金属腐蚀金属结构材料的耐蚀性优秀PPT.ppt
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1、金属腐蚀 金属结构材料的耐蚀性第一页,本课件共有54页金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理常用结构材料的耐蚀性常用结构材料的耐蚀性结构材料选择原则结构材料选择原则内容:内容:第二页,本课件共有54页一、金属耐蚀合金化原理一、金属耐蚀合金化原理1.纯金属的耐蚀特性纯金属的耐蚀特性工况工况:工业上广泛应用的金属结构材料多:工业上广泛应用的金属结构材料多是合金,需要提高耐蚀性是合金,需要提高耐蚀性提高方法?提高方法?耐蚀能力的宏观表现?第三页,本课件共有54页I.金属的热力学稳定性金属的热力学稳定性由标准电位值判断由标准电位值判断P18,表1-7 耐蚀能力的宏观表现耐蚀能力的宏观表现三性三性热力学稳
2、定性热力学稳定性E=0 V正正负负高高低低溶剂pH 7的中性溶液 0的酸性溶液 氢电极平衡电位 E(V)-0.4140.000氧电极平衡电位 E(V)0.8151.229AK第四页,本课件共有54页 1.229第五页,本课件共有54页E/V第六页,本课件共有54页II 金属的钝性金属的钝性在适当条件下由于发生钝化而获得耐蚀性的在适当条件下由于发生钝化而获得耐蚀性的热力学不稳定金属(热力学不稳定金属(可钝化金属可钝化金属):Fe,Al,Zr,Ti,Ta,Nb,Cr,Be,Mo,Mg,Ni,Co特征特征:多数在氧化性介质中易钝化,而在多数在氧化性介质中易钝化,而在Cl-,Br-,F-等离子作用下,
3、钝态易受到破坏等离子作用下,钝态易受到破坏应用应用:多作为合金元素加入钢中,使合金钝多作为合金元素加入钢中,使合金钝化而提高耐蚀性化而提高耐蚀性第七页,本课件共有54页III 腐蚀产物的保护性腐蚀产物的保护性提高热力学不稳定金属的耐蚀性钝化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,化学转化膜机械钝态膜主要工业用耐蚀金属材料主要工业用耐蚀金属材料:Cu,Ni,Al,Mg,Ti,Zr,等应用比较广泛的合金应用比较广泛的合金:铁合金、铜合金、镍合金、钛合金、铝合金、镁合金等第八页,本课件共有54页2.金属耐蚀合金化的途径金属耐蚀合金化的途径腐腐蚀蚀电电流流大大小小表表征征腐腐蚀蚀速
4、速度度腐蚀反应的推动力腐蚀反应的推动力系统的热力学稳定性系统的热力学稳定性腐蚀过程的阻力腐蚀过程的阻力提高耐蚀性提高耐蚀性降低腐蚀速度降低腐蚀电流降低腐蚀电流增大系统阻力增大系统阻力减小系统推动力减小系统推动力第九页,本课件共有54页I.减小系统推动力减小系统推动力提高金属的热力学稳定性提高金属的热力学稳定性1)原理原理:将热力学稳定性高的合金元素加入到原来耐蚀性不好的纯金属或合金中形成特殊合金,利用合金元素固有的高热力学稳定性提高合金的电极电位,进而提高合金整体的耐蚀性2)实例实例:铜中加金,镍中加铜,铬钢中加镍3)局限性局限性:往往需添加大量的贵金属才有效,成本较高,应用受限 第十页,本课
5、件共有54页II.增大系统阻力增大系统阻力阴极、阳极、电阻阴极、阳极、电阻2.减弱合金的阴极活性减弱合金的阴极活性适用于阴极控制的腐蚀过适用于阴极控制的腐蚀过程程措施:措施:1)减少金属或合金中的活性阴极相)减少金属或合金中的活性阴极相原理原理:金属或合金在酸溶液中腐蚀时,阴极析氢反应优:金属或合金在酸溶液中腐蚀时,阴极析氢反应优先在析氢超电压低的阴极性合金组成物或夹杂物上进行,先在析氢超电压低的阴极性合金组成物或夹杂物上进行,减少合金中的阴极相,就减少了活性阴极数目或面积减少合金中的阴极相,就减少了活性阴极数目或面积,增,增大阴极极化电流密度,增强阴极极化程度,提高合金的耐蚀大阴极极化电流密
6、度,增强阴极极化程度,提高合金的耐蚀性;性;采用热处理方法采用热处理方法:固溶处理等,消除作为活性阴极的第:固溶处理等,消除作为活性阴极的第二相二相第十一页,本课件共有54页2)加入析氢超电压高的合金元素)加入析氢超电压高的合金元素原理原理:加入析氢超电压高的合金元素 合金阴极析氢反应的阻力增大阻力增大 极大降低极大降低合金在酸中的腐蚀速度局限性局限性:只适用于基体金属不会钝化、由析氢超电压控制的析氢腐蚀 实例实例:碳钢或铸铁中加入析氢超电压高的砷、锑、铋、锡P83,图4-2第十二页,本课件共有54页3.减弱合金的阳极活性减弱合金的阳极活性适用范围最广、最有适用范围最广、最有效的提高金属耐蚀合
7、金化途径效的提高金属耐蚀合金化途径原理原理:减弱合金的阳极活性,阻滞阳极过程阻滞阳极过程的进行的进行,提高合金的耐蚀性措施措施:1)减小阳极相的面积)减小阳极相的面积使用条件使用条件:腐蚀过程中,合金基体为K,而第二相(如强化相)或合金中其它微小区域(如晶界)为A,减小阳极面积,增大阳极极化电流密度,增加阳极极增加阳极极化程度,降低腐蚀速度化程度,降低腐蚀速度实例实例:Al-Mg合金中强化相Al2Mg3对基体是阳极局限性局限性: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是阴极相大多数合金中的第二相都是阴极相,起阴极作用第十三页,本课件共有54页2)加入易钝化的合金元素)加入易钝
8、化的合金元素应用最广泛的一种耐蚀合金化途径应用最广泛的一种耐蚀合金化途径原理原理:在钝化能力不强的基体金属中加入更容易钝化的合金元素,提高合金的整体钝性,显著提高耐蚀性实例实例:铁中加入Cr制备或耐酸钢等工业上大量使用的可钝化基体元素工业上大量使用的可钝化基体元素:Fe,Al,Mg,Ni等第十四页,本课件共有54页3)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很有发展前途的一种耐蚀合金化措施很有发展前途的一种耐蚀合金化措施原理原理:有可能钝化的腐蚀体系(合金与腐蚀环境),往金属或合金中加入强阴极性元素往金属或合金中加入强阴极性元素,会加剧电化学腐蚀的阴极过程,增加阴、阳极电流,
9、当腐蚀电流密度超过钝化电流密度时,阳极腐蚀电流密度超过钝化电流密度时,阳极出现钝态出现钝态,腐蚀电流急剧下降第十五页,本课件共有54页III.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原理原理:加入某些元素促使合金表面生成致密腐蚀产物膜,增大体系电阻,有效阻滞腐蚀过程进行实例实例:耐大气腐蚀钢的耐蚀锈层结构中多含致密结构的非晶态羟基氧化铁,钢中加入Cu,P或P,Cr能促进该保护膜的生成第十六页,本课件共有54页实际耐蚀合金通盘考虑,相互配合各类合实际耐蚀合金通盘考虑,相互配合各类合金元素的效果,提高综合性能金元素的效果,提高综合性能P109 表表4-2第十七页,本课件共有
10、54页3.单相合金的单相合金的 n/8定律定律稳定性阶升定律稳定性阶升定律合金含量合金含量耐耐蚀蚀性性1/82/83/8当耐蚀组元的含量相当于n/8 (n=1,2,7)时,合金的耐蚀性出现突然耐蚀性出现突然的阶梯式升高的阶梯式升高,合金的电位相应随之升高n稳定性台阶或稳定性边界适用领域适用领域:适用于适用于二元及其以二元及其以上多元系统的固溶体合金上多元系统的固溶体合金第十八页,本课件共有54页注意注意:1)n/8定律适用于二元及其以上多元系统的固溶体合金;定律适用于二元及其以上多元系统的固溶体合金;2)并非任何固溶体合金在各种介质中对应)并非任何固溶体合金在各种介质中对应n=1,2,7 时均
11、会出时均会出现耐蚀稳定性的依次突升;现耐蚀稳定性的依次突升;3)同一合金在不同介质中的稳定性台阶值不同;)同一合金在不同介质中的稳定性台阶值不同;3)n/8定律是经验规律,定律是经验规律,确切原因需要你们将来完成确切原因需要你们将来完成;实实例例:第十九页,本课件共有54页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元素元素特点与作用特点与作用应用应用Cr热力学不稳定热力学不稳定,在不含卤素离子的氧化性介质中易钝化,由其组成的Fe,Ni,Ti合金也易钝化,有过钝化倾向,在具备钝化条件下具备钝化条件下(适当氧化性),耐蚀性随(适当氧化性),耐蚀性随Cr含量的升高而增大含量的升高而增大
12、,但是在不能实在不能实现钝化条件(还原性或氧化性不足或过高)下,耐蚀性随现钝化条件(还原性或氧化性不足或过高)下,耐蚀性随Cr含量含量的升高而变差的升高而变差,适用于氧化性适当的介质适用于氧化性适当的介质P85图图4-5Ni1)热力学不够稳定热力学不够稳定,但比Cr,Fe稳定,能钝化,钝化倾向:Fe Ni Cr。随Ni含量增大,在H2SO4,HCl,HNO3中的Fe-Ni合金(实际少用)的耐蚀性增强,热力学稳定性提高,不是钝化作用提高耐蚀性,适用于氧化性和还原性介质适用于氧化性和还原性介质;2)实际上,Ni常与Cr配合使用,将铬的优良钝化性与镍对还原性介质的一定耐蚀性耦合,提高不锈钢的耐蚀性;
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