金属耐蚀合金化原理资料27页PPT
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金属腐蚀的基本原理腐蚀原理PPT课件
①阴极极化：当有电流通过时，阴极的电极电位向
负方向偏移的现象。
②阳极极化:当有电流通过时，阳极的电极电势向正
的方向偏移的现象。
第31页/共55页
极化的结果：阴极电位变得更负；阳极电位变得更正。
发生极化的根本原因：电极反应速度与电子迁移速度之间
的差异性。
极化曲线：描述电极电位与通过电极电流密度之间 关系的曲线。极化曲线越陡，表明电极材料的极化 性能越强，极化电阻越大，电极反应越难进行，反 之越易进行。
腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。 （一）宏观腐蚀电池：是指人们眼睛可以看得到电极的原电池，短
时间内可产生明显的局部腐蚀。
电偶腐蚀电池：当两种具有不同电极电位的金属互相接触或用 导线连接起来，并处于电解质溶液中时形成的电池。 浓差电池：当同一种金属不同部位所接触的介质具有不同浓 度，引起了电极电位的不同而形成的腐蚀电池。又分为俩种
PO 2 (COH )4
第20页/共55页
氧浓差电池实例
第21页/共55页
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
第22页/共55页
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
Ⅱ
很耐蚀
3 0.005~0.01
Ⅲ
4 0.01~0.05
5 0.05~0. 1
耐蚀
Ⅳ
6 0. 1~0.5
负方向偏移的现象。
②阳极极化:当有电流通过时，阳极的电极电势向正
的方向偏移的现象。
第31页/共55页
极化的结果：阴极电位变得更负；阳极电位变得更正。
发生极化的根本原因：电极反应速度与电子迁移速度之间
的差异性。
极化曲线：描述电极电位与通过电极电流密度之间 关系的曲线。极化曲线越陡，表明电极材料的极化 性能越强，极化电阻越大，电极反应越难进行，反 之越易进行。
腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。 （一）宏观腐蚀电池：是指人们眼睛可以看得到电极的原电池，短
时间内可产生明显的局部腐蚀。
电偶腐蚀电池：当两种具有不同电极电位的金属互相接触或用 导线连接起来，并处于电解质溶液中时形成的电池。 浓差电池：当同一种金属不同部位所接触的介质具有不同浓 度，引起了电极电位的不同而形成的腐蚀电池。又分为俩种
PO 2 (COH )4
第20页/共55页
氧浓差电池实例
第21页/共55页
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
第22页/共55页
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
Ⅱ
很耐蚀
3 0.005~0.01
Ⅲ
4 0.01~0.05
5 0.05~0. 1
耐蚀
Ⅳ
6 0. 1~0.5
金属材料的耐蚀合金化
(Fa 、Fc为组元体积百分数)
φ＝ φa – (φa – φc)Fc or φ＝φc – (φc – φa)Fa
若阴极组元越多， φ越正；若阳极组元越多， φ越负。
(2)影响二元固溶体电极电位的因素
实际上，固溶体电极电位除了与各组元含量有关外，还受 很多因素影响。主要有以下几点。
A.固溶体形成能：如果形成固溶体时为放热反应，则表明 固溶体阳极性组元原子与阴极性原子之间的结合力很强，比它 单独存在时更稳定，更难离子化，所以这样的固溶体电位比理 论电位正(1)。
Cu-Au可形成含量连续变化的固溶体，该固溶体在HNO3 中，Cu迅速溶解，Au几乎不腐蚀。Cu-Au合金中，Au含量在 很大范围内变化都不能使其化学稳定性有所提高，而只有在 Au含量高于0.5摩尔分数，即50％原子分数时合金才变得完全 稳定，合金的稳定性几乎与纯金属没有什么差别。Cu-Au在其 它溶液中的腐蚀规律研究也有同样的规律。
B.阳极性组元在固溶 体表面的脱除：在电解质 中，表面阳极性组元迅速 溶解(氧化)使表面阳极性 组元含量降低，而内部阳 极性组元扩散至表面慢， Fa变小导致φ正移(2)。
-φ (6)
φa (5)* (4)* (3) (1) (2) (4) (5)
Fa
(6)* φc Fc
C.阴极性组元的二次析出：两组元同时溶解进入溶液，但 阴极性组元如果发生回沉积（二次析出），使合金表面上Fc增 大，导致φ正移(3) 。
nF c4(OH-) (pO2= pθ, c(OH-)=10-7 mol·L-1)
b.氢去极化：2H+ + 2e = H2 ,
其平衡电位：φ = φθ + -R--T----ln----p--H-2---- = -0.414V
金属材料的合金化原理 ppt课件
ppt课件
1.1 碳钢概论
13
Chapter 1 金属材料的合金化原理
三、碳钢的用途（1-普通碳素结构钢 ）
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法
牌号表示方法是由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质 量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、 TZ）等四个部分按顺序组成。
标志符号Q来源于屈服点的汉语拼音字头Q；
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1.1 碳钢概论
16
Chapter 1 金属材料的合金化原理
三、碳钢的用途（2-优质碳素结构钢）
2-优质碳素结构钢
（1）用于较为重要的机件，可以通过各种热处理调整零 件的力学性能。 （2）供货状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火 等状态，一般随用户需要而定。 （3）优质碳素结构钢的牌号一般用两位数字表示。这两 位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍。这类钢中 硫、磷等有害杂质含量相对较低，夹杂物也较少，化 学成分控制较严格，质量比普通碳素结构钢好。
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1.1 碳钢概论
6
一、碳钢中的常存杂质-硫和磷（2）
2．硫（S）和磷（P）的影响
Chapter 1 金属材料的合金化原理
S是炼钢时不能除尽的有害杂质。在固态铁中的溶解度极小。 S 和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。
P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。磷可固溶于α-铁。但剧烈 地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高 钢在大气中的抗腐蚀性能。 S和P还可以改善钢的切削加工性能。
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1.1 碳钢金化原理
三、碳钢的用途（2-优质碳素结构钢）
（4）优质碳素结构钢共有31个钢号（表1-2）。
09化工 第四章金属结构材料的耐蚀特性PPT课件
耐硫酸露点腐蚀低合金钢 _____________________________
对降低硫酸露点腐蚀最重要的合金元素 仍然是 Cu、Cr 和 B。
➢ 其中Cu已经成为耐硫酸露点腐蚀钢的基本成分之一。 ➢ 一般Cu含量在0.2%-0.6%、Cr含量在1%-1.5%为宜。 ➢ 在含铜钢中同时加入W(<0.2%)与Sn(<1%)可以提高钢
1、纯金属的耐蚀特性
（1）金属的热力学稳定性 判断依据：标准电位值
（-0.414V、0V、+0.805V） （2）金属的钝化 热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝化
易钝化的金属可作为合金元素 （3）腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能
4. 1 金属耐蚀合金化原理
2、金属耐蚀合金化的途径(P107)
硫酸露点腐蚀机理 _____________________________
✓ 燃料中的含硫量与空气过剩系数决定了SO3的量； ✓ SO3的量影响了露点温度(硫酸的凝结） ✓ 燃气中水分含量与金属表面温度决定了凝结H2SO4浓度
如：金属表面温度60度，硫酸浓度为40% 金属表面温度100度，硫酸浓度为70% 在金属表面温度低于露点20-60 ℃ ，硫酸浓度最大
耐硫酸露点腐蚀低合金钢 _____________________________
在锅炉的低温部位，由于SO3与水汽作用而凝结成 H2SO4，引起金属部件腐蚀，称硫酸露点腐蚀。
一般燃气中的含SO3量超过6*10-6，可以使环境露点 升高至150-170 ℃ 。
由于高硫重油或煤作燃料中含有SO2和SO3，因此以 此为燃料的的锅炉容易发生硫酸露点腐蚀。
硫酸露点腐蚀机理 _____________________________
蚀金属材料--第一章-耐蚀合金化途径
26
途径6：加入阴极性合金元素促Байду номын сангаас阳极钝化
由右图可以看出，加入阴极活性元 素促进阳极钝化是有条件的：
（1）腐蚀体系是可能钝化的， （2）所加阴极性合金元素的活性(包 括所加合金元素种类与加入量)要同 基体元素的钝化性质和介质的钝化能 力相适应，活性不足或过强都会得到 相反的效果 例子：1Cr18Ni9在沸腾的20%硫酸 中处于活化溶解状态，腐蚀严重；在 1Cr18Ni9中添加0.2%Pd则处于钝化 状态，耐蚀性显著提高
A
A
A
C
阳极 阴极
22
途径5：加入易于钝化的合金元素
加入易钝化的合金元素，提高合金的钝化能力，自 然环境里保持钝态——最有效的途径 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 例如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
电极 Na/Na+ Mg/Mg2+ Be/Be2+ Al/Al3+ Ti/Ti2+ Zr/Zr2+ Mn/Mn2+ Zn/Zn2+ Cr/Cr3+ Fe/Fe2+ Cd/Cd2+ In/In3+ Co/Co2+ E0（SHE）/V -2.714 -2.37 -1.85 -1.66 -1.63 -1.53 -1.18 -0.763 -0.74 -0.44 -0.403 -0.342 -0.277 电极 Ni/Ni2+ Sn/Sn2+ Pb/Pb2+ Fe/Fe3+ H2/H+ Cu/Cu2+ Cu/Cu+ Hg/Hg2+ Ag/Ag+ Pd/Pd2+ Pt/Pt+ Au/Au3+ Au/Au+ E0（SHE）/V -0.25 -0.136 -0.126 -0.036 0.0 +0.337 +0.521 +0.789 +0.799 +0.987 +1.2 +1.5 +1.7
金属材料的耐蚀性能PPT演示课件
① 硅的加入，可在铸铁表面形成致密的SiO2保护膜，这层 膜具有很高的电阻率和较高的化学稳定性，阻止腐蚀介质对 铸铁的进一步腐蚀。
② 硅的加入还可以使铸铁组织中的基体金属即阳极区域产生 钝化，提高电极电位，有效地提高铸铁的抗化学腐蚀和电化 学腐蚀能力。
6
其他元素
（3）锰（Mn） 锰和硅在通常含量范围内(Mn 0.5％～0.8％，Si 1％～2％)，并不影响铸铁的耐蚀性能。
金易转变为钝态，腐蚀速度下降。 在中性溶液中，阴极为氧的去极化作用，含
碳量变化对腐蚀速度无重大影响。
4
5
（2）硅元素（Si）
铸铁中通常都含有1％～3％的硅。当硅含量达到4％左 右时，可适当增加铸铁的耐蚀性。而当硅含量达到14％以上 时，铸铁的耐蚀性将显著提高。不过硅含量的增加会使得铸 铁的力学性能变得很差，当硅含量大于16％时，铸铁就会变 得很脆、很难加工、因此，铸铁中硅含量一般控制在14％～ 16％内。
铸铁在各种环境中的耐蚀性主要由其成分和微
观组织结构决定。铸铁成分中各元素对其耐蚀
性都有影响，碳、硅、锰、磷、硫是铸铁中必
然存在的元素。
3
（1）碳（C） 碳量愈高，其组织中石墨和渗碳体的含量就
愈高。阴极面积增大，析氢反应加速。 在非氧化性酸中的腐蚀速度随含碳量增加而
加快。 在氧化性酸中，阴极组分石墨和渗碳体使合
12
铸铁与碳钢的耐蚀性相似，除发烟硫酸外， 在85%—100%的硫酸中非常稳定。
总结：
浓硫酸，温度较高，流速较大——铸铁 发烟硫酸——碳钢（铸铁×晶间腐蚀 ） ＜60%的硫酸——铁碳合金不能使用 温度＞65℃——铁碳合金不能使用
13
14
（3）硝酸
碳钢在硝酸中的钝 化随温度的升高而 破坏，同时当浓度 增加时，又会产生 晶间腐蚀。
② 硅的加入还可以使铸铁组织中的基体金属即阳极区域产生 钝化，提高电极电位，有效地提高铸铁的抗化学腐蚀和电化 学腐蚀能力。
6
其他元素
（3）锰（Mn） 锰和硅在通常含量范围内(Mn 0.5％～0.8％，Si 1％～2％)，并不影响铸铁的耐蚀性能。
金易转变为钝态，腐蚀速度下降。 在中性溶液中，阴极为氧的去极化作用，含
碳量变化对腐蚀速度无重大影响。
4
5
（2）硅元素（Si）
铸铁中通常都含有1％～3％的硅。当硅含量达到4％左 右时，可适当增加铸铁的耐蚀性。而当硅含量达到14％以上 时，铸铁的耐蚀性将显著提高。不过硅含量的增加会使得铸 铁的力学性能变得很差，当硅含量大于16％时，铸铁就会变 得很脆、很难加工、因此，铸铁中硅含量一般控制在14％～ 16％内。
铸铁在各种环境中的耐蚀性主要由其成分和微
观组织结构决定。铸铁成分中各元素对其耐蚀
性都有影响，碳、硅、锰、磷、硫是铸铁中必
然存在的元素。
3
（1）碳（C） 碳量愈高，其组织中石墨和渗碳体的含量就
愈高。阴极面积增大，析氢反应加速。 在非氧化性酸中的腐蚀速度随含碳量增加而
加快。 在氧化性酸中，阴极组分石墨和渗碳体使合
12
铸铁与碳钢的耐蚀性相似，除发烟硫酸外， 在85%—100%的硫酸中非常稳定。
总结：
浓硫酸，温度较高，流速较大——铸铁 发烟硫酸——碳钢（铸铁×晶间腐蚀 ） ＜60%的硫酸——铁碳合金不能使用 温度＞65℃——铁碳合金不能使用
13
14
（3）硝酸
碳钢在硝酸中的钝 化随温度的升高而 破坏，同时当浓度 增加时，又会产生 晶间腐蚀。
金属腐蚀机理优质PPT资料
点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。
点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。
点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。
QB/T 3832-1999 点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。
QB/T 3832-1999
Fe（OH）2
Fe2O3(铁红即肉眼可见的红锈)
正极（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH-
GB/T6461-2002
Fe（OH）2
Fe2O3(铁红即肉眼可见的红锈)
金属腐蚀机理
ห้องสมุดไป่ตู้
正极（金C）属：的2H2锈O +蚀O2是+ 4最e =常4OH见- 的腐蚀形态. Fe（O腐H）蚀2 时,在金属的Fe2界O3(面铁红上即肉发眼生可见了的红化锈学) 或电化学多相反应,使金属转入氧化(离 这面是积因 比子为阴在极)状金面属积态表小.面得这缺多陷，会处阳显易极漏电著出流机密降体度低金很属大金，，使所属其以材呈腐活蚀料化往状深的态处强，发而展度钝，化金、膜属塑处表仍面性为很钝快、态就韧，被这腐性样蚀就成等形小力成 孔了，学活这性种性现—能象钝被性,破称腐为蚀坏点电蚀池金，. 属由于阳极 定Fe义（：O构H各）类件2金的属结几构一何般形在大状F气e干,2增O湿3交(加铁替红零或即浸肉件水眼条间可件见的下的工红磨作锈，损) 金,属恶与化水或电电解学质和溶液光接触学，等极易物发生理电性化学能反应,缩而受短到的设破备坏。 Fe（O的H）使2 用寿命 Fe2O3(铁红即肉眼可见的红锈)
金属腐蚀机理
金属腐蚀机理
定义：各类金属结构一般在大气干湿交替或浸水条 件下工作，金属与水或电解质溶液接触，极易发生 电化学反应而受到的破坏。
电化学反应？
金属腐蚀机理
点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。
点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。
QB/T 3832-1999 点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。
QB/T 3832-1999
Fe（OH）2
Fe2O3(铁红即肉眼可见的红锈)
正极（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH-
GB/T6461-2002
Fe（OH）2
Fe2O3(铁红即肉眼可见的红锈)
金属腐蚀机理
ห้องสมุดไป่ตู้
正极（金C）属：的2H2锈O +蚀O2是+ 4最e =常4OH见- 的腐蚀形态. Fe（O腐H）蚀2 时,在金属的Fe2界O3(面铁红上即肉发眼生可见了的红化锈学) 或电化学多相反应,使金属转入氧化(离 这面是积因 比子为阴在极)状金面属积态表小.面得这缺多陷，会处阳显易极漏电著出流机密降体度低金很属大金，，使所属其以材呈腐活蚀料化往状深的态处强，发而展度钝，化金、膜属塑处表仍面性为很钝快、态就韧，被这腐性样蚀就成等形小力成 孔了，学活这性种性现—能象钝被性,破称腐为蚀坏点电蚀池金，. 属由于阳极 定Fe义（：O构H各）类件2金的属结几构一何般形在大状F气e干,2增O湿3交(加铁替红零或即浸肉件水眼条间可件见的下的工红磨作锈，损) 金,属恶与化水或电电解学质和溶液光接触学，等极易物发生理电性化学能反应,缩而受短到的设破备坏。 Fe（O的H）使2 用寿命 Fe2O3(铁红即肉眼可见的红锈)
金属腐蚀机理
金属腐蚀机理
定义：各类金属结构一般在大气干湿交替或浸水条 件下工作，金属与水或电解质溶液接触，极易发生 电化学反应而受到的破坏。
电化学反应？
金属腐蚀机理
金属耐蚀合金化原理.正式版PPT文档
（2）钝化的主要条件：多数可能钝化的金属都是在氧化性介质中 易钝化。
但是，在硝酸及强烈通空气的溶液中，当有活性离子（F-,Cl- ， Br-）存在时和在还原性介质中大部分金属的钝化态会受到破坏， 产生局部腐蚀。这主要是络合效应所致。
ห้องสมุดไป่ตู้ 耐蚀材料
3、腐蚀产物的性质
⑴金属表面生成难溶的和保护性良好的腐蚀产物膜可提高耐蚀性。
根据腐蚀控制因素（主要分为阴极控制、阳极控制、电阻控 制），耐蚀合金化途径有下列四个方面：
耐蚀材料
这种方法是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，形成固溶体，以提高合金的电极电位。
1、热力学稳定性高的元素，往往是一些贵金属（见前面表中。如 ：Au、Ni、Pt、Cu等）。
2、要显著提高合金的热力学稳定性，元素的加入量必须达到一定 值，最低含量一般要使合金中贵金属原子数达到合金中总原子数的 1/8、2/8、4/8……即满足“n/8定律”要求，才能明显提高合金的 耐蚀性。塔曼法则
注：这种方法只适用于不产生钝化的且为阴极控制的腐蚀过程（主 要是在非氧化性或氧化性不强的酸中的活性溶解过程）。
耐蚀材料
1、减少阳极相的面积；
2、加入容易钝化的合金元素； 3、加入阴极性合金元素促进阳极钝化。
原理：在能够建立钝态的情况下，向金属或合金中加入少量强阴极 性元素，由于电化学作用，使阳极电势升高，进入稳定钝化区，从 而使合金达到钝化状态，提高耐蚀性。（进一步解释：强阴极性元 素之所以能够提高阳极的电势，是由于在腐蚀初期，强阴极元素（ 一般是电位高，化学性质稳定的元素）在合金表面富集，使表面阳 极电势升高，形成钝化效果。）
⑴去除能形成有效阳极的杂质，可提高耐蚀性。
⑵去除金属中含有的少量氢或电位较高的金属杂质，或避免正电性 金属沉积在腐蚀金属的表面上，都可显著提高金属的耐蚀性。
但是，在硝酸及强烈通空气的溶液中，当有活性离子（F-,Cl- ， Br-）存在时和在还原性介质中大部分金属的钝化态会受到破坏， 产生局部腐蚀。这主要是络合效应所致。
ห้องสมุดไป่ตู้ 耐蚀材料
3、腐蚀产物的性质
⑴金属表面生成难溶的和保护性良好的腐蚀产物膜可提高耐蚀性。
根据腐蚀控制因素（主要分为阴极控制、阳极控制、电阻控 制），耐蚀合金化途径有下列四个方面：
耐蚀材料
这种方法是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，形成固溶体，以提高合金的电极电位。
1、热力学稳定性高的元素，往往是一些贵金属（见前面表中。如 ：Au、Ni、Pt、Cu等）。
2、要显著提高合金的热力学稳定性，元素的加入量必须达到一定 值，最低含量一般要使合金中贵金属原子数达到合金中总原子数的 1/8、2/8、4/8……即满足“n/8定律”要求，才能明显提高合金的 耐蚀性。塔曼法则
注：这种方法只适用于不产生钝化的且为阴极控制的腐蚀过程（主 要是在非氧化性或氧化性不强的酸中的活性溶解过程）。
耐蚀材料
1、减少阳极相的面积；
2、加入容易钝化的合金元素； 3、加入阴极性合金元素促进阳极钝化。
原理：在能够建立钝态的情况下，向金属或合金中加入少量强阴极 性元素，由于电化学作用，使阳极电势升高，进入稳定钝化区，从 而使合金达到钝化状态，提高耐蚀性。（进一步解释：强阴极性元 素之所以能够提高阳极的电势，是由于在腐蚀初期，强阴极元素（ 一般是电位高，化学性质稳定的元素）在合金表面富集，使表面阳 极电势升高，形成钝化效果。）
⑴去除能形成有效阳极的杂质，可提高耐蚀性。
⑵去除金属中含有的少量氢或电位较高的金属杂质，或避免正电性 金属沉积在腐蚀金属的表面上，都可显著提高金属的耐蚀性。