铸铁的腐蚀性能 ppt课件

耐蚀材料
第4章 铸铁的腐蚀性能
4.1 概述
铸铁的腐蚀性能
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4.1.1铸铁的分类:
1、按断口分：
灰口铸铁、白口铸铁（硬而脆）、麻口铸铁
2、按合金化程度分：
普通铸铁、合金铸铁（特殊性能铸铁，耐蚀铸铁、耐热铸铁、耐磨 铸铁）
3、按石墨形态分：
普通灰铸铁（包括孕育铸铁）（片状石墨）；蠕墨铸铁；球墨铸铁；
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4.2.2形成过程
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1、铁锈主要是铁的三价氧化物，它不是由铁一次氧化形成的，而 是经由二价铁离子进一步氧化生成的。
2、先生成γ-Fe2O3.H2O，然后再部分或全部地变成α-Fe2O3.H2O， 即：
Fe（溶解）→Fe2+（经水分解）→FeOH+（空气氧化）→γFe2O3.H2O（溶解、沉积）→FeOx（OH）3-2x（固相转化、老化） →α-Fe2O3.H2O
1、特点：
（1）这种合金在众多的化学介质中具有良好的耐蚀性，主要用于 硫酸工业中。
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7、稀土元素
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稀土元素对改善铸铁的耐热性具有良好的作用。 例如：稀土镁球墨铸铁不仅具有良好的耐热性，而且具有优异 的耐酸性。
原因：稀土具有良好的净化作用，减少杂质，使组织致密。
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8、其他微量元素锑：耐蚀材料对耐蚀性的作用因腐蚀介质不同而不同。在硫酸和硝酸中增加失重， 而在盐酸和碱液中减少失重。
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2、Ni：
主要作用：一方面提高了铁的化学稳定性，同时又促进了铁的钝化。 （高镍铸铁不仅对氧化性介质，而且对还原性介质都有较高的耐蚀 性。）
原因：Ni使腐蚀电位向正方向移动。
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3、Cr：
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主要作用：使合金铸铁具有高的耐热性，而且提高了铸铁在氧化性 腐蚀环境中的耐蚀性。
3、钢铁在酸溶液中的腐蚀产物是可溶的，不生成铁锈，在弱酸性、 中性或碱性水溶液中能生成锈层，
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4.3 铸铁中合金元素对耐蚀性的影响
4.3.1合金元素提高铸铁耐蚀性的主要作用：
1、改变某些相的电位，降低原电池的电动势。 如Cr，Mo，Cu，Ni，Si等，可提高基体的电极电位。
2、改善组织，使电池数量减少，电动势变小。 如加入硅14～18%，得到单一铁素体组织，加入锰得到单一奥氏
钛：
提高组织的致密性，改善铸铁的耐酸性。
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砷：
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可改善铸铁的耐酸性。但随着含砷量的增加在碱中的耐蚀性恶化。 钒与硼： 对改善含磷铸铁在燃气腐蚀环境中的耐腐蚀性有效。 锆：
可以改善铸铁在5%硫酸和5%硝酸及海水中的耐蚀性。
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4.4常用铸铁的耐蚀性与耐热性
4.4.1普通铸铁与球墨铸铁的耐蚀性
体组织。
3、使铸铁表皮层下形成致密而牢固的保护膜。 如形成SiO2，Al2O3，Cr2O3，
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4.3.2铸铁中主要合金元素的作用
1、Si，是提高铸铁耐酸性的主要元素。
原因：硅的大量加入，使铁的表面形成比较致密与完整的Si02 保护膜，这种膜具有很高的电阻率和较高的电化学稳定性。随着含 硅量的增加，使致钝电流密度和维钝电流密度都大大降低，提高了 铸铁的钝态稳定性。
1、在大气中的耐蚀性比碳钢好，但在亚硫酸气的工业大气或盐雾 大气中则腐蚀加剧。
2、在碱溶液中的耐蚀性好；
3、对水的耐蚀性好（长期以来铸铁水管被广泛应用，原因就是石 墨有促进钝化作用。）
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耐蚀材料 4、不耐酸的腐蚀，含有酸性物质时，耐蚀性下降；在氧化性酸中 腐蚀速度比碳钢低；
原因：①石墨的钝化作用消失，腐蚀电位变大。 ②酸性条件下， 腐蚀产物被溶解，不能沉积覆盖。
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5、Al：
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主要作用：一定量的铝，可使铸铁具有良好的耐热性，而且在多种 酸性溶液中具有很好的耐蚀性。
原因：极易形成保护性良好的氧化膜。
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6、Cu：
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Cu在铸铁中对耐蚀性的作用说法不一，与各方面条件有关。
在高硅铁中作用较为明显，加入6.5～10%的铜，可以大大改善铸 铁的耐热硫酸的腐蚀能力。原因被认为是铜在晶界处的析出，成为 阴极元素，促进了阳极钝化。
可锻铸铁（团状石墨，强度和韧性好，是白口铸铁经热处理后得到
的）。
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4.1.2铸铁腐蚀的基本原理
1、铸铁的组织：
铸铁为铁、碳、硅三元合金，一般铸铁组织主要有铁素体、渗 碳体、石墨三个相。
2、腐蚀原因：
在电解质溶液中，石墨电极电位最高（+3.7V），渗碳体次之， 铁素体较低（-0.44V）。
5、在海水中耐蚀性差；原因是Cl-破坏SiO2钝化膜。
6、在土壤中受腐蚀的因素很复杂，与土壤的性质、环境和水质等 有关 ，一般情况下不是耐蚀的。
铸铁腐蚀的原因：主要是组织不均匀，特别是大量石墨的存在， 形成许多微电池，从而降低了铸铁的耐蚀性。
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4.4.2高硅铸铁
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高硅铸铁是以硅为主要合金元素而获得的Fe-Si-C合金。通常， 其成分中硅含量为14.0%～18%，或更高。4-6%的铸铁具有耐热性， 大于13%的铸铁具有耐酸性。
3、石墨以中等大小，互不相连为好，球状或团絮状比片状好。
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4.2 铁锈的形成
4.2.1铁锈结构
主要由三部分组成： γ-Fe2O3.H2O； α-Fe2O3.H2O； FeOx（OH）3-2x（非晶态）。
钢铁表面上形成锈层时通常分为内外两层。外层疏松，结合不 牢，内层较致密，同基体结合较牢。
因此，发生电化学腐蚀时，一般是形成以石墨或渗碳体为阴极， 铁素体为阳极的原电池，造成腐蚀破坏。
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4.1.3提高铸铁耐蚀性所希望的组织:
1、基体最好是致密均匀的单相组织，如：奥氏体或铁素体（珠光 体不如铁素体耐蚀）
2、碳以碳化物形式存在为好（因为渗碳体与铁素体形成的原电池 比石墨与铁素体形成的原电池的电动势小）
原因：铬是一种易钝化金属，在氧化性介质中能使表面形成牢固而 致密氧化膜。
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4、Mo：
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主要作用：改善合金铸铁在还原性酸及氯化物溶液中的耐蚀性。
原因：在酸性氯化物溶液中，表面膜中的MoO3具有很高的稳定性。 但是，只有在含有硅、铬、钼等元素的合金中，多孔的MoO3才能充 分发挥其改进合金铸铁表面膜性能的作用。