：快淬中，原子长程扩散被抑制，因此液-固转化过程中避免了成分起伏、偏析等缺陷，是理想的化学均匀合金 结构均匀性：是一种单相的长程无序、短程有序的均相结构，不存在晶态合金中常见的晶界、位错等缺陷 可见非晶态合金高度均匀，几乎不存在化学、电化学腐蚀的活性点，因此耐蚀性高第71页/共78页钝化膜 耐蚀性与钝化膜的成分、结构、性质有关 如非晶态的Fe10Cr13P7C合金在1M HCl溶液中可自发钝化 对于无稳定钝化膜的非晶态合金，其活性溶解速率远高于晶态金属，有利于致钝离子的富集 非晶态合金表面的钝化膜通常具有较强的修复能力第72页/共78页合金添加元素 非金属元素 在金属-类金属型非晶态合金中，添加硼、硅、碳、磷等元素，通过对钝化的影响，可提高耐蚀性，尤其是磷作用最大（P可促进活性溶解；P5+溶解于水中，不存在于钝化膜中）金属元素 在金属-类金属型非晶态合金中，添加铬、钼、钛等元素，可显著提高耐蚀性，其中铬的作用最大 添加贵金属元素铂、钯、铑、钌等，它们易在膜/基体界面富集，降低阳极活性，提高耐蚀性第73页/共78页（2）非晶态合金的腐蚀行为均匀腐蚀 耐蚀性主要取决于钝化元素的作用，非晶态的组织结构作用次之 晶化处理会使耐蚀性急剧恶化 发生均匀腐蚀的非晶合金，微观上同一部位阴、阳极交替出现，因此具有极高的均匀腐蚀程度局部腐蚀 一般不会发生点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀 非晶合金在酸中阴极极化或在充氢时，易产生氢脆，限制了非晶合金作为结构材料的使用第74页/共78页纳米晶金属的耐蚀性纳米晶体处于热力学的亚稳态 一般以固溶脱溶、晶粒长大或相变等形式变为较稳定的亚稳态或稳定态纳米晶金属材料可分为纳米粉末（零维）、纳米纤维（一维）、纳米薄膜（二维）、纳米块体（三维）、纳米复合材料、纳米结构等6类纳米晶金属腐蚀行为的解释，主要是基于电化学原理及表面钝化膜的形成第75页/共78页纳米粉末 纳米粉末比表面能大、化学活性高，易被氧化或聚集 表面改性处理（表面修饰）：改善纳米 微粒的分散性、耐久性、耐候性、相容性，赋予纳米微粒表面新的物理、化学性能第76页/共78页 纳米薄膜（1）分类第一类是纳米粒子镶嵌在另一种基体材料中的颗粒膜第二类是纳米粒子组成的膜（2）耐蚀性 将复合镀层中的复合颗粒尺寸减少到纳米级，可制备出第一类纳米薄膜，有利于增强耐蚀性（镀层更致密，纳米复合镀层的表面自由能低等因素）第二类纳米薄膜，其电化学腐蚀也存在尺寸效应 太小的尺寸可能导致腐蚀速率增加第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页