材料腐蚀与防护第五章PPT课件

一： 铁的电化学性质及其耐蚀性
铁形成铁离子的标准平衡电位
E Fe/ Fe2
0.44V
E Fe/ Fe3
0.036V
１．铁在酸碱中的稳定性
铁在盐酸中的腐蚀速度是随着酸的浓度增 加，腐蚀速度按指数关系上升．
铁和其他金属比较,其耐腐蚀性较差,主要原因:
1.铁及其氧化物的氢过电位值、氧过电位值均较 低,易于发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀 2铁锈及溶液中的三价铁离子均有良好的去极化 作用。 3铁的腐蚀产物保护性能较差。 4铁易形成氧浓差电池而受蚀。 5在自然条件下铁的钝化能力较弱。
２．加入易钝化的合金元素
３．加入阴极性合金元素促进阳极钝化 这种途径适用于可能钝化的金属体系。金属 或合金中加入阴极性合金元素，可促使合金 进入钝化状态．
加入阴极去极化作用的金属，与金属形成原电池， 使阳极金属极化，电位升高到稳定钝化区．
阴极性元素一般是正电性的金属，如Pd、Pt、Ru 及其它铂族金属；有时也可采用电位不太正的金 属
初始阴极过程EC0—C1
加入适量阴极性合金产生 强烈去极化作用（极化斜 率变小）极化曲线为 EC0—C3。腐蚀速度为ip
量不足变为EC0—C2---不 稳定，腐蚀速度容易由 IC1---IC2
过量时极化曲线为EC40— C4，交于过钝化区，易点 蚀。
Eao C1
Ep Eco
Ebr Eop
C2 C3
１．减少阳极面积
合金的第二相相对基体是阳极相，在腐蚀过程中减少这 些微阳极相的数量．可增加阳极极化程度，阻滞阳极 过程的进行，提高合金耐蚀性。
例如，Al-Mg合金中的第二相A12Mg3是阳极相。腐蚀 过程中A12Mg3相逐渐被腐蚀掉，使阳极总量减少，腐 蚀速度降低。所以A12Mg3合金耐海水腐蚀性能就比第 二相为阴极的硬铝(Al-Cu)合金好。
合金中加入析氢过电 位高的合金元素，来 提高合金的阴极析氢 过电位，降低合金在 非氧化性或氧化性不 强的酸中的活性溶解 速度。
300
腐 蚀 200 速 度 100
50
Mg w(Mn)=1%
0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
w(Fe)/%
三 降低合金的阳极活性
这种方法是提高合金耐蚀措施中最有效、应用 最广的方法之一．
２）加入阴极性元素的种类、数量要同基体合金、 环境相适应，加入的阴极性元素要适量，否则 加速腐蚀。
4. 使合金表面生成自耐蚀的腐蚀产物膜
加入一些合金元素促使在合金表面生成致密、 耐蚀的保护性膜。
如在钢中加入Cu、P等合金元素，能使低合 金钢在一定条件下表面生成一种耐大气腐蚀 的非晶态的保护膜。
5．3 铁的耐蚀性
Fe-Cr合金腐蚀速度与含Cr量关系
有序固溶体理论—n/8定律
该理论认为，在给定腐 蚀介质中，当耐蚀组元与不 耐蚀组元组成长程有序固溶 体，形成了单由耐蚀组元的 原子构成的表面层时，合金 在该条件下耐蚀。
但这种耐蚀的长程有序
化，是在耐蚀组元占一定原
子分数的情况下发生的。其
原子分数通常服从n／8定律， Fe-Cr 铸造合金在如90oC，素对可钝化体系腐 蚀规律影响的示意图
阴极性合金元素 的加入量(质量分 数)一般为0.2％0.5％，最多1％。
加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件的：
１）腐蚀体系可钝化，否则加入阴极性元素只会加 速腐蚀。
如果不能钝化，则加入阴极性元素与基体元素 构成原电池加速腐蚀。
缺点是它要消耗大量贵金属，而且合金元素 在固溶体中的固溶度也是有限的.
二 阻滞阴极过程
这种途径适用于不产生钝化的活化体系，主要 由阴极控制的腐蚀过程-------提高阴极的过电位， 反应驱动力降低。
1. 减少合金的阴极活性面积
2. 阴极析氢过程优先在析氢过电位低的阴极相或阴极 活性夹杂物上进行． 减少这些阴极相或夹杂物，就是
上次作业题
如何解释工业大气中含有SO2时其腐蚀作 用机制是硫酸盐穴自催化机制P87
2不锈钢在充气的含Cl-离子的中性介质中 的腐蚀过程,解释点蚀空生长过程65
5．1 纯金属的耐蚀性 5.2 合金耐蚀途径 5．3 铁的耐蚀性
5.4 铸铁的耐蚀性及其应用 5.5 耐蚀低合金钢 5.6 不锈钢
5．1 纯金属的耐蚀性
减少活性阴极的面积．从而增加阴极极化程度，提高 合金的耐蚀性．
3.
例如减少工业Zn中杂质Fe的含量就会减少Zn中
FeZn7阴极相，降低Zn在非氧化性酸中的腐蚀速度。
可采用热处理方法(固溶处理)．使合金成为单相固 溶体，消除活性阴极第二相。
2. 加入析氢过电位高的合金元素
这种途径适用于由析氢过电位控制的析氢腐 蚀过程．
合金的耐蚀性不仅取决于合金成分、组织等内因， 也取决于介质的种类、浓度、温度等外因。由于 合金应用环境不同，提高合金耐蚀性的途径也不 同.
在一定的介质条件下，合金中所加入的耐蚀元素 数量必须达到某一个临界值时，才有显著的耐蚀 性。
例如: Fr-Cr合金中，只有当Cr的加入量超过12.5％时， 合金才会发生自钝化，其耐蚀性才有显著的提高。
其中n为l-7等。
85％H3PO4中120 h的腐蚀 失重变化
一般情况下．介质的腐蚀性愈强，临界组成要求 的n数值愈大。
如: Cu—Au合金中当金含量50％(原子)时在 900 0C浓硝酸中的耐蚀性突然增高。
一: 提高合金热力学稳定性
用热力学稳定性高的元素进行合金化
这种方法是向本来不耐蚀的纯金属或合金中 加入热力学稳定性高的合金元素（贵金属）使之 成为固溶体。
一：纯金属热力学稳定性
一般情况下，各种纯金属的热力学稳定性可根据其 标准电极电位值作出近似的判断。
标准电极电位较正的金属，其热力学稳定性也较高, 较负的则稳定性较低。
氧和氢的平衡电位
pH 氧的平衡电位 氢的平衡电位
(v)
(v)
7
0.815
-0.414
0
1.23
0.000
二: 自钝性
在热力学不稳定的金属中，有不少金属在适宜的条 件下，由活化态转为钝化态而耐蚀。
其中，最容易钝化的金属有Zr、Ti、Ta、Nb、A1、 Cr、Be、Mo、Mg、Ni、Co等。
三: 生成保护性腐蚀产物膜
在热力学不稳定金属中，除了因钝化而耐蚀外，还 有在腐蚀过程中由于生成较致密的保护性能良好的 腐蚀产物膜而耐蚀.
如Pb在H2SO4溶液中，Fe在H3P04溶液中，Mo在HCl中
5.2 合金耐蚀途径