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第五章耐腐蚀金属材料

§5-1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，应用较多的因此是铁、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，并表明其作用原理。

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，向不耐蚀的合金中进进热力学稳定性高的合金元

素进行合金化，可在合金表层形成由贵金属组元组成的连续保卫层，提高其耐蚀性。

例如，铜中加金，镍中加铜，铬中加镍等。然而其应用是有限的。因为，一方面要虚耗

大量的贵金属，经济上珍贵；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对照困难的。

二、落低阴极活性

在阴极操纵的金属腐蚀中，可用进一步加强阴极极化的方式来落低腐蚀速度。如金属在

酸中的活性溶解就能够用落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。假如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。

关于阴极操纵的腐蚀过程，采纳固溶处理获得单相固溶体组织，可提高耐蚀性。反之，

退火或时效处理落低其耐蚀性。

2．进进氢超电压高的元素进进氢超电压高的元素，可提高阴极析氢超电压，显著落低合

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，进进氢超电压高的镉、汞，可使锌

在酸中腐蚀速度显著落低。又如，在含有较多杂质铁的工业纯镁中，添加0.5-1%锰可大大落

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、落低合金的阳极活性

用合金化的方法落低合金的阳极活性，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.减小合金表层上阳极局限的面积，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，使合金表层阳极总面积减小，腐蚀速度落低。因此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，尽大多数合金中第

二相是阴极相，这种耐蚀措施的应用受到限制。另外，假如晶界区为阳极时，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干净，可提高

耐蚀性。关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峻。

2．进进轻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，特殊是铁，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进进易钝化的合金元素。如

往铁中进进12～30%Cr，制成不锈钢或耐酸钢；往镍或钛中进进钼，制成镍钼或钛钼合金，

耐蚀性有非常大的提高。这是一种应用最广的合金化途径。

3．进进阴极性合金元素促使阳极钝化关于可钝化的腐蚀体系，在金属或合金中进进阴极

性非常强的合金元素，可促使合金抵达钝化状态，制成耐蚀合金。

进进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，否因此在

活性溶解区，增加阴极往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习惯，活性缺少或过强都会加速腐蚀。

如P130图5-3，实线为阳极极化曲曲折折线。E0C为原阴极极化曲曲折折线。假如所加阴

c1

极元素活性缺少，因此其极