第6章 典型金属材料的耐蚀性m.ppt

第6章 典型金属材料的耐腐蚀,,§6－1 铁基耐蚀合金,不锈钢的定义：Cr质量分数大于13％的Fe－Cr合金，在大气条件下不生锈，称为“不锈钢”；在各种侵蚀性较强的介质中，耐腐蚀的Fe－Cr合金称为“耐酸钢”不锈钢之所以在某些环境中耐蚀，是与其钝化性能有关 1）膜的厚度1-3nm； 2）膜的成分：富Cr； 3）膜的结构：尖晶石结构，当Cr>12%，尖晶石结构已不明显，当Cr>19%时，主要为非晶态结构，当Cr>28%时，完全为非晶态组织不锈钢的分类,按组织分类： 奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 奥氏体－铁素体双相钢 铁素体－马氏体双相钢,一、奥氏体不锈钢,定义：具有奥氏体组织的不锈钢称为奥氏体不锈钢 典型牌号：18－8 以18－8型铬镍钢为基体的奥氏体不锈钢，应用最广泛，占奥氏体不锈钢的70％，占全部不锈钢的50％奥氏体不锈钢的耐蚀性取决于Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、C 优点： 1）具有优良的综合机械性能和加工性能，且耐蚀性能也优于其它不锈钢 2）耐大气腐蚀(工业大气、海洋大气腐蚀)，也耐土壤腐蚀； 3）耐氧化性酸腐蚀奥氏体不锈钢,4）Cr-Ni奥氏体不锈钢耐碱蚀性能非常好，其耐碱性能随钢中镍含量升高而增加。

缺点：在含氯化物溶液中不耐应力腐蚀，易发生点蚀和缝隙腐蚀 应用：石油、化工、食品、医疗等行业，例如尿素高压设备全部采用奥氏体不锈钢316L和25-22-2(00Cr25Ni22Mo2N)、医疗器械,,二、铁素体不锈钢,定义：在室温下组织为铁素体的铬不锈钢 典型牌号：0Cr13、Cr17以及Cr25－30的钢 优点：高纯高铬不锈钢具有优异的耐蚀性，特别是具有优异的抗应力腐蚀性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能和优良的耐晶间腐蚀性能 Cr13型铁素体不锈钢：一般在大气、蒸馏水、天然淡水中是稳定的，但在含氯离子的水中容易产生局部腐蚀，在过热蒸汽中具有非常高的稳定性，在稀硝酸中是稳定的，在还原性酸中耐蚀性差常用作耐热钢，用于汽车排气阀等铁素体不锈钢,Cr16－19型： 焊接性比Cr13差，但在氧化性环境中，耐蚀性尚好在非氧化性酸中耐蚀性很差Cr17在高温质量分数不超过60％的硝酸中稳定，因此广泛应用于硝酸工业中如制造吸收塔、热交换器等18Cr2Mo用于制造热水输水管和热水器、与有机酸接触的热交换器以及石油炼制设备 Cr25－28型： 它是铁素体不锈钢中耐酸性和耐热性最好的钢耐硝酸腐蚀，甚至硫酸中含有Fe3＋、Cu2＋等离子时，也具有较高的稳定性。

但在含有氯离子的介质中，耐蚀性明显下降，不耐烧碱溶液腐蚀28Cr2Mo、28Cr4Ni2Mo等可在海水中使用铁素体不锈钢,缺点： 铁素体不锈钢虽比奥氏体不锈钢耐氯化物应力腐蚀，但也产生应力腐蚀，其SCC起源于点蚀和晶间腐蚀三、马氏体不锈钢,定义：是指在室温下具有马氏体组织的铬不锈钢 典型钢种：2Cr13、3Cr13、4Cr13和9Cr18等 耐蚀性：优良的耐全面腐蚀性能，在室温下，在弱有机酸或盐溶液中，以及弱腐蚀性介质中，也有较好的耐蚀性 用途：制造硬度高的耐磨部件或量刃具,四、马氏体－铁素体双相钢,定义：在室温下具有马氏体－铁素体组织的钢 典型钢种：1Cr13 耐蚀性：接近马氏体钢，但其硬度低，塑性和韧性较好，具有良好的焊接性能在含氯离子的介质中，耐点蚀和缝隙腐蚀的性能都不理想 用途：制造弱介质使用的部件如食品、奶制品工业，在室温下，也可用于硝酸和醋酸溶液中作为耐热钢，1Cr13也可用于制造450－550℃下工作的气轮机叶片及锅炉零件五、奥氏体－铁素体双相钢,定义：在室温下具有奥氏体－铁素体组成，两相的比例大体相同 典型钢种：Cr18型（3RE60（00Cr18Ni5Mo3Si2）/18-5）、Cr21型(SAF2205、0Cr21Ni5Ti)、Cr25型(00Cr25Ni5Ti、SUS329J1) 耐蚀性：对晶间腐蚀不敏感；具有优良的耐应力腐蚀与腐蚀疲劳性能；耐点蚀和缝隙腐蚀性能好。

用途：广泛用于海洋、石油石化、尿素、硫酸、磷酸和草酸工业,,奥氏体－铁素体双相钢,§6－2 铜基耐蚀合金,一、纯铜 铜属半贵金属，与平衡氢电极相比具有较正的电位，但和氧电极电位相比又较负所以，在大多数条件下，进行的是阴极吸氧腐蚀当酸、碱中无氧化剂存在时，铜比较耐蚀；当含氧化剂时，铜发生腐蚀 Cu→Cu++e Cu→Cu2++2e 铜的电极电位分别为+0.52V和+0.35V；,纯 铜,1）铜耐大气腐蚀大气中的铜，首先生成Cu2O，然后逐渐形成CuCO3·3Cu(OH)2保护膜； 在工业大气中，生成CuSO4·3Cu(OH)2保护膜；在海洋大气中，形成CuCl2·3Cu(OH)2保护膜 2）铜耐淡水腐蚀 3）铜耐海水腐蚀 腐蚀率约为0.05mm/a,此外，铜离子有毒，避免了海洋生物腐蚀 4）在含氨、氨水离子或CN-等离子的介质中，形成[Cu(NH)3]2+或[Cu(CN)4]2－络合离子，加速铜的腐蚀 4）铜不耐硫化物（如H2S）腐蚀,二、黄铜,定义：黄铜是指铜－锌合金 分类：单相(α)黄铜（Zn<39％） 复相(α+β)黄铜(39-47%Zn) β黄铜(47-50%Zn) 耐蚀性：在大气中腐蚀很慢，在纯净的淡水中腐蚀速度也不大(0.0025mm/a-0.025mm/a),在海水中腐蚀稍快（0.0075mm/a-0.1mm/a）。

黄铜耐冲击腐蚀性能比纯铜好黄 铜,常见腐蚀类型： 1）黄铜脱锌腐蚀 主要破坏形式，特别是在热海水中发生，有时也在淡水或大气环境中发生黄铜在中性溶液中，在供氧不充分情况下，也容易产生脱锌腐蚀 2）黄铜的应力腐蚀开裂－常称“季裂”或“氨脆”黄铜在拉应力条件下，在大气、海水、高温高压水、蒸汽及一切含氨的环境中都可能发生SCC 用途：船用冷凝管黄 铜,三、青铜,定义：指铜－锡合金但是现在也把不含锡的铜铸造合金称为青铜，如铝青铜、铍青铜、砷青铜、硅青铜 锡青铜 分类：三种（含锡5％、8％、10％） 耐蚀性：耐大气和淡水、海水腐蚀、耐冲击腐蚀，不产生SCC和脱“锡”腐蚀 用途：用于制造泵、齿轮、轴承、旋塞等要求耐磨损和腐蚀的零件 铝青铜、硅青铜,§6－3 铝基耐蚀合金,一、纯铝 铝是金属材料中电极电位最低的金属之一在大气和中性溶液中，铝表面能生成一层致密的、牢固附着的氧化物保护膜而使铝表面钝化该膜由Al2O3或Al2O3·nH2O组成在大气中，能生成1nm左右的非晶态氧化膜在潮湿大气中，能生成水化氧化物膜当相对湿度大于80％时，最厚可达0.1-0.2μm膜虽厚了，保护性却下降了纯 铝,铝在pH值为4－8的介质中容易钝化，所以在大气中、中性、近中性的水中非常耐蚀。

但当介质中存在某种阴离子（如Cl-）时，会产生点蚀等局部腐蚀 铝在许多有机酸中耐蚀，特别耐无水醋酸腐蚀，但当含水量大于0.2%及温度大于50℃时，会发生严重的局部腐蚀 铝耐硫和硫化物（如SO2、H2S）腐蚀 当与正电性金属（Cu、Pt、Fe、Ni）及其合金接触，产生电偶腐蚀二、铝合金,铝加入合金元素主要是为了获得较高的力学、物理性能或较好的工艺性能，一般其耐蚀性有所下降 分类： 铸造铝合金：Al－Si（－Mg）合金、Al－Cu合金、Al－Mg合金和Al-Zn合金； 变形铝合金：防锈铝合金、硬铝、超硬铝和锻铝 腐蚀类型： 1）点蚀：是铝合金最常见的腐蚀形态在大气、淡水、海水以及其它一些中性和近中性水溶液中都会发生点蚀铝合金,引起铝合金点蚀应具备以下三个条件： ①水中必须含有能破坏钝化膜的离子如Cl-; ②水中必须含有能抑制全面腐蚀的离子如SO42-、SiO32－或PO43－等； ③水中必须含有能促进阴极反应的氧化剂 防止点蚀的方法有： ①消除介质中产生点蚀的有害成分，如尽可能控制氧化剂，去除溶解氧、氧化性离子或水中的氯离子 ②采用纯铝或耐点蚀性较好的Al－Mn、Al－Mg合金；,铝合金,,,铝合金,2）晶间腐蚀 对于铝合金，热处理不当产生析出相，见表； 通过适当的热处理消除有害相在晶界的连续析出，可消除晶间腐蚀。

铝合金,3）丝状腐蚀 铝合金的丝状腐蚀开始在飞机的漆膜下发现，到了80年代才在建筑业上报道 丝状腐蚀的特征： ①丝状腐蚀在表面涂层的缺陷或破损处开始腐蚀踪迹呈方向不定的线性移动发展 ②腐蚀踪迹一般宽0.1—0.5mm，以大约0.15～0.4mm／d的速度发展 ③腐蚀踪迹彼此不交叉，当两条踪迹的头部相遇时合二而一．当一个头生长遇上另一个身体时，这个头的发展受到抑制或以另一特殊角度偏斜．,铝合金,④头的前沿含有低pH值的溶液，金属呈活性阳极溶解 ⑤丝状腐蚀的发生需要盐类和水，而且只在一个相对湿度范围(65～95％RH)内存在大于95％RH时也不发生丝状腐蚀 ⑥丝状腐蚀发展需要氧在N2或He气氛中不存在腐蚀 ⑦腐蚀踪迹的大小和速度与涂层的种类和物理性能关系不大 措施：进行黄铬化或绿铬化的铬化预处理铝合金,4）SCC 高强铝合金如Al－Cu、Al－Cu－Mg合金、Al－Zn－Mg、Al－Mg(>5%)合金容易产生晶间应力腐蚀，因为与晶间腐蚀有关 措施： ①热处理消除应力 ②加入微量Mn、Cr、V、Zr和Mo等元素，改善抗SCC性能 ③喷丸处理，改善表面应力状态 ④表面包覆，涂层保护,铝合金,5）电偶腐蚀 铝合金与大多数金属接触都会产生电偶腐蚀。

铝合金阳极氧化,(a),(a),(c),§6－4 镍基耐蚀合金,一、纯镍 镍的标准电极电位为－0.25V，在电位序中较负从热力学上看，它在稀的非氧化性酸中应进行析氢腐蚀而实际上，其析氢速度极其缓慢它在非氧化性酸中稳定若酸中存在氧，虽然阳极反应不受影响，却大大提高了腐蚀电池的起始电动势，腐蚀速度显著增大 镍的氧化物溶于酸而不溶于碱，所以它的耐蚀性随溶液pH值的升高而增大，镍及其合金转入钝态而趋于稳定纯 镍,镍在干燥和潮湿大气中都耐蚀可以制造硬币 在含有SO2的大气中不耐蚀，因为此时在晶界生成硫化物，会发生晶间腐蚀开裂 镍在非氧化性的稀酸（如盐酸）中在室温下相当稳定 镍的突出特点是在所有的碱类溶液中，不论是高温或熔融的碱中都完全稳定因此，镍是制造熔碱的优良材料之一二、镍基耐蚀合金,（一）合金元素对耐蚀性能的影响 （二）Ni-Cu合金 Ni、Cu可以形成无限固溶体，当镍小于50％时，其腐蚀性能接近于铜；当镍大于50％时，其腐蚀性能接近镍 典型型号：蒙乃尔（Monel）合金（Ni70Cu28） 耐蚀性：兼有镍和铜的优点，在还原性介质中较纯镍耐蚀，在氧化性介质中较纯铜耐蚀一般对卤素元素、中性水溶液、一定温度和浓度的苛性碱溶液，以及中等温度的稀盐酸、硫酸、磷酸都是耐蚀的。

在各种浓度和温度的氢氟酸中特别耐蚀，其性能仅此于铂和银镍基耐蚀合金,（三）Ni-Mo合金镍钼能形成一系列固溶体Ni-Mo合金具有很好的力学及耐蚀性能. 耐蚀性：耐盐酸和硫酸，但含氧化剂时，腐蚀加剧耐所有浓度、温度的磷酸，不耐硝酸腐蚀 典型牌号：Ni60Mo19Fe20（Hastelloy A）0Ni65Mo28Fe5V（HastelloyB）、00Ni70Mo28（HastelloyB-2）Ni60Cr16Mo16W4（HastelloyC）及0Ni25Cr7Mo16（HastelloyN） HastelloyC合金室温耐所有浓度的盐酸和氢氟酸腐蚀、在王水中，也具有一定耐蚀性 HastelloyN 是一种耐高温氟化物熔盐腐蚀、高强度、抗辐照、易焊接、可变形的低铬Ni－Cr－Mo合金,镍基耐蚀合金,（四）Ni-Cr合金 典型牌号：因科镍尔合金0Cr15Ni75Fe（Inconel600） 在高温下具有很高的力学性能和抗氧化性能，用作燃气机的叶片 用途：制造核动力工程的蒸发器管束。