PPT材料在各个环境的腐蚀.ppt
第四章 金属在各种环境中的腐蚀,第三节材料在工业环境中的腐蚀,一.金属在酸溶液中的腐蚀,氧化性酸与非氧化性酸对金属的腐蚀情况大不相同。在腐蚀过程中，非氧化性酸的特点是腐蚀的阴极过程基本上是氢去极化过程，增加溶液酸度相应地会增加阴极反应，并使金属腐蚀速度增加。氧化性酸的特点是阴极过程主要是氧化剂的还原过程引起金属腐蚀（如硝酸根还原成亚硝酸根）。但是当氧化性酸浓度超过某一临界值时，促使钝化型金属进入钝态，而抑制了腐蚀。因此酸溶液的腐蚀性一方面与酸的强弱，即氢离子的浓度有关，同时也与酸的阴离子的氧化能力有关。,1.金属在无机酸溶液中的腐蚀,A.金属在硫酸中的腐蚀a.腐蚀速度与硫酸浓度的关系在硫酸中，钢和铅具有互补性,a.腐蚀速度与硫酸浓度的关系,在硫酸环境中，钢和铅具有互补性。,b.流速对腐蚀影响,数据表明，随浓度增加，流速增大，钢管寿命降低，可见输送硫酸时，不宜采用高的流动速度。,B.金属在盐酸中的腐蚀,a.盐酸浓度与腐蚀速度的关系,b.盐酸中溶氧或氧化剂对腐蚀的影响,盐酸中存在氧化剂时，铜、钼、镍基合金的腐蚀速度显著增加。当盐酸浓度高时，阴极为氢去极化，但当盐酸浓度低时，氧去极化占优势，腐蚀速度增加。,c.钝态金属在盐酸中的腐蚀,对于可用电化学方法或化学方法钝化处理的金属材料来说，在盐酸中它们的钝态区很窄或完全不存在钝态区。基于上述原因，耐盐酸腐蚀的金属材料仅限于具有极强钝化性能的特殊金属及合金，如Ta、Zr及Ti-Mo 合金等。,d.耐盐酸腐蚀的材料,(1)Ti-Mo合金,d.耐盐酸腐蚀的材料,(2)Ti-Ta合金钽不仅能提高Ti 在还原性介质中的耐蚀性，而且能改善钛在氧化性介质中的耐蚀性,C.金属在HNO3中的腐蚀,（1）碳钢钢或铁适用于HNO3浓度在30%-80%范围内,（2）不锈钢,(3)铝及其合金,铝及其合金对中等温度的发烟硝酸有良好的耐蚀性，硝酸浓度低于85%（质量分数）时，即使在室温，铝的耐蚀性也不好。,（4）高硅铸铁,2.金属在有机酸溶液中的腐蚀,有机酸中的甲酸、乙酸在工业中应用也很广泛，此外还有乳酸、柠檬酸等。有机酸对金属的腐蚀比无机酸弱，因为前者电离度很小。A.金属在甲酸中的腐蚀：甲酸又名蚁酸，腐蚀性很强。普通钢和铝在所有浓度的甲酸中腐蚀都很快，一般不适用于甲酸。除黄铜外，铜及其合金在无氧化剂或有氧化剂存在的条件下，对高温度甚至沸点的各种浓度甲酸都是耐蚀的。,B.金属在醋酸中的腐蚀：从产量上看，醋酸是最重要的非氧化性有机酸。在常温下，醋酸对金属腐蚀不大，但随温度上升，腐蚀速度迅速增加。碳钢一般不用于乙酸介质中，它在乙酸中的腐蚀受溶解氧的影响很大。316、304型不锈钢、高硅铸铁和哈氏合金C 等对乙酸有良好的耐蚀性，因此广泛用作处理生产乙酸的设备。,2.金属在有机酸溶液中的腐蚀,几种金属（合金）在有机酸中的腐蚀数据,二.金属在碱溶液中的腐蚀,二.金属在碱溶液中的腐蚀,pH值在510 之间碳钢的腐蚀速度几乎与pH 值无关。这是由于腐蚀过程受阴极扩散过程控制，腐蚀速度相对较大。当pH 值超过10时，氧扩散极限电流密度超过临界电流密度时，铁由活化态进入钝态，腐蚀速度随pH值增加明显降低。pH值达到14时，铁几乎不腐蚀，这是Fe完全钝化了。pH14时，Fe发生过钝化腐蚀，Fe以FeO2-的形式存在，另外，温度对碳钢在碱液中的腐蚀有显著的促进作用。,b.碱脆,在热碱液中，受拉应力的碳钢会发生应力腐蚀断裂，即所谓的“碱脆”。碱脆与温度、浓度有关，如锅炉碱脆。锅炉碱脆是由于锅炉使用经软化处理的水，在运行过程中，缝隙内浓缩出高浓度碱液所致。最易发生碱脆的温度是在溶液沸点附近。,金属在碱溶液中的腐蚀,镍及其合金对于高温高浓度的碱耐蚀性很好，广泛用于制碱业。适合各种浓度和温度的碱液，其耐蚀性一般与合金含镍量成正比。,铸铁耐苛性碱腐蚀。铸铁锅用来制取无水苛性碱，铸铁中含2%的Ni,可提高耐碱蚀性能，其寿命一般有几年。,铝、锌、锡等两性金属在碱溶液中不耐蚀。钛、钽、铌等在碱溶液中耐蚀性也不好。热碱中，Ta的耐蚀性更差,B铸铁,C镍及合金,D两性金属,三、金属在盐类水溶液中的腐蚀特点,A 使pH值变化的盐,（1）显示酸性的强酸-弱碱盐,B.氧化性盐,对于阳极溶解速度大的金属（铁基合金），要使其钝化，应采用不含卤素的阴离子氧化剂。对于以氧化性盐的还原反应作为阴极反应的腐蚀过程来说，盐浓度增加将促进腐蚀，但是对钝化型金属，盐浓度超过某一临界值以后，将抑制腐蚀。含有卤素的氧化剂，尤其是阳离子氧化剂几乎使所有工业金属都加剧腐蚀。即使是钛在高温高浓度的介质中也会发生局部腐蚀。因此对金属材料来讲，这类盐最危险。,C.卤素盐,卤素离子由于半径小，对钝化膜穿透能力大或由于易被金属表面吸附，因而对钝化膜的破坏作用最大。卤素离子的破坏作用按减弱顺序排列为：Cl-Br-I-,稀土材料的腐蚀-Gd的腐蚀,一些较为成功的室温磁制冷机，如：Steyert，Kirol，Zimm设计开发的样机，以及最新报道的Ames永磁体回转式样机，均采用稀土金属钆作为磁制冷工质，水作为热交换液体。,磁热效应,磁致冷首先是给磁体加磁场，使磁矩按磁场方向齐排列（磁熵变小），然后再撤去磁场，使磁矩的方向变为紊乱（磁熵变大），这时磁体从周围吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低，达到致冷的目的。也就是所谓磁致冷就是利用磁性体的磁矩在无序态和有序态之间来回交换的过程中，磁性体放出或吸收热量的冷却方法。我国在磁致冷材料方面的研究起步较晚，目前中科院物理所在 系及其加气合金方面，四川大学在GdSiCeSn合金方面，南京大学在LaCaNaMnO等化合物方面都取得了好的结果，已开发出样机，但总体上与美国和日本相比还有差距。,Gd的腐蚀,钆为元素周期表中第64号元素，归属于镧系，为银白色金属，化学性质活泼，其自腐蚀电位为2.4V，在干燥空气中，可以保持金属光泽，但常温下即可与水发生反应，生成白色絮状沉淀的同时，析出氢气。,Gd的腐蚀,腐蚀介质采用自来水和去离子水,极化曲线法测量自腐蚀电位及自腐蚀电流,金属杂质的含量以及腐蚀介质中阴离子将直接对金属的腐蚀速度产生影响。,金相图片,从（a）中可以看出，包头钆中夹杂较为细小，且多为圆形，分散均匀；（b）中夹杂较为粗大，不规则形状，分布较集中。,腐蚀性研究,因为夹杂与基体间存在化学的和物理的不均匀性，在与水接触时，分别具有不同的电位，在表面上形成腐蚀微电池，此处夹杂物以阴极形式存在，金属基底是阳极，基底将受到腐蚀，而且阴极性夹杂物分散性越大则腐蚀越强烈。而包头普纯钆正是由于夹杂物分散性大，才导致其抗腐蚀能力很差。图5显示了在去离子水中浸泡50min后，包头钆夹杂物形貌图，从图中可以看出基体已经开始发生腐蚀，腐蚀产物沿夹杂物边界向基体方向生长。,
