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第4章 金属材料的耐蚀性

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中职机械基础工程材料章节重点内容

中职机械基础工程材料章节重点内容

第四章工程材料第一节金属材料的性能1.金属材料包括黑色金属和有色金属两大类，2.材料有金属材料与非金属材料两大类，金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。

3.使用性能指的是材料在使用过程中所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。

4.工艺性能指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下所表现出来的性能。

5.力学性能指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。

6.在外力作用下，金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。

7.材料不能恢复的变形称为塑性变形，产生永久变形而不断裂的能力称为塑性。

8.硬度是固体材料对外界物体机械作用的局部抵抗能力，硬度是反应材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。

9.金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性，用A k表示，单位是J，A k低的叫做脆性材料，A k高的叫做韧性材料。

10.疲劳强度指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力，实验时规定，钢经受107次，有色金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂的最大应力。

11.常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

布氏硬度硬度（以球形压头压入，测量压痕直径，计算得到硬度值）、洛氏硬度（测量压痕深度，得到硬度值）和维氏硬度（测量对角线的长度，得到硬度值）。

12.硬度高的材料强度高，耐磨性好，切削性能较差。

13.材料的硬度过高或者过低，韧性过大其切削加工性较差，硬度在150~250HBS时有较好切削加工性。

第二节黑色金属材料1.常用的黑色金属材料有钢和铸铁两种，我们把碳的质量分数在0.02-2.11%的铁碳合金叫做钢，铸铁是碳质量分数在2.11-6.69%的铁碳合金。

2.中碳钢碳的质量分数在0.25-0.60%，中合金钢合金元素质量分数在5~10%。

3.普通钢中，硫质量分数ωs≤0.05%，磷质量分数ωP≤0.045%；优质钢中，硫磷质量分数ωP、ωs一般均小于≤0.04%；高级优质钢中，硫质量分数ωs≤0.03%，磷质量分数ωP≤0.035%，高级优质钢通常在钢号后面加符号“A”或者中文汉字“高”。

金属腐蚀理论总复习题

金属腐蚀理论总复习题

金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题第一章 绪论 思考题1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。

答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。

耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。

腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。

2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？答:⑴金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。

⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （p V ）V P =t h ∆=8.76d -V △h 是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V -代表失重腐蚀速度； t 是腐蚀时间，单位y ；d 是金属材料的密度；V P 所以的单位是mm/y 。

失重：失重腐蚀速度(-V )-V = StW -∆=St W W 10- W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g ；S 代表试样暴露的表面积，单位m 2； t 代表腐蚀的时间，单位h 。

计算题计算题1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp ，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。

表1解：由题意得：（1）对碳钢在30%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001=0.4694 g/㎡∙h又d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y(25℃)中有：对铝在30%HNO3Vˉ=△Wˉ铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6=0.3391g/㎡∙h/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/cm3d=m铝说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀( 25℃)有：（2）对不锈钢在20%HNO3表面积S=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2∙h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y对铝有：表面积S=2π×0.022＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2∙h试样体积为：V=π×22×0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85℃)时有：对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。

碳钢与低合金钢的腐蚀性能

碳钢与低合金钢的腐蚀性能
（形成化合物，共晶体）
5、P：
常用金属材料的耐蚀性
对腐蚀的影响因环境而异。 在酸性溶液中与硫一样是有害的（磷化物存在）； 改善在大气、海水中的耐蚀性。
注：磷严重降低钢的韧性，因此，一般不会用提高磷来提高耐蚀性
常用金属材料的耐蚀性
5.2.2夹杂物对腐蚀的影响：
各类夹杂物都将严重恶化钢的耐蚀性。 原因：夹杂物破坏了钢的连续性和均匀性，增加钢的微电池对。
常用金属材料的耐蚀性 （2）工业大气（存在一定工业污染的大气）：
影响腐蚀的主要因素：污染成分和含量（主要有SO2，H2S。 CO2，NO2，NO及HCl等）以及水分。
造成腐蚀的主要原因是形成酸性电解质。钢在工业大气中的腐 蚀速度要比在乡村大气高1-2倍。
常用金属材料的耐蚀性 （3）海洋大气：
钢在海洋大气中的腐蚀比前两种情况严重得多
常用金属材料的耐蚀性
第5章 碳钢与低合金钢的腐蚀性能
在钢材的总产量中碳钢占85%左右,低合金钢约占据10%,是结 构材料中的重要材料。碳钢指碳含量小于1.7%的铁碳合金。
一般说来,碳钢在各种环境中的耐蚀性较差,不属于耐蚀材料。 但是，由于其用途较为广泛，了解碳钢在各种环境中的腐蚀行为， 对钢材的正确选用和防护，提高使用的经济效益无疑是非常重要的。
3、 按用途分：
结构钢 工具钢 不锈钢 弹簧钢
常用金属材料的耐蚀性 耐热钢 高锰钢 锅炉用钢 造船用钢
常用金属材料的耐蚀性
5.1.2低合金钢的发展和种类
1、发展
低合金钢在19世纪70年代在工业上开始应用,但发展缓慢,直到 上世纪50年代后期，由于科学技术及工业进步,对低合金钢的需要 量不断增加,才促使它迅速发展起来,成为钢铁材料的一大支柱。
主要夹杂物：FeS，（MnFe）S，MnS

第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜

第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜
弹性-不均匀塑性（屈服平台）-均匀塑性型
幻灯片20
(1)纯弹性型
A陶瓷、岩石、大多数玻璃
B高度交联的聚合物
C以及一些低温下的金属材料。
(2)弹性-均匀塑性型
A许多金属及合金、
B部分陶瓷
C非晶态高聚物。
(3)弹性-不均匀塑性型
A低温和高应变速率下的面心立方金属，
B某些含碳原子的体心立方铁合金
C以及铝合金低溶质固溶体。
K=σ/(ΔV/V)=6.89Mpa/[1-0.9883]=193.7Mpa
E=σ/ε=516.8Kpa/2.1%=24.6Mpa
ν=0.5(1-E/3K)=0.48
幻灯片36
金属晶体、离子晶体、共价晶体等的变形通常表现为普弹性，主要的特点是：
A应变在应力作用下瞬时产生，
B应力去除后瞬时消失，
C服从虎克定律。
比例极限
弹性变形时应力与应变严格成正比关系的上限应力
p = F p / S 0
条件比例极限
tan’/tan=150%
p50
代表材料对极微量塑性变形的抗力
切线
幻灯片45
（条件）弹性极限最大弹性变形时的应力值。
弹性比功弹性应变能密度。材料吸收变形功而又不发生
永久变形的能力W=/2=2/2E
残留变形时的应力
高分子材料通常表现为高弹性和粘弹性
幻灯片37
幻灯片38
2.有机聚合物的弹性、粘弹性
Elasticity and Visco-elasticity of Polymers
⑴高弹性，即橡胶弹性(rubberlike elasticity)
①弹性模量小、形变大。
A一般材料，如铜、钢等，形
变量最大为1左右，

第5章 材料的耐蚀性

第5章 材料的耐蚀性

二、铸铁的耐蚀性及应用
通常铸铁是不耐腐蚀的，但是铸铁有良好的流动性，能铸成 形状复杂的部件，而且还具有优良的加工性能和力学性能，因 此在工程中获得了极广泛的应用。 为了提高铸铁的耐蚀性，在铸铁中加入各种合金元素如Si, Ni,Cr,Al等。生产出了各类耐蚀合金铸铁。
1、高Si铸铁
在铸铁中加入14％一18％Si便有优良的耐酸性能，它对热硫酸、 室温盐酸、浓硝酸、磷酸、有机酸等都有良好的耐蚀性。这是由
下，由活化态转为钝化态而耐蚀。 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H3PO4溶液中，Mo在HCl中
些环境中耐蚀，是与其钝化性能有关。
不锈钢钝化膜具有如下特点：

膜很薄，厚度在1-3 nm； 膜中的成分中富含Cr；

膜的结构为尖晶石结构， w(Cr)>12%时，尖晶石结构已不明 显， w(Cr)>19%时，主要为非晶态结构， w(Cr)>28%时，完 全为非晶态组织。
按不锈钢组织结构可分为以下五种：
硝酸腐蚀的能力。但是钢中含硅量不宜过高，
否则会显否降低钢的加工性能。 碳：碳是钢中重要组成元素，是奥氏体形成元素，但在钢中碳 含量增多会形成碳化物，因而提高了钢对晶间腐蚀的敏 感性。 氮: 也是奥氏体形成元素，在钢中加入氮在一定程度上可提高 钢的耐蚀性，但氮在钢中能形成氮化物，易产生点蚀。
Fe-Cr合金腐蚀速度与含Cr量关系
Fe-Cr合金中，只有当Cr的 加入量超过12.5％时，合金

第四章钝化

第四章钝化

Fe、Ni、Cr、Mo、Al等在稀硫酸中均可发 生因阳极极化引起的钝化
钝化的定义
钝化就是指热力学不稳定的金属或合金由于阳极过 程受阻而引起金属腐蚀速度下降的现象。（或由于 阳极过程受阻而引起金属耐蚀性提高的现象。） 钝化是金属表面状态的突变，金属的本质没有变化 金属钝化后所处的状态称作钝态(Passive State) ，而 钝态金属所具有的性质称之为钝性。
EF与致钝电位EPP的关系： 二者很接近，但并不相同。两者之间可相差百分 之几伏，所以有时可把EPP近似地看作EF 因为： ①EF是钝化膜活化的电位，而EPP是产生钝化的电位； ②EF是在断电后测得的，而EPP是在通电下测得的，故 包含有钝化膜的电阻降和膜孔隙中溶液的浓度极化。
2）破裂电位Eb、保护电位EP及亚稳孔出现电位Em
过钝化区：金属 高价离子溶解， 钝化膜破坏，及 析氧反应 钝化区：形成钝化 膜电位维持在钝化 区可保护金属—— 电化学阳极保护
活化区：阳极金属 溶解（低价离子）
E Etp
•四个特性区 • 四个特性区 • 四个特性电位： • 四个特性电位 过钝化区 E0、 Epp、Ep、Etp • 两个特性电流：
4.2金属钝化的特性曲线
图4-3 可钝化金属的典型阳极极化曲线
A～B区：活性溶解区。金 属处于活性溶解状态，按 正常的阳极溶解规律溶 解，溶解速度受活化极化 控制。金属以低价的形式 溶解为水化离子。 M → Mn+ + ne E↑，i↑,基本服从Tafel规 律。 对于铁来说，即为： Fe → Fe2+ + 2e
C点：对应的电位称E维；电流i维 D点：过钝化电位Etp
D～E区：过钝化区 (Transpassive Potential) 。 电流再次随电极电位的升高而 增加，这是由于氧化膜进一步 氧化生成更高价的可溶性氧化 物。钝化膜被破坏，腐蚀重新 加剧。 E↑ ， i ↑ M203+4H20→M20-7+8H++6e 如不锈钢中的六价铬离子的形 成即属此情况，它是由于钝化 膜被破坏，因而使金属的溶解 速度上升。

常用金属材料中各种化学成分对性能的影响 (2)

常用金属材料中各种化学成分对性能的影响．生铁：生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。

这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。

石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。

硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。

在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。

磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。

然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。

硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。

铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。

2．钢：2．1元素在钢中的作用2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。

这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。

这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。

1）硫硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。

它是钢中的一种有害元素。

硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。

2.1金属材料(练习)(原卷版+解析)

浙教版九年级上册第二章第一节金属材料【同步练习】一、选择题1．铁画具有较高的欣赏价值，它是由低碳钢等材料经锻打、焊接、酸洗、上漆等多道工艺制成。

下列关于铁画的叙述不正确的是()A．给铁画喷漆既美观又可以防锈蚀B．铁画上的铁锈可用稀盐酸擦洗掉C．铁画可以长期悬挂在潮湿环境中D．低碳钢为铁合金，但硬度比铁大2．小明将纸条分别紧紧卷在木棒和铁棒上，加热纸条（如图），木捧上的纸条立即燃烧，而铁棒上的纸条不会立即燃烧。

据此推测木棒和铁棒具有不同的（）A．密度B．导热性C．硬度D．延展性3．下列生活用品中用金属材料制作而成的是（）A．陶瓷杯B．不锈钢碗C．塑料盆D．玻璃茶壶4．下图是近日发行的纪念币是中国人民银行发行的是具有特定纪念主题限量发行的人民币，纪念币材质为多种贵金属包钢铸造，属于金属合金，从物质分类角度看，纪念币属于（）A．单质B．化合物C．混合物D．氧化物5．如图是一种家用电水壶，其中所有材料属于合金的是（）A．不锈钢外壳B．酚醛塑料手柄C．纯铜导线D．聚氯乙烯线套6．下列生活用品中，主要利用金属材料的导热性的是（）A．塑料脸盆B．烧菜铁锅C．导线铜丝D．玻璃茶壶7．合金和金属在生活中广泛应用，下列说法不正确的是（）A．硬币镀镍或镀铜能提高耐腐蚀性液体B．铝常常用于户外输电线，是因为铝的化学性质不活泼C．不锈钢是通过改变金属内部结构来提高抗腐蚀和抗氧化能力D．钛合金与人体有良好的“相容性”在医疗上可用于制造人骨替代品8．2020年11月11日，中国的深海潜航器奋斗者号成功坐底10909米，创造了一项世界纪录。

奋斗者号的成功，说明我国在钛合金材料的制造上有了较大突破。

从物质分类角度判断，钛合金属于（）A．金属B．非金属C．氧化物D．混合物9．记忆合金可在一定温度下拉成矫形弓丝，用以牙齿矫形，这主要利用了该合金的（）A．导热性B．延展性C．还原性D．导电性10．工业生产中常将两种金属在同一容器中加热使其熔化，冷凝后得到具有金属特性的熔融物——合金。

第四章-金属钝化

两种理论的差异涉及到钝化的定义和成相膜、吸 附膜的定义，许多实验事实与所用体系、实验方 法、试验条件有关
尽管成相膜理论和吸附理论对金属钝化原因的看 法不同，但有两点是很重要的
✓ 已钝化的金属表面确实存在成相的固体产物膜，多数是 氧化物膜
✓ 氧原子在金属表面的吸附可能是钝化过程的第一步骤
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两个特征电流密度
ip、 imax
金属在整个阳极过程中，由于电极电位所处范围不 同，电极反应不同，腐蚀速度也不一样
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4.3 金属的钝化过程
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1. 氧化剂的氧化能力对金属的钝化行为的影响
f
Ept
e IV
d
c
III
Epp
a
b II
I
ip
易钝化金属在氧化能力不同的介质中钝化行为示意图
加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使Ep和ip降 低
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(2)影响阴极极化曲线
使真实阴极极化曲线向上、向右移动 使阴极反应在金属表面上更容易进行。比如铬镍
不锈钢在稀硫酸中不能钝化，加入低氢过电位合 金元素Pt，能够钝化 增加溶液的氧化性，增大总的阴极电流密度。如 加入强氧化剂(铬酸盐，硝酸盐，亚硝酸盐等)、 通氧或增大溶解氧浓度
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EF愈正，表明金属丧失钝态的可能性愈大；反之， 则容易保持钝态
EF与溶液的pH值之间存在线形关系 EF =EF0- 0.0591PH
（EF0为标准状态下的Flade电位）
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4.4 金属的自钝化过程
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金属及非金属材料耐腐蚀性能分析


非氧化 性盐
氧化性 盐
中性盐 酸性盐 碱性盐
中性盐 酸性盐
表 4-1 无机盐溶液的腐蚀特性
种类
腐蚀阴极反
腐蚀特性
应
NaCl、KCl、Na2SO4、 K2SO4 、LiCl
NH4Cl、(NH4)2SO4、 MgCl2、MnCl2、FeCl2、
氧去极化
氢去极化＋ 氧去极化
腐蚀性随氧浓度 增大而增大
腐蚀性接近相同 pH 值的酸溶液
延长使用寿命最基本、最重要的环节。
纯金属耐腐蚀的原因可以归结于以下三个方面：一是由于自身的热力学稳定性而
耐蚀；二是由于钝化而耐蚀；三是由于形成有保护作用的腐蚀产物膜而耐蚀。工程材料
绝大多数是合金，合金的耐蚀性仍然决定于上述三方面的因素。加入适当的合金化元素，
可以进一步提高材料的热力学稳定性，或提高材料钝化能力及形成表面保护膜的能力，
Ee=Eo+RTlnαMn+／nf
(4-3)
Ee’=Eo’－ RTlnαO/nF
(4-4)
共轭反应式（4-1）和式（4-2）发生的热力学条件是去极化剂O的还原反应的平衡
电位E／e高于金属M的氧化反应的平衡电位Ee，二者差值越大，腐蚀反应的热力学倾向就
1
越大。金属在水溶液中发生腐蚀时，大多数情况下去极化剂是溶液中的氢离子或氧，阴
4.3 耐腐蚀材料的选用 4．3．1 腐蚀环境调查 腐蚀环境的主要特征参数包括介质组成、温度、流速、压力、固体颗粒种类与含量、
介质循环量、介质组成的变化、气液界面状况、蒸发与浓缩条件等，其中最重要参数是 介质组成和温度。
（1）介质组成 介质组成决定其氧化性或还原性、酸碱性，除了要搞清楚介质 的主要成分以外，还必须了解主要侵蚀性杂质的种类与含量。例如：微量的氯、氟离子 即可破坏钝化，重金属离子会加速腐蚀，氧和氧化剂的存在能促进可钝化金属发生钝化； 也可能加 速非钝化金属的腐蚀。在有机介质中，水含量和介质导电性对腐蚀也有重要影响。
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操作压力：常压、负压、中压、高压、超高压。应 弄清工作中压力的变化规律，通常压力越高，要求材 料强度和耐蚀性能也越高。设备衬里时，应考虑载荷 是否变化频繁，及负压的程度。
2.工艺条件的要求
这一点在医药、食品及石油化工中要求极为严格。 因为这些过程中必须防止产品的污染。 3.设备的功能与结构 不同功能的设备对材料要求也不相同。 如:换热器的换热管，选材时应考虑到耐介质腐蚀、良 好的导热性能及一定的强度。
铅是有毒的金属。
23
三、依靠自身热力学稳定耐蚀的金属
这类金属主要有：Au、Ag、Pt、Cu等。 Au、Ag、Pt 由于价格昂贵，无法在工程上应用。而铜在工业上有一定 的应用。 由于铜电位较高，在酸中不发生析氢腐蚀。 铜耐大气、水、海水及中性盐液腐蚀，但在氧化性盐及 铬酸盐中腐蚀很快。 在含氧碱液中，氨液中腐蚀严重----[Cu(NH3)4]2+ 不耐硫化物腐蚀。 铜具有良好的低温强度和塑性，用于深冷设备。 黄铜耐空泡腐蚀性能好，常用于海水换热器。黄铜易发 生选择性腐蚀。 24
当介质具有一定的氧化能力时，铬可钝化，合金的耐蚀性 随铬含量提高而增强。 在还原性介质及氧化能力弱的介质中，随合金中铬量增高
腐蚀速度反而加大。
铬的钝化环境是不含卤素的氧化性介质。作为添加 元素，它可将这种性质带入合金。如18-8不锈钢。
11
2.
Ni
镍也是热力学不够稳定金属，但强于铬和铁。其 钝化倾向强于铁但弱于铬。
Fe-Ni合金在H2SO4、HCl、HNO3中的腐蚀速率随含 量增加而减小。 显然，这不是镍的钝化作用 ，而是镍使合金的热 力学稳定性大大增强，由于镍的稳定性强于铁。这样 的耐蚀作用，对氧化性和还原性介质都有效。 Ni 实际上常与 Cr 配合使用加入 Fe 中，得到不锈钢， 使不锈钢综合了 Cr 的良好钝化特性和 Ni 的对还原介 质的耐蚀性。
加入易钝化的金属
工程上广泛采用的是碳钢及铁基合金，为提高耐 蚀性，往往向其中加入易钝化元素，Al、Ni、Cr等提 高合金整体钝化性能。如，向铁中加入18%左右的Cr， 8%左右的Ni制得不锈钢。 加入阴极合金促进阳极钝化 对于可钝化材料，加入强阴极性元素，由于阴极 反应过程加剧，促使腐蚀电流增大，随着电流不断增 大，阳极不断极化，电位变正进入钝化区，阳极出现 钝化现象，其腐蚀电流急剧下降，达到防腐目的。这 种方法极具前途。
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在水及充气水中，仅能形成疏松腐蚀产物层，连续 腐蚀。
大气、土壤、海水及非氧化性介质中耐蚀性很差。
2.铅及铅合金
铅在80%以下的热硫酸（< 85℃）和96%以下的冷硫 酸及硫酸盐液中具有较高的耐蚀能力。所产生的产物 PbSO4 溶解度极低，保护性很好。 铅在碱以及硝酸、醋酸中不耐蚀。 纯铅一般作为设备的衬里。铅锑合金常用来制作输 送硫酸的泵、管及阀等。
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4.使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜
加一些元素使合金表面生成致密的腐蚀产物膜，
增大电阻，阻碍腐蚀过程的进行。如：钢中加入Cu、
P，促进生成非晶态羟基氧化铁FeOx· (OH)3-2x。 三、单项合金的n/8定律 此定律是塔曼在研究单项合金的耐蚀性时，发现 其耐蚀能力与固溶体成分之间存在一种特殊关系：n/8 定律。
18-8钢对碱具有较好的耐蚀性：Ni 起作用
18-8钢在腐蚀性介质中，常发生的腐蚀型式：
在450℃~850℃敏化温度区，在焊接影响区易发生晶间腐蚀。
在含有卤素离子的盐液中，尤其是Cl -，最易发生孔蚀。 应力腐蚀的主要环境是高浓度氯化物、硫化物溶液、浓热碱液及高
温高压水。
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2. 铝及铝合金
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二、金属耐蚀合金化的途径
若材料耐腐蚀，则其腐蚀速度应降低，从腐蚀电 化学角度讲，应降低电池的初始电动势或提高反应阻 力（PK+PA+R）。 1.提高金属的热力学稳定性
向纯金属中加入热力学稳定性高的合金元素，提 高合金的电极电位，进而提高合金整体的耐蚀性。通 常加入的金属为：Cu、Au、Ni 等贵金属。 2.减弱合金的阴极活性
在碳钢中只需加入少量 Cu 即可达到目的：0.1%~0.2% 铜钢形成的钝化膜易被活性阴离子Cl -破坏。
不锈钢加铜可耐腐蚀，由于 Cu 提高了合金的热力学 稳定性。还可以减弱不锈钢在海水中的缝隙腐蚀，这 是因为钝化电流ip减小的缘故。
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第二节
钝化而耐蚀
常用结构材料的耐蚀性
获得耐蚀能力的三条途径：
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铝的强度低，常加入Cu、Mg、Mn、Si 等使铝强化。 纯铝耐孔蚀，加入Mg、Mn 后耐孔蚀性能也较好。
当铝及铝合金与其它金属偶接时，常会加快自身腐
蚀，必须防护。
铝导热系数高，具有良好的低温塑性，常用于深冷
设备。
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3. 钛与钛合金
钛也是热力学不稳定金属。其钝化能力极强，钝 化区范围也更大。
钛及钛合金常常发生氢脆。因钛易吸收氢、氧、氮尤 其是氢。 钛与钛合金在发烟硝酸、N2O4、醇系有机溶剂、高 温氯化物、盐酸等环境下，会发生应力腐蚀。 4.高硅铸铁 含 Si 14.5%~18%的铁碳合金为高硅铸铁。靠Si合金 化获得钝化能力，保护膜，所以耐酸及盐的腐蚀。但不 耐碱和含有卤素离子的腐蚀介质。
/ H 2
2
0.414V ( pH 7 ) 0V

/H

( pH 0 )
2
/ OH
0.805V( pH 7 )
2
2.金属的钝化
某些金属在一定条件下，可发生钝化而耐蚀，常
见的有：Ti、Nb、Al、Cr、Mo、Mg、Ni、Fe等。钝
化环境为：一般为氧化性介质，但不含有卤素离子。 这些金属往往是合金添加元素。 3.腐蚀产物膜的保护性 除钝化外，有些金属还会形成腐蚀产物膜这类机 械钝化膜。
第四章 金属材料的耐蚀性
主要内容
掌握金属耐蚀合金化的途径、单相合金的n/8定律 掌握一些主要合金元素对耐蚀性的影响 了解常用结构材料的耐蚀性及选材原则
1
第一节
金属耐蚀合金化原理
一、纯金属的耐蚀特性
1.金属热力学稳定性
纯金属的热力学稳定性，可按标准电位值来判断。
EH 标准状态下 EH EO
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加入 Ni 获得不锈钢的主要目的是获得奥氏体组织， 保证材料具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、 低温韧性等。
Ni 的含量增加，同时也会增大不锈钢的晶间腐蚀倾 向，所以应合理控制 Ni 的含量。 3. Mo Mo能促进Cr不锈钢、Cr-Ni不锈钢、Ti基合金、Ni 基合金的钝化。是这些钢中的重要添加元素。
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塔曼（Gustav Tammann，1861～1938） 德国化学家、金属物理学家。在无机化学、物 理化学和金属学等方面都有成就。首先他提出玻璃 为过冷液体的原理。对晶核生成和晶体的生成方面 曾发表过系统的论述，并确定晶核数目和晶核生长 速度以及与过冷度之间的关系。此外他对合金的相 平衡及溶液的蒸气压等方面也作了深入的研究。
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二、可钝化或腐蚀产物稳定的金属
1.碳钢与铸铁 二者均为多项合金，包括铁素体、渗碳体和石墨。 铁是热力学不稳定元素，一定条件下可钝化，但也易 过钝化。 碳钢和铸铁在强氧化性介质中，如：浓HNO3、浓 H2SO4等，具有钝化特性而耐腐蚀。所以与浓硫酸接触 的设备常用碳钢和铸铁制作。但90%的硝酸可使碳钢 与铸铁过钝化。 在pH值>9.5、30%以下的碱液中耐蚀。金属表面形 成紧密的Fe(OH)2、Fe(OH) 3保护层。
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腐蚀速度/（g/m2·h）
0.4
0.3 0.2 0.1
典型例子 Cu-Ni合金在氨溶 液中的耐蚀性
0
25
50
75 Ni %
n/8定律：在给定介质中一种耐蚀组元和另一种不 耐蚀组元组成的固溶体合金，其中耐蚀组元的含量等 于12.5%、25%、37.5%、50% .......的原子分数，即 1/8、2/8、3/8……n/8时，合金的耐蚀性将出现突然 的阶梯式升高，合金的电位也随之升高。其中n称为稳 定性台阶。 9
注意：
n/8定律并非通用定律，不是所有固溶体合 金在任何介质中都服从n/8定律。 n/8定律也适用于多元系统的固溶体合金。 定律是基于大量实验数据提出的，尚无合理 的理论解释。
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四、一些主要合金元素对耐蚀性的影响
1. Cr 铬是热力学不稳定、容易钝化的金属。当加入铁基 合金后，会在很大程度上表现出铬的耐腐蚀性。
表面形成不溶性腐蚀产物膜而耐蚀 材料本身热力学性质稳定而耐蚀 一、依靠钝化而耐腐蚀 1. 18-8不锈钢 18-8钢主要指含Cr 18%、Ni 8%~9%的一类钢。 由于具有优良的耐蚀性、良好的热塑性、冷变形能力 和可焊性，因此应用非常广。
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18-8不锈钢中 Cr 是合金获得钝性的主要钝化元素 18-8钢在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中 十分稳定 18-8钢在酸性溶液中的耐蚀性视氧化性及非氧化性 及温度而异
在Cr-Ni 不锈钢中 Si 含量高耐热浓HNO3腐蚀。这是 由于可形成含 Si、Cr、O 的表面膜的缘故。
提高低合金钢中的 Si 含量对钢的耐海水腐蚀性能有 14 利。
5.
Cu
是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常见的 耐蚀合金元素之一。
铜耐纯净大气腐蚀，铜在低合金钢大气腐蚀过程中 起着活性阴极的作用，在一定条件下可促使钢产生阳 极极化，从而降低腐蚀速率。
第三节 选材原则
一、设备选材应满足工况要求
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.介质特性与温度、压力
介质特性包括：相态、组成、浓度、氧化性与还原 性、流态与流速等。应特别注意介质中Cl -的含量。选 材考虑介质的特性主要针对腐蚀性。 操作温度：温度的变化对材料性能影响很大。随温 度升高，材料腐蚀速度加快，强度降低，塑性和韧性 提高。高温下，材料必须具有足够的蠕变极限和抗氧 化性能。低温下，材料应具有良好的低温冲击韧性， 并注意冷脆问题。