1、金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性和選擇原則金屬耐蝕合金化原理常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性結(jié)構(gòu)材料選擇原則內(nèi)容：一、金屬耐蝕合金化原理1. 純金屬的耐蝕特性工況：工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬結(jié)構(gòu)材料多是合金，需要提高耐蝕性提高方法？耐蝕能力的宏觀表現(xiàn)？I. 金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性由標(biāo)準(zhǔn)電位值判斷P18,表1-7 耐蝕能力的宏觀表現(xiàn)三性熱力學(xué)穩(wěn)定性E = 0 V正負(fù)高低溶劑pH 7的中性溶液 0的酸性溶液 氫電極平衡電位 E (V)-0.4140.000氧電極平衡電位 E (V)0.8151.229AK -0.414 V-0.414, 00, 0.8050.805, 1.229E/ VII 金屬的鈍性在適當(dāng)條件下由于發(fā)生鈍化而獲

2、得耐蝕性的熱力學(xué)不穩(wěn)定金屬（可鈍化金屬）：Fe, Al, Zr, Ti, Ta, Nb, Cr, Be, Mo, Mg, Ni, Co特征：多數(shù)在氧化性介質(zhì)中易鈍化，而在Cl-, Br-, F-等離子作用下，鈍態(tài)易受到破壞應(yīng)用：多作為合金元素加入鋼中，使合金鈍化而提高耐蝕性III 腐蝕產(chǎn)物的保護(hù)性提高熱力學(xué)不穩(wěn)定金屬的耐蝕性鈍化在腐蝕過程初期或一定階段生成致密的保護(hù)性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜機(jī)械鈍態(tài)膜主要工業(yè)用耐蝕金屬材料：Cu, Ni, Al, Mg, Ti, Zr, 等應(yīng)用比較廣泛的合金：鐵合金、銅合金、鎳合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金等2. 金屬耐蝕合金化的途徑腐蝕電流大小表征腐蝕速

3、度腐蝕反應(yīng)的推動力系統(tǒng)的熱力學(xué)穩(wěn)定性腐蝕過程的阻力提高耐蝕性降低腐蝕速度降低腐蝕電流增大系統(tǒng)阻力減小系統(tǒng)推動力I. 減小系統(tǒng)推動力提高金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性原理：將熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素加入到原來耐蝕性不好的純金屬或合金中形成特殊合金，利用合金元素固有的高熱力學(xué)穩(wěn)定性提高合金的電極電位，進(jìn)而提高合金整體的耐蝕性實(shí)例：銅中加金，鎳中加銅，鉻鋼中加鎳局限性：往往需添加大量的貴金屬才有效，成本較高，應(yīng)用受限 II. 增大系統(tǒng)阻力陰極、陽極、電阻2. 減弱合金的陰極活性適用于陰極控制的腐蝕過程措施：1）減少金屬或合金中的活性陰極相原理：金屬或合金在酸溶液中腐蝕時，陰極析氫反應(yīng)優(yōu)先在析氫超電壓低的陰極性合

4、金組成物或夾雜物上進(jìn)行，減少合金中的陰極相，就減少了活性陰極數(shù)目或面積，增大陰極極化電流密度，增強(qiáng)陰極極化程度，提高合金的耐蝕性；采用熱處理方法：固溶處理等，消除作為活性陰極的第二相2）加入析氫超電壓高的合金元素原理：加入析氫超電壓高的合金元素 合金陰極析氫反應(yīng)的阻力增大 極大降低合金在酸中的腐蝕速度局限性：只適用于基體金屬不會鈍化、由析氫超電壓控制的析氫腐蝕 實(shí)例：碳鋼或鑄鐵中加入析氫超電壓高的砷、銻、鉍、錫P83, 圖4-23. 減弱合金的陽極活性適用范圍最廣、最有效的提高金屬耐蝕合金化途徑原理：減弱合金的陽極活性，阻滯陽極過程的進(jìn)行，提高合金的耐蝕性措施：1）減小陽極相的面積使用條件：腐

5、蝕過程中，合金基體為K，而第二相（如強(qiáng)化相）或合金中其它微小區(qū)域（如晶界）為A，減小陽極面積，增大陽極極化電流密度，增加陽極極化程度，降低腐蝕速度實(shí)例：Al-Mg合金中強(qiáng)化相Al2Mg3對基體是陽極局限性：實(shí)際合金中第二相是陽極的情況很少，絕大多數(shù)合金中的第二相都是陰極相，起陰極作用2）加入易鈍化的合金元素應(yīng)用最廣泛的一種耐蝕合金化途徑原理：在鈍化能力不強(qiáng)的基體金屬中加入更容易鈍化的合金元素，提高合金的整體鈍性，顯著提高耐蝕性實(shí)例：鐵中加入Cr制備或耐酸鋼等工業(yè)上大量使用的可鈍化基體元素：Fe, Al, Mg, Ni等3）加入陰極合金元素促進(jìn)陽極鈍化很有發(fā)展前途的一種耐蝕合金化措施原理：有可能

6、鈍化的腐蝕體系（合金與腐蝕環(huán)境），往金屬或合金中加入強(qiáng)陰極性元素，會加劇電化學(xué)腐蝕的陰極過程，增加陰、陽極電流，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)，腐蝕電流急劇下降III. 使合金表面生成電阻大的腐蝕產(chǎn)物膜原理：加入某些元素促使合金表面生成致密腐蝕產(chǎn)物膜，增大體系電阻，有效阻滯腐蝕過程進(jìn)行實(shí)例：耐大氣腐蝕鋼的耐蝕銹層結(jié)構(gòu)中多含致密結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)羥基氧化鐵，鋼中加入Cu, P或P, Cr能促進(jìn)該保護(hù)膜的生成實(shí)際耐蝕合金通盤考慮，相互配合各類合金元素的效果，提高綜合性能P109 表4-23. 單相合金的 n/8定律穩(wěn)定性階升定律合金含量耐蝕性1/82/83/8當(dāng)耐蝕組元的含量相當(dāng)于n/8

7、 (n=1,2,7) 時，合金的耐蝕性出現(xiàn)突然的階梯式升高，合金的電位相應(yīng)隨之升高n穩(wěn)定性臺階或穩(wěn)定性邊界適用領(lǐng)域：適用于二元及其以上多元系統(tǒng)的固溶體合金注意：1） n/8定律適用于二元及其以上多元系統(tǒng)的固溶體合金； 2）并非任何固溶體合金在各種介質(zhì)中對應(yīng)n=1,2,7 時均會出現(xiàn)耐蝕穩(wěn)定性的依次突升；3）同一合金在不同介質(zhì)中的穩(wěn)定性臺階值不同；3）n/8定律是經(jīng)驗規(guī)律，確切原因需要你們將來完成；實(shí)例：4. 主要合金元素對耐蝕性的影響元素特點(diǎn)與作用應(yīng)用Cr熱力學(xué)不穩(wěn)定，在不含鹵素離子的氧化性介質(zhì)中易鈍化，由其組成的Fe, Ni, Ti合金也易鈍化，有過鈍化傾向，在具備鈍化條件下（適當(dāng)氧化性），

8、耐蝕性隨Cr含量的升高而增大，但是在不能實(shí)現(xiàn)鈍化條件（還原性或氧化性不足或過高）下，耐蝕性隨Cr含量的升高而變差，適用于氧化性適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)P85圖4-5Ni熱力學(xué)不夠穩(wěn)定，但比Cr, Fe穩(wěn)定，能鈍化，鈍化傾向：Fe Ni Cr。隨Ni含量增大，在H2SO4, HCl, HNO3中的Fe-Ni合金（實(shí)際少用）的耐蝕性增強(qiáng)，熱力學(xué)穩(wěn)定性提高，不是鈍化作用提高耐蝕性，適用于氧化性和還原性介質(zhì)；實(shí)際上，Ni常與Cr配合使用，將鉻的優(yōu)良鈍化性與鎳對還原性介質(zhì)的一定耐蝕性耦合，提高不銹鋼的耐蝕性；Ni使不銹鋼形成奧氏體組織，進(jìn)而具有優(yōu)良的熱加工性、冷變形能力、可焊性和良好的低溫韌性；但是， Ni不全有利，

9、在其它條件相同條件下，奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向隨鋼中Ni含量的增加而增大；P85圖4-6，P86圖4-7元素特點(diǎn)與作用應(yīng)用Mo依靠鈍化，Mo使合金耐還原性介質(zhì)的腐蝕和抗Cl- 等引起的孔蝕，是鉻、鉻鎳、鈦、鎳等不銹鋼合金中重要的耐蝕元素，促使合金的鈍化，適量的Mo含量有助于提高鋼的耐應(yīng)力腐蝕破裂性能；圖4-8Mo的反應(yīng)產(chǎn)物隨溶液pH值而定， pH值 3.5, MoO42- or HMoO42-, 控制適當(dāng)?shù)臈l件可以提高耐蝕性隨鋼中Mo含量的增加，鈍化膜厚度增加，延長蝕孔形成的孕育期，提高耐蝕性P86,圖4-8Si和Mo一樣耐Cl-腐蝕，應(yīng)用在不銹鋼、低合金鋼、鑄鐵、鎳基合金中，具有耐氯化物腐

10、蝕破裂、孔蝕、濃熱硝酸、氧化、海水腐蝕等作用，性能穩(wěn)定，不耐含F(xiàn)物質(zhì)的腐蝕；隨著含量增加， Si通過加硅形成的富硅保護(hù)層改善不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕破裂性能；圖4-9Si通過提高鋼的鈍態(tài)穩(wěn)定性來改善不銹鋼耐孔蝕性能；含硅不銹鋼在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中的高耐蝕性是由于形成富集Si, Cr, O的表面膜，提高低合金鋼中的Si含量至0.7-2%有利于提高耐海水腐蝕性能， Si與Cr, Mo, Cu等相配合可以得到各種耐海水鋼P(yáng)86,圖4-9元素特點(diǎn)與作用應(yīng)用Cu在低合金鋼大氣腐蝕過程中起活性陰極的作用，一定條件下可促使陽極鈍化，提高耐蝕性；熱力學(xué)穩(wěn)定性高，耐大氣腐蝕，是低合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鑄鐵中常用的一種耐

11、蝕性金屬；適量的Cu能有效降低腐蝕速度，過多時效果不明顯；圖410Cu形成的鈍化膜易被活性Cl-破壞，只能在較純凈的空氣中有較好的耐蝕性；Cu能提高鋼對H2SO4的耐蝕性，與Mo配合可以提高鋼對中等濃度熱H2SO4的耐蝕性；Cu加入鋼中能阻滯陽極過程，減小鈍化臨界電流密度iCP，能不同程度減弱鋼在海水中的縫隙腐蝕，P87圖410第二節(jié)、常用結(jié)構(gòu)材料的耐蝕性3種情況依靠鈍化而耐蝕表面生成了不溶性的腐蝕產(chǎn)物膜而耐蝕材料本身的熱力學(xué)穩(wěn)定性而耐蝕1. 依靠鈍化而耐蝕的金屬材料范圍：不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鐵合金、硅鑄鐵等特點(diǎn)：耐蝕性是鈍化后的特性，在能夠鈍化的環(huán)境中耐蝕，而在不具備鈍化條件或會引起鈍化

12、膜破壞的環(huán)境中不穩(wěn)定，不耐蝕實(shí)例：18-8不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、高硅鑄鐵定義：含Cr18%, Ni89%的一系列奧氏體不銹鋼（包含大氣中耐蝕的不銹鋼和在各種化學(xué)試劑與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的不銹耐酸鋼）含Cr和Ni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等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣，約占不銹鋼總產(chǎn)量的70%常見腐蝕破壞形態(tài)：晶間腐蝕、孔蝕、SCC等常用的18-8不銹鋼的牌號，P88，表4-3I. 18-8不銹鋼 18-8不銹鋼特點(diǎn)： Cr使合金獲得鈍性的主要鈍化元素， Ni是可鈍化元素，二者總量相當(dāng)于n/8定律中n2的值；耐蝕特點(diǎn)主要體現(xiàn)在氧化性介質(zhì)中，在空氣、水、中性溶液、各種氧

13、化性介質(zhì)中穩(wěn)定；對熔融堿外的堿性溶液有很好的耐蝕性實(shí)際中常見晶間腐蝕、孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂等局部腐蝕形態(tài)在酸性溶液中的耐蝕性視酸的氧化性、非氧化性及氧化性強(qiáng)弱而異：在室溫下各種濃度的硝酸或濃硫酸中都耐蝕，但是，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在溫度較高時腐蝕嚴(yán)重；在室溫下、 78）或Nb可以提高耐硫化物溶液中的SCC 能力；加入Ti、Nb、V等合金化元素的奧氏體不銹鋼有良好的耐高溫水腐蝕破裂能力，如0Cr18Ni11Nb、 0Cr18Ni10Ti、 0Cr22Ni13Mn5Mo2NbVN等；提高Ni含量可以減小脆性破裂敏感性，如Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr2

14、1Ni33AlTi等；提高不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕破裂能力的措施合金化，所加元素種類及含量隨介質(zhì)環(huán)境而異合金鋼表示方法 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼： 表示方法：“兩位數(shù)字元素數(shù)字” 鋼號的前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾，沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在鋼號后特別標(biāo)出。合金元素以化學(xué)元素符號表示，合金元素后面的數(shù)字則表示該元素的含量，一般以百分之幾表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%時，鋼號中一般只標(biāo)明元素符號而不標(biāo)明其含量。如果平均含量1.5%、2.5%、3.5%、時,則相應(yīng)地在元素符號后面標(biāo)以2、3、4。如為高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在其鋼號后加“高”或“A”。鋼中的V、Ti、Al、B、

15、RE等合金元素，雖然它們的含量很低，但在鋼中能起相當(dāng)重要的作用，故仍應(yīng)在鋼號中標(biāo)出。如：45鋼表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；20CrMnTi表示平均含碳量為0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量Ti的合金結(jié)構(gòu)鋼；60Si2Mn表示平均含碳量為0.60%，主要合金元素Mn含量低于1.5%，Si含量為1.52.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。 合金工具鋼與特殊性能鋼表示方法：“一位數(shù)字（或沒有數(shù)字）元素數(shù)字”鋼號的前一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，合金元素以化學(xué)元素符號表示，合金元素后面的數(shù)字則表示該元素的含量，一般以百分之幾表示。其編號方法與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相同，區(qū)別在

16、于含碳量的表示方法，當(dāng)碳含量1.0%時，則不予標(biāo)出。如平均含碳量90%的硝酸中）；在、濃度不超過30%的堿溶液中由于生成溶解度小、能緊密覆蓋于鋼鐵表面的腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2和Fe(OH)3而耐蝕，但是，當(dāng)堿濃度更高時，會由于腐蝕產(chǎn)物的溶解而引起強(qiáng)烈腐蝕；在水中的二次腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2和Fe(OH)3由于疏松覆蓋而導(dǎo)致保護(hù)性極弱，在溶氧的水中腐蝕加劇；在非氧化性介質(zhì)中耐蝕性很差，也不耐大氣、土壤、海水等的腐蝕；鉛與鉛合金電位（）低于氫，在酸中會發(fā)生析氫反應(yīng)，在某些酸中能生成穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物，不具備鈍化能力，耐蝕性主要體現(xiàn)在它的腐蝕產(chǎn)物在相應(yīng)介質(zhì)中的溶解度；由于腐蝕產(chǎn)物PbSO4溶解度極小而耐

17、硫酸腐蝕，特別耐稀硫酸腐蝕，但是當(dāng)溫度和濃度過高會生成可溶性的Pb(HSO4)2而不耐蝕， 在40%鉻酸、90%磷酸、碳酸、不充氣50%氫氟酸、中性溶液、水、大氣、土壤等介質(zhì)中耐蝕在堿、硝酸、醋酸及其他一些有機(jī)酸中不耐蝕多用作設(shè)備襯里，有毒，不用于食品及醫(yī)藥生產(chǎn)3. 依靠自身熱力學(xué)穩(wěn)定而耐蝕的金屬貴金屬Au、Pt、Ag等電位很正，熱力學(xué)穩(wěn)定性高，價高少用銅及銅合金半貴金屬Cu電位（）比氫高，一般條件下不會鈍化，主要依靠自身的熱力學(xué)穩(wěn)定性耐蝕，銅及其合金在不充氣的非氧化性酸中耐蝕；在大氣 （除含S大氣）、水、海水或中性鹽溶液中由于表面生成溶解度極小的腐蝕產(chǎn)物而耐蝕，但是若水中含氧化性鹽類（如Fe3+、鉻酸鹽）會加速腐蝕；一般情況下很難鈍化，氧和氧化劑對銅只起陰極去極化作用，在氧化性介質(zhì)中會發(fā)生耗氧腐蝕；在氨溶液中會由于生成銅絡(luò)合物而發(fā)生腐蝕；不耐硫化物腐蝕，海水中含H2S時會發(fā)生孔蝕；低溫下強(qiáng)度和塑性好，廣泛用于深度冷凍工業(yè)；第三節(jié) 結(jié)構(gòu)材料選擇原則結(jié)構(gòu)材料具體工況下材料的要求材料的特性經(jīng)濟(jì)性技術(shù)可行性工藝條件對設(shè)備材