材料腐蚀学第4章.ppt

(1) 高温气态介质腐蚀 又称为高温氧化，高温气体腐蚀，干腐蚀或燃气腐蚀。 介质包括： 单质分子：O2, H2, N2, F2, Cl2等； 非金属化合物气态分子：H2O, CO2, SO2, H2S, CO, CH4, HCl, HF等； 金属氧化物气态分子：MoO3, V2O5； 金属盐气态分子：NaCl, Na2SO4等。 (2) 高温液态介质腐蚀 又称为熔盐腐蚀，腐蚀介质有熔盐，如：V2O5和液态金属Pb,Sn,Bi,Hg。 既有电化学腐蚀，也有物理溶解作用。 高温气体腐蚀有时又称为化学腐蚀。 (3) 高温固态介质腐蚀 也称高温磨蚀或冲蚀，实际是金属在腐蚀性固态颗粒冲刷下发生的高温腐蚀。 介质有：金属与非金属固态粒子，如：C, S, Al, Hg粒子,V2O5氧化物,NaCl颗粒等。 对于任一氧化反应：M + O2 ? MO2 能否发生的判据： ?rGm? 对上述反应： 4-4-2 金属高温氧化的热力学判据 ＜0 正向可能 =0 平衡 ＞0 反向可能 =?rGm? + RTln( ) (pO2/p?) 1 ?rGm? =-RTlnK? (pO2/p?) 1 =-RTln( ) (pO2) pO2 ? rGm =RTln( ) pO2 ＞ pO2 正向进行 pO2 = pO2平衡 pO2 ＜ pO2 反向进行 金属氧化判据： pO2称为氧化物的分解压 即某温度下氧化物不分解所需最小压力。 判断金属氧化性的步骤： 查表求?rGm? 分解压pO2 计算 气相中氧的分压pO2 比较 金属氧化可能性 判断 ?rGm?值可作为粗略判断的依据 eg： 4/3Al +O2 ? 2/3Al2O3 ?rGm?=-933kJ/mol0 铝比铁的氧化倾向更大 2Fe +O2 ? 2FeO ?rGm?=-414kJ/mol0 上两式相减得： 2FeO+4/3Al?2/3Al2O3+2Fe ?rGm?=-519kJ/mol0 氧化膜中FeO可被Al还原而生成Al2O3 一些金属氧化物的?G? -T 解释不锈钢中加入Cr，Al，Si提高了钢的耐热性。 4-4-3 金属氧化物的结构和性质 金属氧化物是由金属离子和氧离子组成的离子晶体，从结构上分为2类： 混合离子导体 阴离子导体 (1)离子导体型氧化物锈皮 阳离子导体 此类离子导体是严格按化学计量比组成,电导率?约为1?10-6 S/cm。且随T?, ? ?。 * * 第4章 自然环境中的材料腐蚀 自然环境中的腐蚀 4.1大气腐蚀 4.2 海水腐蚀 4.3 土壤腐蚀 4.4 高温腐蚀 第4章 自然环境中的材料腐蚀 4-1 金属在大气中的腐蚀 金属在大气自然条件下发生腐蚀的现象，是金属腐蚀中最普遍的一种。 4-1-1 大气腐蚀的分类 依据金属表面的潮湿程度分类： (1) 干氧化或干的大气腐蚀 (2) 潮的大气腐蚀 (3) 湿的大气腐蚀 4-1-2 大气腐蚀的过程 (1) 金属表面上水膜的形成 水汽膜的形成 形成条件：相对湿度100%，温度露点 形成原因： a 毛细凝聚 b 吸附凝聚 零件之间的间缝和狭缝、氧化物和腐蚀产物以及镀层中的孔隙、材料的裂缝，以及金属表面灰尘和炭粒下的缝隙。 吸附在金属表面上的水分子凝聚 c 化学凝聚 如：露天仓库，户外工作的飞机、设备、仪器，海上运输和水上飞机等 吸附在材料表面上的水分子与材料发生化学作用 金属表面上的易吸水性盐类， 如CuSO4、ZnCl2、NaCl、NH4NO3等 湿膜的形成 形成条件： 相对湿度100%，室外大气或水滴飞溅 (2) 大气腐蚀速度与电极过程特征 钢铁腐蚀速度与液膜厚度的变化关系： ?corr D 0.01?m 1?m 1nm Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅳ 潮和湿大气腐蚀是一种薄液膜下的电化学腐蚀： 阳极： Fe – 2e → Fe2+ 阴极： O2 + 2H2O + 4e → 4OH- （中性或碱性液膜） O2 + 4H+ + 2e → 2H2O （酸性液膜） 随液膜厚度变化，腐蚀速度和电极过程也发生变化 随电解液膜层减薄，氧扩散速度↑，去极化↑，阴极电流密度↑； 阴极过程为氧扩散控制。 结论： 阴极行为： 随电解液膜层减薄，阳极过程受阻滞； 金属或合金在液膜中更易钝化，且i致钝显著减小