不同金属材料酸碱介质腐蚀研究开题报告..

吉林化工学院材料科学与工程学院

毕业论文开题报告

不同金属材料酸碱介质腐蚀研究

Different metal materials under the acid and alkali medium corrosion research

学生学号：10150111

学生姓名：宋扬

专业班级：材料化学1001

指导教师：张福胜

职称：教授

起止日期：2014.2.24～2014.3.15

吉林化工学院

Jilin Institute of Chemical Technology

图1.1 铁的腐蚀速度与溶液pH值的关系

在热碱溶液中，如果存在较大应力，还会发生一种危险的应力腐蚀破裂现象，称为碱脆。碳钢、低合金钢、不锈钢可能发生碱脆。图1.2及图1.3分别示出碳钢及奥氏体不锈钢的脆性和碱液的浓度及温度的关系。

图1.2 钢在碱液中的应力腐蚀区图1.3不锈钢的碱脆与碱浓度与温度的关系

碱腐蚀性还和碱金属的种类有关，通常认为碱金属的原子量越大，腐蚀性越强。即腐蚀性按LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH的顺序渐次增强。

碱溶液中共存离子的种类对碱腐蚀有很大影响。如溶有氯酸盐时，会阻碍金属钝化，而NaNO。可促使金属钝化。

镍及其镍合金对于高温、高浓度的碱耐蚀性很好，通常用于最苛刻的碱介质条件。由于镍在碱中具有极低的腐蚀率及抗应力腐蚀的特性，使镍成为处理强碱用途广泛的材料。但在高浓度(ωNaOH75%～98%)、高温（300℃)的苛性钠或苛性钾介质中，最好使用低碳镍，否则会发生晶间腐蚀和应力腐蚀。

奥氏体不锈钢在碱液中耐蚀性很好，随镍含量的增加，耐蚀性提高，但钼可使耐蚀性下降。

锌、锡、铝、铅等两性金属在碱中腐蚀性显著。钛、银、锆、钽等特殊金属在碱液中耐蚀性并不好，尤其是钽的腐蚀性很差，尤其在热浓的碱中。

铸铁在较宽范围的浓度与温度的NaOH中是耐蚀的。

近年来发展的高纯高铬铁素体不锈钢具有优良的耐蚀性能，有取代传统镍材的趋向。在酸性中的腐蚀

酸是一类能在水溶中电离,形成H3O+离子化合物的总称.一般用H+代表H3O+。

氧化性酸与非氧化性对金属的腐蚀情况大不相同，在腐蚀过程中，非氧化性酸的特点是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。氢化性酸的特点是阴极过程主要是氧化剂的还原过程引起金属腐蚀（如硝酸根还原成亚硝酸根）。因此酸溶液的腐蚀性一方面与酸的强弱，即氢离子的浓度有关，同时也与酸的阴离子的氧化能力有关。

例：（以硫酸为例）

纯净的硫酸是无色、无味；粘滞状的液体。市售硫酸通常浓度为98％。高浓度的硫酸是一种强氧化剂，它能使不少具有钝化能力的金属进入钝态，因而这些金属在浓硫酸中腐蚀速度很低。低浓度的硫酸则没有氧化能力，仅有强酸性的作用，其腐蚀性很大。硫酸的腐蚀性取决于许多因素，最主要的是温度与浓度，然而其它的一些因素如氧化还原剂的存在、流速、悬浮固体物等；也能影响硫酸对各种材料的耐蚀性。

铁在硫酸中的腐蚀速度与浓度的关系见图1.8。在稀硫酸中，腐蚀速度随硫酸浓度的增大而增加，当ωH2SO4达到50%时，由于钝化作用，腐蚀速度迅速下降，最后达到最低值。但酸浓度超过100％以后，随过剩SO3含量的增加，腐蚀速度又开始增大，在一定浓度时出现第二个最大值，SO3含量继续增加，腐蚀速度又下降。

图1.4 铁在硫酸中的腐蚀速度与浓度的关系

作为耐硫酸用的材料，广泛被采用的金属是铅和铅合金以及碳钢。它们的耐蚀性范围刚好可以相互补充。分别使用这两种材料就可以适应硫酸的广泛的浓度和温度范围。图1.4表示了铁的腐蚀速度与硫酸浓度的关系。由图可见，低于70％浓度的硫酸对碳钢

的腐蚀极严重，而碳钢在室温下对高于70％浓度的硫酸却有足够好的耐蚀性，因此钢铁材料可用于制造浓度为70％～100％的浓硫酸的储罐与运输管线。而浓度小于70％的硫酸可以用铅制的设备储运。碳钢通常也可以用于浓度超过101％的中温发烟硫酸，但应注意两个问题：一是硫酸是一种强吸水剂，暴露于空气中会因吸水而自动稀释，从而进入高腐蚀区；其二是钢铁材料在硫酸中所生成的粘附性良好的硫酸盐保护膜(FeSO4)易受溶液流动冲刷等机械作用而破坏。

钢和铅之所以耐硫酸腐蚀，都是因为表面上生成粘结性好的FeSO4或PbSO4保护膜，这些硫酸盐膜在强氧化性环境中被氧化，通常变为钝态的氧化膜。

表1.5 硫酸输送管的寿命与硫酸浓度（用质量分数表示）的关系

硫酸的质量分数流速/m*s-1寿命/a

0.93 0.1 10

0.98 0.3 15

0.93 1.1 5

0.93 1.7 5~8

0.93 2.0 3~8

0.98 2.0 1.5

0.99 3.6 1

图1.5 铁的腐蚀速度与硫酸浓度的关系

流速对腐蚀速度有很大影响，表1.5示出了输送硫酸时流速对钢管寿命的影响。浓硫酸中充气对钢的腐蚀没有影响，因为浓酸本身就具有氧化性。浓酸中带进空气泡时，空气泡沿着管子顶部流动则会产生冲刷破坏作用。

铅在低浓度硫酸中，腐蚀速度小于0.1mm／a，但随温度和浓度增加，腐蚀速度上升。在浓酸中腐蚀很快，这是因为硫酸铅表面膜溶于浓酸。过去一个时期曾认为在硫酸浓度小于85％的范围内铅有很好的耐蚀性，故曾得到广泛应用，然而目前由于铅太软，有毒以及焊接困难等原因，已很少使用。

另一个常用于硫酸中的材料是高硅铸铁，含有约14．5％Si的铸铁对于各种浓度的硫酸在沸点以下的各个温度范围内都有极好的耐蚀性。图1.6为高硅铸铁的等腐蚀图，腐蚀速度通常小于0.13mm／a。但高硅铸铁不宜用于发烟硫酸中(亦即浓度100％以上的酸)。高硅铸铁在硫酸中于表面生成了一层耐磨性很好的钝化膜，甚至在磨蚀十分严重的酸性泥浆中也能使用，可用于制造泵；阀、换热器、硫酸浓缩器加热管、槽出口等等。其缺点为硬而脆，不耐剧烈的温度变化。

Durimet20合金是为了在硫酸中使用而发展起来的一种铸态合金，它可用于硫酸的全部浓度范围，在发烟硫酸中的耐蚀性也非常好。其成分为：<0.07％C，29％Cr，20％Ni，3.25％Cu，2.25％Mo。

硫酸对不锈钢的腐蚀作用与酸中共存的氧化剂有很大关系。在不含别的氧化剂的硫酸中，能够自钝化的范围仅限于低浓度的稀硫酸和具有氧化性的高浓度的硫酸。在中间浓度的范围内，必须在硫酸中有溶解氧或与其它氧化剂共存的条件下，才能发挥不锈钢的钝态耐蚀性。图1.7表示18—8不锈钢在5％H2SO4，60℃时的阳极极化曲线和钢表面上的Fe3+离子阴极极化曲线。Fe3+的浓度为0．054g／L时，不锈钢处于稳定的钝态，耐蚀性良好；Fe3+的浓度为0.01g／L时，不锈钢不能自钝化而处于活化态，因而不耐蚀。因此，不锈钢在硫酸中的耐蚀性取决于不锈钢本身的阳极溶解行为及共存的氧化剂的阴极还原行为的相对关系。在中等浓度的稀硫酸中，对奥氏体不锈钢而言，只有含Mo的奥氏体不锈钢才是可用的，其中性能较好的有OCr23Ni28N03Cu3Ti。

图1.6 在硫酸中高硅铸铁的腐蚀与浓度和温度的关系