金属结构材料的耐蚀性
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稳定
2、金属的钝化
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C1-、Br-、F-等离子的作用下,钝态 容易受到破坏。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。
3、腐蚀产物膜的保护性能
在腐蚀过程初期或一定阶段生成致密的保护性能良
应用添加合金元素改善钢铁耐蚀性的方法
分类
具体方法
实例
在Fe中添加Ni、W、Cu、Si等(各种 耐酸钢) 在Fe中添加Cr(高Cr不锈钢) 在Fe中添加Cr、Ni(Cr-Ni不锈钢) 在Ni中添加Cr(Ni-Cr耐热合金)
添加把阳极电位向高电位 变化的元素或把阳极极化 减小阳极活 增大的元素 性 添加促进钝化的元素(在 可能钝化的氧化条件下有 效) 减少阴极活化度:添加使 氢超电压增大的元素(在 氢去极化腐蚀时)
(3)加入阴极合金元素促进阳极钝化
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, 使其阴、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。
钛中加入不同量 的钯对其在盐酸 中腐蚀速度的影 响(25℃,200h)
纯铝(99.998%Al)中 杂质铁对其在 2mol/LHCl中腐蚀率 (析氢速率)的影响
(2)加入析氢超电压高的合金元素 Add
high overvoltage metals
•增大合金阴极析氢反应 的阻力,显著降低合金在 酸中的腐蚀速率。 •只适用于基体金属不会 钝化、由析氢超电压控制 的析氢腐蚀过程。
Nb、Cr、Zn、Ga、Fe
-0.414 ~0
在中性水溶液中,仅在含氧或氧 化剂的情况下才产生腐蚀;在酸 性水溶液中,即使不含氧也能产 Cd、In、Tl、Co、Ni、 不够稳定 生腐蚀(析氢腐蚀);当含氧时 Mo、Su、Pb 既产生析氢腐蚀,也能产生耗氧 腐蚀
较稳定
0~ +0.805
在不含氧的中性或酸性溶液中不 Bi、Sb、As、Cu、Rb、 腐蚀;只在含氧的介质中才能产 Hg、Ag 生耗氧腐蚀 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 Pd、Ir、Pt 液中,或在含有能生产络合物的 物质的介质中才能产生腐蚀
(2)加入易钝化的合金元素
在合金中加入容易钝化的合金元素,提高 合金的钝化能力,是增强合金耐蚀性的最 重要的方法。加入的易钝化合金元素的效 果与合金使用条件以及合金元素加入量有 关。一般要与一定氧化能力的介质条件相 配合,才能达到耐蚀效果。
例如往铁中加入12-30%Cr,制得不锈钢或 耐酸钢。
4.使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜
alloying elements that can contribute to the formation of high resistance corrosion product film
例如在大气腐蚀钢的耐蚀锈层结构中一般 含有非晶态羟基氧化铁FeOx(OH)3-2x;它的 结构是致密的,保护性能非常好。而钢中 加入Cu、P或P与Cr,则能促进此种非晶态 保护膜的生成。因此以Cu与P,或P与Cr来 合金化,可制成耐大气腐蚀的低合金钢。
杂质Fe对纯Mg和 w(Mn)=1%的Mg-Mn合 金腐蚀速度的影响(质量 分数为3%的NaCl溶液)
3、减弱合金的阳极活性reduce the anodic activity
(1)减小阳极相的面积
在腐蚀过程中合金基体是阴极而第二相(例如强 化相)或合金中其它微小区域(例如晶界)是阳极的 情况下,如果能进一步减小这些微阳极的面积, 则可加大阳极极化电流密度,增加阳极极化程度, 阻滞阳极过程的进行,提高合金耐蚀性。 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,使合金表面 微阳极总面积减少,腐蚀速度降低。
控制阴极活 增加阴极活化度,添加使 性 阴极极化性减小的元素 (在基体金属可能钝化的 条件下有效)
在Fe中添加As、Sb、Sn等 在高Cr钢、18-8不锈钢中添加少量的 Pt、Pd、Ag、Cu,铸铁中的石墨
好的腐蚀产物膜而耐腐蚀。例如,铅在硫酸溶液中, 铁在磷酸溶液中,钼在盐酸溶液中,镁在氢氟酸或烧 碱中,锌在大气中均因生成保护性腐蚀产物膜而耐蚀, 这类化学转化膜通常称为机械钝态膜。
二、金属耐蚀合金化的途径
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1、提高金属的热力学稳定性 Increase the thermodynamic stability of metals 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,制成合金。
金属的 标准电 位V
热力学 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 Li、Rb、K、Cs、Ba、Sr、 生耗氧腐蚀,也能产生析氢腐蚀;Ca、Na、La、Mg、Pu、 在不含氧的中性水溶液中能产生 Th、Np、Be、U、Hf、 析氢腐蚀 Al、Ti、Zr、V、Mo、
第四章 金属结构材料的耐蚀性
第一节 金属耐蚀合 金化原理
一、纯金属的耐蚀特性
纯金属的耐蚀能力主要体现在以下三个 方面。
各种纯金属的热力学稳定性,大体上可 按它们的标准电位值来判断。标准电极 电位较正者,其热力学稳定性较高;标 准电极电位越负,在热力学上越不稳定, 也就容易被腐蚀。
1、金属的热力学稳定性
2、减弱合金的阴极活性(适用于阴极控制 的腐蚀过程)reduce the cathodic activity (1)减小金属或合金中的活性阴极面积
金属或合金在酸溶液中腐蚀时,阴极析氢过程优 先在析氢超电压低的阴极性合金组成物或夹杂物 上进行,若减少这种阴极相,则活性阴极数目或 面积减少,使阴极极化电流密度加大,增强了阴 极极化程度,从而提高合金的耐蚀性。 也可以采用热处理方法,如固溶处理,使阴极性 夹杂物转入固溶体内,消除了作为活性阴极的第 二相,也能提高合金的耐蚀性。