金属结构材料耐蚀性研究分析
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提高金属的热力学稳定性
在不耐蚀的金属或合金中加入热力学上稳定的合金元素， 制成合金。由于热力学上稳定的元素的电极电位高，它们 提高了整个合金的电极电位，提高了合金整体的耐蚀性
但热力学上稳定的金属都是贵金属，不亦推广
析
氢
速
金属耐蚀合金化原理
率
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阴极活性
这种方法适用于阴极控制的腐蚀过程
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
金属的热力学稳定性
EH2 / H 0
金属热力学稳定性的分界依据
当氢分压等于1atm（101325Pa）时，在中性（pH=7）水
溶液中，氢的平衡电极电EH位2 /H 0.414V
；在酸性
（pH=0）的水溶液中
；在相应条件下，当金属
的标准电极电位分别小于-0.414V和0时，可能发生析氢腐
金属结构材料的耐蚀性研究分析
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
工业上广泛应用的金属材料大多数都是合金，为了更好地掌握并 改进合金的耐蚀性，对于作为合金基体或合金元素的纯金属的耐 蚀性的了解是完全必要的 在各种腐蚀环境中，纯金属的耐蚀能力主要体现在以下三个方面
金属的热力学稳定性
金属的热力学稳定性，可用它们的标准电位值来判断，标准 电极电位较正者，热力学稳定性较高；反之标准电极电位较 负者，热力学稳定性较低，易被腐蚀
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阴极活性
加入析氢超电压高的合金元素
往合金中加入析氢超电压高的合金元素，增大合金阴 极析氢反应的阻力，可显著降低合金在酸性介质中的 腐蚀速率。这种办法只适用于基体金属在某些介质中 不会钝化，由析氢超电压控制的析氢腐蚀过程
如碳钢和铸铁在稀硫酸中不能形成钝化膜，在碳钢和 铸铁中加入电极电位较正的砷、锑、铋或锡，这些析 氢超电压较高的元素，可显著降低其在稀硫酸中的腐 蚀速率
0~+0.805 较稳定 在含氧的介质中才能产生耗氧腐蚀
>+0.805
稳定
在含氧的中性水溶液中不腐蚀；只有 在含有氧化剂或氧的酸性溶液中，或 在含有能生成络合物的物质的介质中 才能产生腐蚀
Pd、Ir、Pt
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
金属的钝化
许多热力学不稳定的金属在适当条件下能发生钝化而获得 耐蚀能力，可钝化的金属有锆、钛、钽、铌、铝、铬、铍、 钼、镁、镍、钴、铁。它们的大多数都是在氧化性介质中 容易钝化，而在Cl-、Br-、F-等离子作用下钝态容易受到破 坏
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阳极活性
这是金属耐蚀合金化措施中最有效，应用最广泛的方法。减 弱阳极活性，阻滞阳极溶解过程的进行，可以提高合金钢耐 蚀性
减小阳极相的面积
如果基体是阴极而第二相或合金中其它微小区域（例 如晶界）是阳极的情况下，进一步减小微阳极的面积， 则可加大阳极极化电流密度，增加阳极极化程度
金属的标 热力学 准电位V 稳定性
可能的腐蚀过程
金属
<-0.414
不稳定
在含氧的中性水溶液中,既能产生耗氧 腐蚀,也能产生析氢腐蚀;在不含氧的 中性水溶液中,能产生析氢腐蚀
Li、Rb、K、Cs、Ra、Ba、Sr、 Ca、Na、La、Mg、Pu、Th、Np、 Be、U、Hf、Al、Ti、Zr、V、 Mn、Nb、Cr、Zn、Ga、Fe
易钝化的金属，往往作为合金元素加入钢中，使合金钝化 而获得耐蚀性
热力学不稳定的金属中，除了因钝化耐蚀外，还有因在腐 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 物膜耐蚀。这种化学转化膜通常为机械钝态膜
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
理论依据
研究金属及其合金的耐蚀性，可从反映腐蚀速度大小的腐
减小金属或合金中的活性阴极面积
Fe% 纯铝中杂质铁对其在 2mol/HCl中腐蚀速率 （析氢腐蚀）的影响
减小金属或合金中的活性阴极面积，可促使阴极电流 加大，增强阴极极化程度，减小腐蚀反应的推动力， 提高合金的耐蚀性
固溶处理可使阴极性杂质转入固溶体内，消除作为活 性阴极的第二相，减小阴极面积
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
使合金表面造成电阻大的腐蚀产物膜
加入某些元素，促使合金表面生成致密的腐蚀产物膜，加 大体系电阻，也能有效地阻滞腐蚀过程的进行
例如耐大气腐蚀钢的耐蚀锈层中含有非晶态羟基氧化铁 Fex·（OH）3-2x，它的结构是致密的，保护性能非常好。钢 中加入Cu、P或P、Cr，则能促进此种非晶态保护膜的生成
但是，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起阴极作用（阴极相），所以， 应用这种耐蚀合金化途径的局限性很大
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阳极活性
加入易钝化的合金元素
在基体金属中加入易钝化的合金元素，提高整体合金 的钝化性能。这是应用最广泛的一种合金化途径，如 不锈钢等
加入阴极合金元素，促使阳极极化
对于有可能钝化的腐蚀体系（包括合金与腐蚀环境）， 如果往金属或合金中加入强阴极性元素，由于电化学 腐蚀中阴极过程加剧，使阴、阳极电流增加，当腐蚀 电流密度超过钝化电流密度时，阳极出现钝态，其腐 蚀电流急剧下降。这是一种很有发展前途的耐蚀合金 化措施
金属耐蚀合金化原理
-0.414~0
不够稳 定
在中性水溶液中，仅在含氧或氧化剂 的情况下才产生腐蚀（耗氧腐蚀） 在酸性水溶液中，即使不含氧也能产 生腐蚀（析氢腐蚀）；当含氧时既产 生析氢腐蚀，也能产生耗氧腐蚀
Cd、In、Tl、Co、Ni、Mo、Sn、 Pb
在不含氧的中性水溶液中不腐蚀；只 Bi、Sb、As、Cu、Rh、Hg、Ag
蚀
pO2 0.21atm
在中性（pH=7E）O2 /O水H 溶 液0.8中05V，当氧分压力
ห้องสมุดไป่ตู้
时0.，805其V 氧的平衡电位
。当金属的标准电
极电位低于
时，可能发生耗氧腐蚀
因此，以-0.414V、0、+0.805V为界限，可将纯金属按其 标准电位划分为热力学稳定性不同，耐蚀程度不同的四类
按金属的标准电位近似地评定其热力学稳定性
蚀电流的计算式着手，寻求途径
I
Ek0
E
0 A
PK PA R
分子是腐蚀反应的推动力，如果减少推动力，可达到防腐
蚀的目的，即设法使电极极化；分母是腐蚀反应的阻力，
如果增大阻力，也可达到防腐蚀的目的，提高耐蚀性
从上面的分析可见提高金属的耐蚀性，可有以下几种途径
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
在不耐蚀的金属或合金中加入热力学上稳定的合金元素， 制成合金。由于热力学上稳定的元素的电极电位高，它们 提高了整个合金的电极电位，提高了合金整体的耐蚀性
但热力学上稳定的金属都是贵金属，不亦推广
析
氢
速
金属耐蚀合金化原理
率
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阴极活性
这种方法适用于阴极控制的腐蚀过程
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
金属的热力学稳定性
EH2 / H 0
金属热力学稳定性的分界依据
当氢分压等于1atm（101325Pa）时，在中性（pH=7）水
溶液中，氢的平衡电极电EH位2 /H 0.414V
；在酸性
（pH=0）的水溶液中
；在相应条件下，当金属
的标准电极电位分别小于-0.414V和0时，可能发生析氢腐
金属结构材料的耐蚀性研究分析
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
工业上广泛应用的金属材料大多数都是合金，为了更好地掌握并 改进合金的耐蚀性，对于作为合金基体或合金元素的纯金属的耐 蚀性的了解是完全必要的 在各种腐蚀环境中，纯金属的耐蚀能力主要体现在以下三个方面
金属的热力学稳定性
金属的热力学稳定性，可用它们的标准电位值来判断，标准 电极电位较正者，热力学稳定性较高；反之标准电极电位较 负者，热力学稳定性较低，易被腐蚀
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阴极活性
加入析氢超电压高的合金元素
往合金中加入析氢超电压高的合金元素，增大合金阴 极析氢反应的阻力，可显著降低合金在酸性介质中的 腐蚀速率。这种办法只适用于基体金属在某些介质中 不会钝化，由析氢超电压控制的析氢腐蚀过程
如碳钢和铸铁在稀硫酸中不能形成钝化膜，在碳钢和 铸铁中加入电极电位较正的砷、锑、铋或锡，这些析 氢超电压较高的元素，可显著降低其在稀硫酸中的腐 蚀速率
0~+0.805 较稳定 在含氧的介质中才能产生耗氧腐蚀
>+0.805
稳定
在含氧的中性水溶液中不腐蚀；只有 在含有氧化剂或氧的酸性溶液中，或 在含有能生成络合物的物质的介质中 才能产生腐蚀
Pd、Ir、Pt
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
金属的钝化
许多热力学不稳定的金属在适当条件下能发生钝化而获得 耐蚀能力，可钝化的金属有锆、钛、钽、铌、铝、铬、铍、 钼、镁、镍、钴、铁。它们的大多数都是在氧化性介质中 容易钝化，而在Cl-、Br-、F-等离子作用下钝态容易受到破 坏
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阳极活性
这是金属耐蚀合金化措施中最有效，应用最广泛的方法。减 弱阳极活性，阻滞阳极溶解过程的进行，可以提高合金钢耐 蚀性
减小阳极相的面积
如果基体是阴极而第二相或合金中其它微小区域（例 如晶界）是阳极的情况下，进一步减小微阳极的面积， 则可加大阳极极化电流密度，增加阳极极化程度
金属的标 热力学 准电位V 稳定性
可能的腐蚀过程
金属
<-0.414
不稳定
在含氧的中性水溶液中,既能产生耗氧 腐蚀,也能产生析氢腐蚀;在不含氧的 中性水溶液中,能产生析氢腐蚀
Li、Rb、K、Cs、Ra、Ba、Sr、 Ca、Na、La、Mg、Pu、Th、Np、 Be、U、Hf、Al、Ti、Zr、V、 Mn、Nb、Cr、Zn、Ga、Fe
易钝化的金属，往往作为合金元素加入钢中，使合金钝化 而获得耐蚀性
热力学不稳定的金属中，除了因钝化耐蚀外，还有因在腐 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 物膜耐蚀。这种化学转化膜通常为机械钝态膜
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
理论依据
研究金属及其合金的耐蚀性，可从反映腐蚀速度大小的腐
减小金属或合金中的活性阴极面积
Fe% 纯铝中杂质铁对其在 2mol/HCl中腐蚀速率 （析氢腐蚀）的影响
减小金属或合金中的活性阴极面积，可促使阴极电流 加大，增强阴极极化程度，减小腐蚀反应的推动力， 提高合金的耐蚀性
固溶处理可使阴极性杂质转入固溶体内，消除作为活 性阴极的第二相，减小阴极面积
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
使合金表面造成电阻大的腐蚀产物膜
加入某些元素，促使合金表面生成致密的腐蚀产物膜，加 大体系电阻，也能有效地阻滞腐蚀过程的进行
例如耐大气腐蚀钢的耐蚀锈层中含有非晶态羟基氧化铁 Fex·（OH）3-2x，它的结构是致密的，保护性能非常好。钢 中加入Cu、P或P、Cr，则能促进此种非晶态保护膜的生成
但是，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起阴极作用（阴极相），所以， 应用这种耐蚀合金化途径的局限性很大
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阳极活性
加入易钝化的合金元素
在基体金属中加入易钝化的合金元素，提高整体合金 的钝化性能。这是应用最广泛的一种合金化途径，如 不锈钢等
加入阴极合金元素，促使阳极极化
对于有可能钝化的腐蚀体系（包括合金与腐蚀环境）， 如果往金属或合金中加入强阴极性元素，由于电化学 腐蚀中阴极过程加剧，使阴、阳极电流增加，当腐蚀 电流密度超过钝化电流密度时，阳极出现钝态，其腐 蚀电流急剧下降。这是一种很有发展前途的耐蚀合金 化措施
金属耐蚀合金化原理
-0.414~0
不够稳 定
在中性水溶液中，仅在含氧或氧化剂 的情况下才产生腐蚀（耗氧腐蚀） 在酸性水溶液中，即使不含氧也能产 生腐蚀（析氢腐蚀）；当含氧时既产 生析氢腐蚀，也能产生耗氧腐蚀
Cd、In、Tl、Co、Ni、Mo、Sn、 Pb
在不含氧的中性水溶液中不腐蚀；只 Bi、Sb、As、Cu、Rh、Hg、Ag
蚀
pO2 0.21atm
在中性（pH=7E）O2 /O水H 溶 液0.8中05V，当氧分压力
ห้องสมุดไป่ตู้
时0.，805其V 氧的平衡电位
。当金属的标准电
极电位低于
时，可能发生耗氧腐蚀
因此，以-0.414V、0、+0.805V为界限，可将纯金属按其 标准电位划分为热力学稳定性不同，耐蚀程度不同的四类
按金属的标准电位近似地评定其热力学稳定性
蚀电流的计算式着手，寻求途径
I
Ek0
E
0 A
PK PA R
分子是腐蚀反应的推动力，如果减少推动力，可达到防腐
蚀的目的，即设法使电极极化；分母是腐蚀反应的阻力，
如果增大阻力，也可达到防腐蚀的目的，提高耐蚀性
从上面的分析可见提高金属的耐蚀性，可有以下几种途径
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径