材料腐蚀与防护第五章

上次作业题
如何解释工业大气中含有SO2时其腐蚀作 用机制是硫酸盐穴自催化机制P87
2不锈钢在充气的含Cl-离子的中性介质中 的腐蚀过程,解释点蚀空生长过程65
5．1 纯金属的耐蚀性 5.2 合金耐蚀途径 5．3 铁的耐蚀性
5.4 铸铁的耐蚀性及其应用 5.5 耐蚀低合金钢 5.6 不锈钢
5．1 纯金属的耐蚀性
１．减少阳极面积
合金的第二相相对基体是阳极相，在腐蚀过程中减少这 些微阳极相的数量．可增加阳极极化程度，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，使阳极总量减少，腐 蚀速度降低。所以A12Mg3合金耐海水腐蚀性能就比第 二相为阴极的硬铝(Al-Cu)合金好。
２）加入阴极性元素的种类、数量要同基体合金、 环境相适应，加入的阴极性元素要适量，否则 加速腐蚀。
4. 使合金表面生成自耐蚀的腐蚀产物膜
加入一些合金元素促使在合金表面生成致密、 耐蚀的保护性膜。
如在钢中加入Cu、P等合金元素，能使低合 金钢在一定条件下表面生成一种耐大气腐蚀 的非晶态的保护膜。
5．3 铁的耐蚀性
合金的耐蚀性不仅取决于合金成分、组织等内因， 也取决于介质的种类、浓度、温度等外因。由于 合金应用环境不同，提高合金耐蚀性的途径也不 同.
在一定的介质条件下，合金中所加入的耐蚀元素 数量必须达到某一个临界值时，才有显著的耐蚀 性。
例如: Fr-Cr合金中，只有当Cr的加入量超过12.5％时， 合金才会发生自钝化，其耐蚀性才有显著的提高。
减少活性阴极的面积．从而增加阴极极化程度，提高 合金的耐蚀性．
3.
例如减少工业Zn中杂质Fe的含量就会减少Zn中
FeZn7阴极相，降低Zn在非氧化性酸中的腐蚀速度。
可采用热处理方法(固溶处理)．使合金成为单相固 溶体，消除活性阴极第二相。
2. 加入析氢过电位高的合金元素
这种途径适用于由析氢过电位控制的析氢腐 蚀过程．
２．加入易钝化的合金元素
３．加入阴极性合金元素促进阳极钝化 这种途径适用于可能钝化的金属体系。金属 或合金中加入阴极性合金元素，可促使合金 进入钝化状态．
加入阴极去极化作用的金属，与金属形成原电池， 使阳极金属极化，电位升高到稳定钝化区．
阴极性元素一般是正电性的金属，如Pd、Pt、Ru 及其它铂族金属；有时也可采用电位不太正的金 属
C4
Ip Ic1 Ic2
I
阴极性元素对可钝化体系腐 蚀规律影响的示意图
阴极性合金元素 的加入量(质量分 数)一般为0.2％0.5％，最多1％。
加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件的：
１）腐蚀体系可钝化，否则加入阴极性元素只会加 速腐蚀。
如果不能钝化，则加入阴极性元素与基体元素 构成原电池加速腐蚀。
合金中加入析氢过电 位高的合金元素，来 提高合金的阴极析氢 过电位，降低合金在 非氧化性或氧化性不 强的酸中的活性溶解 速度。
300
腐 蚀 200 速 度 100
50
Mg w(Mn)=1%
0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
w(Fe)/%
三 降低合金的阳极活性
这种方法是提高合金耐蚀措施中最有效、应用 最广的方法之一．
缺点是它要消耗大量贵金属，而且合金元素 在固溶体中的固溶度也是有限的.
二 阻滞阴极过程
这种途径适用于不产生钝化的活化体系，主要 由阴极控制的腐蚀过程-------提高阴极的过电位， 反应驱动力降低。
1. 减少合金的阴极活性面积
2. 阴极析氢过程优先在析氢过电位低的阴极相或阴极 活性夹杂物上进行． 减少这些阴极相或夹杂物，就是
一：纯金属热力学稳定性
一般情况下，各种纯金属的热力学稳定性可根据其 标准电极电位值作出近似的判断。
标准电极电位较正的金属，其热力学稳定性也较高, 较负的则稳定性较低。
氧和氢的平衡电位
pH 氧的平衡电位 氢的平衡电位
(v)
(v)
7
0.815
-0.414
0
1.23
0.000
二: 自钝性
在热力学不稳定的金属中，有不少金属在适宜的条 件下，由活化态转为钝化态而耐蚀。
其中n为l-7等。
85％H3PO4中120 h的腐蚀 失重变化
一般情况下．介质的腐蚀性愈强，临界组成要求 的n数值愈大。
如: Cu—Au合金中当金含量50％(原子)时在 900 0C浓硝酸中的耐蚀性突然增高。
一: 提高合金热力学稳定性
用热力学稳定性高的元素进行合金化
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（贵金属）使之 成为固溶体。
初始阴极过程EC0—C1
加入适量阴极性合金产生 强烈去极化作用（极化斜 率变小）极化曲线为 EC0—C3。腐蚀速度为ip
量不足变为EC0—C2---不 稳定，腐蚀速度容易由 IC1---IC2
过量时极化曲线为EC40— C4，交于过钝化区，易点 蚀。
Eao C1
Ep Eco
Ebr Eop
C2 C3
其中，最容易钝化的金属有Zr、Ti、Ta、Nb、A1、 Cr、Be、Mo、Mg、Ni、Co等。
三: 生成保护性腐蚀产物膜
在热力学不稳定金属中，除了因钝化而耐蚀外，还 有在腐蚀过程中由于生成较致密的保护性能良好的 腐蚀产物膜而耐蚀.
如Pb在H2SO4溶液中，Fe在H3P04溶液中，Mo在HCl中
5.2 合金耐蚀子的标准平衡电位
E Fe/ Fe2
0.44V
E Fe/ Fe3
0.036V
１．铁在酸碱中的稳定性
铁在盐酸中的腐蚀速度是随着酸的浓度增 加，腐蚀速度按指数关系上升．
铁和其他金属比较,其耐腐蚀性较差,主要原因:
1.铁及其氧化物的氢过电位值、氧过电位值均较 低,易于发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀 2铁锈及溶液中的三价铁离子均有良好的去极化 作用。 3铁的腐蚀产物保护性能较差。 4铁易形成氧浓差电池而受蚀。 5在自然条件下铁的钝化能力较弱。
Fe-Cr合金腐蚀速度与含Cr量关系
有序固溶体理论—n/8定律
该理论认为，在给定腐 蚀介质中，当耐蚀组元与不 耐蚀组元组成长程有序固溶 体，形成了单由耐蚀组元的 原子构成的表面层时，合金 在该条件下耐蚀。
但这种耐蚀的长程有序
化，是在耐蚀组元占一定原
子分数的情况下发生的。其
原子分数通常服从n／8定律， Fe-Cr 铸造合金在如90oC，