金属结构材料的耐蚀性课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 金属结构材料的耐蚀性,4.1,金属耐蚀合金化原理,过程装备腐蚀与防护,4.2,常用结构材料的耐蚀性,4.3,结构材料选择原则,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.1,纯金属的耐蚀性,1.,金属的热力学稳定性,标准电极电位,：越正，稳定性越高；越负，越易腐蚀。,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.1,纯金属的耐蚀性,2.,金属的钝化,热力学不稳定的金属（如锆,Zr,、钛,Ti,、钽,Ta,、铌,Nb,、铝,Al,、铬,Cr,、铍,Be,、钼,Mo,、镁,Mg,、镍,Ni,、钴,Co,、铁,Fe,等）在适当的条件（氧化性介质）下能发生钝化而提高耐蚀能力。,但在含,Cl,、,Br,、,F,等的介质中,钝态易被破坏。,3.,腐蚀产物膜的保护性能,有些热力学不稳定的金属或合金，因在某些介质中生成,致密的保护性产物膜而提高耐蚀能力。如：,Pb-H,2,SO,4,，,Fe-H,3,PO,4,，,Mo-HCl,，,Mg-HF,（,或,NaOH,），,Zn-,大气。,工业用耐蚀金属,：,Cu,、,Ni,、,Al,、,Mg,、,Ti,、,Zr,工业用耐蚀合金：,Fe-,、,Cu-,、,Ni-,、,Ti-,、,Al-,、,Mg-,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.2,金属耐蚀合金化的途径,1.,提高金属的热力学稳定性,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，即提高,E,A,0,，,此法使合金价格大增。,如：,Cu,Au,，,Ni,Cu,，,Cr,钢,Ni,2.,减弱合金的阴极活性，增强阴极极化程度,a.,减少金属或合金中的活性阴极面积,减少金属或合金中的阴极性夹杂物的含量；例如,降低,Al,中,Fe,的含量。,用固溶处理，消除或减少活性阴极相的析出。,杂质铁对纯铝在盐酸中腐蚀的影响,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.2,金属耐蚀合金化的途径,砷对碳钢在硫酸中腐蚀的影响,b.,加入析氢超电压高的合金元素即提高,P,K,增大合金阴极析氢反应的阻力，可以显著降低合金在酸中的腐蚀速度。,如：碳钢和铸铁中加入,砷,、,锑,、,铋,或,锡；,加入这些元素虽提高耐蚀性，但可能降低力学性能。,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.2,金属耐蚀合金化的途径,3.,减弱合金的阳极活性（,最有效，最常用,）,a.,减少阳极相的面积（局限性大）,条件：,合金基体,阴极,，,第二相,阳极，,如,Al-Mg,中的,Al,2,Mg,3,常规：,合金基体,阳极，第二相,阴极，,如,钢中的,Fe,3,C,b.,加入易钝化的合金元素,如基体元素,Fe,、,Al,、,Mg,、,Ni,等为可钝化元素但钝化能力不强，再加入易钝化元素,(Cr,等,),可大大提高耐蚀性。,c.,加入阴极合金元素促进阳极钝化,4.,使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜,即增大体系电阻,耐大气腐蚀的低合金钢的耐蚀锈层中一般含有非晶态羟基氧化铁,FeO,x,(OH),3-2,x,，其结构致密，保护性非常好。,在钢中加入,Cu,、,P,或,P,与,Cr,，可促成此非晶态保护膜的生成。因此在一般碳钢中加入少量的,Cu,与,P,或,P,与,Cr,就成了耐大气腐蚀的低合金钢。,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.3,单相合金的,n/8,定律,在合金中加入耐蚀性组元含量为,1/8,、,2/8,、,3/8,、,4/8,原子分数时，合金的耐蚀性出现突然地阶梯式升越。,如：,Cu-,Ni,合金，,Fe-,Cr,合金，,Fe-,Cr-Ni,合金等。,合金的耐蚀性的突然阶梯式升越是合金的腐蚀电位阶梯式升高的必然结果。,Cu-Ni,合金在氨溶液中的稳定性边界,条件：,单相合金或固溶体合金,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.3,单相合金的,n/8,定律,同一合金在不同介质中，其电极电位的稳定性台阶值是不同的。,n/8,定律是大量实验总结出来的规律，尚无确切的理论解释。,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.4,主要合金元素对耐蚀性的影响,1.,铬,-Cr,Cr,是铁基、镍基或钛基合金中的基本合金元素。,Cr,热力学不稳定，但易钝化，并有过钝化倾向。,具备钝化条件时,（介质氧化能力适当）,：,随着,Cr,腐蚀速度,V,corr,不具备钝化条件时,（还原介质或介质氧化能力不足或过高）,：,随着,Cr,腐蚀速度,V,corr,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.4,主要合金元素的影响,2.,镍,-,Ni,热力学稳定：,Ni,Cr,Fe,；,钝化能力：,Cr,Ni,Fe,；,Ni,可增加合金的热力学稳定性，尤其是在还原性介质中；,一般,采用,Cr-Ni,复合合金化；,Ni,促进奥氏体形成，含量大时得到单相,A,型不锈钢；,但是,Ni,，晶间腐蚀倾向。,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.4,主要合金元素的影响,3.,钼,-Mo,促进,Cr,不锈钢、,Cr-Ni,不锈钢、,Ni,合金、,Ti,合金的钝化，且,Mo,量增加,钝化膜厚度增加；,提高耐还原性介质的腐蚀能力；,提高在,Cl,等中的抗孔蚀能力；,Mo,4%,时，可提高抗,SCC,能力,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.4,主要合金元素的影响,4.,铜,-Cu,提高抗大气腐蚀能力；,提高抗耐硫酸腐蚀能力,(,尤其,Cu,、,Mo,复合加入不锈钢中,),；,提高不锈钢抗海水缝隙腐蚀能力。,铜含量对钢的大气腐蚀的影响,金属结构材料的耐蚀性,4,.1,金属耐蚀合金化原理,4.1.4,主要合金元素的影响,5.,硅,-,Si,提高抗,Cl,的,SCC,能力，尤其,Si-Mo,复合加入；,提高,抗孔蚀能力,尤其,Si-Mo,复合加入,；,如,：,00Cr17Ni14Mo2Si3,钢,提高耐浓热硝酸腐蚀能力；,提高合金抗氧化能力；,提高合金抗海水腐蚀能力,(Si,与,Cr,、,Mo,或,Cu,配合加入,),。,Si,是不锈钢、低合金钢、铸铁和镍基合金常用耐蚀合金元素。,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,1.18-8,不锈钢,(,占不锈钢,70%),良好的热塑性冷变形能力和可焊性；,不锈钢,可分为,：普通不锈钢（耐大气腐蚀）、不锈耐酸钢（耐强腐蚀性介质腐蚀）,(1),性能特点,优良的耐蚀性：,在空气水中性溶液和氧化性介质中十分稳定；,在氧化性酸中较较耐蚀，在非氧化性酸中不或不够耐蚀；,非常耐碱腐蚀。,(2),常见局部腐蚀：晶间腐蚀、孔蚀和,SCC,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,18-8,不锈钢耐酸腐蚀能力的比较,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,(3),提高不锈钢耐蚀性的方法,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,（续表）,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,2.,铝及其合金,电位变化：,1.67V(,钝化前,),0.5V(,钝化后,),耐蚀性取决于在给定环境中铝表面保护膜的稳定性：,(1),工业纯铝,中性、近中性水中和大气中：稳定性高,氧化性酸中：十分稳定,非氧化性酸中：不稳定,含卤素离子的中性溶液中：易孔蚀,在碱性溶液中：不稳定,在大多数有机介质中：较稳定,在含硫和硫化物介质中：很稳定,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,种类及耐蚀性,(2),铝合金,耐蚀的铝合金,有,Al-Mn,、,Al-Mn-Mg,、,Al-Mg-Si,和,Al-Mg,四种。,铝合金的腐蚀形态,孔蚀,：,Al-Cu,合金最易发生；,Al-Mn,、,Al-Mg,合金抗孔蚀性较好。,电偶腐蚀,：铝或铝合金铜或铜合金接触时最明显。,铝及其合金因其低温塑性良好，常用于制作深度冷冻设备。,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,3.,钛及钛合金,氧化性介质中,(,包括大气和土壤,),中：,非常耐蚀,中性、近中性水中：,很稳定,氧化性酸中：,稳定,中性和弱酸性的氯化物溶液中：,耐蚀,在海水中：,十分稳定，并耐气蚀和孔蚀,在王水、氯水等中：,耐蚀,在纯的非氧化性酸中：,不耐蚀,非氧化性酸,+,少量氧化剂或高价金属离子液中,:,可钝化,20%NaOH,液中：,耐蚀,；,20%NaOH,高温液中：,不耐蚀,发火反应：无水氧化性介质中，或含水量低,(,2%),，当含氯气或含,NO,2,的硝酸等强氧化剂时。,(,危险！,),。,(1),纯 钛,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,(2),钛合金,分类,耐蚀钛合金：,Ti-Pd,、,Ti-Ni,、,Ti-Mo,、,Ti-Ni-Mo,等,Ti-0.15 Pd,和,Ti-0.2 Pd,耐沸腾,5%,的硫酸和盐酸腐蚀和热盐水缝隙腐蚀；,Ti-15Mo,耐室温下任何浓度的硫酸和盐酸腐蚀；,Ti-30Mo,耐,40%,的沸腾硫酸和盐酸腐蚀。,钛合金常见腐蚀形态,缝隙腐蚀、氢脆、,SCC,注：,钛,密排六方晶格，,钛,体心立方晶格,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.1,依靠钝化获得耐蚀能力的金属,4.,高硅铸铁,含,14.5%,18%Si,的铸铁，依靠硅合金化大大提高钝化能力而耐蚀。,高硅铸铁的塑性和韧性很差！,在氧化性酸和盐溶液中：,耐蚀,在硫酸、磷酸、有机酸和室温盐酸等酸中：,耐蚀,在碱、氢氟酸、氟化物、卤素、亚硫酸等中：,不耐蚀,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.2,可钝化或腐蚀产物稳定的金属,1.,碳钢和铸铁（可钝化或产物稳定）,1),在强氧化性介质中有一定的耐蚀性，可做浓硫酸的生产设备；,2),在,pH,9.5,，,30%NaOH,的碱液中：,耐蚀,3),有氧的水中：,不耐蚀,4),非氧化性介质中：,不耐蚀,5),在大气、土壤、海水中：,不耐蚀,2.,铅与铅合金,（腐蚀产物稳定）,耐硫酸,腐蚀（,浓度低于,80%,的,85,热硫酸、,96%,以下冷硫酸以及硫酸盐溶液），有毒。,相 组 成：,Fe Fe,3,C C,（石墨）,电极电位：,最低 较高 最高,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.3,热力学稳定的耐蚀金属,1.,铜合金分类,贵金属,虽很稳定但价昂而很少用；,半贵金属,铜及其合金因价较廉常使用。,金属结构材料的耐蚀性,4,.2,常用结构材料的耐蚀性,4.2.3,热力学稳定的金属,2.,铜合金耐蚀特性,酸性溶液、非氧化性酸（不充气）中：,稳定,在大气（不含,S,）,、水、海水、中性盐液中：,稳定,含氧化性盐类（,Fe,3+,等）溶液：,不稳定,氧化性介质或含氧酸中：,不稳定,含氧碱（尤其氨水溶液）中：,不稳定,硫化物（含,SO,2,、,H,2,S,等）介质中：,不稳定,黄铜耐空泡腐蚀，常做海水热交换器,3.,黄铜的腐蚀形态,脱锌腐蚀（即晶间腐蚀）：含锌低的黄铜,SCC,（在氨、铵盐、水或水蒸汽中）,金属结构材料的耐蚀性,4,.3,结构材料的选择原则,4.3.1,工艺条件对材料的要求,结构材料是化工机器设备的基础，正确、合理的选材是保证正常发挥机器设备功能的重要环节。,1.,介质特性与温度、压力,1),弄清机器、设备在具体工作条件下对材料的主要要求；,2),掌握各种材料的基本特性；,