第七章 金属材料的腐蚀行为P

金属材料的电化学腐蚀 1、金属电化学腐蚀原理 原电池或微电池原理： 阳极反应（锌棒）
Zn e I H2 Zn
2+
Fra Baidu bibliotekCu
阴极反应（铜棒）
稀稀稀
铜—锌原电池模型
腐蚀电池的类型： 宏观腐蚀电池 •异种金属偶接电池； • •温差电池； •浓差电池。
微观腐蚀电池 •化学成分的不均一性； •组织结构的不均一性； •物理状态的不均一性 •表面膜的不完整性
2、金属的钝化 定义：金属表面由活性溶解状态转变为非 常耐蚀状态的突然变化过程称为钝化。金 属表面钝化后所处的状态称为钝态。 举例：Cr13型不锈钢
含碳量增加对Cr13型不锈钢耐蚀性的影响： •铬碳化物增多，基体中铬含量减少； •随钢中含碳量的增加，所形成的原电池数 目相应增多。 工业上提高钢的耐腐蚀性的方法： •提高钢的电极电位； •使钢的组织为单相固溶体
4、应力腐蚀 定义：材料在静拉伸应力和腐蚀介质共同 作用下发生的破坏现象。 （1）应力：必须有拉伸应力部分
（2）腐蚀介质：产生应力腐蚀的材料和介 质不是任意的，只有当两者匹配时才会发生。 （3）温度：各种金属材料对不同的腐蚀介 质均存在着一个破裂临界温度。 （4）材料：极纯金属不产生应力腐蚀破裂， 只有在合金中或在含有杂质的金属中才会发 生。 （5）破坏：显著特征是裂纹同拉应力方向 垂直，断口呈脆性破坏，裂纹端部大多圆钝， 主裂纹内含有黑色腐蚀产物。
金属材料的耐腐蚀性能分为6类10级
金属材料的耐腐蚀性能的分类与级别 类号 I 分类名称 耐腐蚀性 极强 级别 1 2 3 III 耐腐蚀性 强 4 5 腐蚀率(mm/a) ≤0.001 0.001~0.005 V 0.005~0.01 0.01~0.05 VI 0.05~0.10 耐腐蚀性 极弱 类号 IV 分类名称 耐腐蚀性 较强 级别 6 7 II 耐腐蚀性 很强 耐腐蚀性 弱 8 9 10 腐蚀率(mm/a) 0.10~0.50 0.50~1.0 1.0~5.0 5.0~10.0 >10
2、硫的腐蚀 （1）硫的低温腐蚀（烟气腐蚀） 定义：锅炉受热面及其固定件由于烟气中 含硫而产生的腐蚀称为硫的低温腐蚀。 部件：锅炉尾部烟道省煤器和空气预热器 反应式： SO2 + H 2 O → H 2 SO3 SO3 + H 2O → H 2 SO4
（2）硫的高温腐蚀 •高压锅炉水冷壁管的硫腐蚀 由于尚未燃尽的火焰直接冲刷到水冷壁 管，燃料的继续燃烧，消耗了大量氧气，在 该处形成还原性或半还原性气氛，从而使水 冷壁管的外表面产生了硫腐蚀。 •锅炉过热器管的高温硫腐蚀 发生在液态排渣炉的高温过热器管壁上。它 是由于液态的灰（复合硫酸盐），粘结在过 热器管壁上引起的腐蚀现象。
应力腐蚀机理： 滑移—阳极溶解—断裂机理
5、垢下腐蚀 原因：在锅炉受热面管子中，内壁一些部位 由于汽水流通受阻而造成沉淀。 反应式：
位置：生在锅炉水冷壁向火侧器壁上，破 坏形状犹如贝壳。
6、苛性脆化 腐蚀条件： •接缝有间隙，锅炉铆接、胀口不严密有 轻微细缝时，间隙中的炉水将不断浓缩， 使苛性钠NaOH溶液浓度变大。 •在铆缝和胀口处接触表面上有应力，可 以是工作应力、工艺应力以温差引起的热 应力。
2、金属的氧化速度 （1）直线规律
（2）抛物线规律 2
（3）对数与反对数规律
氧化膜的特性 一般氧化膜：强度和塑性都较低，在较小 的附加应力和变形下，就可能被破坏。 保护性氧化膜： •具有足够的强度和塑性； •覆盖的完整性、致密性； •与基体金属的膨胀系数相近； •与基体的结合能力强； •有足够的稳定性，并具有高的熔点
3、防止高温氧化的措施 影响氧化的因素： •温度，时间； • •气体介质的成分、压力； •气流速度； •钢的化学成分； •形成的氧化膜成分及其物理性能
铁表面氧化膜结构： •570℃以下时， •570℃以上时， + + +
570℃以下
570℃以上
为防止氧化对合金元素的要求： •能在钢的表面生成一层稳定的合金氧化膜； •合金元素的离子应比基体金属铁的离子小； •合金氧化膜应与基体金属接合紧密。 具体措施： •在钢与合金中加入铬、铝和硅； •加入稀土元素； •在金属表面施加涂层。
第七章 金属材料的腐蚀行为
常见的金属腐蚀类型 定义：金属腐蚀是指金属与其周围介质发 生化学或电化学作用而产生的破坏现象。 按腐蚀机理分类： •化学腐蚀：金属与非电解质介质直接发生 化学反应而引起的破坏现象。 •电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化 学作用而引起的破坏现象。
按腐蚀破坏的形式分类： •均匀腐蚀：腐蚀作用以基本相同的速度 在整个金属表面同时进行。 •局部腐蚀：指腐蚀作用只发生在金属的 局部地区。 按腐蚀环境分类： •大气腐蚀 •高温气体腐蚀 •海水腐蚀 •化学介质腐蚀
4、金属材料的高温抗氧化性指标 •金属重量变化的指标
• •腐蚀深度指标
•体积指标
腐蚀深度指标R在工程上得到较多的应用
钢材的抗氧化性级别 级别 1 2 3 4 5 腐蚀深度指标R（mm/a） 抗氧化性分类 完全抗氧化性 抗氧化性 次抗氧化性 弱抗氧化性 不抗氧化性
> 0.1 > 0.1～1.0 > 1.0～3.0 > 3.0～10.0 > 10.0
3、钒的腐蚀
钒腐蚀是燃油锅炉上的一种腐蚀现象。 腐蚀过程：油燃烧后产生的钒氧化物（ ）存 在于油灰中，当它与高温金属（高于 590℃时） 接触时，就会破坏金属表面的氧化膜，使腐蚀过 程加速发展。 结果：它使原先在金属表面生成的一层致密的氧 化膜（ ）变成多孔态的氧化膜。 防止措施：加入添加剂，使之在油灰中形成高熔 点的复合物。
金属材料的高温氧化 1、高温氧化过程 介质跟纯净的钢表面接触→介质分子吸附 在钢的表面→ 分解成原子→ 介质原子可 能在金属晶格内扩散、吸附或溶解→ 当金 属和介质的亲和力大时，就会发生介质原 子与金属原子的化合作用→ 在金属表面上 生成氧化物→ 形核和长大→ 氧化膜
20G钢在不同温度下的氧化曲线
7、腐蚀疲劳 定义：在交变应力下，金属在腐蚀介质如 蒸汽和烟气等中发生的疲劳破坏现象。
1—真空中；2—空气中；3—预先在腐蚀介质浸泡后， 然后在空气中进行试验；4—腐蚀介质中
火力发电厂常见的腐蚀类型 1、蒸汽腐蚀（或氢腐蚀） 锅炉过热器等受热面管子，当温度超过 400℃时，将产生下列反应：
（蒸汽腐蚀）
氢呈原子状态，在金属中沿晶界渗透扩散， 与渗碳体在高温下与氢反应生成甲烷气体：
（或氢腐蚀）
蒸汽腐蚀对性能的影响： •钢的表面形成了脱碳层，严重地降低了钢 的机械性能； •在晶界部位产生裂纹。 工程上防止蒸汽腐蚀的方法： •设法消除蒸发受热面蒸汽的停滞现象； •在钢中加入能形成稳定碳化物的合金元素， 如铬、钼、钨、钛、铌等； •尽可能降低钢中含碳量。