金属及非金属材料耐腐蚀性能分析.

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比较稳定的材料，在海水、盐溶液和中等腐蚀性的非氧化介质中有良好耐蚀性；镍铜合 金（蒙乃尔合金），镍钼铁合金（哈氏合金 B）等稳定性更高，有很强的耐还原性酸腐 蚀的能力，但仍然不耐强氧化性介质腐蚀。贵金属钽，铂，金是稳定性最高的金属材料。
4.1.2 金属的钝化 很多金属材料自身的热力学稳定性并不高，但在腐蚀介质中表面能够形成钝化膜 而使耐蚀性大大提高。常用的可钝化金属材料有镁与镁合金，铝与铝合金，不锈钢，钛 与钛合金，锆合金等，其中用量最大的是奥氏体不锈钢。根据含铬量的多少，奥氏体不 锈钢可以分为三个等级：18Cr-8Ni 型不锈钢（304 型）、18Cr-12Ni-2Mo 型不锈钢（316 型）和 20Cr-25Ni-4.5Mo-Cu 型。含铬量越高，钝化能力越好，耐腐蚀性越强。后两种类 型不锈钢中由于 Ni、Mo、Cu 等元素含量增多，耐非氧化性介质和氯离子腐蚀的能力也 有所提高。 金属的钝化发生在氧化性或含氧介质中，在非氧化性或还原性介质中由于钝化膜 不稳定，耐蚀性不佳。当介质中含有能破坏钝化膜的卤离子时，耐蚀性也会大大降低。 4.1.3 金属表面的腐蚀产物膜 有些金属材料不能够钝化，但在腐蚀介质中表面能够形成致密的腐蚀产物薄膜层， 从而阻碍进一步的腐蚀。例如铅在稀硫酸溶液中，铁在磷酸溶液中，钼在盐酸溶液中， 镁在氢氟酸或碱液中，锌在大气中等。这类材料在特定环境中通常有较好耐蚀性，但如 果介质条件改变，表面不能维持保护性良好的腐蚀产物膜层，耐蚀性就会明显降低。
极反应为
H++e≒1/2H2
(4-5)
或O2+2H2O+4e≒4OH－
(4-6)
根据式（4-4）可以得到上述二反应的平衡电位随溶液 pH 值变化的关系，在每条
平衡线上方，反应沿氧化方向进行，在平衡线下方，反应沿还原方向进行。因此，如果
某种金属氧化反应的平衡电位位于吸氧反应（或析氢反应）平衡线下方，就可以发生金
从而大大地提高材料的耐蚀性。
4.1.1 金属的热力学稳定性
金属在水溶液中的腐蚀反应是由金属氧化为金属离子和溶液中去极化剂还原这一
对共轭电化学反应构成的，即：
M≒Mn++ne （O 和 R 分别代表去极化剂的氧化态和还原态。上述两反应的倾向性由有关
物质的化学位决定，根据化学位可以导出反应的平衡电极电位为
（1）不稳定类金属 标准电位低于－0.414Ｖ。这类金属在中性水中就能发生析氢或吸氧腐蚀，包括 Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Ba, Al, Ti, Zr, V, Mn, Nb, Cr, Zn, Fe 等。 （2）不够稳定类金属 标准电位在－0.414～0V 之间。这类金属在中性水中不会发生析氢腐蚀，当溶液含 氧时会发生吸氧腐蚀，在酸性溶液中则会发生析氢腐蚀，包括 Cd、 In、Tl、 Co,、Ni、 Mo、 Sn、Pb。 （3）较稳定类金属 标准电位位于 0～0.815V 之间。这类金属在不含氧的中性和酸性溶液中都不能腐 蚀，只是在含氧溶液中会发生吸氧腐蚀，包括 Bi、 Sb、 As、 Cu、 Rh、 Hg、 Ag 等。 （4）稳定类金属 标准电位高于＋0.815V。这类金属在含氧的中性水中也不会腐蚀，仅在含氧酸性 溶液中有可能腐蚀，包括 Pd、 Ir、 Pt、 Au、 Ta 等。 工程用的金属材料绝大多数是合金，固溶体合金的电极电位一般位于其组成金属 的电极电位之间。因此，在电位较负的金属中加入电位较正的金属进行合金化后，合金 的热力学稳定性将介于两组成金属之间。 耐腐蚀性主要取决于材料自身热力学稳定性的常用金属材料有铸铁、碳钢和普通 低合金钢、铜与铜合金、镍与镍合金等。铸铁和碳钢耐蚀性较差；铜、铜合金及镍属于
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
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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
4.2 腐蚀介质的类别 腐蚀介质种类繁多，腐蚀性差别很大，常见的材料服役环境有大气、土壤、水环
境与海水、酸、碱、盐溶液和有机化合物等几大类。 4．2。1 大气 金属的大气腐蚀与金属表面附着的一层薄水膜有关，腐蚀的阴极 反应是水膜中的溶解氧的还原。通常金属表面的潮湿程度越大，大气腐蚀速度 越高。大气腐蚀的速度也与大气的组成有关，当大气中存在二氧化硫、三氧化 硫、硫化氢、氯化物、氨和固体悬浮颗粒时，都会明显促进腐蚀。因此，工业 性污染大气腐蚀性最强，其次是城市和沿海地区的大气，内陆农村地区的大气 腐蚀性最弱。 4．2。2 海水 海水是含盐量很高的电解质溶液，金属在海水中发生氧去极化腐 蚀，氧含量和海水流速等因素对腐蚀速度有影响。由于海水中的氯离子会破坏 钝化膜，不锈钢不适用于海水，碳钢在海水中腐蚀速度也很高，必须采用涂层 或电化学保护等措施。铜和钛在海水中相对耐蚀性叫较好。 4．2． 3 土壤 土壤是一种多孔性的无机、有机胶质颗粒体系，土壤的孔隙由空 气、水和盐类所充满，因此是一种电解质，金属在土壤中的腐蚀通常是氧去
金属及非金属材料耐腐蚀性能分析
第一部分 金属材料及其耐腐蚀性 第二部分 非金属材料及其耐腐蚀性
第一部分 金属材料及其耐腐蚀性
4.1 金属材料耐蚀性特点和分类
腐蚀环境类型千变万化，条件复杂苛刻，同一种金属材料在一些环境中耐腐蚀，
在另外一些环境中则不耐腐蚀。根据使用环境正确地选择材料是提高材料服役可靠性和
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，
属氧化与氧还原（或氢原子还原）的共轭反应而导致金属腐蚀。
根据式（4-3），金属氧化的平衡电位和溶液中金属离子活度aMn+有关，当aMn+=1 时,Ee=E0。E0称标准平衡电极电位,可以表征不同金属溶解为金属离子的倾向，E0值越高， 式（4-1）反应越不容易向右方进行，金属的热力学稳定性就越高。
根据上述析氢反应和吸氧反应的平衡电位与溶液 pH 值的关系可以得到三个特征 值：中性水（pH=7）中的标准氢电极电位是－0.414V，在酸性水（pH=0）中为 0V，中 性水中吸氧反应的平衡电位＋0.815V。根据这三个特征值可以将金属分为以下四类：