第八章-金属腐蚀控制方法.ppt

设备的工作条件——介质、温度、压力 设备的用途、结构设计特点 材料的性能——机械性能、耐蚀性能 材料的价格与来源 8.1.1 纯金属的耐蚀性 不同的电极反应（形成价数不同的离子）有不同的电位 热力学上的稳定性不但取决于金属本身，与腐蚀介质有关 除了热力学稳定性之外，考虑动力学因素 钝化 → 钝态→致密的保护性良好的腐蚀产物膜 金属的耐蚀性与元素周期表 常见金属在同一族中金属的热力学稳定性随元素的原子序数增大而增加 最容易钝化的金属位于长周期的偶数列IV、VI，原子内电子层未被填满 最活性的金属位于第I主族，比较不稳定的金属位于第II主族 8.1.2 耐蚀材料的合金化原理和途径 8.1.2.1 合金化提高热力学稳定性 加入平衡电位较高的合金元素（通常为贵金属），可使合金的平衡电位升高，增加热力学稳定性 合金的电位与其成分的关系无法根据理论进行计算 塔曼定律或n/8定律——合金组分原子分数为n/8（n=1,2,3,4）时，在某些腐蚀介质中，腐蚀速度发生显著变化 8.1.2.2 合金化阻滞阴极过程 阴极过程的阻滞取决于阴极去极化剂还原过程，合金化阻滞阴极过程可使腐蚀减轻 （1）阴极过程受氧的扩散控制的情况 合金化很难改善耐蚀性能 在海水中，不论钢的组织是马氏体还是珠光体，是退火态还是冷加工状态，是碳钢、低合金钢还是铸铁，腐蚀速度都是在0.13mm／a左右 消除或减少阴极面积 ——减少阴极性组分或第二相夹杂的数量或面积→增加阴极反应电流密度→增加阴极极化程度 →提高耐蚀性 提高阴极析氢过电位 ——在合金中加入析氢过电位高的元素，增大析氢反应的阻力 工业Zn中常含有电位较高的Fe或Cu等金属杂质，由于Fe、Cu的析氢过电位较低，析氢反应交换电流密度高，因而成为Zn在酸中腐蚀的有效阴极区，加速Zn的腐蚀；相反，加入析氢过电位高的Cd或Hg，由于增加了析氢反应的阻力，可使Zn的腐蚀速度显著降低 8.1.2.3 合金化阻滞阳极过程 ①减少阳极相的面积 ②加入易于钝化的合金元素 ③加入阴极性合金元素促进阳极钝化 基体是阴极，而第二相或合金中其它微小区域（如晶界）是阳极，减少阳极的面积，增加阳极极化电流密度，阻滞阳极过程的进行，提高合金的耐蚀性 在海水中，A1—Mg合金中的第二相Al2Mg3是阳极，随着Al2Mg3 逐渐被腐蚀掉，阳极面积减小，腐蚀速度降低 实用合金中第二相是阳极的情况很少，大多数合金中的第二相是阴极相 加入易钝化的合金元素，提高合金的钝化能力，自然环境里保持钝态——最有效的途径 工业合金的主要基体金属（Fe、Al、Mg、Ni等）在特定的条件下都能够钝化，但钝化能力还不够高 例如Fe要在强氧化性条件下才能自钝化，而在一般的自然环境里（如大气、水介质）不钝化 若加入易钝化的合金元素Cr的量超过12％时，便可在自然环境里保持钝态，即所谓的不锈钢 对于有可能钝化的腐蚀体系（合金与腐蚀环境），加入强阴极性合金元素，提高阴极效率，使腐蚀电位正移，合金进入稳定的钝化区 可加入的阴极性合金元素主要是一些电位较正的金属，如Pd、Pt及其它Pt族金属 与易钝化元素的合金化（如Fe中加Cr）需要加入较大量合金组分不同，加入阴极性元素的合金化只需很少（0.1％－0.5％），二者同时加入，将是获得高耐蚀合金的最有效方法 这种方法只适用于可钝化的腐蚀体系。例如灰口铸铁中含有石墨，在20℃的10％硝酸中，石墨的存在使基体Fe处于钝态。而碳钢则不能自钝化，在盐酸中，Fe无法钝化，石墨反而使腐蚀增加 8.1.2.4 合金化增大腐蚀体系的电阻 与基体金属形成固溶体，合金满足对力学性能的要求 生成的含有这些元素的腐蚀产物不溶于腐蚀介质、电阻较高、致密完整 典型的应用：加入Cu、P、Cr等元素的低合金耐候钢 8.1.3 耐蚀合金设计特点 腐蚀过程复杂，研制耐蚀合金途径多 根据环境选择最适宜的合金或者研制新的耐蚀合金 合金成分变化的目的是在给定的条件下，增强合金耐蚀性的主要控制因素 采取三种措施使B处金属离开腐蚀区 升高电位：使B点向上移动到钝化区——阳极钝化保护技术 提高溶液的pH：使B点向右移动到钝化区——自钝化技术 降低电位：使B点向下移动到稳定区——阴极保护技术 阴极保护示意图(a)腐蚀电池(b)阴极保护A——阳极，C——阴极，AA——辅助阳极 8.2.3 阴极保护的主要参数 保护电位对应的外加极化电流密度 比最小保护电流密度小，则不能达到完全保护 过大，耗电量大，不经济；超过一定范围时，保护作用降低，即过保护 正保护效应——由于外加阴极极化而使金属本身微电池腐蚀减小的现象 负保护效应——由于外加阴极极化而使金属本身微电池腐蚀更严重的现象 （过保护） 3．最小保