过程装备腐蚀与防护课件-第四章

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常用结构材料的耐蚀性能
1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属
主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等
（1）18-8不锈钢（Cr18%, Ni8%-9% ;n=2)


在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定
在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性
的强弱有关）

不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：
（2）铅与铅合金
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）
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常用结构材料的耐蚀性能
3、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：
贵金属具有很高的热力学稳定性，常用于金属结构材料中
铜属于半贵金属： 在酸性溶液中不会发生析氢腐蚀 铜在氧化性介质包括含氧酸中发生耗氧腐蚀 铜在溶有氧的碱中不耐蚀 不耐硫化物腐蚀 黄铜合金耐空泡腐蚀性能较好
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结构材料的选择原则
Leabharlann Baidu
1、根据工艺条件分析对设备材料的要求
（1）介质的特性与温度、压力 （2）工艺条件对材料的限制
（3）设备的功能和结构
（4）运转及开停车的条件
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结构材料的选择原则
2、掌握材料的基本特性 首先了解各种材料的共性，
硅（Si)：

在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、
抗氧化、耐海水腐蚀等作用

不锈钢随硅含量的增加，耐应力腐蚀破裂性能显著改善（依靠 加硅形成富硅保护膜）

耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）
改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）
耐强氧化物腐蚀：形成富集Si, Cr, O的表面膜 Si与Cr, Mo与Cu配合，可以得到各种耐海水钢
第四章 金属结构材料的耐蚀特性
4.1 金属耐蚀合金化原理
4.2 常用结构材料的耐蚀性
4.3 结构材料的选择原则
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金属耐蚀合金化原理
1、纯金属的耐蚀特性
（1）金属的热力学稳定性 判断依据：标准电位值 （-0.414V、0V、+0.805V） （2）金属的钝化 热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝化 易钝化的金属可作为合金元素 （3）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能
4、主要合金元素对耐蚀性的影响
钼（Mo)：

使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀
含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼含
量大于4%时，钢的耐应力腐蚀破裂性能提高

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育期，提高耐孔蚀性能。
4、主要合金元素对耐蚀性的影响
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金属耐蚀合金化原理
3、单相合金的确n/8定律
塔曼--
合金的耐蚀性与固溶体提的成分之间的特殊关系 对同一种合金，在不同的介质中其稳定性台阶值是不 同的

适用于二元系统能够也使用于多元系统的固溶体合金 至今仍无确切的解释
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金属耐蚀合金化原理
4、主要合金元素对耐蚀性的影响
铬（Cr）：


加入Cu, Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度
耐蚀铝合金主要有Al-Mn, Al-Mn-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg
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常用结构材料的耐蚀性能
3、钛及钛合金
氧化性介质；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 在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性 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） 在稀碱溶液中耐蚀 在一定条件下，发生激烈的发火反应； 主要品种有：Ti-Pd, Ti-Ni, Ti-Mo, Ti-Ni-Mo合金 容易发生氢脆情况 应力腐蚀破裂
4、主要合金元素对耐蚀性的影响

铜（Cu)： 是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素 之一； 耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着活性阴极的作 用，在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化，从而降低腐蚀速 率；


钝化膜易被活性氯离子破坏，所以铜钢只在较纯净的空气中具 有较好的耐蚀性； 可提高钢对H2SO4的耐蚀性：提高了合金的热力学稳定性； 可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入Cu后，钢的阳极过程受到 阻滞，使钝化临界电流密度减小。
晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀
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常用结构材料的耐蚀性能
2、铝与铝合金
铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面的保护 膜的稳定性；
在中性和近中性以及大气中具有很高的稳定性；在氧 化性的酸或盐溶液中也十分稳定 常用于浓硝酸的生产中


在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀
在大多数有机介质中有很好的耐蚀性 对硫和硫化物有很好的耐蚀性

是不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定
与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度的类似
铬的耐蚀特性

在具备钝化的条件下，含量越高，耐蚀性越好 在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速 率反而加大
4、主要合金元素对耐蚀性的影响
镍（Ni)：

热力学不够稳定
与Fe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率都随着镍的含量的增加而减 小；

镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是使合金的热力学稳定性提高 在氧化性介质和还原性介质中均有效 优势：

与铬配合加入铁中获得不锈钢；
综合了铬镍的优势，耐氧化性介质腐蚀也耐还原性介质腐蚀； 形成奥氏体，具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧
性。

不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向
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金属耐蚀合金化原理
2、金属耐蚀合金化的途径
（1）提高金属的热力学稳定性 （贵金属，难以推广） （2）减弱合金的阴极活性 减小金属或合金中的活性阴极面积；通过热处理的方法形成 稳定的固溶体 加入吸氢超电压高的合金元素（增大合金阴极析氢反应的阻 力） （3）减弱合金的阳极活性（是最有效、应用最广泛的方法） 减少阳极相的面积 加入易钝化的合金元素 加入阴极合金元素促进阳极钝化 （4）使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜




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常用结构材料的耐蚀性能
4、高硅铸铁
含14.5-18%的铁碳合金称为高硅铸铁
n=2 表面钝化形成SiO2保护膜 在碱，氢氟酸，氟化物，卤素，亚硫酸等环境中不耐 蚀

抗热冲击能力差
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常用结构材料的耐蚀性能
2、可钝化或腐蚀产物稳定的金属：
（1）碳钢和铸铁
多相合金