金屬腐蚀的防护.doc

第九章 金属腐蚀的防护 前面几章，讲到了金属发生腐蚀的原理，影响腐蚀的速度的多种因素，金属腐蚀破坏的形式，以及在不同环境情况下，发生腐蚀的特征，这些为选择不同的防腐蚀措施提供了环境理论，为了达到金属防护目的而采取综合的方法手段称为防腐蚀，防腐蚀技术虽然很多，但归纳起来可分为以下几点： 1． 正确选择金属材料和改善材料的组织状态， 2． 采取电化学保护， 3． 添加缓蚀剂， 4． 采用有效的表面覆盖层。 每一种防腐蚀措施，都有其应用范围和条件，对于一个具体的腐蚀体系，究竟选择哪一种或哪几种方法，主要根据防腐蚀效果、施工难易和经济效益等方面来确定。 §7-1 正确选择金属材料和改善材料的组织状态 制造在腐蚀环境中工作的机械或构件，势必应选择对使用介质具有耐蚀性的材料。这是进行防腐蚀的积极措施，如果材料选择不当，常是造成腐蚀损坏的主要原因。为此，必须了解这类金属及合金的耐蚀性能以及不同组织状态对腐蚀性能的影响。 一．提高金属材料耐腐蚀性的合金化原则 以前我们曾多次讲到，热力学上最稳定的纯金属材料（即电极电位正）是金、钯、铂等，除了从热力学上判定纯金属耐腐蚀性之外，还存在一些金属虽然在热力学上并不稳定，但在适当条件下，这些金属发生钝化而使表面变得耐蚀。常见的能参与钝化的金属有Zn、Ti、Nb、Al、Cr、Ni、Co等。 在实际机械制造和工程中大量使用的是合金，要提高合金的耐蚀性，其主要措施有： （一）降低合金中阳极相的活性 具体方法是： 1．提高合金的热力学稳定性（提高电极电位），即以热力学稳定性高的元素进行合金化（以电极电位为正的金属加入到电极电位为负的金属中，以提高电极电位为负的金属的耐蚀性），如Cu中加Au，Ni中加Cu，钢（或Cr钢中）加入Ni等。 2．减少阳极区的面积: 腐蚀过程中，如果合金的基体为阴极，强化相为阳极,则减小阳极区面积可提高合金耐蚀性。然而对于大多数合金是难以实现的，如钢中，Fe3C为阴极，基体为阳极，但也有一些合金是可以的，如镁作为铝的的合金元素，其强化相是Al2Mg3（阳极），而基体为阴极。在海水中Al2Mg3逐渐被溶解，阳极面积减小，腐蚀速度下降。因此铝－镁合金，比铝－铜合金（第二相为阴极）在海水中具有更高的耐蚀性。但这种情况很少，多数合金中的第二相为阴极相，故此措施有局限性。 3．促进钝化。使用易钝化的元素进行合金化，如，铁和镍中加入铬。 4．对于能够钝化的腐蚀体系，如果加入活化（强化）阴极的元素（强的阴极性元素）以促进合金到达钝态，如在Cr-Ni不锈钢中加入Pt、Pd、Ag、Au等。―――可使金属的腐蚀电位进入稳定的钝化区，成为耐蚀性合金。 （二）降低合金中阴极相的活性 具体方法是： 1．增加阴极过电位（通常是提高氢的过电位）。当腐蚀过程主要受阴极控制，用合金化方法降低阴极活性可以降低腐蚀速度。其方法之一是提高阴极过电位。通常是提高氢气的过电位，例如，在碳钢和铸铁中加入析氢过电位高的砷、锑、铋和锡，在工业合金中加镉（Cd）。 2．减少阴极面积。大多数合金中夹杂物或强化相作为阴极。减小阴极面积主要是提高合金的纯度，或对合金进行固溶处理得到单相组成。 3．合金表面形成保护膜。 金属的加入能使合金表面形成一层致密的保护膜，从而增大体系的电阻，例如在钢中加入铜和磷，铜中加铝、加锌，不锈钢中加钼（Mo） 二、组织状态与合金耐蚀性关系 1．单相组织比多相组织耐蚀性强（因为不组成原电池），但是在固溶体合金中，贵金属的含量要服从塔曼定律，即n/8定律。n=1、2、3、……6等，例如Fe-Cr合金Cr含量为1／8、2／8，Fe-Si合金，Si含量为2／8，Cu-Au合金中Au为1／8、2／8。 2．当复相组织阴极相能促使阳极相钝化时，在这种条件下，复相组织也耐腐蚀，如硝酸中灰口铁比铁稳定性高。 3．当复相组织中阳极相很少，在介质中经短时间腐蚀，表面的阳极相被腐蚀掉，剩下电位高的阴极性，这时也是耐腐蚀的。 4．晶粒大小对腐蚀速度影响不大，但是粗大的晶粒，晶界杂质多，晶间腐蚀倾向大。 5．在不能钝化体系中，阴极相越少越分散，微电池数量多，越不耐腐蚀。如回火屈氏体和回火马氏体。但是在能钝化体系则不然，大量的分散的PH极能促进阳极钝化，抗蚀性好。 三、耐蚀金属材料 （一）碳钢和铸铁 1．碳钢和普通铸铁耐腐蚀性差，但在碱及碱性的溶液、浓硫酸、浓硝酸、浓氢氟酸中，由于表面形成稳定性膜，耐蚀性较好。 2．耐蚀铸铁。工业上常用的耐蚀铸铁主要为高硅铸铁，含硅量在1.4-1.8％含磷量在0.5-1.1％，具有很好的耐蚀性，对热硫酸、高浓盐酸、浓硝酸、磷酸、有机酸都具有很好的耐蚀性，常用来制造化工厂泵、阀管道，但力学性能较差，如硬度高，难加工，脆性大，易裂。 （二）耐蚀低合金钢 1．耐大气腐蚀，耐大气腐蚀的低合金钢中的合金元素主要有铜、磷