腐蚀与防护-第七-八章-讲稿PPT文件格式下载.ppt
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4高稳定性金属(贵金属),在含氧的中性介质中不腐蚀,5完全稳定的金属Sn4eBi3eSb3eRe3eAs3eCu2eTe2eCo3eCuePb4eHgeAgeRh3eHg2ePb2eIr3ePt2eAu3eAue0.0070.2160.240.300.300.3370.400.4180.5210.7840.7890.7990.800.8540.9871.001.191.501.681.2.3.金属的耐蚀性与元素周期表同一族中:
稳定性随元素的原子序数增大而增加最容易钝化金属:
长周期偶数列IV、VI,原子内电子层未被填满。
最活性的金属:
第I主族,比较不稳定的金属位于第II主族活性增加稳定性增大腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心00耐蚀材料的合金化原理和途径I=EcEaPc+Pa+R耐蚀合金化途径的极化图(a)提高阳极金属的平衡电位;
(b)增加阴极极化率;
(c)增加阳极极化率;
(d)加入易钝化元素使之钝化;
(e)加入强阴极性元素促进阳极钝化;
(f)增大腐蚀体系电阻腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化提高热力学稳定性E0cE0a:
腐蚀过程的推动力通过合金化把E0a提高,对于非钝化控制的阳极活化溶解过程,使腐蚀电流降低提高金属的热力学稳定性加入平衡电位较高的合金元素(通常为贵金属),可使合金的平衡电位升高,增加热力学稳定性塔曼定律或n/8定律腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化提高热力学稳定性Ni含量对Cu-Ni合金在氨溶液中浸泡120h腐蚀速度的影响在实际中的应用有限CuAu合金在HNO3(90、相对密度1.3)中的化学稳定性与合金成分的关系原因:
使用大量的贵金属,价格过于昂贵固溶度有限腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化阻滞阴极过程增加阴极极化率Pc,使阴极反应受阻合金化阻滞阴极过程可使腐蚀减轻若受氧扩散控制:
合金化很难改善耐蚀性能海水中,不论钢的组织是马氏体还是珠光体,是退火态还是冷加工状态,是碳钢、低合金钢还是铸铁,腐蚀速度都是在0.13mma左右39腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化阻滞阴极过程阻滞析氢腐蚀阴极方法1.消除或减少阴极面积,增加阴极电流密度,增加极化冶金过程中金属和合金纯净度、固溶热处理2.提高阴极析氢过电位在合金中加入析氢过电位高的元素,增大析氢反应的阻力工业Zn中含Fe或Cu杂质,Fe、Cu的析氢过电位低,成为Zn在酸中腐蚀的有效阴极区,加速Zn的腐蚀;
加入析氢过电位高的Cd或Hg,由于增加了析氢反应的阻力,可使Zn的腐蚀速度显著降低腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化阻滞阳极过程增加阳极极化率Pa,使阳极过程受阻:
减少阳极相的面积加入易于钝化的合金元素加入阴极性合金元素促进阳极钝化腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化阻滞阳极过程减少阳极相的面积基体是阴极,第二相或晶界是阳极,减少阳极面积,提高耐蚀性海水中,A1Mg合金中的第二相Al2Mg3是阳极,随着Al2Mg3逐渐被腐蚀掉,阳极面积减小,腐蚀速度降低合金中第二相是阳极的情况很少,多数合金第二相是阴极相加大局部腐蚀的危险性(阳极相构成连续的通道)腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化阻滞阳极过程加入易于钝化的合金元素加入易钝化元素,提高钝化能力最有效途径工业合金的主要基体金属(Fe、Al、Mg、Ni等)在特定的条件下都能够钝化,但钝化能力还不够高Fe要在强氧化性条件下才能自钝化,而在一般的自然环境里(如大气、水介质)不钝化若加入易钝化的合金元素Cr的量超过12时,便可在自然环境里保持钝态,即所谓的不锈钢腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心44合金化阻滞阳极过程加入阴极性合金元素促进阳极钝化对于可能钝化的腐蚀体系,加入强阴极性合金元素,提高阴极效率,使腐蚀电位正移,合金进入稳定钝化区只适用于可钝化的腐蚀体系加入阴极性元素的合金化只需很少(0.10.5)可加入的阴极性合金元素主要是一些电位较正的金属,如Pd、Pt、Ru及其它Pt族金属灰口铸铁中含有石墨,在20的10硝酸中,石墨的存在使基体Fe处于钝态。
碳钢不能自钝化,在盐酸中,Fe无法钝化,石墨反而使腐蚀增加。
腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心合金化增大腐蚀体系的电阻促使合金表面生成具有保护作用的腐蚀产物对合金元素和腐蚀产物的要求:
1.与基体金属形成固溶体,满足力学性能要求2.腐蚀产物不溶于腐蚀介质、电阻高、致密完整典型应用:
加入Cu、P、Cr等元素的低合金耐候钢腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心耐蚀金属材料的分类成分:
Fe合金,重金属合金,难熔金属合金,贵金属合金等耐蚀性:
不锈的在大气条件下和中性电解质耐酸的对活性的酸稳定:
盐酸、硝酸、硫酸、碱及其它介质稳定耐热的高温下对气体腐蚀耐其它形式腐蚀如耐磨蚀、抗应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等组织结构:
固溶体;
双相或多相合金;
沉淀硬化等复杂合金腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心Fe的耐蚀性在自然环境(大气、天然水、土壤等)中耐腐蚀性相对最差Fe及其氧化物上氢过电位低,酸性水氢去极化腐蚀容易Fe及其氧化物上氧离子化过电位低,氧去极化腐蚀容易铁锈层中Fe3参与去极化作用石墨与渗碳体(Fe3C)具有相当高的阴极效率Fe腐蚀产物的保护性能相当差,Fe(OH)2易溶解易形成氧浓差电池;
在自然条件下钝化能力弱,在含氧水中远不如Al和Cr稳定腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心1234495Fe在氧化性和非氧化性酸中腐蚀主要因素的特点酸浓度增大主要是阴极去极化过程氧通入速度增加活性离子(如C1)浓度增加合金中阴极性杂质增加非氧化性酸金属的溶解速度随浓度增加而增大氢离子还原去极化腐蚀加速,酸浓度不高时尤为明显(氧去极化影响)影响不大(因为金属已处于活性态)腐蚀速度与阴极性杂质面积增加成正比急剧增大氧化性酸溶解速度起初上升后因钝化而下降氧化剂去极化(酸根离子还原),如NO3+2H+2eN02+H20氧对腐蚀几乎无影响(由于有相当大浓度的强去极化剂氧化性酸本身)由于可能从钝态转向活化态而有强烈影响或是影响甚微(扩散控制),或是由于阳极钝化的可能,腐蚀速度随着阴极性杂质的增多而降低腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心铸铁的耐蚀性铸铁耐蚀性低,合金化后形成耐蚀合金铸铁1.高合金铸铁高Si铸铁:
SiO2致密保护膜高Ni铸铁:
含14-30Ni,极好的耐碱腐蚀性高Cr铸铁:
含15-30Cr,钝化2.低合金铸铁常用合金元素有Cu、Sb、Sn、Cr、Ni腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心碳钢和低合金钢的耐蚀性化学成分对耐蚀性的影响C1、非氧化性酸中,含C量愈高,碳钢的腐蚀速度愈快钢中含C量增高,其组织中渗碳体量就会增多;
2、氧化性酸中,随着C含量的增加,腐蚀速率增高,当C含量超过某一数值后,腐蚀速率下降阴极相(渗碳体)促进了Fe的钝化3、中性或微酸性水溶液中,C含量对碳钢腐蚀速度影响不大氧去极化腐蚀占主要地位,起主要作用的是保护膜的性能和氧达到阴极表面的难易程度。
腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心碳钢和低合金钢的耐蚀性化学成分对耐蚀性的影响S、PS:
对钢的耐蚀性不利S增加,酸性溶液中加速溶解,易出现局部腐蚀S增加,硫化物夹杂增多,诱发点蚀和硫化物应力腐蚀P:
在酸中随P含量的增加,形成磷化物,析氢过电位低,腐蚀速度上升大气、海水中,P含量与其它合金元素配合能提高钢的耐蚀性腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心奥氏体不锈钢Fe-Cr-Ni型耐全面腐蚀的性能,决定于钢中Cr、Ni、Mo、Si等合金元素的含量。
只耐稀的和中等浓度的硝酸腐蚀,而不耐浓硝酸腐蚀。
良好的的耐碱液腐蚀能,且随Ni含量升高而增加。
奥氏体不锈钢SCC敏感80以上高浓度氯化物水溶液硫化物溶液(连多硫酸及含H2S水溶液)热的浓碱高温(150350)高压水腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心铁素体不锈钢Fe-Cr型Cr13型、Cr16-19型和Cr25-28型高Cr铁素体钢屈服强度比奥氏体不锈钢高,成本较低脆性较大,焊接易引起脆性,耐点蚀性能差,对缺口敏感性高Cr含量的增加提高耐点蚀性能耐氯化物SCC性能体心立方点阵晶面易滑移,形成网状位错结构,不易形成线状蚀沟,难于发生穿晶破裂和造成粗大滑移台阶腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心马氏体不锈钢较高的Cr(13-18),较高的C(0.1-0.9%)2Cr13、3Cr13、4Cr13及9Cr18等含C量提高,强度、硬度和耐磨性均提高,但耐蚀性下降(Cr的贫化程度增加)马氏体钢的耐蚀性与其组织有关:
600-700回火形成Cr的碳化物贫Cr降低耐蚀性700-750回火,贫Cr减弱,耐蚀性又有所增加腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心双相不锈钢马氏体铁素体钢1Cr13,耐腐蚀性接近于马氏体钢,但硬度较低,塑性与韧性较高,具有良好的焊接性能奥氏体铁素体钢强度高晶间腐蚀不敏感具有优良的耐应力腐蚀与腐蚀疲劳性能耐点蚀、缝隙腐蚀性能好含Ni量低,价格较便宜沉淀硬化不锈钢:
马氏体或奥氏体组织中形成沉淀硬化相,获得超高强度腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心双相不锈钢奥氏体相中,奥氏体形成元素的含量偏高在铁素体中,铁素体形成元素的含量偏高57腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程国际研发中心高温合金FeNi基高温合金:
金属间化合物相强化,使用温度750850Ni基高温合金组织稳定、工作温度高(1100)、抗氧化和热腐蚀性能好,能在较高的应力下工作Co基高温合金耐高温氧化性能略差,耐热腐蚀性能好,高温强度高于Ni基合金腐蚀与防护课程讲稿西安交通大学表面工程
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