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1、第四章第四章 金属结构材料金属结构材料的耐蚀特性的耐蚀特性第一页，本课件共有23页4.1 4.1 金属耐蚀合金化原理金属耐蚀合金化原理（1 1）金属的热力学稳定性）金属的热力学稳定性 n n判断依据：标准电位值判断依据：标准电位值 （-0.414V-0.414V、0V0V、+0.805V+0.805V）（2 2）金属的钝化）金属的钝化n n热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝化；热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝化；n n易钝化的金属可作为合金元素。易钝化的金属可作为合金元素。（3 3）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能1 1、纯金属的耐蚀特性、纯金属
2、的耐蚀特性第二页，本课件共有23页（1 1）提高金属的热力学稳定性）提高金属的热力学稳定性 （贵金属，难以推广）（贵金属，难以推广）（2 2）减弱合金的阴极活性）减弱合金的阴极活性n n减小金属或合金中的减小金属或合金中的活性阴极面积活性阴极面积；通过；通过热处理的方法形成热处理的方法形成稳定的固溶体稳定的固溶体。n n加入加入吸氢超电压高的合金元素吸氢超电压高的合金元素（增大合金（增大合金阴极析氢反应的阻力）。阴极析氢反应的阻力）。2 2、金属耐蚀合金化的途径、金属耐蚀合金化的途径第三页，本课件共有23页（3 3）减弱合金的阳极活性（是最有效、应）减弱合金的阳极活性（是最有效、应用最广泛的方
3、法）用最广泛的方法）n n减少阳极相的面积；减少阳极相的面积；n n加入易钝化的合金元素；加入易钝化的合金元素；n n加入阴极合金元素促进阳极钝化。加入阴极合金元素促进阳极钝化。（4 4）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜第四页，本课件共有23页第五页，本课件共有23页pp塔曼塔曼-pp合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊关系；关系；pp对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台阶值是不同的；阶值是不同的；pp适用于二元系统能够也使用于多元系统的固适用于二元系统能够也使用于多元系统的固溶体
4、合金；溶体合金；pp至今仍无确切的解释。至今仍无确切的解释。3 3、单相合金的确、单相合金的确n/8n/8定律定律第六页，本课件共有23页 1 1）铬（）铬（CrCr）：）：n n不锈钢的不锈钢的基本合金元素基本合金元素；热力学不稳定；热力学不稳定；n n与铁基合金组成固溶体时，合金与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同呈现不同程度的类似铬的耐蚀特性程度的类似铬的耐蚀特性；n n在钝化条件下，含量越高，耐蚀性越好；在钝化条件下，含量越高，耐蚀性越好；n n在不能实现钝化条件下，随着含量的增高，在不能实现钝化条件下，随着含量的增高，腐蚀速率反而加大。腐蚀速率反而加大。4 4、主要合金元素对耐蚀性的
5、影响、主要合金元素对耐蚀性的影响第七页，本课件共有23页 2 2）镍（镍（Ni)Ni)：n n热力学不够稳定；热力学不够稳定；n n与与Fe-NiFe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀腐蚀速率都随着镍的含量的增加而减小速率都随着镍的含量的增加而减小；n n镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是而是使合金的热力学稳定性提高使合金的热力学稳定性提高；n n在氧化性介质和还原性介质中均有效。在氧化性介质和还原性介质中均有效。第八页，本课件共有23页l l优势：优势：与铬配合加入铁中与铬配合加入铁中获得不锈钢获得不锈钢；综合了铬镍的优势
6、，综合了铬镍的优势，耐氧化性介质腐耐氧化性介质腐蚀，蚀，也耐还原性介质腐蚀也耐还原性介质腐蚀；形成奥氏体，具有形成奥氏体，具有良好的热加工性、良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧性冷变形能力、可焊性、良好的低温韧性。l l不利之处：不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向增加不锈钢的晶间腐蚀倾向第九页，本课件共有23页 3 3）钼（）钼（Mo)Mo)：n n使合金使合金耐还原性介质的腐蚀耐还原性介质的腐蚀和和抗氯离子抗氯离子等引起的孔蚀等引起的孔蚀；n n含量较小含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼感，而当钼含量大于含量大于4%4%时，钢的耐应力时，钢的
7、耐应力腐蚀破裂性能提高；腐蚀破裂性能提高；n n钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚，而膜厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕而膜厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，育期，提高耐孔蚀性能提高耐孔蚀性能。第十页，本课件共有23页4 4）硅（硅（Si)Si)：n n具有具有耐氯化物腐蚀耐氯化物腐蚀破裂、破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀抗氧化、耐海水腐蚀等作用；等作用；n n不锈钢随硅含量的增加，不锈钢随硅含量的增加，耐应力腐蚀破裂性能显耐应力腐蚀破裂性能显著改善著改善（依靠加硅形成富硅保护膜）；（依靠加硅形成富硅保护膜）；n n耐氯离子
8、腐蚀耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）；（耐氯化物应力腐蚀破裂）；n n改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）；改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）；n n耐强氧化物腐蚀耐强氧化物腐蚀：形成富集：形成富集Si,Cr,OSi,Cr,O的表面膜；的表面膜；n nSiSi与与Cr,MoCr,Mo与与CuCu配合，可以得到各种耐海水钢。配合，可以得到各种耐海水钢。第十一页，本课件共有23页5 5）铜（）铜（Cu)Cu)：n n是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合
9、金元耐蚀合金元耐蚀合金元耐蚀合金元素之一素之一素之一素之一；n n耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着活性阴极活性阴极活性阴极活性阴极的的作用，在一定条件下可以促使钢产生作用，在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化阳极钝化阳极钝化阳极钝化，从而，从而降低腐蚀速率；降低腐蚀速率；n n钝化膜易被活性氯离子破坏钝化膜易被活性氯离子破坏钝化膜易被活性氯离子破坏钝化膜易被活性氯离子破坏，所以铜钢只在较纯净的空，所以铜钢只在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性；气中具有较好的耐蚀性；
10、n n可可提高钢对提高钢对提高钢对提高钢对H H H H2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4的耐蚀性的耐蚀性的耐蚀性的耐蚀性和合金的和合金的和合金的和合金的热力学稳定性热力学稳定性热力学稳定性热力学稳定性；n n可减弱钢在海水中的可减弱钢在海水中的可减弱钢在海水中的可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀：加入：加入CuCu后，钢的后，钢的阳极过阳极过程受到阻滞程受到阻滞，使钝化临界电流密度减小。，使钝化临界电流密度减小。第十二页，本课件共有23页4.2 4.2 常用结构材料的耐蚀性能常用结构材料的耐蚀性能pp主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅主要有不锈钢、铝及铝合金、
11、钛及钛合金、硅铸铁等铸铁等1 1）18-818-8不锈钢（不锈钢（Cr18%,Ni8%-9%;n=2)Cr18%,Ni8%-9%;n=2)pp在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定分稳定pp在酸性介质中（在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性的强弱有关氧化性的强弱有关）不锈钢设备的腐蚀多是）不锈钢设备的腐蚀多是局局部腐蚀破坏部腐蚀破坏：晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀。1 1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属、依靠钝化获得耐蚀能力的金属第十三页，本课件共有23页pp铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝的
12、耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面的保护膜铝表面的保护膜铝表面的保护膜铝表面的保护膜的稳定性。的稳定性。的稳定性。的稳定性。pp在在在在中性中性中性中性和和近中性近中性以及以及以及以及大气大气大气大气中具有中具有中具有中具有很高的稳定性很高的稳定性。pp在在氧化性的酸或盐溶液氧化性的酸或盐溶液氧化性的酸或盐溶液氧化性的酸或盐溶液中也十分稳定。中也十分稳定。中也十分稳定。中也十分稳定。pp常用于常用于浓硝酸浓硝酸的生产中。的生产中。的生产中。的生产中。pp在含卤素离子的中性溶液中易发生在含卤素离子的中性溶液中易发生在含卤素离子
13、的中性溶液中易发生在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀。小孔腐蚀。小孔腐蚀。小孔腐蚀。pp在大多数在大多数在大多数在大多数有机介质有机介质有机介质有机介质中有很好的耐蚀性。中有很好的耐蚀性。中有很好的耐蚀性。中有很好的耐蚀性。pp对对对对硫和硫化物硫和硫化物硫和硫化物硫和硫化物有很好的耐蚀性。有很好的耐蚀性。pp加入加入Cu,Mg,MnCu,Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度。等使铝强化，提高纯铝的强度。pp耐蚀铝合金：耐蚀铝合金：耐蚀铝合金：耐蚀铝合金：Al-Mn,Al-Mn-Mg,Al-Mg-Si,Al-MgAl-Mn,Al-Mn-Mg,Al-Mg-Si,Al-MgAl-Mn,Al-M
14、n-Mg,Al-Mg-Si,Al-MgAl-Mn,Al-Mn-Mg,Al-Mg-Si,Al-Mg。2 2）铝与铝合金）铝与铝合金第十四页，本课件共有23页pp氧化性介质；氧化性介质；氧化性介质；氧化性介质；沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的混酸、高温高浓度的硝酸。的混酸、高温高浓度的硝酸。的混酸、高温高浓度的硝酸。的混酸、高温高浓度的硝酸。pp在在在在中性和弱酸性氯化物溶液中性和弱酸性氯化物溶液中性和弱酸性氯化物溶液中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性中有良好的耐蚀
15、性pp在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等相接触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）。相接触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）。相接触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）。相接触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）。pp在稀碱溶液中耐蚀。在稀碱溶液中耐蚀。pp在一定条件下，发生激烈的发火反应。在一定条件下，发生激烈的发火反应。在一定条件下，发生激烈的发火反应。在一定条件下，发生激烈的发火反应。pp主要品种主要品种有：有：有：有：Ti-Pd
16、,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-MoTi-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-MoTi-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-MoTi-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-Mo合金合金合金合金pp容易发生氢脆情况。容易发生氢脆情况。pp应力腐蚀破裂。应力腐蚀破裂。3 3）钛及钛合金）钛及钛合金第十五页，本课件共有23页pp含含14.5-18%14.5-18%的铁碳合金称为高硅铸铁。的铁碳合金称为高硅铸铁。ppn=2n=2。pp表面钝化形成表面钝化形成SiOSiO2 2保护膜保护膜。pp在碱、氢氟酸、氟化物、卤素、亚硫酸等环境在碱、氢氟酸、氟化物、卤素、亚硫酸等环境中不耐蚀
17、。中不耐蚀。pp抗热冲击能力差。抗热冲击能力差。4 4）高硅铸铁）高硅铸铁第十六页，本课件共有23页（1 1 1 1）碳钢和铸铁）碳钢和铸铁）碳钢和铸铁）碳钢和铸铁 多相合金多相合金多相合金多相合金（2 2）铅与铅合金）铅与铅合金 常用来制作输送硫酸的泵、管和阀等。常用来制作输送硫酸的泵、管和阀等。*不用用于食品和医药中（千万分之一）。不用用于食品和医药中（千万分之一）。2 2、可钝化或腐蚀产物稳定的金属：、可钝化或腐蚀产物稳定的金属：第十七页，本课件共有23页pp贵金属具有很高的热力学稳定性贵金属具有很高的热力学稳定性贵金属具有很高的热力学稳定性贵金属具有很高的热力学稳定性，常用于金属结构材
18、，常用于金属结构材料中。料中。pp铜属于半贵金属。铜属于半贵金属。铜属于半贵金属。铜属于半贵金属。pp在酸性溶液中不会发生析氢腐蚀。在酸性溶液中不会发生析氢腐蚀。pp铜在氧化性介质包括含氧酸中发生铜在氧化性介质包括含氧酸中发生耗氧腐蚀。耗氧腐蚀。耗氧腐蚀。耗氧腐蚀。pp铜在溶有氧的碱中不耐蚀。铜在溶有氧的碱中不耐蚀。铜在溶有氧的碱中不耐蚀。铜在溶有氧的碱中不耐蚀。pp不耐硫化物腐蚀。不耐硫化物腐蚀。pp黄铜合金耐空泡腐蚀性能较好。黄铜合金耐空泡腐蚀性能较好。3 3、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：第十八页，本课件共有23页（1 1）减少减少减少减少溶液中的溶液
19、中的卤素离子卤素离子的浓度（设计中尽量避免有的浓度（设计中尽量避免有 溶液的滞留区，防止卤素离子的局部浓缩）。溶液的滞留区，防止卤素离子的局部浓缩）。（2 2）提高溶液的）提高溶液的流速流速（防止杂质附着于金属表面，避免（防止杂质附着于金属表面，避免形成所谓的钝性形成所谓的钝性-活性电池）。活性电池）。（3 3 3 3）添加）添加）添加）添加缓蚀剂缓蚀剂。（4 4）增加）增加Cr,MoCr,Mo等可以提高孔蚀的击穿电位。等可以提高孔蚀的击穿电位。等可以提高孔蚀的击穿电位。等可以提高孔蚀的击穿电位。（5 5）采用）采用阴极保护阴极保护阴极保护阴极保护（使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动至击（使不锈钢
20、的腐蚀电位往负方向移动至击（使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动至击（使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动至击穿电位以下）。穿电位以下）。穿电位以下）。穿电位以下）。4 4、提高不锈钢抗孔蚀的能力：、提高不锈钢抗孔蚀的能力：第十九页，本课件共有23页（1 1）介质的特性与温度、压力）介质的特性与温度、压力（2 2 2 2）工艺条件对材料的限制）工艺条件对材料的限制）工艺条件对材料的限制）工艺条件对材料的限制（3 3）设备的功能和结构）设备的功能和结构（4 4）运转及开停车的条件）运转及开停车的条件1 1、根据工艺条件分析对设备材料的要求、根据工艺条件分析对设备材料的要求4.3 4.3 结构材料的选择原则结构材料的选择原则第二十页，本课件共有23页pp首先了解各种材料的共性；首先了解各种材料的共性；pp然后分析某些材料的特殊性质；然后分析某些材料的特殊性质；pp全面掌握各种材料的基本特性。全面掌握各种材料的基本特性。2 2、掌握材料的基本特性、掌握材料的基本特性第二十一页，本课件共有23页3 3、材料选择的基本要点、材料选择的基本要点p耐蚀性耐蚀性p力学物理特性力学物理特性p加工成型工艺性能加工成型工艺性能p材料价格与来源材料价格与来源第二十二页，本课件共有23页n nhttp:/