金属耐蚀合金化原理
金属电化学腐蚀基本原理
第四节 金属的钝性
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一、钝化现象
▪ 金属表面已从活性溶解状态变成了非常耐 蚀的状态。这种表面状态的突变过程称为 “钝化”，金属钝化后所处的状态称为 “钝态”，处于钝态下的金属性质称为 “钝性”。
▪ 金属的钝化现象具有极大的重要性。提高
金属材料的钝化性能，促使金属材料在使
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3、钝化特性曲线分析
✓（1）AB段，初始电极电位EA0 _钝化电位(临界 电位) ECP，称为活性溶解区。 金属表面没有钝化膜形成，金属处于活性溶解 状态。当E＝ECP时，金属的阳极电流密度达到 最大值icp，称为钝化电流密度。
✓（2）BC段，ECP-EP，称为活化-钝化过渡区。 当电位达到ECP时，金属发生钝化，金属表面 有钝化膜形成，金属开始从活性状态转变为钝 态，阳极电流密度急剧下降。金属表面不断处 于钝化与活化相互转变的不稳定状态。在恒电 位下，阳极电流密度往往出现剧烈的振荡。 16
（2）支持成相膜理论的实验事实
能够直接观察到成相膜的存在，并测出其厚度。 如在浓硝酸中铁表面钝化膜是 -Fe2O3，钝化 膜厚度为25～30A0。
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2、吸附理论
（1）对金属钝化的解释
金属钝化的原因是：金属表面(或部分表面)上形 成了氧或含氧粒子的吸附层，使金属表面的化学 结合力饱和，阳极反应活化能增大，因而金属溶
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3、添加易钝化合金元素，提高合金的 耐蚀性
▪ 在某些金属或合金中，加入一定量的易钝 化合金元素，可以使合金在一些介质中形 成钝化膜而显著提高合金的耐蚀性。
▪ 例如，铁中加Cr、A1、Si等元素可显著提 高在含氧酸中的耐烛性；不锈钢中加Mo可 以提高在含Cl-溶液中的耐蚀性等等。
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钢的合金化原理
转变开始线 M+过冷A
Mf
M
1 10 102 1031 Nhomakorabea4时间(s)
具有铁素体-珠光体组织的低合金钢和微合金化钢的 屈服强度的极限约为460MPa。与相同碳含量的铁 素体-珠光体组织钢相比具有更高的强度和良好的韧 性。利用贝氏体相变强化，钢的屈服强度可达到 490MPa ~780MPa。
γ→α转变曲线在 600℃ 左右出现 “河湾”形状。 此 拖曳作用还显著降 低贝氏体相变驱动 力及贝氏体相变温 度，细化贝氏体尺 寸。
（2）形成铁基间隙固溶体 ①对 α-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体 间隙。 ②对 γ-Fe ，间隙原子优先占据的位置是八面体 或四面体间隙。 ③间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而 增加，即按 B 、 C 、 N 、 O 、 H 的顺序而增加。
I 、溶质原子造成球对 称的点阵畸变，其强 化约为G/10 II、溶质原子造成非 球对称的点阵畸变， 其强化约为G的几倍。 注：G为剪切模量。
规律性（按晶格类型分类） 当rc/rMe >0.59时，碳与合金元素形成一种复杂 点阵结构的碳化物。Cr、Mn、Fe属于这类元素， 它们形成下列形式的碳化物：Cr23C6、Cr7C3、 Fe3C。 当rc/rMe ≤0.59时，形成简单点阵的碳化物（间 隙相）。Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr均属于 此类元素，它们形成的碳化物是：MeX型（WC、 VC、TiC、NbC、TaC、ZrC）和Me2X型 （W2C、Mo2C、Ta2C）。
☆对高温转变（珠光体转变）的影响
非碳化物形成元素Co和Ni等提高碳在奥氏体 中的扩散速度，增大奥氏体的形成速度。Si、 Al、Mn等对碳在奥氏体中的扩散速度影响 较小，故对奥氏体的形成速度影响不大。 强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等与碳 的亲和力较大，显著妨碍碳在奥氏体中的扩 散，大大减慢了奥氏体的形成速度。
合金化提升不锈钢耐腐蚀的途径
合金化提升不锈钢耐腐蚀的途径引言不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性能的金属材料，广泛应用于各个领域。
然而，由于特定工作环境的要求，传统的不锈钢在某些情况下可能无法满足耐腐蚀的需求。
为了进一步提升不锈钢的耐腐蚀性能，合金化成为一种常见的途径。
本文将详细介绍几种合金化方法，以提升不锈钢的耐腐蚀性能。
1. 添加铬元素铬是不锈钢中最主要的合金元素之一，其添加可以显著提高不锈钢的耐腐蚀性能。
铬与氧气反应生成致密、均匀分布的氧化铬层，形成了一种被称为”钝化层”的保护层。
该保护层可以阻止进一步氧化和金属离子迁移，从而有效地抵御了大多数酸、碱和盐类溶液对不锈钢的侵蚀。
2. 添加镍元素镍是另一个常用的合金元素，其添加可以显著提高不锈钢的耐腐蚀性能。
镍能够增加不锈钢的晶格稳定性和强度，从而使其更具抗腐蚀性。
此外，镍还能够提高不锈钢的耐酸性和耐碱性，使其在酸碱环境中表现出较好的稳定性。
3. 添加钼元素钼是一种重要的合金元素，对不锈钢的耐腐蚀性能有着显著影响。
添加适量的钼可以提高不锈钢在强酸、强碱和氯离子环境下的抗腐蚀能力。
此外，钼还能够改善不锈钢的焊接性能和机械性能，使其更适用于各种工程应用。
4. 添加其他合金元素除了上述提到的铬、镍和钼之外，还可以添加其他合金元素来进一步提升不锈钢的耐腐蚀性能。
例如，添加小量的铜、铝、硒等元素可以改善不锈钢在某些特殊环境下的耐腐蚀性能。
此外，添加稀土元素、钛和锆等也可以提高不锈钢的抗腐蚀性能。
5. 控制合金元素含量除了选择合适的合金元素之外，控制合金元素的含量也是提升不锈钢耐腐蚀性能的关键。
过高或过低的合金元素含量都可能导致不锈钢的耐腐蚀性能下降。
因此，在生产过程中需要精确控制各种合金元素的含量，并根据具体应用需求进行调整。
6. 精细调控热处理工艺热处理是不锈钢制造中重要的一步，可以显著影响其耐腐蚀性能。
通过精细调控热处理工艺，可以改变不锈钢晶体结构和相变行为，优化其耐腐蚀性能。
例如，通过固溶处理、时效处理等方法，可以有效提高不锈钢在高温、强酸等恶劣环境下的抗氧化和抗腐蚀能力。
腐蚀学原理金属的钝化
图5-8 氧化剂浓度的影响
若提高介质同金属表面的相对运动速度 如搅拌 ,则由于扩散层变薄,进而提高了氧的还原速度,使iL2>iPP 图5-9 。这样共轭极化曲线便交于点2,进入钝化区。
图5-9 搅拌的影响
溶液组分如溶液酸度、卤素离子、络合剂等也能影响金属钝化。通常金属在中性溶液中比较容易钝化,这与离子在中性溶液中形成的氧化物或氢氧化物的溶解度较小有关。在酸性或碱性溶液中金属较难钝化。这是因为在酸性溶液中金属离子不易形成氧化物,而在碱性溶液中又可能形成可溶性的酸根离子 例如MO2-2 的缘故。许多阴离子尤其是卤素离子的存在,甚至可以使已经钝化了的金属重新活化。例如,氯离子的存在可以使不锈钢出现点蚀现象。活化剂浓度越高,破坏越快。活化剂除氯外,按其活化能力的大小可排列为如下次序： Cl->Br->I->F-> >OH-> 视条件不同这个次序也是有变化的。 电流密度、温度以及金属表面状态对金属钝化也有显著影响。例如,当外加阳极电流密度大于致钝电流密度iPP时,可使金属进入钝化状态。提高阳极电流密度可加速金属钝化,缩短钝化时间。温度对金属钝化影响也很大,当温度升高时,往往由于金属阳极致钝电流密度变大及氧在水中溶解度下降,使金属难于钝化。反之,温度降低,金属容易出现钝化。金属表面状态如金属表面氧化物能促使金属钝化。又如用氢气处理后的铁,暴露于空气中使其表面形成氧化膜,再在碱中阳极极化,会立即出现钝化。若未在空气中暴露,立即在碱中进行阳极极化,则需经较长时间后才能出现钝化。
问题：为什么两种方法得到的极化曲线形状不一样
不同方法测得的阳极钝化曲线
a 控制电位法； b 控制电流法
解读： AB段：为金属的活性溶解区。在此区间金属进行正常的阳极溶解,溶解速度受活化极化控制,其中直线部分为Tafel直线。 BC段：为金属的活化—钝化过渡区。B点对应的电位称为初始钝化电位EPP,也叫致钝电位。B点对应的临界电流密度称为致钝电流密度,用iPP表示。因为一旦电流密度超过iPP,电位大于EPP,金属就开始钝化,此时电流密度急剧降低。但BC段为活化—钝化过渡区,在此电位区间,金属表面状态发生急剧变化,并处于不稳定状态。 CD段：为金属的稳定钝化区。电位达到C点后,金属转入完全钝态,通常把这点的电位称为初始稳态钝化电位EP。CD电位范围内,电流密度通常很小,为μA／cm2数量级,而且几乎不随电位变化,称为维钝电流密度iP。维钝电流密度很小反映了金属在钝态下的溶解速度很小。 DE段为金属的过钝化区。电位超过D点后电流密度又开始增大。D点的电位称为过钝化电位Etp。此电位区段电流密度又增大了,通常是由于形成了可溶性的高价金属离子,如不锈钢在此区段因有高价铬离子形成,引起钝化膜的破坏,使金属又发生腐蚀了。 2Cr3++7H2O → Cr2O72－+14H++6e
锌铝涂层防腐蚀保护原理
锌铝涂层防腐蚀保护原理锌铝涂层是一种常用的防腐蚀保护措施，它能够有效地保护金属表面免受腐蚀和氧化的侵害。
下面将详细介绍锌铝涂层的原理以及其防腐蚀保护机制。
锌铝涂层是由锌和铝的合金组成，其特点是既具备了锌的优异的防腐蚀性能，又不同于纯锌的易剥离性能。
锌铝涂层通过在金属表面形成一层致密的锌铝合金保护层，阻止了氧、水分和气体对金属的侵蚀。
具体来说，锌铝涂层的防腐蚀保护原理主要可以归结为以下几点：1.电化学保护：锌铝涂层作为一种活性金属，在与金属结构接触的情况下，会形成一个微观的原电池。
在这个电池中，锌铝作为阴极吸收外部环境中的电流，而金属表面则变成阳极，由于电流的流动，金属表面的氧化反应被修复，从而防止了金属的进一步腐蚀。
2.阻隔屏障：锌铝涂层在金属表面形成一层均匀致密的保护层，能够阻止氧气、水分和气体等腐蚀介质对金属的直接接触，从而减少了腐蚀的可能性。
这一层致密的保护层可以有效地减少金属表面的腐蚀速率，延长金属的使用寿命。
3.沉积层效应：锌铝涂层中的锌和铝合金元素会在金属表面持续析出，形成一种具有良好的附着力和维持时间的沉积层。
这种沉积层不仅能够提供额外的防腐蚀保护性能，还能够在涂层破损时自愈，形成自我修复能力，从而保护金属表面免受进一步腐蚀的侵害。
4.耐氧化性：锌铝涂层中的铝具有较高的抗氧化能力，能够抑制锌层的氧化反应，降低涂层中锌的消耗和破损。
同时，铝的加入还能够增加涂层的粘合力和耐磨性，提高涂层的整体性能。
总结起来，锌铝涂层的防腐蚀保护原理主要涉及电化学保护、阻隔屏障、沉积层效应和耐氧化性等机制。
它能够通过形成致密的保护层、提供自我修复能力以及耐腐蚀性能，有效地保护金属不被氧化和腐蚀，延长金属的使用寿命。
在实际应用中，锌铝涂层广泛应用于室外设备、桥梁、船舶、油田设备、建筑结构等领域，取得了良好的防腐蚀效果。
压铸铝合金钝化处理工艺
压铸铝合金钝化处理工艺1. 引言压铸铝合金是一种常用的金属材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在汽车、航空航天、电子等领域得到广泛应用。
然而，由于其表面易受氧化影响，需要进行钝化处理以提高耐腐蚀性和表面质量。
本文将介绍压铸铝合金的钝化处理工艺，包括钝化原理、工艺流程和常用的钝化剂等内容。
2. 钝化原理钝化是通过在金属表面形成一层致密且具有良好附着力的氧化膜来提高金属的耐腐蚀性能。
对于压铸铝合金而言，主要采用酸性钝化剂进行处理。
在酸性溶液中，压铸铝合金表面的氧化物会与酸发生反应，生成致密的氧化膜。
这层氧化膜具有较好的耐蚀性和附着力，并能提供较好的基底与涂层之间的粘结力。
3. 工艺流程3.1 表面清洁在进行钝化处理之前，需要对压铸铝合金的表面进行清洁，以去除油污、灰尘和氧化物等杂质。
常用的清洁方法包括碱洗、酸洗和电解清洗。
3.2 酸性钝化处理酸性钝化是压铸铝合金钝化的主要工艺。
常用的酸性钝化剂包括硫酸、磷酸和硫酸铬等。
3.2.1 硫酸钝化硫酸钝化是一种常用的钝化工艺，其工艺流程如下：1.将压铸铝合金浸泡在稀硫酸溶液中，通常浓度为5-15%。
2.控制温度在40-60摄氏度，时间为5-15分钟。
3.取出压铸铝合金并进行中性化处理，以去除残留的酸性溶液。
3.2.2 磷酸钝化磷酸钝化也是一种常用的钝化工艺，其工艺流程如下：1.将压铸铝合金浸泡在稀磷酸溶液中，通常浓度为2-5%。
2.控制温度在40-60摄氏度，时间为10-30分钟。
3.取出压铸铝合金并进行中性化处理，以去除残留的酸性溶液。
3.2.3 硫酸铬钝化硫酸铬钝化是一种环境友好型的钝化工艺，其工艺流程如下：1.将压铸铝合金浸泡在含有硫酸铬和硫酸的溶液中。
2.控制温度在50-70摄氏度，时间为15-30分钟。
3.取出压铸铝合金并进行中性化处理，以去除残留的酸性溶液。
3.3 中性化处理中性化处理是为了去除钝化过程中残留的酸性溶液，并恢复表面的pH值。
常用的方法包括用水冲洗、浸泡在碱性溶液中或使用碱性清洗剂。
钢的合金化原理
M23C6型 复杂立方，Cr, Mn形成旳K：Cr23C6
M7C3型 复杂六方，Cr, Mn形成旳K：Cr7C3, Mn7C3
M3C型 正交晶系，Fe形成旳K：Fe3C
3）Fe-M-C形成旳三元K
M6C型
复杂立方，W、Mo旳K： Fe3Mo3C, Fe4Mo2C, Fe3W3C, Fe4W2C。
二. 碳化物（K）
1. 构造
1）rc/rM<0.59 简朴密排构造 V, Nb, Ta, Zr, Hf, Mo, W
MC型 面心立方，V, Nb, Ta，Zr, Hf， 如 VC，ZrC 等。 六方点阵，Mo, W， 如 MoC, WC。
M2C型 六方点阵，Mo,W，如：Mo2C, W2C
2）rc/rM>0.59 ，间隙化合物
rc/rMe > 0.59 —复杂点阵构造，如Cr、Mn、Fe ， 形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式旳K；
rc/rMe < 0.59 —简朴构造相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2）相同者相溶
一. 铁基固溶体
1. 置换（代位）固溶体 Ni, Co, Mn与γ-Fe形成无限固溶体。 Cr, V 与α-Fe形成无限固溶体。 其他置换原子与γ- Fe或α- Fe形成有限固溶体。
2. 间隙固溶体 间隙原子：B，C，N，O，H 间隙原子总是部分占据溶剂金属点阵旳八面体或四面体间
隙; 均为有限固溶体。
2、淬火态 Me分布与淬火工艺有关。溶入A体旳元素 淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。
精炼与合金化的原理和方法
THANKS
铸造合金化法
原理
铸造合金化法是一种通过在熔融金属中加入合金元素，通过控制熔炼工艺和凝固过程，使 合金元素在凝固过程中充分扩散和均匀分布，形成具有优异性能的铸造合金的方法。
特点
铸造合金化法具有制备工艺简单、成本低廉、适合大规模生产等优点，同时还可以通过控 制合金元素的种类和含量来调控铸造合金的性能。
材料复合化
精炼和合金化技术可以用于制备复合材料，将不 同性质的材料结合在一起，以获得优异的综合性 能。
在工业生产中的应用
01
02
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制造高品质产品
精炼和合金化技术可以提 高产品的质量和可靠性， 如汽车零部件、航空航天 器和电子产品等。
节能减排
精炼和合金化技术可以用 于制造高效节能的设备和 系统，如高效电机、热能 回收系统和环保设备等。
过程
合金化过程通常包括熔炼、浇注、冷 却和热处理等步骤，以实现元素的均 匀分布和析出，获得理想的组织和性 能。
合金的分类
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按组成元素数量
可分为二元合金、三元合金和 多元合金。
02
按结构类型
可分为晶体合金、非晶体合金 和准晶体合金。
03
按用途
可分为结构合金、工具合金、 特殊功能合金等。
03
精炼的方法
真空精炼法
03
原理
方法
应用
利用真空环境降低气体分压，从而去除熔 体中的气体杂质。
真空熔炼、真空感应熔炼、真空电弧熔炼 等。
适用于高纯度金属和合金的制备，如高温 合金、精密合金等。
熔融精炼法
原理
通过加入适量的熔剂，与熔体中的杂质发生化学反应 ，生成不溶于熔体的化合物，从而去除杂质。
方法
金属的腐蚀与防护措施
金属的腐蚀与防护措施腐蚀是指金属在特定环境条件下遭受化学或电化学反应而逐渐被破坏的现象。
金属腐蚀不仅对工业生产、交通运输等方面造成了巨大的经济损失，还对环境和人体健康造成潜在威胁。
为了保护金属，减少腐蚀损害，采取一系列的防护措施就显得尤为重要。
一、了解金属腐蚀的原因金属腐蚀的原因可以归纳为氧化、蚀刻、应力腐蚀和微生物腐蚀等几种主要形式。
1. 氧化腐蚀：金属在氧气或者氧化剂作用下与氧发生化学反应，形成金属氧化物或者金属酸化物，从而导致金属腐蚀。
2. 蚀刻腐蚀：金属与腐蚀介质中的酸性或碱性溶液发生化学反应，降低金属的化学稳定性，引起金属表面溶解和损伤。
3. 应力腐蚀：金属在存在应力的情况下，与特定介质发生化学反应，导致金属局部腐蚀破坏。
4. 微生物腐蚀：微生物通过代谢产物对金属表面造成腐蚀。
二、常见的金属腐蚀防护措施1. 金属表面处理：通过涂覆、镀层或改变金属表面形貌，形成一层保护性的物理或化学屏障，降低金属与外界介质接触，从而延缓腐蚀的速度。
2. 使用防腐涂料：防腐涂料是最常见的金属腐蚀防护措施之一。
涂料可以形成一层隔离和保护性的屏障，阻止金属与腐蚀介质接触。
3. 电镀镀层：通过电解沉积的方式，在金属表面形成一层金属或合金镀层，提高金属的耐腐蚀性能。
4. 合金化处理：将一种或多种元素加入金属中，改变其组织和化学成分，提高金属的抗腐蚀性能。
5. 电化学保护：利用电化学原理，在金属表面施加一定的电流和电位，使金属处于保护状态，形成一层保护膜。
6. 薄膜技术：将一层保护性的薄膜涂覆在金属表面，提高金属的耐腐蚀性能。
7. 设计合理的结构：在设计金属构件时，应尽量考虑到腐蚀环境和力学应力的作用，合理选择材料，减少腐蚀损伤。
三、金属腐蚀防护技术的应用金属腐蚀防护技术广泛应用于各个领域，如船舶、建筑、石油化工、电力等行业。
1. 船舶防腐技术：船舶在海洋环境中容易受到海水的腐蚀，因此船舶建造和维护中采用了多种防腐技术，如合金化处理、防腐涂料、防腐电镀等。
铝合金钝化
铝合金钝化铝合金是一种广泛应用于工业领域的金属材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。
然而，铝合金在一定条件下容易发生腐蚀，影响其使用寿命和性能。
为了解决这个问题，人们提出了铝合金钝化的方法。
本文将详细介绍铝合金钝化的基本概念、原理和方法，并探讨其在工业生产中的应用。
第一部分：铝合金的腐蚀问题铝合金作为一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性，广泛应用于汽车制造、建筑工程、航空航天等行业。
然而，铝合金在潮湿的环境中容易受到腐蚀，导致合金表面产生氧化物。
这不仅降低了合金的美观度，还可能导致结构破坏和性能下降。
第二部分：铝合金钝化的基本概念和原理1. 钝化的定义和作用钝化是指通过改变活性金属表面的化学性质，形成一层致密的氧化膜，从而提高金属的耐腐蚀性能。
钝化膜具有很高的密度和硬度，能够阻挡金属与外界环境的接触，起到保护金属的作用。
2. 钝化的原理钝化是通过在铝合金表面生成一层稳定的氧化膜来实现的。
这种氧化膜主要由Al2O3组成，具有很高的耐蚀性和耐磨性。
在腐蚀介质中，氧化膜能够与介质发生反应，形成一种稳定的含氧化合物，阻止腐蚀介质进一步侵蚀金属。
第三部分：铝合金钝化的方法1. 酸性钝化酸性钝化方法是目前应用最广泛的一种钝化方法。
它利用酸性溶液，如硫酸、磷酸等，在一定条件下处理铝合金表面，生成氧化膜。
这种方法操作简便、成本低，但需要注意酸液的浓度、温度和处理时间等条件，以获得理想的钝化效果。
2. 碱性钝化碱性钝化方法利用含碱性溶液，如氢氧化钠、氢氧化钾等，对铝合金表面进行处理。
这种方法能够生成一层致密的氧化膜，具有较好的钝化效果。
碱性钝化方法适用于一些特殊场合，如医疗器械、食品加工设备等。
3. 电化学钝化电化学钝化是利用电化学原理，在特定电位和电流密度条件下，通过外加电源作用于铝合金表面，生成一层均匀致密的氧化膜。
这种方法可以控制氧化膜的厚度和质量，并且可以在不同介质中进行钝化处理。
4. 热处理钝化热处理钝化是利用高温处理的方法，在一定温度和时间条件下，使铝合金表面生成一层致密的氧化膜。