第5章 材料的耐蚀性
碳钢与低合金钢的腐蚀性能
5、P：
常用金属材料的耐蚀性
对腐蚀的影响因环境而异。 在酸性溶液中与硫一样是有害的（磷化物存在）； 改善在大气、海水中的耐蚀性。
注：磷严重降低钢的韧性，因此，一般不会用提高磷来提高耐蚀性
常用金属材料的耐蚀性
5.2.2夹杂物对腐蚀的影响：
各类夹杂物都将严重恶化钢的耐蚀性。 原因：夹杂物破坏了钢的连续性和均匀性，增加钢的微电池对。
常用金属材料的耐蚀性 （2）工业大气（存在一定工业污染的大气）：
影响腐蚀的主要因素：污染成分和含量（主要有SO2，H2S。 CO2，NO2，NO及HCl等）以及水分。
造成腐蚀的主要原因是形成酸性电解质。钢在工业大气中的腐 蚀速度要比在乡村大气高1-2倍。
常用金属材料的耐蚀性 （3）海洋大气：
钢在海洋大气中的腐蚀比前两种情况严重得多
常用金属材料的耐蚀性
第5章 碳钢与低合金钢的腐蚀性能
在钢材的总产量中碳钢占85%左右,低合金钢约占据10%,是结 构材料中的重要材料。碳钢指碳含量小于1.7%的铁碳合金。
一般说来,碳钢在各种环境中的耐蚀性较差,不属于耐蚀材料。 但是，由于其用途较为广泛，了解碳钢在各种环境中的腐蚀行为， 对钢材的正确选用和防护，提高使用的经济效益无疑是非常重要的。
3、 按用途分：
结构钢 工具钢 不锈钢 弹簧钢
常用金属材料的耐蚀性 耐热钢 高锰钢 锅炉用钢 造船用钢
常用金属材料的耐蚀性
5.1.2低合金钢的发展和种类
1、发展
低合金钢在19世纪70年代在工业上开始应用,但发展缓慢,直到 上世纪50年代后期，由于科学技术及工业进步,对低合金钢的需要 量不断增加,才促使它迅速发展起来,成为钢铁材料的一大支柱。
主要夹杂物：FeS，（MnFe）S，MnS
5 局部腐蚀
氧 浓 8 度 升 6 毫 克
4 2
缝隙宽度: 1
2 3
Байду номын сангаас
3.5mm
2.7mm 2.0mm
-0.9
铝合金
-0.7
( / )
-0.5
1 2
-0.1
0
3 0 12 24 36 48
0.1
2
4
6 8 氧浓度(毫克/升)
时间(小时)
缝隙内海水中氧浓度的变化
玻璃-钛缝隙
海水中氧的浓度对铝合金 和钛合金电位的影响
• • • • • • 1.中性盐雾试验（NSS） 35℃，NaCl浓度50g/L，pH7，连续喷雾 2.醋酸盐雾试验（ASS） 在NSS的盐水中加入适量冰醋酸，pH3.2 3.铜加速醋酸盐雾试验（CASS） 在ASS溶液中加入0.26g/L CuCl2.H2O
pH值
在较宽的pH值范围内，孔蚀电位Eb与溶液pH值 关系不大。当pH﹥10，随PH值升高，孔蚀电位增 大，即在碱性溶液中，金属孔蚀倾向较小。 温度 温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温度低于某 个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度称为临界 孔蚀温度(CPT) ，CPT愈高，则金属耐孔蚀性能 愈好。
溶液中阳离子和气体
• 氧化性金属阳离子：Fe 3+、Cu 2+等与侵 蚀性Cl—等共存时，它们的电位往往高于 点蚀电位，如同溶液中的O2等氧化剂一 样，是有效的阴极去极化剂，因此可以 促进点蚀。因此FeCl3、CuCl2等常用于点 蚀的加速腐蚀实验。
5.3 缝隙腐蚀
缝隙腐蚀是指腐蚀破坏发生在金属表面上的缝 隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态可以是 蚀孔，蚀坑，也可能是全面腐蚀。 • 缝隙种类 (1) 机器和设备上的结构缝隙 (2) 固体沉积(泥沙、腐蚀产物等)形成的缝隙。 (3) 金属表面的保护模 (如瓷漆、清漆、磷化层、 金属涂层)与金属基体之间形成的缝隙。
第5章 金属的钝化
稳定钝化区
过渡区
B 活化区
lgipp
lgi
5.2 有钝化特性金属的钝化曲线
E
EO2
G
Etp
D
Eb
M
C Ep
Epp Ecorr A
0
lgip
注意：
H E
N
F 析氧区
对于有的体系，虽然能发生 钝化，但随着电极电位的正 移，在尚未达到过钝化电位
Etp时，金属表面的某些点上 过钝化区 就出现了钝化膜的局部破坏，
从Ecorr至Epp为金属电极的 活化溶解区。金属腐蚀按正 常的阳极溶解规律进行，以 低价的形式溶解为水化离子。
N
M mH 2O Mn mH 2O ne
稳定钝化区曲线从电位Ecorr出发，电流 随电极电位升高而增大，溶
解速率受活化极化控制，基
过渡区
本上服从塔菲尔方程式。当
B 活化区
d钝化状态，那么它也不会活化，将
IV
以相当于维钝电流密度ip的速率腐蚀；
Ep
C
Ee1
c
如果金属处于点c钝化过渡区，该点 的电位不稳定的，在开始时处于钝态
Epp
bB a
的金属，一旦由于某种原因活化了， III 则金属在这种介质中不可恢复钝态。
A
I
II
例如，不锈钢在不含氧的酸中，钝化 膜被破坏后得不到修复，将导致金属
E
Ee4
E
Ee3
f eD
N
Ee2
d
IV
Ep
C
Ee1
c
Epp
bB
a
III
A
I
II
0
ip
ik1 ik2 ipp
过程装备腐蚀与防护课件-第五章
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 根据PVC材料的特性和具体使用条件确定许用应力 和安全系数
以长期拉伸强度作为计算许用应力的依据
焊缝系数0.85~0.95， 一般取0.6
采用单面或双面加强焊提高焊缝强度、保护焊缝；
焊缝尽可能错开（多块板材）
越不易水解
耐酸性介质水解的能力： 醚键 > 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键 > 硅氧键 耐碱性介质水解的能力： 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键
5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素
3、应力腐蚀开裂 在某些条件下，高分子材料在应力和腐 蚀性质共同作用下，发生类似金属应力腐蚀 破裂的现象，出现裂纹，并不断发展直至脆 断。
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 顶盖和筒体结构应采取措施加强刚性，防止变形
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 避免焊缝本体和焊缝边线的母材断面的剧烈变化
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 考虑到材料的膨胀系数，金属加强构件与塑料设备 之间允许相对自由位移；长管道，加膨胀结
部分结晶的塑料，晶区有应力集中，在晶区与非 晶区的交界处产生裂纹的倾向性就大
应力集中部位，环境应力开裂的可能性大
分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易发生 开裂 在具有中等溶胀能力的醇类、蓖麻油等活性介质 中，材料易发生环境应力开裂
5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素
4、老化（耐侯性） 影响高分子材料老化的因素：
第五章 非金属结构材料的耐蚀特性
5.1 高分子材料的腐蚀性和影响因素 5.2 耐腐蚀高分子材料 5.3 耐腐蚀无机非金属材料 5.4 碳-石墨
金属耐腐蚀合金化原理
第五章耐腐蚀金属材料§5-1金属耐腐蚀合金化原理工业上所用的金属材料中，纯金属并不多，应用较多的因此是铁、铜、镍、钛、铝、镁等各种金属的合金。
本节讨论如何通过合金化和热处理等途径，从成分和组织上使合金具有高的耐蚀性，并表明其作用原理。
一、提高金属的热力学稳定性以热力学稳定性高的元素进行合金化，向不耐蚀的合金中进进热力学稳定性高的合金元素进行合金化，可在合金表层形成由贵金属组元组成的连续保卫层，提高其耐蚀性。
例如，铜中加金，镍中加铜，铬中加镍等。
然而其应用是有限的。
因为，一方面要虚耗大量的贵金属，经济上珍贵；另一方面，由于合金组元在固态中的溶解度是有限的，许多合金要获得具有多组元的单一固溶体是对照困难的。
二、落低阴极活性在阴极操纵的金属腐蚀中，可用进一步加强阴极极化的方式来落低腐蚀速度。
如金属在酸中的活性溶解就能够用落低阴极活性的方法减少腐蚀。
具体方法是：1．减小金属或合金中的活性阴极面积金属或合金在酸中腐蚀时，阴极析氢过程优先在氢超电压低的阴极相或夹杂物上进行。
假如减少合金中的阴极相或夹杂物，减小了活性阴极面积，增加了阴极极化电流密度，增加阴极极化程度，阻碍阴极过程的进行，提高耐蚀性。
例如，当铝中铁含量减少时，其在盐酸中的耐蚀性提高，如P128图1。
这是由于铁能形成阴极相。
关于阴极操纵的腐蚀过程，采纳固溶处理获得单相固溶体组织，可提高耐蚀性。
反之，退火或时效处理落低其耐蚀性。
2．进进氢超电压高的元素进进氢超电压高的元素，可提高阴极析氢超电压，显著落低合金在酸中的腐蚀速度。
但它只适用于不产生钝化的析氢腐蚀。
如金属在非氧化性或氧化性低的酸中的活性溶解过程。
例如，在锌中含有铁、铜等电位较高的金属杂质时，进进氢超电压高的镉、汞，可使锌在酸中腐蚀速度显著落低。
又如，在含有较多杂质铁的工业纯镁中，添加0.5-1%锰可大大落低其在氯化物水溶液中的腐蚀速度，这是由于锰比铁高得多的析氢超电压之故。
三、落低合金的阳极活性用合金化的方法落低合金的阳极活性，尤其是用提高合金钝性的方法阻碍阳极过程的进行，可提高合金的耐蚀性，它是一种最有效、应用最广泛的措施。
第五章金属在各种环境中的腐蚀
8
2.4防止海水腐蚀的措施
• 1）研制和应用耐海水腐蚀的材料。 如：铁、镍、铜及其合金，耐海水钢。
• 2）阴极保护。 腐蚀最严重处采用护屏保护较合理，亦可采用简易可行的牺牲阳极法。
• 3）涂层。 除应用防锈油漆外，还可采用防止生物玷污的双防油漆，对于潮汐区和飞
溅区的某些固定的钢结构可以使用蒙乃尔合金包覆。
其寿命一般有几年。 *镍及其合金在碱液中的腐蚀
镍及其合金对于高温高浓度的碱耐蚀性很好，所以广泛用于制碱业。镍实际上 适合各种浓度和温度的碱液，其耐蚀性一般与合金含镍量成正比。 *两性金属在碱液中的腐蚀 铝、锌、锡等两性金属在碱溶液中不耐蚀。钛、钽、铌等在碱溶液中耐蚀性也 不好。在热碱中，钽的耐蚀性更差。
• （3）微生物引起的腐蚀。
11
3.3防止土壤腐蚀的措施
• 1）采用涂料或包覆玻璃布防水。 • 2）采用电化学保护，多采用牺牲阳极法，阴极保护与涂料联合使用效果更好。 • 3）采用金属涂层或包覆金属，镀锌层等。
12
第四节 金属在工业环境中的腐蚀
4.1金属在酸溶液中的腐蚀
• 氧化性酸与非氧化性酸对金属的腐蚀情况大不相同。 非氧化性酸的特点：腐蚀的阴极过程基本上是氢去极化过程，增加溶液酸度 相应地会增加阴极反应，并使金属腐蚀速度增加。
6
第二节 金属在海水中的腐蚀
2.1 海水腐蚀特点 • 1. 盐类及导电率 • 2. 溶解氧 • 3.海水的电化学特点
2.2影响海水腐蚀的因素
• 盐类 • 海水中溶解氧 • 海洋生物和腐烂的有机物 • 海水的温度、流速 • PH值
7
2.3海水中常用金属材料的耐蚀性
• 金属材料在海水中的耐蚀性差别很大，其中耐蚀性最好的是钛合金和Cr-Ni合金，而铸铁 和碳钢耐蚀性较差。不锈钢的均匀腐蚀速度虽然很小，但在海水中易产生点蚀。
第五章首饰贵金属材料的强化技术
32
如何产生细晶强化
2.热处理 热处理的正火、退火、淬火都可以将晶粒细化，但 是这时的温度需要选择好，不然将适得其反。 在熔炼浇注中，避免金属熔液过热、搅动、降低浇 注温度、增大冷速等措施，也可以获得细晶粒铸件。
33
细 化 晶 粒 方 法
1. 对铸态使用的合金：合理控制冶铸工 艺，如增大过冷度、加入变质剂、进行 搅拌和振动等。 2. 对热轧或冷变形后退火态使用的合金： 控制变形度、再结晶退火温度和时间。
3. 对热处理强化态使用的合金：控制加 热和冷却工艺参数, 利用相变重结晶来细 化晶粒。
第5节 贵金属材料其他强化工艺 技术
电流 实例 本质 联系
金属失去电子被氧化 两者经常同时发生
40
贵金属电化学腐蚀原因及对策
1.成分、组织、结构不均匀引起的电化学腐蚀 根源：成分、结构不均匀导致合金区域电位差异。 合金元素之间的电位差 成分偏析引起的电位差
对策：避免电位差较大的两种金属直接接触。
41
贵金属电化学腐蚀原因及对策
2.应力或应力不均匀引起的电化学腐蚀
第5章 首饰贵金属材料的强化技术
提高首饰贵金属材料的强度、热度、抗氧 化性、耐腐蚀性是首饰工业发展的需求， 也是珠宝首饰材料工作者的努力方向。
贵金属首饰材料强化的方向
强度 韧性 抗氧化性 耐腐性性
2
第1节 贵金属材料冷变形强化技术
什么是冷变形？
冷变形指在材料的再结晶温度以下进行的变形。
再结晶温度大约为0.7 T熔点。
溶质原子类型
4.2 固溶强化
• 只有那些在基体金属中固溶度大的元素才 能大量加入。往往采用多元少量的复杂合 金化原则（即多种合金元素同时加入，但 每种元素的加入量不多），使固溶体的成 分复杂化，这样可以使固溶体的强化效果 更佳，并能使固溶强化效果保持到较高的 温度和保留较大的伸长率。
研究生-第五章 金属的钝化
cp , p , F tp , b , icp
钝态越稳定
11
5.3 影响钝化的因素
二、阴极过程对钝化的影响
阴极反应对实测钝化曲线的影响 1. 氧化剂的氧化性弱 不锈钢+H2SO4（无O2）
2. 氧化剂较弱
不锈钢+H2SO4（含O2） 3. 中等强度氧化剂 中等浓度的HNO3 4. 氧化剂过强或介质中含活性离子 发烟HNO3 思考：自钝化体系是哪一种？
实验测定：环状阳极极化曲线
测定过程：
19
5.4 钝化曲线上的三个重要参数
讨论：利用b和 pp判断 体系是否发生点蚀
pp
金属不发生点蚀 原有小孔继续发展 ，但不产生新蚀点 金属表面出现新蚀点
pp b
b
20
5.4 钝化曲线上的三个重要参数
b和 pp：反映金属耐点蚀或缝隙腐蚀特征电位 b：反映钝化膜破坏难易 ，评价膜的保护性、稳定性
3. CD区：稳定钝化区
金属表面生成稳定钝化保护膜
2M 3H 2O M 2O3 6H 6e
p : 维钝电位
i p : 维钝电流密度
4. DE区：过钝化区
M 2O3 4H 2O M 2O7 2 8H 6e
或：
4OH O2 2 H 2O 4e
4
5.1 钝化作用
两种钝化的本质: 一致
钝化特征： （1）金属发生钝化时，电极电位正移 （2）钝化时，只是金属表面状态发生变化，整体性质不变 （3）钝化发生后，腐蚀速度出现大幅度降低 研究钝化现象的意义： 利用钝化现象控制金属的腐蚀 Ex: 钢铁表面钝化处理、冶炼时加入易钝化合金元素 有时要避免钝化的出现 Ex: 化学电源
第5章 局部腐蚀试验方法
1.3 现场试验方法
试片 实际工况介质
测定材料表面发生孔蚀的几率
测定孔蚀发展速度
方法：在试验过程的不同时刻取出一批试片，以其最大孔蚀 深度对时间作图，并通过数学分析找出它们之间的相关性 （关系式），据此可比较孔蚀发展速度。 为使结果可靠，试片的面积应尽可能大一些，每批次取出的 试片也要尽可能多一些。
2.缝隙腐蚀试验
2.1化学浸泡试验方法 2.2电化学测试方法
缝隙腐蚀 在电解液中，金属与金属或金属与非金属表面之间构 成狭窄的缝隙，缝隙内有关物质的移动受到了阻滞， 形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为 缝隙腐蚀。
缝隙腐蚀常发生在设备中法兰的连接处，垫圈、衬板、 缠绕与金属重叠处，它可以在不同的金属和不同的腐 蚀介质中出现，从而给生产设备的正常运行造成严重 障碍，甚至发生破坏事故。 介质中，氧气浓度增加，缝隙腐蚀量增加；PH值减小， 阳极溶解速度增加，缝隙腐蚀量也增加；活性阴离子 的浓度增加，缝隙腐蚀敏感性升高。但是，某些含氧 阴离子的增加会减小缝隙腐蚀量。
－
Ｃｌ
２
－
ｅ ２Ｈ＋＋２ｅＨ ｅ
２＋ ２
Ｍ
２＋ ｎ
＋Ｈ Ｓ ２
ＦｅCｌ ＨCｌ
含Ｈ２Ｓ的酸性 氯化物溶液
间或有ＦｅCｌ ．４Ｈ Ｏ结晶
２ ２
Ｈ
２
Ｓ
Ｆｅ
＋Ｈ
２
ＯＦｅＯＨ
＋
＋Ｈ
＋
Fe2+
２＋ ＦｅＦｅ ＋２ｅ
蚀孔的生长
氢离子和氯离子都能促进大多数金属和合金的溶解，并且 整个过程随时间而加速。 由于氧在蚀孔溶液中的浓度实际等于零，所以蚀孔内不存 在氧的阴极还原过程。溶解氧是在蚀孔附近的表面上进行 阴极反应，故这部分表面不受腐蚀。也就是说，孔蚀使蚀 孔之外的金属表面受到阴极保护，而使蚀孔之内的金属表 面不断溶解而被腐蚀。 综上所述，蚀孔生长的机理和缝隙腐蚀的机理实 质上是相同的。孔蚀是缝隙腐蚀的一种自身诱发的腐蚀形 态——即它不需一条缝隙，它自己创造蚀孔。
工程材料作业第五、六章
第五章金属材料的主要性能1 金属材料的力学性能指的是什么性能？常用的力学性能包括哪些方面的内容？答：金属的力学性能是指在力的作用下，材料所表现出来的一系列力学性能指标，反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力。
主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳等。
2 衡量金属材料强度、塑性及韧性常用哪些性能指标？各用什么符号和单位表示？答：衡量金属材料的强度指标为：比例极限σp、弹性极限σe、弹性模量E、屈服强度σs、抗拉强度σb、屈强比σs/σb。
衡量金属材料的塑性指标为：延伸率δ、断面收缩率ψ。
衡量金属材料的韧性指标为：冲击韧性指标：冲击吸收功Ak；断裂韧性指标：断裂韧度。
3、硬度是否为金属材料独立的性能指标？它反映金属材料的什么性能？有5种材料其硬度分别为449HV、80HRB 、291HBS 、77HRA 、62 HRC，试比较五种材料硬度高低。
答：硬度不是金属材料的独立性能（它与金属抗拉强度成正比），是反映材料软硬程度的指标，表征材料表面抵抗外物压入时所引起局部塑性变形的能力。
80HRB<291HBS<449HV<77HRA <62HRC。
4、为什么说金属材料的力学性能是个可变化的性能指标？答：（1）温度的改变会影响金属的塑性，而塑性与韧性和强度、硬度有关，则改变温度会导致力学性能改变；（2）不同的承载情况会改变材料的力学性能，如很小的交变载荷也可使钢丝折断；不同的加工工艺也会改变材料的力学性能（为了使材料有不同的性能来满足我们的需要，就用了回火、淬火、正火等加工工艺）。
5、金属材料的焊接性能包括哪些内容？常用什么指标估算金属材料的焊接性能？答：金属的焊接性能：①接合性能：金属材料在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。
②使用性能：某金属材料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要求的适应性，也就是焊接接头承受载荷的能力。
金属的焊接性能指标：碳当量、冷裂纹敏感系数。
第5章 材料的耐蚀性
二、铸铁的耐蚀性及应用
通常铸铁是不耐腐蚀的，但是铸铁有良好的流动性，能铸成 形状复杂的部件，而且还具有优良的加工性能和力学性能，因 此在工程中获得了极广泛的应用。 为了提高铸铁的耐蚀性，在铸铁中加入各种合金元素如Si, Ni,Cr,Al等。生产出了各类耐蚀合金铸铁。
1、高Si铸铁
在铸铁中加入14％一18％Si便有优良的耐酸性能，它对热硫酸、 室温盐酸、浓硝酸、磷酸、有机酸等都有良好的耐蚀性。这是由
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H3PO4溶液中，Mo在HCl中
些环境中耐蚀，是与其钝化性能有关。
不锈钢钝化膜具有如下特点：
膜很薄，厚度在1-3 nm； 膜中的成分中富含Cr；
膜的结构为尖晶石结构， w(Cr)>12%时，尖晶石结构已不明 显， w(Cr)>19%时，主要为非晶态结构， w(Cr)>28%时，完 全为非晶态组织。
按不锈钢组织结构可分为以下五种：
硝酸腐蚀的能力。但是钢中含硅量不宜过高，
否则会显否降低钢的加工性能。 碳：碳是钢中重要组成元素，是奥氏体形成元素，但在钢中碳 含量增多会形成碳化物，因而提高了钢对晶间腐蚀的敏 感性。 氮: 也是奥氏体形成元素，在钢中加入氮在一定程度上可提高 钢的耐蚀性，但氮在钢中能形成氮化物，易产生点蚀。
Fe-Cr合金腐蚀速度与含Cr量关系
Fe-Cr合金中，只有当Cr的 加入量超过12.5％时，合金
5.金属腐蚀与防护第五章 合理设计和正确选材
第五章防腐蚀设计研究金属腐蚀是为了防止和控制金属腐蚀的危害的危害，，延长金属的使用寿命延长金属的使用寿命。
各种金属工程材料材料，，无论是原材料无论是原材料、、产品加工产品加工、、使用和储存都会遇到不同的使用环境都会遇到不同的使用环境，，产生不同程度的腐蚀。
而金属腐蚀是一个自发过程而金属腐蚀是一个自发过程，，完全避免材料的腐蚀是不可能的料的腐蚀是不可能的，，只能在对金属在各种腐蚀环境中的腐蚀破坏规律和机理充分了解的基础上础上，，以保证材料正常使用为前提以保证材料正常使用为前提，，通过防腐蚀设计蚀设计，，使其腐蚀破坏限制在一定的范围或降低到最小程度低到最小程度，，即进行腐蚀控制即进行腐蚀控制。
防腐蚀设计防腐蚀设计：：为预防和控制破坏和损失而进行的设计损失而进行的设计。
金属的防腐蚀设计主要包括：金属的防腐蚀设计主要包括：一、金属材料的正确选择金属材料的正确选择；；二、防腐蚀结构设计防腐蚀结构设计；；三、防腐蚀工艺流程的选择防腐蚀工艺流程的选择；；四、防护方法的选择防护方法的选择。
一、金属材料的正确选择金属材料是构成设备或结构件的主要物质基础要物质基础，，防腐蚀材料的选择是防腐蚀设计的首要环节腐蚀设计的首要环节。
金属构件的腐蚀破坏事故经常由选材不当造成蚀破坏事故经常由选材不当造成，，因此正确选材是最重要也是最广泛使用的防腐蚀办法的防腐蚀办法。
用于腐蚀环境中的设备和结构用于腐蚀环境中的设备和结构，，制造材料要考虑的因素造材料要考虑的因素：：耐蚀性能耐蚀性能；；物理性能物理性能、、机械性能和加工性能机械性能和加工性能；；经济上的可行性经济上的可行性。
必须遵循正确的选材原则必须遵循正确的选材原则，，采取合理的选材步骤理的选材步骤。
一）正确选材的基本原则1、全面考察材料的综合性能全面考察材料的综合性能，，优先做好腐蚀控制腐蚀控制。
金属材料是指由纯金属及其合金组成的材料的材料。
包括钢铁材料和有色金属材料（非铁材料非铁材料）。
第5章金属的钝化
第5章金属的钝化铁、铝等金属在稀HNO3或稀H2SO4中能很快腐蚀，但是在浓HNO3或浓H2SO4中腐蚀现象几乎完全停止。
1836年斯柯比（Schobein）称金属在浓HNO3或浓H2SO4中获得的耐蚀状态为钝态。
从此，人们对金属的钝化进行了广泛的研究。
现今钝化在控制金属腐蚀和提高金属材料的耐蚀性方面占有十分重要的地位。
经钝化的铁重新放入稀HNO3中也不会再溶解，因为铁处于钝态。
金属或合金受一些因素影响，化学稳定性明显增强的现象，称为金属的钝化(Passivation of metals)。
由某些钝化剂(氧化剂)所引起的金属钝化，称为化学钝化。
如浓HNO3、浓H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4和O2等氧化剂都可使金属钝化。
此外，用电化学方法也可使金属钝化，如将铁置于H2SO4溶液中作为阳极，用外加的直流电使铁的电位升高到一定数值(即阳极极化)，也能使铁的表面生成钝化膜。
由阳极极化引起的金属钝化现象，叫电化学钝化或阳极钝化。
研究钝化现象有很大的实际意义。
金属处于钝化状态能显著降低金属的自溶解和阳极溶解速度，保护金属防止腐蚀，但有时为了保证金属能正常参与反应而溶解，又必须防止钝化，如化学电源中电极的钝化常常带来有害的后果，使最大输出电流密度以及活性物质的利用率降低。
所以，长期以来，对钝化现象的研究受到很大的重视。
5.1 金属的钝化现象5.1.1 金属钝化的两种方式—化学钝化与电化学钝化1．化学钝化如果把一块铁片放在HNO3中，并考察铁片的溶解速度与HNO3浓度的关系(如图5.1所示)，可以发现铁在稀硝酸中剧烈地溶解，并且铁的溶解速度随着HNO3浓度的增大而迅速增大。
当HNO3的浓度增加到30~40%时，铁的腐蚀速度达到最大值，若继续增加HNO3浓度超过40%，则铁的溶解速度就突然下降到原来的的1/4000，这一现象称为钝化。
如果继续增大HNO3浓度到90%以上，腐蚀速度又有较快的上升(在95%HNO3中铁的腐蚀速度约为90%HNO3中的10倍)，这一现象称为过钝化。
第五章腐蚀的控制方法
第五章腐蚀的控制⽅法第五章腐蚀的控制⽅法在不同情况下引起⾦属腐蚀的原因是不尽相同的，因此根据不同情况采⽤的防腐技术也是多种多样的。
在⽣产实践中⽤的最多的防腐技术⼤致可分为如下⼏类：1、合理选材，根据不同介质和使⽤件选⽤合适的⾦属材料和⾮⾦属材料；2、阴极保护：利⽤⾦属电化学腐蚀原理，将被保护⾦属设备进⾏外加阴极化以降低或防⽌⾦属腐蚀；3、阳极保护，对于钝化溶液和易钝化⾦属组成的腐蚀体系，可以采⽤外加阳极电流的⽅法使被保护⾦属设备进⾏阳极钝化以降低⾦属腐蚀；4、介质处理，包括去除介质中促进腐蚀的有害成分（例如锅炉给⽔的除氧）调节介质的PH 值及改变介质的湿度等；5、添加缓蚀剂。
往体系中添加少量能阻⽌或减缓⾦属腐蚀的物质以保护⾦属；6、⾦属表⾯覆盖层。
在⾦属表⾯喷、射、渗、镀、涂上⼀层耐蚀性好的⾦属或⾮⾦属物质以及将⾦属进⾏氧化处理。
使被保护⾦属表⾯与介质机械隔离⽽降低⾦属腐蚀；7.合理的防腐蚀设计及改进⽣产⼯艺流程以减轻或防⽌⾦属的腐蚀。
每⼀种防腐蚀措施都有其应有范围和条件。
使⽤时要注意。
对⼀种情况有效的措施，在另⼀种情况下就可能是⽆效的；有时甚⾄是有害的。
例如：阳极保护只适⽤于⾦属在介质中易于阳极钝化的体系，如果不能造成钝态，则阳极极化不仅不能减缓腐蚀，反⽽会加速⾦属的阳极溶解。
另外，在某些情况下，采取单⼀的防腐蚀措施其效果并不明显，但如果采⽤两种或多种防腐蚀措施进⾏联合保护，就⽐单⼀种⽅法效果好得多。
对于⼀个具体的腐蚀体系究竟采⽤哪种措施的防腐蚀，应根据腐蚀原因，环境条件各种措施的防腐蚀效果，施⼯难易以及经济效益综合考虑。
第⼀节合理选⽤耐腐蚀材料⼀、设备的⼯作条件(介质，温度和压⼒)对材料的要求设备的⼯作介质的情况是选材时⾸先要分析考虑的。
例如⼯作介质是硝酸，其为氧化性酸，应选⽤在氧化性介质中易形成氧化膜的材料，如不锈钢，铝，钛等⾦属材料，稀硝酸⽤不锈钢，浓硝酸⽤纯铝；如果⼯作介质是盐酸，其为还原性酸，应选⽤⾮⾦属材料。
材料腐蚀知识点
第一章 金属与合金的高温氧化1、 金属氧化膜具有保护作用的的充分条件与必要条件充分条件：膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少；稳定性好，蒸汽压低，熔点高；膜与基体的附着能力强，不易脱落；生长内应力小；与金属基体具有相近热膨胀系数；膜的自愈能力强。
必要条件：氧化时生成的金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积之比必须大于1，即PBR值大于1.2、 说出几种主要的恒温氧化动力学规律，并分别说明其意义。
（1） 直线规律：符合这种规律的金属在氧化时，氧化膜疏松，易脱落，即不具有保护性，或者在反应期间生成气相或者液相产物离开了金属表面，或者在氧化初期氧化膜很薄时，其氧化速度直线由形成氧化物的化学反应速度决定，因此其氧化速度恒定不变，符合直线规律。
（2） 抛物线规律：许多金属或者合金在较高的高温氧化时，其表面可形成致密的固态氧化物膜，氧化速度与膜的厚度成反比，即其氧化动力学符合这种规律。
（3） 立方规律：在一定温度范围内，一些金属的氧化物膜符合这种规律。
（4） 对数和反对数规律：许多金属在温度低于300-400摄氏度氧化时，其反应一开始很快，但是随后就降到了氧化速度可以忽略的程度，该行为符合对数或反对数规律。
3、 说出三种以上能提高钢抗高温氧化的元素 镍，铝，钛4.、纯NI在1000摄氏度氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数k=39X10-12 cm2/s，如果这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使0.1cm厚镍板全部氧化所需的时间。
解：由抛物线规律可知：厚度y与时间t存在如下关系： y2=kt， t=y2/k=2.56x108s5 哈菲价法则：当基体氧化膜为P型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使离子空穴浓度降低，提高电子浓度，结果导致电导率增加，而氧化速率降低，往基体中比此基体原子高价的合金元素，使离子空穴浓度提高，降低电子浓度，结果导致电导率降低，而氧化速度提高。
当基体氧化膜为n型半导体时，往基体中加入比基体原子低价的合金元素，使电子浓度降低，电导率降低，而基体离子浓度增加，氧化速度增加，往基体中加入比基体原子高价的合金元素，使电子浓度增加，电导率增加，而基体离子浓度降低，氧化速度降低。
第五章 减摩、耐磨及摩阻材料解读
(3) 耐磨性E：耐磨性E为磨损率的倒数。 对于线磨损率，耐磨性表示为： 对于体积磨损率，耐磨性表示为： 对于重量磨损率，耐磨性表示为： (4) 相对耐磨系数ε： 在同一试验条件下，标准材料试样的体积或线磨 损量hs (或磨损率) 与被测材料试样的体积或线磨损 量h (或磨损率) 之比：
(2) 低合金耐磨钢 高锰钢在冲击载荷不大的情况下，由于其加 工硬化不够，耐磨性并不高。而低合金钢在这种 情况下，显示出更高的耐磨性。 低合金钢具有仅次于高锰钢的高韧性，如果 合理选择合金成分和热处理方法，能够获得比高 锰钢还高的强度和比较深的表面硬化层，其适用 范围较广泛。 在耐磨粒磨损方面使用的低合金钢有中碳铬 锰硅钢和高碳铬锰硅钢，其化学成分一般为 Cr 1-3%, Mn 1%, Si 1-3%。
在农业机械、工程机械、矿山设备，摩擦副材 料应有高的耐磨性。
各类轴承、齿轮、蜗轮运动副、机床导轨等要 求摩擦副材料有低的摩擦系数和高的耐磨性。
运输和工程机械(如汽车、火车、拖拉机、飞机、 起重机、提升和卷扬机等)，制动摩擦副材料应 有高而稳定的摩擦系数和耐磨性。
二、耐磨材料
1、材料耐磨性的定义 材料的耐磨性通常是指在一定的工况条件下，摩擦副材 料在摩擦过程中抵抗磨损的能力。 材料的耐磨性离不开工况条件(速度、载荷、温度、介 质等)。同一种材料，在不同的工况条件下其耐磨性相 差很大。 如，高锰钢。 高硬度的材料具有好的抗磨料磨损性能，而在交变 接触应力作用下抗疲劳磨损的能力却不好。 材料的配对、摩擦副的结构形状、磨损的形式、维护条 件等的不同，其耐磨性也不相同。 **因此，可以说并不存在一种材料，它在各种情况下都是耐 磨(或减摩)的。材料的耐磨性是有条件的，也是相对的。
金属材料学-第5章 不锈钢
5.2.2 腐蚀介质对钢耐蚀性的影响
金属的 耐蚀性
与介质的种类、浓度、 温度和压力等环境条件有 密切的关系
必须根据工作介质的特点来正确 选择使用不锈耐蚀钢钢种。
1、在大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质。 → >13％Cr
2、氧化性介质，如硝酸。易形成钝化的氧化 膜，>17％Cr， Cr越高越好；
Ti：稳定碳，防止高Cr不锈钢晶间腐蚀
N：细化铸态组织 Mo，Al，Si：进一步强化钝化膜，提高 在非氧化介质中的耐蚀性 基
本
②在硝酸、氨水等介质中有较好的耐蚀性
特 点
和抗氧化性；
③力学性能和工艺性较差，脆性大，TK 在室温左右。
④无同素异构转变，多在退火软化态下使 用。
用作受力不大的耐酸和抗氧化结构件
二、铁素体不锈钢的脆性
高铬铁素体不锈钢的缺点是脆性大，主要有 几个方面：
（1）粗大的原始晶粒 由于原子扩散快，晶粒粗化温度低和晶粒粗 化速率高。在600℃以上晶粒就开始长大，而A 不锈钢相应为900℃ 不能通过热处理消除，只能通过压力加工碎 化，通过添加少量Ti消除。
2） F不锈钢存在475℃脆性
不锈钢组织状态图（焊后冷却）
⑴ M不锈钢： 12Crl3~40Crl3等Crl3型 14Crl7Ni2、95Cr18等
不
⑵ F不锈钢：如10Cr17 ，16Cr25N，
锈
008Cr27Mo等
钢 分 类
⑶ A不锈钢：具有单相A组织，如 06Cr18Ni9、12Crl8Mn8Ni5N等
⑷ A-F复相不锈钢：如12Cr21Ni5Ti
具体问题要具体分析.
5.3 铁素体不锈钢
材料的耐腐蚀性能
材料性能
第十三章
材料的耐腐蚀性能
§13.2金属的电化学腐蚀倾向 13.2金属的电化学腐蚀倾向 常用金属在25℃时的标准电极电位 常用金属在25℃时的标准电极电位 25℃
电极反应 Al→Al3++3e Ti→ Ti2++2e Zr→ Zr4++4e V→ V2++2e Mn→ Mn2++2e Nb→ Nb3++3e Cr→ Cr3++3e Fe→Fe2++2e Co→Co2++2e Ni→ Ni2++2e Φ/v －1.66 － 1.63 － 1.53 － 1.18 － 1.18 － 1.1 － 0.913 － 0.44 － 0.277 － 0.2 电极反应 Mo→ Mo3++3e Sn→ Sn2++2e Pb→ Pb2++2e H2→ 2H++e Cu→ Cu2++2e Cu→ Cu++e Ag→ Ag++e Pt→ Pt2++2e Au→ Au3++3e Au→ Au++e Φ/v － 0.2 － 0.136 － 0.126 － 0.0 +0.337 +0.521 +0.799 +1.19 +1.50
§13.1材料腐蚀的基本概念 13.1材料腐蚀的基本概念 材料
选择性腐蚀：合金中某一成分在介质中产生选择性溶解， ⑥选择性腐蚀：合金中某一成分在介质中产生选择性溶解，使合 金强度下降的现象。如黄铜脱锌。 金强度下降的现象。如黄铜脱锌。 丝状腐蚀：金属表面产生线状的腐蚀线向外发展， ⑦丝状腐蚀：金属表面产生线状的腐蚀线向外发展，形成细丝的 腐蚀现象。由于这种腐蚀常发生在有保护层的表面， 腐蚀现象。由于这种腐蚀常发生在有保护层的表面，又称为线状膜下 腐蚀。 腐蚀。
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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。
三、降低阳极活性
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。
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。
在氧化性酸中，腐蚀速率 先随酸的浓度增加而上升， 到一定程度又迅速下降， 进入钝态。
✓ 铁在酸中的稳定性
铁在常温的碱液中是稳定的。然而当溶液中NaoH含量 达30％时，铁的表面膜保护性能下降而且随着温度升 高而腐蚀加速,另外铁在熔融碱中也会受到强烈的腐蚀。
2、合金元素对铁耐蚀性的影响 ✓ 合金元素对铁的阳极极化曲线的影响
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。 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。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 ➢ 铁锈及溶液中的三价铁离子均有良好的去极化作用。 ➢ 铁的腐蚀产物保护性能较差。 ➢ 铁易形成氧浓差电池而受蚀。 ➢ 在自然条件下铁的钝化能力较弱。
✓ 铁在酸中的稳定性
铁在酸中的腐蚀状况依酸的性质和浓度呈现不同的规律。
在非氧化性酸（如盐酸） 中，腐蚀速度随酸的浓度 增加而呈指数关系上升； 且在相同浓度的酸中，腐 蚀速度随温度的提高也呈 指数规律增加。
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。
2、加入易钝化的合金元素
Fe-Cr合金腐蚀速度与含Cr量关系
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: Fe-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。
合金元素对纯铁阳极极化曲线特性点的 影响示意图(c(H2SO4): 0.5mol/L)
✓ 阴极性合金元素对Fe的耐腐蚀性影响 ✓ 合金元素对Fe基合金耐蚀性的影响
FeCr18MO2 FeCr18MO4
电
FeCr18MO8
流
密
度
电极电位 Mo对FeCr18合金阳极极化曲线的影响
\v(SCE)
点 蚀1.0 电 位0.6
0.2
Cr18 Cr13
13
5
Fe-Cr 铸造合金在如90oC，85％ H3PO4中120 h的腐蚀失重变化
3、加入阴极活性元素促进阳极钝化
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。
பைடு நூலகம்
四、使合金表面生成耐蚀的 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 钢铁材料的耐蚀性
一、铁的耐蚀性
1、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：
铁和其他金属比较，其耐腐蚀性较差，主要原因: ➢ 铁及其氧化物的氢过电位值、氧过电位值均较低，易于发生
第5章 材料的耐蚀性
5.1 纯金属的耐蚀性 5.2 合金耐蚀途径 5.3 钢铁材料的耐蚀性
5.1 纯金属的耐蚀性
一、纯金属的热力学稳定性
电动序：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。
（1）一般说来，金属的热力学稳定性顺着箭头所示的方向而增加。 例如：
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。
✓ 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，其中n为l-7等。 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
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H3PO4溶液中，Mo在HCl中
5.2 合金耐蚀途径
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。
1、减少合金的阴极活性面积
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。
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。
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。
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。