金属结构材料的耐蚀性.ppt

金属结构材料的耐蚀性
课件制作:尹华杰
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性工业上广泛应用的金属材料大多数都是合金,为了更好地掌握并改进合金的耐蚀性,对于作为合金基体或合金元素的纯金属的耐蚀性的了解是完全必要的在各种腐蚀环境中,纯金属的耐蚀能力主要体现在以下三个方面
金属的热力学稳定性金属的热力学稳定性,可用它们的标准电位值来判断,标准电极电位较正者,热力学稳定性较高;反之标准电极电位较负者,热力学稳定性较低,易被腐蚀
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
金属的热力学稳定性
金属热力学稳定性的分界依据
当氢分压等于1atm(101325Pa)时,在中性(pH=7)水溶液中,氢的平衡电极电位;在酸性(pH=0)的水溶液中;在相应条件下,当金属的标准电极电位分别小于-,可能发生析氢腐蚀
在中性(pH=7)水溶液中,当氧分压力时,其氧的平衡电位。当金属的标准电极电位低于时,可能发生耗氧腐蚀
因此,以-、0、+,可将纯金属按其标准电位划分为热力学稳定性不同,耐蚀程度不同的四类
按金属的标准电位近似地评定其热力学稳定性
金属的标准电位V
热力学稳定性
可能的腐蚀过程
金属
<-
不稳定
在含氧的中性水溶液中,既能产生耗氧腐蚀,也能产生析氢腐蚀;在不含氧的中性水溶液中,能产生析氢腐蚀
Li、Rb、K、Cs、Ra、Ba、Sr、Ca、Na、La、Mg、Pu、Th、Np、Be、U、Hf、Al、Ti、Zr、V、Mn、Nb、Cr、Zn、Ga、Fe
-~0
不够稳定
在中性水溶液中,仅在含氧或氧化剂的情况下才产生腐蚀(耗氧腐蚀)在酸性水溶液中,即使不含氧也能产生腐蚀(析氢腐蚀);当含氧时既产生析氢腐蚀,也能产生耗氧腐蚀
Cd、In、Tl、Co、Ni、Mo、Sn、Pb
0~+
较稳定
在不含氧的中性水溶液中不腐蚀;只在含氧的介质中才能产生耗氧腐蚀
Bi、Sb、As、Cu、Rh、Hg、Ag
>+
稳定
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液中,或在含有能生成络合物的物质的介质中才能产生腐蚀
Pd、Ir、Pt
金属耐蚀合金化原理
纯金属的耐蚀特性
金属的钝化
许多热力学不稳定的金属在适当条件下能发生钝化而获得耐蚀能力,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Cl-、Br-、F-等离子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
热力学不稳定的金属中,除了因钝化耐蚀外,还有因在腐蚀过程初期或一定阶段生成致密的保护性能良好的腐蚀产物膜耐蚀。这种化学转化膜通常为机械钝态膜
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
理论依据
研究金属及其合金的耐蚀性,可从反映腐蚀速度大小的腐蚀电流的计算式着手,寻求途径分子是腐蚀反应的推动力,如果减少推动力,可达到防腐蚀的目的,即设法使电极极化;分母是腐蚀反应的阻力,如果增大阻力,也可达到防腐蚀的目的,提高耐蚀性
从上面的分析可见提高金属的耐蚀性,可有以下几种途径
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
提高金属的热力学稳定性
在不耐蚀的金属或合金中加入热力学上稳定的合金元素,制成合金。由于热力学上稳定的元素的电极电位高,它们提高了整个合金的电极电位,提高了合金整体的耐蚀性
但热力学上稳定的金属都是贵金属,不亦推广
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阴极活性这种方法适用于阴极控制的腐蚀过程
减小金属或合金中的活性阴极面积
减小金属或合金中的活性阴极面积,可促使阴极电流加大,增强阴极极化程度,减小腐蚀反应的推动力,提高合金的耐蚀性
固溶处理可使阴极性杂质转入固溶体内,消除作为活性阴极的第二相,减小阴极面积
Fe%
析氢速率
纯铝中杂质铁对其在2mol/HCl中腐蚀速率(析氢腐蚀)的影响
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阴极活性
加入析氢超电压高的合金元素
往合金中加入析氢超电压高的合金元素,增大合金阴极析氢反应的阻力,可显著降低合金在酸性介质中的腐蚀速率。这种办法只适用于基体金属在某些介质中不会钝化,由析氢超电压控制的析氢腐蚀过程
如碳钢和铸铁在稀硫酸中不能形成钝化膜,在碳钢和铸铁中加入电极电位较正的砷、锑、铋或锡,这些析氢超电压较高的元素,可显著降低其在稀硫酸中的腐蚀速率
金属耐蚀合金化原理
金属耐蚀合金化的途径
减弱合金的阳极活性这是金属耐蚀合金化措施中最有效,应用最广泛的方法。减弱阳极活性,阻滞阳极溶解过程的进行,可以提高合金钢耐蚀性
减小阳极相的面积
如果基体是阴极而第二相