第4章 金属材料的耐蚀性.ppt

* 第四章 金属材料的耐蚀性 主 要 内 容 掌握金属耐蚀合金化的途径、单相合金的n/8定律 掌握一些主要合金元素对耐蚀性的影响 了解常用结构材料的耐蚀性及选材原则 一、纯金属的耐蚀特性 1.金属热力学稳定性 纯金属的热力学稳定性，可按标准电位值来判断。 第一节 金属耐蚀合金化原理 2.金属的钝化 某些金属在一定条件下，可发生钝化而耐蚀，常 见的有：Ti、Nb、Al、Cr、Mo、Mg、Ni、Fe等。钝 化环境为：一般为氧化性介质，但不含有卤素离子。 这些金属往往是合金添加元素。 3.腐蚀产物膜的保护性 除钝化外，有些金属还会形成腐蚀产物膜这类机 械钝化膜。 二、金属耐蚀合金化的途径 若材料耐腐蚀，则其腐蚀速度应降低，从腐蚀电化学角度讲，应降低电池的初始电动势或提高反应阻力（PK+PA+R）。 1.提高金属的热力学稳定性 向纯金属中加入热力学稳定性高的合金元素，提高合金的电极电位，进而提高合金整体的耐蚀性。通常加入的金属为：Cu、Au、Ni 等贵金属。 2.减弱合金的阴极活性 主要用于阴极控制的腐蚀过程。 减小阴极面积——减少合金中的阴极相，阴极极化 加强。 加入析氢超电位高的合金元素——降低合金在酸中 的腐蚀程度。 3.减弱合金的阳极活性 这是耐蚀合金化措施中最有效、应用广泛的方法。 减小阳极相的面积 当合金基体是阴极，而某些成分是阳极时，采用这种方法。这样若能进一步减小微阳极的面积，则可加大阳极极化电流密度，增强阳极极化。实际上，这种合金极少见。 加入易钝化的金属 工程上广泛采用的是碳钢及铁基合金，为提高耐蚀性，往往向其中加入易钝化元素，Al、Ni、Cr等提高合金整体钝化性能。如，向铁中加入18%左右的Cr，8%左右的Ni制得不锈钢。 加入阴极合金促进阳极钝化 对于可钝化材料，加入强阴极性元素，由于阴极反应过程加剧，促使腐蚀电流增大，随着电流不断增大，阳极不断极化，电位变正进入钝化区，阳极出现钝化现象，其腐蚀电流急剧下降，达到防腐目的。这种方法极具前途。 4.使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜 加一些元素使合金表面生成致密的腐蚀产物膜，增大电阻，阻碍腐蚀过程的进行。如：钢中加入Cu、P，促进生成非晶态羟基氧化铁FeOx·(OH)3-2x。 三、单项合金的n/8定律 此定律是塔曼在研究单项合金的耐蚀性时，发现其耐蚀能力与固溶体成分之间存在一种特殊关系：n/8定律。 塔曼（Gustav Tammann，1861～1938）??? 德国化学家、金属物理学家。在无机化学、物理化学和金属学等方面都有成就。首先他提出玻璃为过冷液体的原理。对晶核生成和晶体的生成方面曾发表过系统的论述，并确定晶核数目和晶核生长速度以及与过冷度之间的关系。此外他对合金的相平衡及溶液的蒸气压等方面也作了深入的研究。 n/8定律：在给定介质中一种耐蚀组元和另一种不耐蚀组元组成的固溶体合金，其中耐蚀组元的含量等于12.5%、25%、37.5%、50% .......的原子分数，即1/8、2/8、3/8……n/8时，合金的耐蚀性将出现突然的阶梯式升高，合金的电位也随之升高。其中n称为稳定性台阶。 典型例子 Cu-Ni合金在氨溶 液中的耐蚀性 0 25 50 75 0.4 0.3 0.2 0.1 Ni % 腐蚀速度/（g/m2·h） 注意： n/8定律并非通用定律，不是所有固溶体合 金在任何介质中都服从n/8定律。 n/8定律也适用于多元系统的固溶体合金。 定律是基于大量实验数据提出的，尚无合理 的理论解释。 四、一些主要合金元素对耐蚀性的影响 1. Cr 铬是热力学不稳定、容易钝化的金属。当加入铁基 合金后，会在很大程度上表现出铬的耐腐蚀性。 当介质具有一定的氧化能力时，铬可钝化，合金的耐蚀性 随铬含量提高而增强。 在还原性介质及氧化能力弱的介质中，随合金中铬量增高 腐蚀速度反而加大。 铬的钝化环境是不含卤素的氧化性介质。作为添加 元素，它可将这种性质带入合金。如18-8不锈钢。 2. Ni 镍也是热力学不够稳定金属，但强于铬和铁。其钝化倾向强于铁但弱于铬。 Fe-Ni合金在H2SO4、HCl、HNO3中的腐蚀速率随含量增加而减小。 显然，这不是镍的钝化作用 ，而是镍使合金的热力学稳定性大大增强，由于镍的稳定性强于铁。这样的耐蚀作用，对氧化性和还原性介质都