1、提高金屬耐蝕性的途徑合金化,1. 提高熱力學穩(wěn)定性 阻滯陰極過程 阻滯陽極過程 4. 增大腐蝕體系的電阻,合金化提高熱力學穩(wěn)定性,合金化阻滯陰極過程,合金化阻滯陽極過程,合金化阻滯陽極過程,合金化阻滯陽極過程,合金化阻滯陽極過程,合金化增大腐蝕體系的電阻,耐蝕低合金鋼,耐大氣腐蝕低合金鋼 耐海水腐蝕低合金鋼 耐硫酸露點腐蝕低合金鋼 耐硫化物腐蝕低合金鋼 其他耐蝕低合金鋼,_,合金元素對鋼的耐大氣腐蝕作用： 改變銹層的晶體結(jié)構(gòu)及降低缺陷，提高銹層的致密度和對鋼的附著力。,耐大氣腐蝕低合金鋼,_,耐大氣腐蝕低合金鋼又稱耐侯鋼,對提高耐侯性具有顯著效果的合金元素 主要有Cu、P、Cr。,_,耐大氣腐

2、蝕低合金鋼,Cu 是耐侯鋼中最有效的元素，含量在 0.2%-0.5% 范圍內(nèi) P 通常被認為是有害元素，但在耐侯性方面具有特殊效果，可能是由于P促使銹層非晶態(tài)轉(zhuǎn)變，含量在0.06%-0.10%。 Cr 含量在1%-2% 為宜，其作用被認為是促進尖晶石氧化物生成。Cu的作用促使尖晶石氧化物非晶化轉(zhuǎn)變，所以兩者配合效果尤為明顯。,對提高耐侯性稍有效果的合金元素 主要有Ni、Mo、V、Ti 等 Ni 在3.5%含量時，耐侯性效果最好，而低于1%時效果較差。 Mo含量在0.4-0.5%范圍內(nèi)，通常與Cu-P 聯(lián)用效果比Cr或Ni明顯。 對提高耐侯性沒有效果的合金元素 主要有C、Si、Mn、S等。,上述

3、合金元素的復合添加，比單獨添加有更好的效果,耐大氣腐蝕低合金鋼,_,_,耐海水腐蝕低合金鋼,美國鋼鐵公司 Cu-Ni-P系低合金鋼，對海水飛濺帶具有優(yōu)良的耐蝕性。但由于P含量高，焊接性和低溫韌性差。 日本新日鐵 Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系低合金鋼，特征不含Ni.,前蘇聯(lián) Cr-Ni-Si系低合金鋼 中國 含Cu和P的低合金鋼間浸耐蝕性較好，含Cr、Al的低合金鋼全浸耐蝕性較好,_,耐海水腐蝕低合金鋼,耐海水腐蝕低合金鋼,_,合金元素的在海洋環(huán)境下的耐蝕作用 合金元素富積在銹層中，降低了銹層的氧化物晶體缺陷、并提高了銹層的致密性和黏附性，阻礙了Cl-、O2、H2

4、O向鋼表面擴散，從而提高耐海水腐蝕性能。,在鍋爐的低溫部位，由于SO3與水汽作用而凝結(jié)成H2SO4，引起金屬部件腐蝕，稱硫酸露點腐蝕。 一般燃氣中的含SO3量超過6*10-6，可以使環(huán)境露點升高至150-170 。 由于高硫重油或煤作燃料中含有SO2和SO3，因此以此為燃料的的鍋爐容易發(fā)生硫酸露點腐蝕。,_,耐硫酸露點腐蝕低合金鋼,燃料中的含硫量與空氣過剩系數(shù)決定了SO3的量； SO3的量影響了露點溫度 燃氣中水分含量與金屬表面溫度決定了凝結(jié)H2SO4濃度 如：金屬表面溫度60度，硫酸濃度為40% 金屬表面溫度100度，硫酸濃度為70% 在金屬表面溫度低于露點20-60 ，硫酸濃度最大,硫酸露

5、點腐蝕機理,_,硫酸露點腐蝕的三個階段 第一階段，低溫、低濃度的硫酸活化階段； 第二階段，高溫、高濃度腐蝕環(huán)境（T160 , C60%） 第三階段，高溫、高濃度腐蝕環(huán)境，與第二階段相似。,硫酸露點腐蝕機理,_,* 如環(huán)境中含有大量未燃燒的炭微粒，可以促進Fe3+的產(chǎn)生，促使含有Cr和B的銅鋼鈍化，腐蝕降低，但非鈍化鋼， Fe3+參加陰極反應，腐蝕速度增加。,其中Cu已經(jīng)成為耐硫酸露點腐蝕鋼的基本成分之一。 一般Cu含量在0.2%-0.6%、Cr含量在1%-1.5%為宜。 在含銅鋼中同時加入W(0.2%)與Sn(1%)可以提高鋼的耐硫酸腐蝕性,耐硫酸露點腐蝕低合金鋼,_,對降低硫酸露點腐蝕最重要

6、的合金元素仍然是 Cu、Cr 和 B。,w (Cr)13%的Fe-Cr合金在大氣下不生銹，稱為不銹鋼。 不銹鋼鈍化膜具有如下特點： 膜很薄，厚度在1-3 nm； 膜中的成分中富含Cr； 膜的結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)， w(Cr)12%時，尖晶石結(jié)構(gòu)已不明顯， w(Cr)19%時，主要為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)， w(Cr)28%時，完全為非晶態(tài)組織。,_,不銹鋼,按不銹鋼組織結(jié)構(gòu)可分為以下五種： 奧氏體不銹鋼 鐵素體不銹鋼 馬氏體不銹鋼 馬氏體-鐵素體雙相不銹鋼 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼,不銹鋼,_,應用最為廣泛的是18-8型鉻鎳鋼為基體的奧氏體不銹鋼，占奧氏體不銹鋼70%，占全部不銹鋼的50%。 對奧氏體不銹鋼的

7、耐蝕性起主要作用的元素如下：Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、C。,_,奧氏體不銹鋼,優(yōu)點：具有優(yōu)良的綜合力學性能和加工性能，而且耐蝕性也優(yōu)于其他不銹鋼。 缺點：在含氯化物溶液中不耐應力腐蝕，易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕。價格偏高。 應用：石油、化工、食品、醫(yī)療等行業(yè)，常見的欄桿、燈柱等,高鉻鐵素體不銹鋼發(fā)展較早，成本較低。 屈服強度比奧氏體不銹鋼高，但脆性大，加工性差。 主要類型：Cr13型、Cr16-19型、Cr25-28型、高純高鉻型。 其中高純高鉻型不銹鋼，具有優(yōu)異的耐蝕性和抗應力腐蝕性。,_,鐵素體不銹鋼,室溫下具有馬氏體組織的鉻不銹鋼。 典型鋼種有2Cr13、3Cr13、4Cr13和9Cr18

8、等。 具有優(yōu)良的耐全面腐蝕的性能，可以耐弱酸。 馬氏體不銹鋼具有高硬度特點，常用于耐磨部件或刃具,_,馬氏體不銹鋼,常見的馬氏體-鐵素體雙相不銹鋼為1Cr13。 雙相鋼的耐蝕性接近馬氏體，但硬度低，塑性和韌性較好，具有良好的焊接性能。 常用于食品和奶制品工業(yè)中，也可以作為耐熱鋼，如450-550下工作的氣輪機葉片和鍋爐零件,_,馬氏體-鐵素體雙相不銹鋼,同時具有奧氏體-鐵素體組織，兩相比例接近。 主要有Cr18型、Cr21型和Cr25型三類 優(yōu)點：對晶間腐蝕不敏感，具有良好的耐應力腐蝕與腐蝕疲勞性能，耐點蝕和縫隙腐蝕。 應用于海洋、石油石化、尿素、硫酸、磷酸、草酸工業(yè)中。,_,奧氏體-鐵素體雙

9、相不銹鋼,工業(yè)生產(chǎn)中，通常把以鐵為基的金屬材料稱為黑色金屬，如鋼與鑄鐵，把非鐵金屬及其合金稱為有色金屬，如鋁、鎳、鋅、鈦、銅金屬及合金。,有色金屬及合金與鋼鐵材料相比，具有許多特殊性能，是現(xiàn)代工業(yè)生活中不可缺少的金屬材料。 本章重點介紹、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鎳及鎳合金、鎂及鎂合金和鋯及鋯合金。, Al，Mg，Ti及其合金密度小 Au，Cu，Ag及其合金導電性好 Ni，Mo，Nb，Co及其合金耐高溫 Cr，Ni，Ti及合金具有優(yōu)良的耐蝕性,有色金屬及其合金與鋼鐵相比，具有許多特性：,有色金屬及其合金的應用在國民經(jīng)濟中占越來越重要地位,飛機制造業(yè)：輕金屬占總重量的95%， 鋼鐵及其它材料占5%

10、。,汽車制造業(yè)：鋁合金、鎂合金的使用量 越來越多。,具有較正的電位 E0Cu+/Cu: +0.52 V E0Cu2+/Cu: +0.35V 多數(shù)情況下，不發(fā)生析氫腐蝕，可能進行吸氧腐蝕，而且容易形成二價銅離子。,_,銅及銅合金,純銅呈紫紅色，故又稱紫銅,屬于半貴金屬。 具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。塑性好. 熔點1083 密度8.94g/cm3 純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性,*在大多非氧性介質(zhì)中(HF、 HCl)抗蝕性較好, 而在氧化性介質(zhì)中(HNO3、H2SO4）易被腐蝕,耐蝕性： 在大氣中，銅耐蝕，形成CuCO33Cu (OH)2保護膜；

11、工業(yè)大氣中，形成CuSO43Cu (OH)2；在海洋大氣中，形成CuCl23Cu (OH)2保護膜。 不耐硫化物腐蝕，在有氨、氨水或CN-等介質(zhì)中，加速腐蝕。 應用: 家用熱水器、空調(diào)水管；在海水中工作的設備或艦艇的零件。,銅及銅合金,_,黃銅 銅鋅合金，主要有單相黃銅(39%)和復相(+) (39-47%)和單相黃銅(47-50%)三類。其耐沖擊腐蝕性能比純銅好。 常見腐蝕類型 黃銅脫鋅 黃銅的主要破壞形式，容易在熱海水中或中性溶液供氧不充分情況下發(fā)生。 黃銅的應力腐蝕開裂 常稱“季裂”或“氨脆”。在拉應力下，在大氣、海水、高溫高壓水以及一切含氨的環(huán)境中，都可能發(fā)生SSC。,銅及銅合金,_,

12、青銅 銅錫合金，也有鋁青銅、砷青銅、硅青銅、鈹青銅。 錫青銅按錫含量分，有5%、8%和10%三種。 耐蝕性： 耐大氣、淡水和海水腐蝕， 不產(chǎn)生應力腐蝕和脫錫腐蝕 應用： 制造泵、齒輪、軸承、懸塞等 耐磨和耐蝕零件。,_,銅及銅合金,青銅制品,純鋁 金屬材料中電極電位最負，但在大氣和中性溶液中，表面形成致密牢固的氧化物保護膜使鋁表面鈍化。 鋁在pH值為4-8的介質(zhì)中易鈍化，膜的組成為Al2O3或Al2O3nH2O。 膜厚度為1nm左右，隨大氣中的濕度增加增厚，但保護性下降。,鋁及鋁合金,_,純鋁具有銀白色金屬光澤, 密度小(2.72g/cm3 ), 熔點低(660.4) 導電(僅低于Au、Ag、

13、Cu)、導熱性能優(yōu)良。,汽缸頭,純鋁的耐蝕性： 耐很多有機酸，特別耐無水醋酸腐蝕。耐硫和硫化物腐蝕。 在含有Cl-介質(zhì)中產(chǎn)生點蝕，與正電性金屬接觸發(fā)生電偶腐蝕。,美F-117隱身戰(zhàn)斗機(所用材料大部分是鋁合金),鋁合金 為獲得較高的力學、物理性能和工藝性能，在鋁中加入合金元素。一般分為鑄造鋁合金和變形鋁合金兩種。 腐蝕類型： 點蝕，最常見的腐蝕形式。 晶間腐蝕，主要由于熱處理不當產(chǎn)生析出相造成的。 應力腐蝕開裂，主要與晶間腐蝕有關 電偶腐蝕,_,鋁及鋁合金,純鎳 電極電位-0.25V，但在非氧化性酸中卻很耐蝕。在干燥和潮濕空氣中都耐蝕。突出點在堿類溶液中完全穩(wěn)定，是優(yōu)良的耐堿材料之一。 鎳合金

14、 (1) Ni-Cu 合金 鎳銅可以形成無限固溶體。 典型合金為蒙乃爾合金（Ni70Cu28），在還原性介質(zhì)中比純鎳耐蝕，在氧化性介質(zhì)中比純銅耐蝕。 對鹵素中性水溶液，中等溫度的稀硫酸、鹽酸、磷酸，一定溫度和濃度的堿溶液都耐蝕。 對各種濃度和溫度的氫氟酸特別耐蝕。,鎳及鎳合金,_,(2) Ni-Mo 合金 Ni和Mo可以形成一系列固溶體。具有良好的力學和耐蝕性能，如哈氏合金系列 耐鹽酸和硫酸、耐所有濃度溫度的磷酸，不耐硝酸。 哈氏合金C在室溫下耐所有濃度的鹽酸和氫氟酸腐蝕，在王水中也具有一定的耐蝕性。 (3) Ni-Cr 合金 在高溫下具有很高的力學性能和抗氧化性能，對還原和氧化介質(zhì)同時具有耐

15、蝕性。 是少數(shù)幾種耐熱濃MgCl2的材料，無SCC傾向。 可用于核動力工程。,_,鎳及鎳合金,純鈦 鈦很活潑，電極電位為-1.63V，與鋁接近。 鈦表面易形成保護膜，而且具有良好自修復能力。 鈦在水中鈍化，具有以下三個特點： 致鈍電位低 穩(wěn)定鈍化區(qū)長 不受Cl-離子破壞 用途： 應用與含氯離子介質(zhì)中 在土壤和大氣中極其耐蝕 耐含氧酸和稀堿介質(zhì)環(huán)境,_,鈦及鈦合金,鈦及鈦合金,_,耐蝕鈦 合金主要分為型和型 型室溫下是密排六方結(jié)構(gòu) 型室溫下是體心立方結(jié)構(gòu),鈦合金的腐蝕類型： 比較耐點蝕和縫隙腐蝕 對氫脆敏感 應力腐蝕開裂和焊區(qū)腐蝕是兩種重要的腐蝕破壞形式,純鎂活潑金屬，電極電位-2.37V，比鋁

16、、鐵都負。 鎂及其合金表面形成的氧化膜不致密、不連續(xù)，保護性差，但Mg在pH值大于11.5時，發(fā)生鈍化。 Mg在干燥空氣中氧化膜為MgO，在潮濕中為Mg(OH)2，另外CO2對Mg及其合金的腐蝕影響很大。,_,鎂及鎂合金,鎂的氧化膜通常具有三層結(jié)構(gòu),_,鎂及鎂合金,鎂及其合金的腐蝕類型： 電偶腐蝕，通常作為犧牲陽極中的陽極金屬； 點蝕，相溶解為陽極相，相為陰極相，產(chǎn)生所謂的閉塞電池，加劇腐蝕； 晶間腐蝕，其發(fā)生可能與相分布有關； 縫隙腐蝕，基本不存在；,應力腐蝕開裂，純鎂不發(fā)生SCC，Al和Zn合金元素增加了SCC敏感性； 腐蝕疲勞，鎂合金在空氣中存在疲勞極限，在腐蝕介質(zhì)中不存在，腐蝕介質(zhì)降低

17、了鎂合金的疲勞壽命。 磨損腐蝕，磨損腐蝕加劇了鎂合金的腐蝕速度。,_,鎂及鎂合金,_,鎂及鎂合金,影響鎂及其合金腐蝕的因素： （1）合金成分： 含量質(zhì)量分數(shù)低于5%，對腐蝕速率影響不大的元素，如 Al、Mn、Na、Si、Zr、Ce、Pr、Y等 使腐蝕速度稍有提高的元素如 Zn、Cd、Ca、Ag等 使腐蝕速度顯著提高，如 Ni、Fe、Cu、Co等,（2）組織結(jié)構(gòu) 相的雙重作用， 相體積分數(shù)低，作為陰極，加速相溶解；反之，可作為阻礙合金全面腐蝕 非晶態(tài)合金的耐蝕性高于晶態(tài)合金,_,鎂及鎂合金,_,鎂及鎂合金,影響鎂及其合金腐蝕的因素： （3）晶粒尺寸 晶粒細化有利與提高合金的耐蝕性 （4）熱處理 熱處理可以改變合金的組織結(jié)構(gòu)，從而改變合金耐蝕性 （5）相對濕度 濕度越大，腐蝕速度越快 （6）pH值 （7）Cl-的影響,鋯及鋯合金,_,鋯的活性很高，但在空氣和水溶液中易形成氧化膜