第5章 材料的耐蚀性

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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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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
0.2
Cr18 Cr13
13
5
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。
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。
✓ 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
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。
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