表面工程 第章 表面工程技术的物理化学基础.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 当大气中的CO2、SO2、NO2或盐类溶解于金属表面的水膜中时，则该水膜即变成电解质溶液，此时金属表面就会进行电化学腐蚀。 对于潮大气腐蚀，由于金属表面的水膜极薄，氧易于通过水膜而促进阳极阳极钝化，同时在很薄的吸附水膜中阳离子的水化困难，使阳极过程受到阻滞。随水膜的减薄，阳极极化的作用也随之减少，因此阳极过程成为主要控制步骤。 对于湿大气腐蚀，由于阴极氧的去极化作用受氧的扩散速度影响，因而腐蚀过程主要受阴极过程控制； 大气腐蚀机理 上一页 下一页 锈层的成分和结构一般分为两层，外层为疏松易剥落的附着层，内层为结构致密、附着性好的氧化物层，它具有一定的保护性能。 有人分析锈层结构，认为耐大气腐蚀钢与普通钢相比，它们的锈层都是由γ-FeOOH，α-FeOOH 和Fe3O4组成。而耐大气腐蚀钢之所以耐蚀，是因为锈层与基体金属之间有一层粘附性好、致密、富集Cr、Cu、P合金元素的非晶态氧化物层，其厚度为50～100μm。 * 大气腐蚀锈层结构 * 防止措施： 研制和选用耐蚀材料。通过合金化在普通碳钢中加入某些适量的合金元素，可以改变锈层的结构特点，生成一层具有保护性的锈层。例如钢中加入Cu、P、Cr、Ni等，尤其是Cu、P元素加入后效果比较显著。 对长期暴露在空气中的金属材料可采用有机、无机涂层和金属镀层保护，使金属与外界的腐蚀物质不发生作用。 控制金属所处环境的相对湿度、温度及含氧量；采用缓蚀剂保护和电化学保护法等。 上一页 下一页 跳 转 * 海水腐蚀 海水是电解质溶液，有关电化学腐蚀的基本规律均适用于海水中金属的腐蚀。其阴极反应是氧的去极化过程，阳极反应为金属的溶解过程。 影响海水腐蚀的主要因素有盐类成分、浓度及含氧量、温度及构件所处的位置、海水流速以及海洋生物等。 海水腐蚀的特点： (1)大多数金属和合金腐蚀速度由阴极极化控制。 (2)海水中Cl-浓度高，对钢、Fe、Zn、Gd等在海水中的电化学腐蚀，其阳极过程阻滞作用很小，增加阳极过程阻力对减轻海水腐蚀的效果不显著。 上一页 下一页 * (3)大多数金属或合金在海水中的电极电位不是一恒定值，而是随着水中溶解氧含量、海水流速、温度以及金属的结构与表面状态等多种因素的变化而变化。 防止措施： a.合理选用金属材料、研制和开发新材料； b.采用涂层保护，如涂防锈油漆等； c.采用电化学保护如外加电流的阴极保 护、阴极镀层和牺牲阳极法。 上一页 下一页 * 土壤腐蚀 土壤腐蚀是一种电化学腐蚀。大多数金属在土壤中的腐蚀是属于氧的去极化腐蚀。 影响土壤腐蚀的因素: a.孔隙度 b.含水量 c.含盐量 d.土壤的导电性 e.土壤的温度 上一页 下一页 * 防止措施： a.覆盖层保护 b.耐蚀金属材料和金属镀层 c.处理土壤，减少其侵蚀性 d.阴极保护。如用适当的覆盖层与阴极保护相结合，对延长地下管道寿命是最经济的方法。这样既可弥补保护层的不足，又可减少阴极保护的电能消耗。 高温腐蚀 高温腐蚀是金属材料在高温下与环境介质发生反应引起的破坏。 * 高温腐蚀分为三类： a.高温气态介质腐蚀。腐蚀介质包括单质气体分子如O2、H2、N2、C12等，非金属化合物气态分子如H2O、CO2、SO2、H2S、CO、CH4、HCl、HF和NH3等。 b.高温液态介质腐蚀。包括高温液态金属腐蚀和熔盐腐蚀等。 c.高温固体介质腐蚀。这是金属在腐蚀性固态颗粒冲刷下发生的高温腐蚀。 上一页 下一页 * 在温度高于200℃工况下，零件表面没有水膜形成。在腐蚀锈皮与被腐蚀金属之间，因结构上存在着差异，将在界面上产生结构内应力，而且各相热膨胀系数不同。锈皮塑性变形能力低且与基体金属间附着力不牢，内应力使锈皮发生破裂、粉化、鼓泡或剥落，从而使高温腐蚀加速。 高温气体腐蚀机理 上一页 下一页 * 防止措施(从合金的设计考虑)： a.使所设计的合金能通过选择性氧化生成优异的保护膜，即通过加入与氧亲和力大而优先氧化的合金元素(Cr、Al、Si)，在合金表面生成薄而