耐腐蚀金属材料.doc

耐腐蚀金属材料 耐腐蚀金属材料 2010年10月20日 　　金属耐腐蚀合金化原理 　　工业上所用的金属材料中，纯金属并不多，应用较多的则是铁、铜、镍、钛、铝、镁等各种金属的合金。本节讨论如何通过合金化和热处理等途径，从成分和组织上使合金具有高的耐蚀性，并阐明其作用原理。 　　一、提高金属的热力学稳定性 　　以热力学稳定性高的元素进行合金化，向不耐蚀的合金中加入热力学稳定性高的合金元素进行合金化，可在合金表面形成由贵金属组元组成的连续保护层，提高其耐蚀性。 　　例如，铜中加金，镍中加铜，铬中加镍等。但是其应用是有限的。因为，一方面要耗费大量的贵金属，经济上昂贵；另一方面，由于合金组元在固态中的溶解度是有限的，许多合金要获得具有多组元的单一固溶体是比较困难的。 　　二、降低阴极活性 　　在阴极控制的金属腐蚀中，可用进一步加强阴极极化的办法来降低腐蚀速度。如金属在酸中的活性溶解就可以用降低阴极活性的方法减少腐蚀。具体方法是： 　　1．减小金属或合金中的活性阴极面积 金属或合金在酸中腐蚀时，阴极析氢过程优先在氢超电压低的阴极相或夹杂物上进行。如果减少合金中的阴极相或夹杂物，减小了活性阴极面积，增加了阴极极化电流密度，增加阴极极化程度，阻碍阴极过程的进行，提高耐蚀性。 　　例如，当铝中铁含量减少时，其在盐酸中的耐蚀性提高，如P128图1。这是由于铁能形成阴极相。 　　对于阴极控制的腐蚀过程，采用固溶处理获得单相固溶体组织，可提高耐蚀性。反之，退火或时效处理降低其耐蚀性。 　　2．加入氢超电压高的元素 加入氢超电压高的元素，可提高阴极析氢超电压，显著降低合金在酸中的腐蚀速度。但它只适用于不产生钝化的析氢腐蚀。如金属在非氧化性或氧化性低的酸中的活性溶解过程。 　　例如，在锌中含有铁、铜等电位较高的金属杂质时，加入氢超电压高的镉、汞，可使锌在酸中腐蚀速度显著降低。又如，在含有较多杂质铁的工业纯镁中，添加0.5-1%锰可大大降低其在氯化物水溶液中的腐蚀速度，这是由于锰比铁高得多的析氢超电压之故。 　　三、降低合金的阳极活性 　　用合金化的方法降低合金的阳极活性，尤其是用提高合金钝性的方法阻碍阳极过程的进行，可提高合金的耐蚀性，它是一种最有效、应用最广泛的措施。 　　1. 减小合金表面上阳极部分的面积，在腐蚀过程中，合金基体是阴极，第二相或合金中其它微小区域（如晶界）是阳极，如能减小阳极面积，可加大阳极极化电流密度，增加阳极极化程度，阻滞阳极的进行，提高合金的耐蚀性。 　　例如在海水中，Al-Mg合金中强化相Al2Mg3对其基体而言是阳极，它在腐蚀过程中逐渐被溶解，使合金表面阳极总面积减小，腐蚀速度降低。所以Al-Mg合金耐海水腐蚀性就比第二相是阴极相的Al-Cu合金高。实际上合金中第二相是阳极相的较少，绝大多数合金中第二相是阴极相，这种耐蚀措施的应用受到限制。另外，若晶界区为阳极时，这条途径可有所应用。例如，通过提高金属和合金的纯度或进行适当的热处理使晶界变薄变纯净，可提高耐蚀性。对于具有晶间腐蚀倾向的合金仅从减小晶界阳极区面积，而不消除阳极区的做法，常会加重晶间腐蚀，例如粗晶粒的高铬不锈钢比细晶粒的晶间腐蚀严重。 　　2．加入容易钝化的合金元素 工业上常用的合金的基体元素铁、铝、镁、镍等都具有一定的钝化性能，但其钝化性能不够高，特别是铁，只有在氧化性较强的介质中才能钝化，而在一般自然条件下不钝化。为了提高耐蚀性，可往这些基体金属中加入易钝化的合金元素。如往铁中加入12～30%Cr，制成不锈钢或耐酸钢；往镍或钛中加入钼，制成镍钼或钛钼合金，耐蚀性有很大的提高。这是一种应用最广的合金化途径。 　　3．加入阴极性合金元素促使阳极钝化 对于可钝化的腐蚀体系，在金属或合金中加入阴极性很强的合金元素，可促使合金达到钝化状态，制成耐蚀合金。 加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件的。首先，腐蚀体系是可钝化的，否则在活性溶解区，增加阴极去极化作用只会加速腐蚀。其次，所加阴极性合金元素的活性（包括所加元素的种类与数量）要与基体元素和介质的钝性相适应，活性不足或过强都会加速腐蚀。如P130图5-3，实线为阳极极化曲线。 为原阴极极化曲线。若所加阴极元素活性不足，则其极化曲线 变为 -C2，腐蚀电流IC1增加至IC2。若所加阴极元素活性过强，可能产生新的阴极过程，如阴极极化曲线 ，它与阳极极化曲线交于过钝化区或点蚀区，相应的腐蚀电流为It、Ibr，产生强烈的过钝化腐蚀或点蚀。在致钝电位Eb与过钝化电位Eop（或小孔形成电位Ebr）间电位范围内，增大阴极效率使腐蚀速度减小。例如阴极过程从C2转变为C3，合金将由活化状态转变为稳定的钝化状态，一般稳定钝化区的电流要比活性溶解时的电流小几个数量级，因此，加入阴极性合金元素可显著提高可钝