金属结构材料的耐蚀性和选择原则

Ni 1) 热力学不够稳定，但比Cr, Fe稳定，能钝化，钝化倾向： P85图
Fe < Ni < Cr。随Ni含量增大，在H2SO4, HCl, HNO3中的Fe- 4-6， Ni合金（实际少用）的耐蚀性增强，热力学稳定性提高， P86图 不是钝化作用提高耐蚀性，适用于氧化性和还原性介质； 4-7
2) 实际上，Ni常与Cr配合使用，将铬的优良钝化性与镍对还 原性介质的一定耐蚀性耦合，提高不锈钢的耐蚀性；
注意：
1） n/8定律适用于二元及其以上多元系统的固溶体合金； 2）并非任何固溶体合金在各种介质中对应n=1,2,…,7 时均会出 现耐蚀稳定性的依次突升； 3）同一合金在不同介质中的稳定性台阶值不同； 3）n/8定律是经验规律，确切原因需要你们将来完成；
4. 主要合金元素对耐蚀性的影响
元素
特点与作用
负
E=0V
正
A
K
低
热力学稳定性
高
P18,表1-7
溶剂pH
7的中性溶液
氢电极平衡电位 E (V) -0.414
氧电极平衡电位 E (V) 0.815
0的酸性溶液 0.000 1.229
< -0.414 V [-0.414, 0]
[0, 0.805]
[0.805, 1.229] > 1.229
E/ V
金属结构材料的耐 蚀性和选择原则
内容：
Ø金属耐蚀合金化原理 Ø常用结构材料的耐蚀性 Ø结构材料选择原则
一、金属耐蚀合金化原理 1. 纯金属的耐蚀特性
工况：工业上广泛应用的金属结构材料
多是合金，需要提高耐蚀性
提高方法？
耐蚀能力的宏 观表现？
耐蚀能力的宏观表现－三性
I. 金属的热力学稳定性－－由标准电位值判断
2) 实例：铜中加金，镍中加铜，铬钢中加镍 3) 局限性：往往需添加大量的贵金属才有效，成
本较高，应用受限
II. 增大系统阻力－阴极、阳极、电阻
2. 减弱合金的阴极活性－适用于阴极控制的腐 蚀过程 措施： 1）减少金属或合金中的活性阴极相 原理：金属或合金在酸溶液中腐蚀时，阴极析氢反应
优先在析氢超电压低的阴极性合金组成物或夹杂物上 进行，减少合金中的阴极相，就减少了活性阴极数目 或面积，增大阴极极化电流密度，增强阴极极化程度， 提高合金的耐蚀性；
பைடு நூலகம்
III 腐蚀产物的保护性
提高热力学 不稳定金属 的耐蚀性
钝化
在腐蚀过程初期或一定阶 段生成致密的保护性能良 好的腐蚀产物膜，化学转 化膜－－机械钝态膜
主要工业用耐蚀金属材料：Cu, Ni, Al, Mg, Ti, Zr, 等 应用比较广泛的合金：铁合金、铜合金、镍合 金、钛合金、铝合金、镁合金等
2. 金属耐蚀合金化的途径
表腐 征蚀 腐电 蚀流 速大 度小
I
E
0 K

E
0 A
PK +PA +R
腐蚀反应的推动力－ 系统的热力学稳定性
腐蚀过程的阻力
提高耐蚀性 降低腐蚀速度 减小系统推动力
增大系统阻力
降低腐蚀电流
I. 减小系统推动力－提高金属的热力学稳定性
1) 原理：将热力学稳定性高的合金元素加入到原来
耐蚀性不好的纯金属或合金中形成特殊合金，利 用合金元素固有的高热力学稳定性提高合金的电 极电位，进而提高合金整体的耐蚀性
采用热处理方法：固溶处理等，消除作为活性阴极
的第二相
2）加入析氢超电压高的合金元素
原理：加入析氢超电压高的合金元素 合金阴极析氢反应的阻力增大 极大降低合金在酸中的腐蚀速度
局限性：只适用于基体金属不会钝化、 由析氢超电压控制的析氢腐蚀
• 实例：碳钢或铸铁
中加入析氢超电压高 的砷、锑、铋、锡
II 金属的钝性
在适当条件下由于发生钝化而获得耐蚀性 的热力学不稳定金属（可钝化金属）：Fe, Al, Zr, Ti, Ta, Nb, Cr, Be, Mo, Mg, Ni, Co
特征：多数在氧化性介质中易钝化，而在
Cl-, Br-, F-等离子作用下，钝态易受到破 坏
应用：多作为合金元素加入钢中，使合金
P83, 图4-2
3. 减弱合金的阳极活性－适用范围最广、最 有效的提高金属耐蚀合金化途径
原理：减弱合金的阳极活性，阻滞阳极过程 的进行，提高合金的耐蚀性
措施：
1）减小阳极相的面积
➢ 使用条件：腐蚀过程中，合金基体为K，而第二相 （如强化相）或合金中其它微小区域（如晶界）为 A，减小阳极面积，增大阳极极化电流密度，增加 阳极极化程度，降低腐蚀速度
应用
Cr 热力学不稳定，在不含卤素离子的氧化性介质中易钝化，由其 P85图
组成的Fe, Ni, Ti合金也易钝化，有过钝化倾向，在具备钝化条 4-5 件下（适当氧化性），耐蚀性随Cr含量的升高而增大，但是在 不能实现钝化条件（还原性或氧化性不足或过高）下，耐蚀性 随Cr含量的升高而变差，适用于氧化性适当的介质
III. 使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜
原理：加入某些元素促使合金表面生成致密
腐蚀产物膜，增大体系电阻，有效阻滞腐蚀 过程进行
实例：耐大气腐蚀钢的耐蚀锈层结构中 多含致密结构的非晶态羟基氧化铁，钢 中加入Cu, P或P, Cr能促进该保护膜的生 成
实际耐蚀合金通盘考虑，相互配合各类 合金元素的效果，提高综合性能
P109 表4-2
3. 单相合金的 n/8定律 －－稳定性阶升定律
耐 蚀
n－稳定性台阶或稳定性边界
性
当耐蚀组元的含量相当
于n/8 (n=1,2,…,7) 时，
合金的耐蚀性出现突然
的阶梯式升高，合金的
电位相应随之升高
适用领域：适用于二元及其
以上多元系统的固溶体合金
1/8 2/8 3/8
合金含量
实 例 ：
➢ 实例：Al-Mg合金中强化相Al2Mg3对基体是阳极 ➢ 局限性：实际合金中第二相是阳极的情况很少，绝
大多数合金中的第二相都是阴极相，起阴极作用
2）加入易钝化的合金元素 －－应用最广泛的一种耐蚀合金化途径
原理：在钝化能力不强的基体金属中加入更
容易钝化的合金元素，提高合金的整体钝性， 显著提高耐蚀性
实例：铁中加入Cr制备或耐酸钢等
工业上大量使用的可钝化基体元素：Fe, Al, Mg, Ni等
3）加入阴极合金元素促进阳极钝化 －很有发展前途的一种耐蚀合金化措施
原理：有可能钝化的腐蚀体系（合金与腐蚀
环境），往金属或合金中加入强阴极性元素， 会加剧电化学腐蚀的阴极过程，增加阴、阳 极电流，当腐蚀电流密度超过钝化电流密度 时，阳极出现钝态，腐蚀电流急剧下降