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1、第四章金属结构材料的耐蚀性第1页，本讲稿共15页第一节 金属耐蚀合金化原理一、纯金属的耐蚀途径：1.金属本身热力学稳定：金属自身电极电位愈大愈稳定，反之愈不稳定易腐蚀，比如正电位的金、银、铂等。2.金属可钝化耐蚀：热力学不稳定的金属可通过钝化获得耐蚀性，比如铝、铬、钛、钼、镍、铁等。3.腐蚀产物膜具有保护性：比如铅在硫酸溶液中，铁在磷酸溶液中，锌在大气中等均因生成保护性腐蚀产物膜而耐蚀。第2页，本讲稿共15页二、金属耐蚀合金化的途径1.提高金属的热力学稳定性：纯金属中加入热力学稳定性更高的合金元素，从而提高合金的电极电位，是整体耐蚀性提高，比如铜中加入金，铬钢中加入镍，添加量较高，一般达到25
2、%50%.。第3页，本讲稿共15页2.减弱合金的阴极活性：（1）减小金属或合金中的活性阴极面积 例如，减少纯铝中杂质铁的含量，使纯铝在2mol/L的盐酸溶液中腐蚀速度大大降低。（2）加入析氢超电压高的合金元素，增加析氢反应阻力例如，在碳钢和铸铁中加入析氢超电压高的砷、锑、铋或锡，可显著降低在非氧化性酸中的腐蚀速度。第4页，本讲稿共15页3.减弱合金的阳极活性：（1）加入易钝化金属元素，提高整体耐蚀性如铁基合金中加入铬制成不锈钢。（2）加入阴极合金元素促使阳极极化 对有可能钝化的金属，往金属或合金中加入强阴极性元素，使其阴阳极电流增加而超过钝化电流密度时，阳极钝化耐蚀。（3）减小阳极相面积。合金
3、基体是阴极，而其它微量元素是阳极相时，如进一步减少阳极面积而使阳极极化电流密度加大使其极化程度增加，腐蚀变缓。4.使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜第5页，本讲稿共15页三、单相合金的n/8定律 塔曼在研究单相合金的耐蚀性时，发现其耐蚀能力与固溶体的成分之间存在一种特殊关系。在给定介质中一种耐蚀的组元和另一种不耐蚀的组元组成的固溶体合金，其中耐蚀组元的含量等于12.5%、25%、37.5%、50%、原子分数，即相当于1/8、2/8、3/8、4/8、n/8时，合金的耐蚀性将出现突然的阶梯式的升高。n/8定律不仅适用于二元系统，也适用于多元合金体系，如铬镍不锈钢等。第6页，本讲稿共15页四、主要合金
4、元素对耐蚀性的影响：P110,老版P851.铬：铬易钝化，是不锈钢的基本元素，适用于有氧化性的介质，还原性介质不适用；2.镍：镍的钝化倾向比铁大、比铬小，加镍主要提高合金整体的热力学稳定性，对氧化性和还原性介质都有效，特别对碱有特殊的耐蚀性，与铬同时使用性能互补。3.钼：钼能促进合金的钝化，特别是耐孔蚀性及耐还原性介质。4.硅：提高耐孔蚀性和耐应力腐蚀破裂的能力5.铜：铜钢耐大气腐蚀性良好，不锈钢中加铜可以不同程度地提高其在海水的耐缝隙腐蚀的能力。第7页，本讲稿共15页第二节第二节 常用结构材料的耐蚀性常用结构材料的耐蚀性一、依靠钝化获得耐蚀能力的金属材料：不锈钢，铝及铝合金，钛及钛合金，硅铸
5、铁等。1.18-8不锈钢：铬18%，镍8%耐蚀性：在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定，耐熔融碱之外的碱；不耐蚀：在有氯离子的介质中易孔蚀和应力腐蚀破裂提高不锈钢耐孔蚀的方法：（1）减少溶液中卤素离子的浓度（2）提高溶液流速（3）添加缓蚀剂（4）不锈钢中增加铬、钼等合金含量（5）采用阴极保护第8页，本讲稿共15页2.铝与铝合金：在近中性介质中有较高的稳定性，在氧化性酸、盐中也十分稳定，耐有机介质。易发生孔蚀，大流速冲击会破坏氧化膜，不耐碱液腐蚀。在非氧化性酸（盐酸、氢氟酸及稀硫酸）中不稳定。纯铝强度较低，铸造性差，工程材料常用铝铜合金、铝硅合金等。3.钛及钛合金：钝化能力比铝、硅还强
6、。在各种氧化性介质中（沸水、土壤、大气）稳定；由于钝化能力强，在中性或弱酸性氯化物溶液中仍有良好的耐蚀性，固在海水中十分稳定；稀碱液中耐蚀。不耐蚀：对纯非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）不耐蚀，易产生氢脆。第9页，本讲稿共15页4.高硅铸铁：含14.518%的硅的铁碳合金称为高硅铸铁。在酸、盐溶液中耐蚀性良好，不耐碱腐蚀第10页，本讲稿共15页二、可钝化或腐蚀产物稳定的金属1.碳钢与铸铁:主要成分：铁、碳、铁碳化合物 耐蚀介质：强氧化性介质，如：浓硝酸、浓硫酸；稀碱（30%）腐蚀介质：非氧化性介质，稀硝酸、稀硫酸、盐酸，水、大气、土壤、海水第11页，本讲稿共15页2.铅与铅合金 本身不具备钝化能力也不
7、能生成稳定的产物耐蚀介质：稀硫酸（80%），高铬酸（40%），磷酸（90%），碳酸、氢氟酸及中性溶液，水、大气、土壤腐蚀介质：硝酸，醋酸等有机酸，普通水泥注：纯铅软，常加入锑提高硬度，另外铅有毒使用时要注意。第12页，本讲稿共15页三、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属:主要有铜、银、铂、金，其中常用的是铜。铜的电极电位为+0.35V，在大气、水、海水或中性盐溶液中耐蚀，在氧化性介质（硝酸、浓硫酸）和含氧的碱特别是氨水中腐蚀严重。铜的常用合金有黄铜（铜锌合金）、白铜（铜镍合金）、青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜）。紫铜为纯铜，较软，一般不作为结构材料使用。第13页，本讲稿共15页第三节 结构材料的选择原则 正确、合理选材是保证设备功能的重要环节，一般主要考虑：设备的工作条件，材料特性和经济因素。一、使用性原则 1.根据工艺条件分析对设备材料的要求：介质特性与温度、压力等，工艺条件对材料的限制，设备的功能与结构，运转及开停车条件第14页，本讲稿共15页 2.掌握材料的基本耐蚀特性二、加工工艺性能原则 材料种类繁多，性能千差万别，不同材料加工制造工艺、成本也差异很大。有的力学性能与耐蚀性都很好，但是加工困难，依然不能称为一个好的选择。三、经济性原则 材料性能、价格与加工成本应综合考虑，同时考虑使用、维修、拆换及寿命等因素。第15页，本讲稿共15页