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1、提高金属耐蚀性的途径提高金属耐蚀性的途径合金化合金化1.提高热力学稳定性2.阻滞阴极过程3.阻滞阳极过程4.增大腐蚀体系的电阻第1页/共50页合金化提高热力学稳定性第2页/共50页合金化阻滞阴极过程第3页/共50页合金化阻滞阳极过程第4页/共50页合金化阻滞阳极过程第5页/共50页合金化阻滞阳极过程第6页/共50页合金化阻滞阳极过程第7页/共50页合金化增大腐蚀体系的电阻第8页/共50页耐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫化物腐蚀低合金钢其他耐蚀低合金钢_第9页/共50页 合金元素对钢的耐大气腐蚀作用：改变锈层的晶体结构及降低缺陷，提高锈层的致密度和对钢的
2、附着力。耐大气腐蚀低合金钢_耐大气腐蚀低合金钢又称耐侯钢第10页/共50页对提高耐侯性具有显著效果的合金元素 主要有Cu、P、Cr。_耐大气腐蚀低合金钢Cu 是耐侯钢中最有效的元素，含量在 0.2%-0.5%范围内P 通常被认为是有害元素，但在耐侯性方面具有特殊效果，可能是由于P促使锈层非晶态转变，含量在0.06%-0.10%。Cr 含量在1%-2%为宜，其作用被认为是促进尖晶石氧化物生成。Cu的作用促使尖晶石氧化物非晶化转变，所以两者配合效果尤为明显。第11页/共50页对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%含量时，耐侯性效果最好，而低于1%时效果较差
3、。Mo含量在0.4-0.5%范围内，通常与Cu-P 联用效果比Cr或Ni明显。对提高耐侯性没有效果的合金元素 主要有C、Si、Mn、S等。上述合金元素的复合添加，比单独添加有更好的效果耐大气腐蚀低合金钢_第12页/共50页_耐海水腐蚀低合金钢美国钢铁公司 Cu-Ni-P系低合金钢，对海水飞溅带具有优良的耐蚀性。但由于P含量高，焊接性和低温韧性差。日本新日铁 Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系低合金钢，特征不含Ni.第13页/共50页 前苏联 Cr-Ni-Si系低合金钢中国 含Cu和P的低合金钢间浸耐蚀性较好，含Cr、Al的低合金钢全浸耐蚀性较好 _耐海水腐蚀低合金钢第
4、14页/共50页耐海水腐蚀低合金钢_合金元素的在海洋环境下的耐蚀作用 合金元素富积在锈层中，降低了锈层的氧化物晶体缺陷、并提高了锈层的致密性和黏附性，阻碍了Cl-、O2、H2O向钢表面扩散，从而提高耐海水腐蚀性能。第15页/共50页 在锅炉的低温部位，由于SO3与水汽作用而凝结成H2SO4，引起金属部件腐蚀，称硫酸露点腐蚀。一般燃气中的含SO3量超过6*10-6，可以使环境露点升高至150-170 。由于高硫重油或煤作燃料中含有SO2和SO3，因此以此为燃料的的锅炉容易发生硫酸露点腐蚀。_耐硫酸露点腐蚀低合金钢第16页/共50页燃料中的含硫量与空气过剩系数决定了SO3的量；SO3的量影响了露点
5、温度燃气中水分含量与金属表面温度决定了凝结H2SO4浓度 如：金属表面温度60度，硫酸浓度为40%金属表面温度100度，硫酸浓度为70%在金属表面温度低于露点20-60 ，硫酸浓度最大硫酸露点腐蚀机理_第17页/共50页硫酸露点腐蚀的三个阶段第一阶段，低温、低浓度的硫酸活化阶段；第二阶段，高温、高浓度腐蚀环境（T160,C60%）第三阶段，高温、高浓度腐蚀环境，与第二阶段相似。硫酸露点腐蚀机理_*如环境中含有大量未燃烧的炭微粒，可以促进Fe3+的产生，促使含有Cr和B的铜钢钝化，腐蚀降低，但非钝化钢，Fe3+参加阴极反应，腐蚀速度增加。第18页/共50页 其中Cu已经成为耐硫酸露点腐蚀钢的基本
6、成分之一。一般Cu含量在0.2%-0.6%、Cr含量在1%-1.5%为宜。在含铜钢中同时加入W(0.2%)与Sn(13%的Fe-Cr合金在大气下不生锈，称为不锈钢。不锈钢钝化膜具有如下特点：1.膜很薄，厚度在1-3 nm；2.膜中的成分中富含Cr；3.膜的结构为尖晶石结构，w(Cr)12%时，尖晶石结构已不明显，w(Cr)19%时，主要为非晶态结构，w(Cr)28%时，完全为非晶态组织。_不锈钢第20页/共50页按不锈钢组织结构可分为以下五种：奥氏体不锈钢铁素体不锈钢马氏体不锈钢马氏体-铁素体双相不锈钢奥氏体-铁素体双相不锈钢不锈钢_第21页/共50页 应用最为广泛的是18-8型铬镍钢为基体的
7、奥氏体不锈钢，占奥氏体不锈钢70%，占全部不锈钢的50%。对奥氏体不锈钢的耐蚀性起主要作用的元素如下：Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、C。_奥氏体不锈钢优点：具有优良的综合力学性能和加工性能，而且耐蚀性也优于其他不锈钢。缺点：在含氯化物溶液中不耐应力腐蚀，易发生点蚀和缝隙腐蚀。价格偏高。应用：石油、化工、食品、医疗等行业，常见的栏杆、灯柱等第22页/共50页高铬铁素体不锈钢发展较早，成本较低。屈服强度比奥氏体不锈钢高，但脆性大，加工性差。主要类型：Cr13型、Cr16-19型、Cr25-28型、高纯高铬型。其中高纯高铬型不锈钢，具有优异的耐蚀性和抗应力腐蚀性。_铁素体不锈钢第23页/共50页室温
8、下具有马氏体组织的铬不锈钢。典型钢种有2Cr13、3Cr13、4Cr13和9Cr18等。具有优良的耐全面腐蚀的性能，可以耐弱酸。马氏体不锈钢具有高硬度特点，常用于耐磨部件或刃具_马氏体不锈钢第24页/共50页常见的马氏体-铁素体双相不锈钢为1Cr13。双相钢的耐蚀性接近马氏体，但硬度低，塑性和韧性较好，具有良好的焊接性能。常用于食品和奶制品工业中，也可以作为耐热钢，如450-550下工作的气轮机叶片和锅炉零件_马氏体-铁素体双相不锈钢第25页/共50页同时具有奥氏体-铁素体组织，两相比例接近。主要有Cr18型、Cr21型和Cr25型三类优点：对晶间腐蚀不敏感，具有良好的耐应力腐蚀与腐蚀疲劳性能
9、，耐点蚀和缝隙腐蚀。应用于海洋、石油石化、尿素、硫酸、磷酸、草酸工业中。_奥氏体-铁素体双相不锈钢第26页/共50页工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属，工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属，如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铝、如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铝、镍、锌、钛、铜金属及合金。镍、锌、钛、铜金属及合金。有色金属及合金与钢铁材料相比，具有许多特殊性能，有色金属及合金与钢铁材料相比，具有许多特殊性能，是现代工业生活中是现代工业生活中不可缺少不可缺少的金属材料。的金属材料。本章重点介绍、本章重点介绍、铜及铜合金铜及铜合金、铝及铝合金铝及
10、铝合金、镍及镍合金镍及镍合金、镁及镁合金和锆及锆合金镁及镁合金和锆及锆合金。第27页/共50页 Al Al，MgMg，TiTi及其合金密度小及其合金密度小及其合金密度小及其合金密度小 Au Au，CuCu，AgAg及其合金导电性好及其合金导电性好及其合金导电性好及其合金导电性好 Ni Ni，MoMo，NbNb，CoCo及其合金耐高温及其合金耐高温及其合金耐高温及其合金耐高温 Cr Cr，NiNi，TiTi及合金具有优良的耐蚀性及合金具有优良的耐蚀性及合金具有优良的耐蚀性及合金具有优良的耐蚀性有色金属及其合金与钢铁相比，具有许多特性：有色金属及其合金与钢铁相比，具有许多特性：有色金属及其合金的应
11、用在国民经济中占越来越重要地位有色金属及其合金的应用在国民经济中占越来越重要地位飞机制造业：轻金属占总重量的95%，钢铁及其它材料占5%。汽车制造业：铝合金、镁合金的使用量 越来越多。第28页/共50页 具有较正的电位具有较正的电位 E0Cu+/Cu:+0.52 V E0Cu2+/Cu:+0.35V 多数情况下，不发生析氢腐蚀，可能进行吸氧腐蚀，多数情况下，不发生析氢腐蚀，可能进行吸氧腐蚀，而且容易形成二价铜离子。而且容易形成二价铜离子。_铜及铜合金纯铜呈紫红色，故又称紫铜,属于半贵金属。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。塑性好.熔点1083 密度8.94g/cm3纯铜具有优良的导电性
12、和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性*在大多非氧性介质中(HF、HCl)抗蚀性较好,而在氧化性介质中(HNO3、H2SO4）易被腐蚀第29页/共50页耐蚀性：在大气中，铜耐蚀，形成CuCO33Cu(OH)2保护膜；工业大气中，形成CuSO43Cu(OH)2；在海洋大气中，形成CuCl23Cu(OH)2保护膜。不耐硫化物腐蚀，在有氨、氨水或CN-等介质中，加速腐蚀。应用:家用热水器、空调水管；在海水中工作的设备或舰艇的零件。铜及铜合金_第30页/共50页黄铜黄铜 铜锌合金，主要有单相铜锌合金，主要有单相黄铜黄铜(39%)和复相和复相(+)(39-47%)和单相和单相黄铜黄铜(47-50
13、%)三类。其耐冲击腐蚀性能比纯三类。其耐冲击腐蚀性能比纯铜好。铜好。常见腐蚀类型常见腐蚀类型黄铜脱锌黄铜脱锌 黄铜的主要破坏形式，容易在热海水中或中性溶液供氧不充黄铜的主要破坏形式，容易在热海水中或中性溶液供氧不充分情况下发生。分情况下发生。黄铜的应力腐蚀开裂黄铜的应力腐蚀开裂 常称常称“季裂季裂”或或“氨脆氨脆”。在拉应力下，在大气、海水、高。在拉应力下，在大气、海水、高温高压水以及一切含氨的环境中，都可能发生温高压水以及一切含氨的环境中，都可能发生SSC。铜及铜合金_黄铜黄铜铸件铸件黄铜第31页/共50页青铜 铜锡合金，也有铝青铜、砷青铜、硅青铜、铍青铜。锡青铜按锡含量分，有5%、8%和1
14、0%三种。耐蚀性：耐大气、淡水和海水腐蚀，不产生应力腐蚀和脱锡腐蚀应用：制造泵、齿轮、轴承、悬塞等耐磨和耐蚀零件。_铜及铜合金青铜制品第32页/共50页纯铝金属材料中电极电位最负，但在大气和中金属材料中电极电位最负，但在大气和中性溶液中，表面形成致密牢固的氧化物保性溶液中，表面形成致密牢固的氧化物保护膜使铝表面钝化。护膜使铝表面钝化。铝在铝在pH值为值为4-8的介质中易钝化，膜的组的介质中易钝化，膜的组成为成为Al2O3或或Al2O3nH2O。膜厚度为膜厚度为1nm左右，随大气中的湿度增加左右，随大气中的湿度增加增厚，但保护性下降。增厚，但保护性下降。铝及铝合金_ 纯铝具有银白色金属光泽纯铝具
15、有银白色金属光泽,密度小密度小(2.72g/cm3),熔点低熔点低(660.4)导电导电(仅低于仅低于Au、Ag、Cu)、导热性能优良。、导热性能优良。汽缸头第33页/共50页 纯铝的耐蚀性：纯铝的耐蚀性：耐很多有机酸，特别耐无水醋酸腐蚀。耐硫和硫化物腐蚀。耐很多有机酸，特别耐无水醋酸腐蚀。耐硫和硫化物腐蚀。在含有在含有Cl-介质中产生点蚀，与正电性金属接触发生电偶腐蚀。介质中产生点蚀，与正电性金属接触发生电偶腐蚀。铝合金型材铝铸件美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)第34页/共50页铝合金 为获得较高的力学、物理性能和工艺性能，在铝中加入合金元素
16、。一般分为铸造铝合金和变形铝合金两种。腐蚀类型：点蚀，最常见的腐蚀形式。晶间腐蚀，主要由于热处理不当产生析出相造成的。应力腐蚀开裂，主要与晶间腐蚀有关电偶腐蚀_铝及铝合金第35页/共50页纯镍 电极电位-0.25V，但在非氧化性酸中却很耐蚀。在干燥和潮湿空气中都耐蚀。突出点在碱类溶液中完全稳定，是优良的耐碱材料之一。镍合金(1)Ni-Cu 合金镍铜可以形成无限固溶体。典型合金为蒙乃尔合金（Ni70Cu28），在还原性介质中比纯镍耐蚀，在氧化性介质中比纯铜耐蚀。对卤素中性水溶液，中等温度的稀硫酸、盐酸、磷酸，一定温度和浓度的碱溶液都耐蚀。对各种浓度和温度的氢氟酸特别耐蚀。镍及镍合金_第36页/共
17、50页(2)Ni-Mo 合金Ni和Mo可以形成一系列固溶体。具有良好的力学和耐蚀性能，如哈氏合金系列耐盐酸和硫酸、耐所有浓度温度的磷酸，不耐硝酸。哈氏合金C在室温下耐所有浓度的盐酸和氢氟酸腐蚀，在王水中也具有一定的耐蚀性。(3)Ni-Cr 合金在高温下具有很高的力学性能和抗氧化性能，对还原和氧化介质同时具有耐蚀性。是少数几种耐热浓MgCl2的材料，无SCC倾向。可用于核动力工程。_镍及镍合金第37页/共50页纯钛钛很活泼，电极电位为-1.63V，与铝接近。钛表面易形成保护膜，而且具有良好自修复能力。钛在水中钝化，具有以下三个特点：1.致钝电位低2.稳定钝化区长3.不受Cl-离子破坏用途：1.应
18、用与含氯离子介质中2.在土壤和大气中极其耐蚀3.耐含氧酸和稀碱介质环境_钛及钛合金第38页/共50页钛及钛合金_耐蚀钛 合金主要分为型和型型室温下是密排六方结构型室温下是体心立方结构钛合金的腐蚀类型：比较耐点蚀和缝隙腐蚀 对氢脆敏感 应力腐蚀开裂和焊区腐蚀是两种重要的腐蚀破坏形式第39页/共50页 纯镁活泼金属，电极电位-2.37V，比铝、铁都负。镁及其合金表面形成的氧化膜不致密、不连续，保护性差，但Mg在pH值大于11.5时，发生钝化。Mg在干燥空气中氧化膜为MgO，在潮湿中为Mg(OH)2，另外CO2对Mg及其合金的腐蚀影响很大。_镁及镁合金镁的氧化膜通常具有三层结构第40页/共50页_镁
19、及镁合金镁及其合金的腐蚀类型：电偶腐蚀，通常作为牺牲阳极中的阳极金属；点蚀，相溶解为阳极相，相为阴极相，产生所谓的闭塞电池，加剧腐蚀；晶间腐蚀，其发生可能与相分布有关；缝隙腐蚀，基本不存在；第41页/共50页应力腐蚀开裂，纯镁不发生SCC，Al和Zn合金元素增加了SCC敏感性；腐蚀疲劳，镁合金在空气中存在疲劳极限，在腐蚀介质中不存在，腐蚀介质降低了镁合金的疲劳寿命。磨损腐蚀，磨损腐蚀加剧了镁合金的腐蚀速度。_镁及镁合金第42页/共50页_镁及镁合金影响镁及其合金腐蚀的因素：（1）合金成分：含量质量分数低于5%，对腐蚀速率影响不大的元素，如 Al、Mn、Na、Si、Zr、Ce、Pr、Y等使腐蚀速
20、度稍有提高的元素如 Zn、Cd、Ca、Ag等使腐蚀速度显著提高，如 Ni、Fe、Cu、Co等第43页/共50页（2）组织结构相的双重作用，相体积分数低，作为阴极，加速相溶解；反之，可作为阻碍合金全面腐蚀非晶态合金的耐蚀性高于晶态合金_镁及镁合金第44页/共50页_镁及镁合金影响镁及其合金腐蚀的因素：（3）晶粒尺寸 晶粒细化有利与提高合金的耐蚀性（4）热处理 热处理可以改变合金的组织结构，从而改变合金耐蚀性（5）相对湿度 湿度越大，腐蚀速度越快（6）pH值（7）Cl-的影响第45页/共50页锆及锆合金_ 锆的活性很高，但在空气和水溶液中易形成氧化膜，使其具有优异的耐蚀性能。锆及锆合金的耐蚀性：（
21、1）在水中的耐蚀性（2）在酸性介质中，在浓度极限下耐蚀；（3）在碱性介质中，独一无二独一无二的耐腐蚀材料；（4）在含有HF的介质中，迅速腐蚀第46页/共50页锆及其合金的腐蚀类型（1）均匀腐蚀（2）疖状腐蚀（3）沉淀相腐蚀（4）点蚀（5）应力腐蚀开裂（6）吸氢及氢脆（7）焊区腐蚀_锆及锆合金第47页/共50页锆及锆合金_疖状腐蚀疖状斑为灰白色，表面突起，呈透镜状，深度可达30-100m。机理：在金属基体的晶界或者在早期生长阶段连续致密氧化物的局部破裂形核，导致成分局部变化或晶面簇晶体位向变化。第48页/共50页吸氢及氢脆 Zr是典型的吸氢金属，在高温条件下能够吸收氢气，形成金属氢化物，最终导致氢脆。_锆及锆合金第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页