金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性

關(guān)于金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性金屬耐蝕合金化原理純金屬的耐蝕特性

工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬材料大多數(shù)都是合金，為了更好地掌握并改進合金的耐蝕性，對于作為合金基體或合金元素的純金屬的耐蝕性的了解是完全必要的

在各種腐蝕環(huán)境中，純金屬的耐蝕能力主要體現(xiàn)在以下三個方面金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性

金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性，可用它們的標(biāo)準(zhǔn)電位值來判斷，標(biāo)準(zhǔn)電極電位較正者，熱力學(xué)穩(wěn)定性較高；反之標(biāo)準(zhǔn)電極電位較負(fù)者，熱力學(xué)穩(wěn)定性較低，易被腐蝕第2頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理純金屬的耐蝕特性金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性金屬熱力學(xué)穩(wěn)定性的分界依據(jù)當(dāng)氫分壓等于1atm（101325Pa）時，在中性（pH=7）水溶液中，氫的平衡電極電位；在酸性（pH=0）的水溶液中；在相應(yīng)條件下，當(dāng)金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別小于-0.414V和0時，可能發(fā)生析氫腐蝕在中性（pH=7）水溶液中，當(dāng)氧分壓力時，其氧的平衡電位。當(dāng)金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位低于時，可能發(fā)生耗氧腐蝕因此，以-0.414V、0、+0.805V為界限，可將純金屬按其標(biāo)準(zhǔn)電位劃分為熱力學(xué)穩(wěn)定性不同，耐蝕程度不同的四類第3頁,共60頁，2024年2月25日，星期天按金屬的標(biāo)準(zhǔn)電位近似地評定其熱力學(xué)穩(wěn)定性金屬的標(biāo)準(zhǔn)電位V熱力學(xué)穩(wěn)定性可能的腐蝕過程金屬<-0.414不穩(wěn)定在含氧的中性水溶液中,既能產(chǎn)生耗氧腐蝕,也能產(chǎn)生析氫腐蝕;在不含氧的中性水溶液中,能產(chǎn)生析氫腐蝕Li、Rb、K、Cs、Ra、Ba、Sr、Ca、Na、La、Mg、Pu、Th、Np、Be、U、Hf、Al、Ti、Zr、V、Mn、Nb、Cr、Zn、Ga、Fe-0.414~0不夠穩(wěn)定在中性水溶液中，僅在含氧或氧化劑的情況下才產(chǎn)生腐蝕（耗氧腐蝕）

在酸性水溶液中，即使不含氧也能產(chǎn)生腐蝕（析氫腐蝕）；當(dāng)含氧時既產(chǎn)生析氫腐蝕，也能產(chǎn)生耗氧腐蝕Cd、In、Tl、Co、Ni、Mo、Sn、Pb0~+0.805較穩(wěn)定在不含氧的中性水溶液中不腐蝕；只在含氧的介質(zhì)中才能產(chǎn)生耗氧腐蝕Bi、Sb、As、Cu、Rh、Hg、Ag>+0.805穩(wěn)定在含氧的中性水溶液中不腐蝕；只有在含有氧化劑或氧的酸性溶液中，或在含有能生成絡(luò)合物的物質(zhì)的介質(zhì)中才能產(chǎn)生腐蝕Pd、Ir、Pt第4頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理純金屬的耐蝕特性金屬的鈍化許多熱力學(xué)不穩(wěn)定的金屬在適當(dāng)條件下能發(fā)生鈍化而獲得耐蝕能力，可鈍化的金屬有鋯、鈦、鉭、鈮、鋁、鉻、鈹、鉬、鎂、鎳、鈷、鐵。它們的大多數(shù)都是在氧化性介質(zhì)中容易鈍化，而在Cl-、Br-、F-等離子作用下鈍態(tài)容易受到破壞易鈍化的金屬，往往作為合金元素加入鋼中，使合金鈍化而獲得耐蝕性熱力學(xué)不穩(wěn)定的金屬中，除了因鈍化耐蝕外，還有因在腐蝕過程初期或一定階段生成致密的保護性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜耐蝕。這種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜通常為機械鈍態(tài)膜第5頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑理論依據(jù)研究金屬及其合金的耐蝕性，可從反映腐蝕速度大小的腐蝕電流的計算式著手，尋求途徑

分子是腐蝕反應(yīng)的推動力，如果減少推動力，可達(dá)到防腐蝕的目的，即設(shè)法使電極極化；分母是腐蝕反應(yīng)的阻力，如果增大阻力，也可達(dá)到防腐蝕的目的，提高耐蝕性從上面的分析可見提高金屬的耐蝕性，可有以下幾種途徑第6頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑提高金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性在不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學(xué)上穩(wěn)定的合金元素，制成合金。由于熱力學(xué)上穩(wěn)定的元素的電極電位高，它們提高了整個合金的電極電位，提高了合金整體的耐蝕性但熱力學(xué)上穩(wěn)定的金屬都是貴金屬，不亦推廣第7頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑減弱合金的陰極活性

這種方法適用于陰極控制的腐蝕過程減小金屬或合金中的活性陰極面積減小金屬或合金中的活性陰極面積，可促使陰極電流加大，增強陰極極化程度，減小腐蝕反應(yīng)的推動力，提高合金的耐蝕性固溶處理可使陰極性雜質(zhì)轉(zhuǎn)入固溶體內(nèi)，消除作為活性陰極的第二相，減小陰極面積Fe%析氫速率純鋁中雜質(zhì)鐵對其在2mol/HCl中腐蝕速率（析氫腐蝕）的影響第8頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑減弱合金的陰極活性加入析氫超電壓高的合金元素往合金中加入析氫超電壓高的合金元素，增大合金陰極析氫反應(yīng)的阻力，可顯著降低合金在酸性介質(zhì)中的腐蝕速率。這種辦法只適用于基體金屬在某些介質(zhì)中不會鈍化，由析氫超電壓控制的析氫腐蝕過程如碳鋼和鑄鐵在稀硫酸中不能形成鈍化膜，在碳鋼和鑄鐵中加入電極電位較正的砷、銻、鉍或錫，這些析氫超電壓較高的元素，可顯著降低其在稀硫酸中的腐蝕速率第9頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑減弱合金的陽極活性

這是金屬耐蝕合金化措施中最有效，應(yīng)用最廣泛的方法。減弱陽極活性，阻滯陽極溶解過程的進行，可以提高合金鋼耐蝕性減小陽極相的面積如果基體是陰極而第二相或合金中其它微小區(qū)域（例如晶界）是陽極的情況下，進一步減小微陽極的面積，則可加大陽極極化電流密度，增加陽極極化程度但是，實際合金中第二相是陽極的情況很少，絕大多數(shù)合金中的第二相都起陰極作用（陰極相），所以，應(yīng)用這種耐蝕合金化途徑的局限性很大第10頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑減弱合金的陽極活性加入易鈍化的合金元素在基體金屬中加入易鈍化的合金元素，提高整體合金的鈍化性能。這是應(yīng)用最廣泛的一種合金化途徑，如不銹鋼等加入陰極合金元素，促使陽極極化對于有可能鈍化的腐蝕體系（包括合金與腐蝕環(huán)境），如果往金屬或合金中加入強陰極性元素，由于電化學(xué)腐蝕中陰極過程加劇，使陰、陽極電流增加，當(dāng)腐蝕電流密度超過鈍化電流密度時，陽極出現(xiàn)鈍態(tài)，其腐蝕電流急劇下降。這是一種很有發(fā)展前途的耐蝕合金化措施第11頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理金屬耐蝕合金化的途徑使合金表面造成電阻大的腐蝕產(chǎn)物膜加入某些元素，促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物膜，加大體系電阻，也能有效地阻滯腐蝕過程的進行例如耐大氣腐蝕鋼的耐蝕銹層中含有非晶態(tài)羥基氧化鐵Fex·（OH）3-2x，它的結(jié)構(gòu)是致密的，保護性能非常好。鋼中加入Cu、P或P、Cr，則能促進此種非晶態(tài)保護膜的生成第12頁,共60頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)用添加合金元素改善鋼鐵耐蝕性的方法分類具體方法實例減小陽極活性添加把陽極電位向高電位變化的元素或把陽極極化增大的元素在Fe中添加Ni、Mo、W、Cu、Si等（各種耐酸鋼）添加促進鈍化的元素（在可能鈍化的氧化條件下有效）在Fe中添加Cr（高Cr不銹鋼）；在Fe中添加Cr、Ni（Cr-Ni不銹鋼）；在Ni中添加Cr（Ni-Cr耐熱合金）控制陰極活性減少陰極活化度，添加陰極極化性減小的元素（在氫去極化腐蝕時）在Fe中添加As、Sb、Sn等；在高Cr鋼、18-8不銹鋼中添加少量的Pt、Pd、Ag、Cu，鑄鐵中的石墨增加陰極活化度，添加使陰極極化性減小的元素（在基體金屬可能鈍化的條件下有效）造成覆蓋層，增大系統(tǒng)的電阻添加在合金表面能形成腐蝕產(chǎn)物-致密的保護膜的元素在Fe中加入Si（高耐酸鑄鐵）；碳鋼中添加Cu、P（耐候鋼）第13頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理單相合金的n/8定律塔曼(Tammann)在研究單相(固溶體)合金的耐蝕性時，發(fā)現(xiàn)其耐蝕能力與固溶體的成分之間存在一種特殊關(guān)系。在給定介質(zhì)中一種耐蝕組元和另一種不耐蝕的組元組成的固溶體合金，其中耐蝕組元的含量等于12.5%、25%、37.5%、50%、…、原子分?jǐn)?shù)（耐蝕組元的原子數(shù)與合金總原子數(shù)之比），即相當(dāng)于1/8、2/8、3/8、…、n/8（n=1，2，3，…，7）時，合金的耐蝕性將出現(xiàn)突然地階梯式升高，合金的電位亦相應(yīng)的隨之升高，這一規(guī)律稱為n/8定律，或穩(wěn)定性階升定律n/8定律也適用于多元系統(tǒng)的固溶體合金n/8定律是實驗總結(jié)出來的規(guī)律，至今對其解釋不統(tǒng)一。并且并非對任何固溶體合金在各種介質(zhì)中，均會出現(xiàn)穩(wěn)定性依次突升。對同一種合金，在不同介質(zhì)中其穩(wěn)定性臺階值是不同的第14頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理主要合金元素對耐蝕性的影響鉻（Cr）鉻是熱力學(xué)不穩(wěn)定但容易鈍化的金屬，并且有過鈍化傾向

Fe-Cr合金在氧化性介質(zhì)中易鈍化；而在還原性介質(zhì)中，或非氧化性介質(zhì)中，不易鈍化在氧化性介質(zhì)中，合金鉻含量愈高，愈耐蝕；在還原性介質(zhì)中合金鉻含量愈高，愈不耐蝕，腐蝕速率越高鉻是不銹鋼的基本合金元素第15頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理主要合金元素對耐蝕性的影響鎳（Ni）屬于熱力學(xué)上不夠穩(wěn)定的金屬，但比鉻、鐵穩(wěn)定。鎳也是能鈍化的金屬，其鈍化傾向比鐵大些，但不如鉻。

Fe-Ni合金在H2SO4、HCl、HNO3中的腐蝕速率都隨鎳含量的增加而減小并且表明：在給定條件下，合金元素鎳在鐵基體中的耐蝕不是鈍化作用，而使合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性有所提高。這樣的耐蝕作用無論是對氧化性介質(zhì)，或是還原性介質(zhì)都是有效的鎳作為鐵的合金元素對堿有特殊的耐蝕性鎳和鉻同時加入鋼中，形成奧氏體組織，具有良好的熱加工性、冷變形能力、可焊性、低溫韌性鎳在奧氏體不銹鋼中的含量增加，會增加晶間腐蝕的傾向，這是鎳的不利影響第16頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理主要合金元素對耐蝕性的影響鉬（Mo）鉬是不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鈦基合金和鎳基合金等不銹合金中重要的耐蝕元素合金元素鉬，能促使以上合金的鈍化。其耐蝕特點是使合金耐還原性介質(zhì)的腐蝕和抗氯離子等引起的孔蝕實驗證明：鈍化膜厚度隨鋼中鉬含量增高而增厚，而膜厚的增加通常會延長蝕孔形成的孕育期，提高耐孔蝕的性能鉬對不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕破裂性能的影響，在鉬含量較低時，對氯化物腐蝕破裂敏感，而鉬含量大于4%后，耐應(yīng)力腐蝕破裂性能提高第17頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理主要合金元素對耐蝕性的影響硅(Si)硅是主要的耐蝕合金元素之一，它在不銹鋼、低合金鋼、鑄鐵、鎳基合金中都有所應(yīng)用，它在相應(yīng)的合金中分別具有耐氯化物腐蝕破裂、耐孔蝕、耐濃熱硝酸、抗氧化、耐海水腐蝕等作用鉻鎳不銹鋼中隨硅含量增加，耐應(yīng)力腐蝕破裂性能顯著改善。主要是依靠硅形成的富硅保護膜實現(xiàn)的硅和鉬一樣具有優(yōu)良的耐氯離子腐蝕的特性。硅在不銹鋼中除起到耐氯化物應(yīng)力腐蝕破裂的作用外，還能改善耐孔蝕性能，隨著鉻鎳不銹鋼中硅含量增加，鋼在氯化物中抗孔蝕能力增大。硅與鉬復(fù)合加入鉻鎳不銹鋼中，對防止孔蝕尤其有效。硅改善不銹鋼耐孔蝕性能，是由于提高了鋼的鈍態(tài)穩(wěn)定性提高低合金鋼中的硅含量（到0.7%~2%）對鋼的耐海水腐蝕性能是有利的。硅與鉻、鉬或銅相配合，可得到各種耐海水鋼第18頁,共60頁，2024年2月25日，星期天金屬耐蝕合金化原理主要合金元素對耐蝕性的影響銅（Cu）銅是低合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鑄鐵中常用的耐蝕合金元素之一銅鋼耐大氣腐蝕，銅起到活性陰極的作用，在一定條件下可以促使鋼產(chǎn)生陽極鈍化，從而降低腐蝕速度。但易被Cl-破壞鈍化膜，所以銅鋼只在較純凈的空氣中具有較好的耐蝕性第19頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性不同金屬材料獲得耐蝕能力的三種情況鈍化不溶性的腐蝕產(chǎn)物膜材料本身的熱力學(xué)穩(wěn)定性第20頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬屬于這一類的金屬主要有：不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金，以及硅鑄鐵要求使用環(huán)境能夠促進鈍化，如果使用環(huán)境不能夠促進鈍化，就不穩(wěn)定或不夠穩(wěn)定18-8不銹鋼不銹鋼：在大氣中耐蝕的鋼不銹耐酸鋼：在各種化學(xué)試劑和強腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的鋼18-8不銹鋼：Cr含量18%左右，Ni含量8~9%的一系列奧氏體不銹鋼，及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的含Cr、Ni更高的不銹鋼。具有優(yōu)良的耐蝕性和良好的熱塑性、冷變形能力和可焊性，是應(yīng)用最廣泛的一類耐酸鋼。約占不銹鋼總產(chǎn)量的70%

在18-8鋼中，Cr是主要鈍化元素，Ni也是可鈍化元素。在18-8鋼中Cr、Ni總量相當(dāng)于n/8定律的n=2的值第21頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的耐蝕性能耐蝕環(huán)境在氧化性介質(zhì)中：如空氣、水、中性溶液和各種氧化性介質(zhì)中十分穩(wěn)定室溫下能耐各種濃度的硝酸和濃硫酸及小于10%濃度的磷酸。在有機酸和有機化合物中大多是穩(wěn)定的18-8鋼中因為Ni的作用，除熔融堿外，對于堿具有很強的耐蝕能力第22頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的耐蝕性能不耐蝕環(huán)境沸騰的濃硝酸（>65%）會引起過鈍化而劇烈腐蝕；中等濃度以下的硫酸，尤其當(dāng)溫度較高時腐蝕嚴(yán)重；在大于10%濃度的不同溫度下的磷酸中不耐蝕；不耐沸騰的冰醋酸；鹽酸、氫氟酸等非氧化性酸中，腐蝕嚴(yán)重第23頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的腐蝕破壞特征

有：晶間腐蝕、孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂18-8鋼晶間腐蝕機理主要是由于晶間沉積出鉻的碳化物，使晶粒邊緣的鉻含量降低，引起固溶體中嚴(yán)重缺鉻，使鉻含量降到鈍化所必須的最低含量以下。當(dāng)與腐蝕性介質(zhì)接觸時，晶間貧鉻區(qū)相對于碳化物和固溶體其它部分將形成小陽極對大陰極的微電池，而發(fā)生嚴(yán)重晶間腐蝕。晶間沉積出鉻的碳化物是由于不適當(dāng)?shù)臒崽幚砘蚝附庸に囁碌?4頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的腐蝕破壞特征防止晶間腐蝕的常用方法固溶處理：加熱到1100℃左右，隨即水淬降低合金中的碳含量至0.03%以下加入比鉻更容易生成碳化物的元素，如鈦、鈮、鉭等第25頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的腐蝕破壞特征18-8鋼孔蝕的原因在含有鹵素離子的鹽溶液中，特別是含Cl-的中性溶液，是18-8鋼產(chǎn)生孔蝕的最主要的腐蝕環(huán)境。使18-8鋼鈍化，Cl-破壞鈍化膜，兩者作用強度相當(dāng)，使18-8鋼處于鈍態(tài)與活態(tài)的臨界狀態(tài)第26頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的腐蝕破壞特征18-8鋼孔蝕的防止方法

主要是從改善環(huán)境和材料兩個方面采取措施減少溶液中的鹵素離子濃度，結(jié)構(gòu)設(shè)計上要注意盡量避免有溶液的滯留區(qū)，防止鹵素離子的局部濃縮提高溶液的流速，防止雜質(zhì)附著于金屬表面，因為被雜質(zhì)覆蓋的部分往往供氧不足，容易形成所謂的鈍性-活性電池第27頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性添加緩蝕劑，如能抑制孔蝕的各種陰離子OH-、NO3-、SO42-、ClO4-，它們能優(yōu)先于Cl-吸附在金屬表面而阻止Cl-的作用不銹鋼中增加鉻、鉬等合金元素，它們可提高孔蝕的擊穿電位采用陰極保護，使不銹鋼的腐蝕電位往負(fù)方向移動至擊穿電位以下，更確切地說，到保護電位以下，而處于鈍化區(qū)，不發(fā)生孔蝕第28頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的腐蝕破壞特征18-8鋼應(yīng)力腐蝕破裂的腐蝕環(huán)境高濃度氯化物水溶液、硫化物溶液、濃熱堿溶液以及高溫高壓水等第29頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬18-8不銹鋼18-8鋼的腐蝕破壞特征防止18-8鋼應(yīng)力腐蝕破裂的方法降低設(shè)計應(yīng)力合理設(shè)計與加工減少局部應(yīng)力集中采用合理的熱處理方法，消除殘余應(yīng)力合理選材，去除介質(zhì)中有害成分，添加緩蝕劑，陰極保護耐高濃度氯化物溶液中的應(yīng)力腐蝕破裂，加入2~4%的硅；耐硫化物溶液的SCC，使Ti/C>7~8；提高鎳含量可減少堿脆破裂敏感性；耐高溫水SCC，加入鈦、鈮、釩第30頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鋁與鋁合金鋁的特性易鈍化：鋁的標(biāo)準(zhǔn)電位很低，為-1.67V，化學(xué)性很活潑，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定金屬。但鋁的鈍化傾向很大，不僅空氣中的氧，而且溶解在水中的氧，及水本身都是鋁的良好的鈍化劑Al2O3膜的特性：Al2O3膜（在>85℃的高溫水中，膜由Al2O3·H2O組成），可使鋁的電位升高到-0.5V左右。此外，Al2O3膜具有兩性特征，即既能溶于強酸（非氧化性酸），又能溶于堿中第31頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鋁與鋁合金鋁的耐蝕性由Al2O3鈍化膜提供破壞鋁的鈍化膜的環(huán)境在非氧化性酸及堿中溶解在存在Cl-、F-、Br-、I-的溶液中發(fā)生孔蝕1.5m/s以上腐蝕性介質(zhì)中高速流體沖擊；清水中6m/s以上破壞鈍化膜第32頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鋁與鋁合金強化鈍化膜的環(huán)境中性、近中性的水中、大氣中；氧化性酸或鹽溶液中（濃硝酸、發(fā)煙硫酸、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、硝酸鹽等）

大多數(shù)有機介質(zhì)中。硫及硫化物中常用的鋁合金種類Al-Cu硬鋁，但Cu是強陰極，使耐蝕性變壞Al-Si生成Al2O3和SiO2鈍化膜，耐蝕性良好Al-Mn、Al-Mg（Al-Mg-Si、Al-Mn-Mg）。Mn、Mg對鋁合金的耐蝕性無害；Al-Mn、Al-Mg合金的耐孔蝕較好第33頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鈦與鈦合金鈦的特性鈦是熱力學(xué)不穩(wěn)定金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.21V，但它的鈍化能力比鋁、硅都強，即使在含微量氧或氧化劑的介質(zhì)中，僅僅依靠H+還原的陰極反應(yīng)就能促使鈦陽極極化致鈍，并且在很多介質(zhì)中的鈍態(tài)區(qū)電位范圍很寬鈦及鈦合金依靠鈍化耐蝕第34頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鈦與鈦合金強化鈍化膜的環(huán)境含微量氧或氧化劑介質(zhì)中生成鈍化膜僅靠H+還原就能使鈦陽極致鈍，在很多介質(zhì)中鈍態(tài)區(qū)范圍很寬各種氧化性介質(zhì)，包括大氣、土壤、沸水、過熱蒸汽、鉻酸（可至沸騰）、濃硝酸（高溫高濃度），除發(fā)煙硝酸外在中性、弱酸性氯化物溶液中（由于鈦的鈍化強度高于Cl-的還原作用），不高于100℃的30%FeCl3溶液中，<100℃的任何濃度的NaCl溶液中。25℃的海水中。在王水、次氯酸鈉（約100℃）、氯水、濕氯氣（約75℃）第35頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鈦與鈦合金強化鈍化膜的環(huán)境若在還原性介質(zhì)（如鹽酸或硫酸）中含有少量氧化劑或添加高價重離子（如鉻酸、硝酸、氯、Fe3+、Ti4+、Cu2+、Au3+），或與具有低的析氫超電壓的金屬鉑、鈀等相接觸，都能使陽極極化。鈦鈀合金或鈦表面滲鈀都有相同效果<20%NaOH中耐蝕第36頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鈦與鈦合金破壞鈍化膜的環(huán)境純的非氧化性酸中；室溫下小于5%的稀鹽酸或稀硫酸，沸點下約為0.3%。氫氟酸、高溫稀磷酸、室溫濃磷酸

20%以上NaOH發(fā)火反應(yīng)無水氧化性介質(zhì)中，或含水量低于2%，存在氯氣或含NO2的硝酸等強氧化劑時，發(fā)生激烈的發(fā)火反應(yīng)第37頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鈦與鈦合金鈦合金耐蝕鈦合金主要是為提高純鈦在還原性介質(zhì)中的耐蝕性或耐縫隙腐蝕合金元素主要有Pd、Ni、Mo可使耐硫酸和鹽酸的能力有很大提高鈦及鈦合金的氫脆鈦非常容易吸收氫、氧、氮。特別是氫，原子半徑小，擴散速度大，即使溫度不高也容易被吸收而使鈦脆化第38頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬鈦與鈦合金鈦及合金的應(yīng)力腐蝕破裂在高應(yīng)力下，苛刻的腐蝕條件發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂環(huán)境有發(fā)煙硝酸、N2O4、醇及有機溶劑、高溫氯化物、鹽酸等第39頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬高硅鑄鐵定義：含14.5~18%Si的鐵碳合金高硅鑄鐵的耐蝕性依靠硅合金化獲得鈍化能力，鈍化膜為SiO2保護膜，屬于酸性氧化物遵循n/8定律，穩(wěn)定性臺階n=2（含14.5%Si）耐蝕環(huán)境氧化性酸和鹽溶液中穩(wěn)定在非氧化性酸，如任何濃度的硫酸、磷酸、室溫下的鹽酸、有機酸等溶液中也有良好的耐蝕性第40頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬高硅鑄鐵不耐蝕環(huán)境有能溶解SiO2膜的溶液或能穿透SiO2膜離子的環(huán)境，高硅鑄鐵不耐蝕。如堿、氫氟酸、氟化物、鹵素、亞硫酸等，普通高硅鑄鐵不耐蝕高硅鑄鐵的機械性能硬度高、脆性大，抗熱沖擊能力差第41頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性可鈍化或腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定的金屬碳鋼與鑄鐵組織成分與電化學(xué)性質(zhì)組織成分：Fe、Fe3C、C電化學(xué)性質(zhì)

Fe的平衡電極電位最低，熱力學(xué)上不穩(wěn)定，可鈍化

Fe3C的平衡電極電位較Fe高C的平衡電極電位高于前兩者在足夠的鈍化條件下，可能Fe能獲得穩(wěn)定的鈍態(tài)在某些環(huán)境中，金屬表面可能生成穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物第42頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性可鈍化或腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定的金屬碳鋼與鑄鐵鈍化環(huán)境強氧化性介質(zhì)中（如濃HNO3、HClO3、濃H2SO4、AgNO3、KClO3、K2Cr2O7、KMnO4等）可鈍化。如85~100%的硫酸能保持比較穩(wěn)定的鈍態(tài)；大于50%的硝酸中雖可鈍化，但鈍態(tài)不穩(wěn)定，大于90%的硝酸發(fā)生過鈍化生成耐腐蝕產(chǎn)物環(huán)境pH>9.5，濃度<30%的堿溶液生成Fe(OH)2和Fe(OH)3的溶解度很小，具有保護作用第43頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性可鈍化或腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定的金屬碳鋼與鑄鐵不耐蝕環(huán)境>50%的硝酸中濃度>30%的堿溶液中生成的腐蝕產(chǎn)物是可溶性的。水中的二次腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2與Fe(OH)3疏松不具有保護性。水、氧共同作用生成的鐵銹nFeO·mFe2O3·pH2O易溶于水中非氧化性介質(zhì)中耐蝕性很差。如HCl、<70%H2SO4、稀HNO3、H3PO4中腐蝕劇烈。乳酸、草酸、擰檬酸等有機酸中、大氣、土壤、海水中第44頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性可鈍化或腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定的金屬鉛與鉛合金鉛的電化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)平衡電位-0.13V低于氫，在酸中易產(chǎn)生析氫反應(yīng)。不具有鈍化能力。在某些酸中能生成穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物，溶解度很低耐蝕環(huán)境濃度低于80%，溫度85℃以下，和96%以下的冷硫酸，以及硫酸鹽溶液中具有極高的耐蝕能力。原因是腐蝕產(chǎn)物PbSO4在這些溶液中的溶解度極小，有很強的保護性鉻酸<40%濃度、磷酸<90%濃度、碳酸、氫氟酸（不充氣，濃度<50%）、中性水溶液、水、大氣、土壤等介質(zhì)中，因為生成相應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物溶解度很低，具有保護性第45頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性可鈍化或腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定的金屬鉛與鉛合金不耐蝕環(huán)境堿、硝酸、醋酸、一些有機酸中不耐蝕。在這樣的環(huán)境中生成的腐蝕產(chǎn)物溶解度很高與堿性水泥基礎(chǔ)接觸發(fā)生腐蝕機械性能及合金剛度小，強度低加Sb、銻可提高剛度，強度。但耐蝕性降低鉛有毒第46頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠自身熱力學(xué)穩(wěn)定而耐蝕的金屬Au、Pt、Ag熱力學(xué)穩(wěn)定性高銅及其合金耐蝕環(huán)境熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，一般不會鈍化。在酸性溶液中不發(fā)生析氫腐蝕，不充氣的非氧化性酸，如稀硫酸、鹽酸中穩(wěn)定不含S的大氣、水、海水、中性鹽溶液中，銅表面生成溶解度極小的腐蝕產(chǎn)物具有保護性第47頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠自身熱力學(xué)穩(wěn)定而耐蝕的金屬銅及其合金不耐蝕環(huán)境水中含氧化性鹽類如Fe3+或鉻酸鹽，加速銅的腐蝕

在氧化性介質(zhì)中發(fā)生耗氧腐蝕。如硝酸、濃硫酸及雙氧水等在堿中不耐蝕，尤其在氨溶液中生成銅的絡(luò)合離子[Cu(NH3)4]2+迅速腐蝕，如果同時含有氧或氧化劑則腐蝕更為嚴(yán)重不耐硫化物、有硫化物的環(huán)境易發(fā)生孔蝕第48頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性依靠自身熱力學(xué)穩(wěn)定而耐蝕的金屬銅及其合金黃銅—銅鋅合金耐空泡腐蝕較銅好，制作耐海水的熱交換器黃銅常發(fā)生的腐蝕破壞形式選擇性溶解—黃銅脫鋅；應(yīng)力腐蝕破裂—氨、銨鹽、水或水蒸汽中第49頁,共60頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)材料選擇原則根據(jù)工藝條件分析對設(shè)備材料的要求介質(zhì)特性與溫度、壓力介質(zhì)特性包括相態(tài)、組成、濃度、氧化性或還原性，以及變化范圍和流速等等特別不能忽視如Cl-等對腐蝕有加速作用的微量雜質(zhì)一般來說，介質(zhì)的性質(zhì)對設(shè)備材料的主要要求是耐腐蝕溫度設(shè)備的操作溫度，以及溫度的變化范圍對材料性能的影響是多方面的。一般隨溫度的升高，材料的腐蝕速度增加，強度降低而塑性和沖擊韌性增高。高溫下使用的材料必須具有足夠的蠕變極限和抗氧化性能，低溫下使用的材料則應(yīng)具有足夠的沖擊韌性第50頁,共60頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)材料選擇原則根據(jù)工藝條件分析對設(shè)備材料的要求介質(zhì)特性與溫度、壓力壓力對設(shè)備的操作壓力不只弄清常壓、中壓、高壓還是負(fù)壓，并且要了解壓力分布、變化范圍和變化方式，尤其是內(nèi)應(yīng)力狀況如加工殘余應(yīng)力、溫差應(yīng)力等。通常壓力越高，對材料強度和耐蝕性能要求也越高，設(shè)備襯里要考慮負(fù)壓的影響第51頁,共60頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)材料選擇原則根據(jù)工藝條件分析對設(shè)備材料的要求工藝條件對材料的限制產(chǎn)品純度要求嚴(yán)格的，選材時必須注意防止某些金屬離子對產(chǎn)品的污染要考慮材料的腐蝕產(chǎn)物或材料被磨蝕下來的微粒，是否會引起