金属腐蚀的控制与防护及耐蚀金属材料

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1. 金属腐蚀的控制与防护及耐蚀的金属材料主讲人：中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室
2. 腐蚀控制贯穿于设计、选材、加工、表面处理、装配、储存、运输、使用、管理等各个环节，建立和健全必要的技术规范和规章制度，采取各种技术措施，从而把腐蚀控制在最低限度以内。这对于延长设备寿命、安全生产、节约资源、能源、降低成本、提高劳动效率、保护环境等具有十分重大的意义。腐蚀控制分为事前控制和事后控制。事前控制就是预防；事后控制就是补救。事后补救不如事前防范。腐蚀控制要做到三点：技术上可行、经济上合理、管理上有效。经济性方面要考虑一次投资、维护费用、方便维护、检修性、寿命等。腐蚀控制的核心：防腐蚀技术的充分利用和科学的管理相结合。
3. 一、金属腐蚀的控制与防护 1.耐蚀材料的研制：影响金属腐蚀快慢的根本因素: 金属的化学组成和结晶形态。在普通钢中加入Ni、Cr形成不锈钢；在Ti合金中添加Pd能使得这种合金容易钝化。 2.选材上：经济、合理、可靠、耐用 ⑴对于整套设备系统：统筹综合考虑（关键部件、整体系统）全面合理的选材。同时满足机械性能（强度、硬度、弹性等）、物理性能（耐热性、密度、导电性等）和耐蚀性能。这种为达到特定功能的不同金属材料的搭配，要特别注意电偶腐蚀。兼顾腐蚀和强度。在使用环境（温度、压力等）机械性能等满足的条件下，还可以选用耐腐蚀的非金属材料，如工程塑料、玻璃钢等。此外，还要考虑材料的价格及供应等。 ⑵对于单个部件：正确选材。不同材料在不同环境中，腐蚀的自发性和腐蚀速度都可能有很大差别，所以在特定环境中，要选用能满足使用要求，且腐蚀自发性小，腐蚀速度小的材料。
4. 3. 设计上：设计良好，结构合理。有人认为在选材时只要查查腐蚀手册就能解决问题。事实却并非如此简单，因为实际石油、化工过程往往涉及到非常复杂的介质和工况条件，腐蚀手册不可能提供完整的腐蚀资料，不能真实反映生产实际情形，有些就找不到相关资料。 a.腐蚀裕量=年腐蚀率×设计寿命×保险系数，保险系数一般取2。要考虑到自然减薄和安全问题，以及现实中许多设备的超期服役。 b.外形设计：结构复杂，表面粗燥的会导致电化学的不均匀性而引起腐蚀。因此。设计时，尽可能使结构简单，表面平滑，圆滑过渡，流线型设计，避免尖角、凹槽、缝隙。防止冲击腐蚀。弯管的弯曲半径一般取3d，不同金属要求不同。钢管、铜管为3d，90Cu10Ni合金管为4d，高强度钢管和强度特别小的管子最小取5d。 c.管中流速要合适，减轻湍流腐蚀、冲击腐蚀。 d.防残留：避免缝隙腐蚀、孔蚀等。 e.防电偶腐蚀：尽量采用同一种金属，避免异种金属的直接接触（绝缘），万不得已应尽量选用电偶序相近的金属（△<0.25v），避免小阳极大阴极这种有害的电极面积比例。
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6. 4.加工制造上：合理的冷热加工工艺。避免残余应力。 5.后处理： ⑴冷热加工后尽量消除残余应力。 ⑵酸洗时，在酸中添加少量贵金属离子就可以使不锈钢容易处于稳定的钝化状态；碳钢或低合金钢在酸洗除锈后，往往还要在亚硝酸盐的溶液中进行钝化处理。如果在酸液中还加有亚硝酸盐和Cu2+，就可使碳钢在酸洗除锈的同时钝化。 ⑶覆盖层保护法：隔离金属与腐蚀介质的接触。如涂层保护、镀层保护、衬层保护等。覆盖层具有隔离、装饰、功能等作用。对保护性覆盖层的要求：①结构致密、完整无孔、不透过介质；②与基体金属结合牢固；③较好的耐磨性；③均匀分布。覆盖层分为四类：①金属覆盖层；②非金属覆盖层；③化学或电化学形成的化学转化膜；④暂时性覆盖层。
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8. 金属覆盖层分为阳极性覆盖层和阴极性覆盖层两种。阳极性覆盖层采用比基体金属电极电位更负的金属作覆盖层，如钢上镀Zn、Cd，覆盖层金属比基体金属更活泼。当阳极性镀层存在微孔或被破坏时，覆盖层金属作阳极，优先腐蚀该阳极性覆盖层，基体金属得到保护。其保护机理是牺牲阳极，所以镀层偶有微孔也无妨。阴极性覆盖层采用比基体金属电极电位更正、较耐腐蚀的金属作覆盖层，如钢上镀Sn、Pb、Ni、Cr等。当阴极性镀层存在微孔或被破坏时，覆盖层金属作阴极，基体金属作阳极，优先腐蚀基体金属。而且在这种情况下，会形成大阴极小阳极这种十分有害的电极面积比例，会加速基体金属的腐蚀。因此，阴极性镀层只有在保持完好时，才能起到保护作用。
9. 金属覆盖层的加工工艺：电镀、化学镀、热喷镀、渗镀、热浸镀、包镀、金属衬里、物理气相镀（真空镀、蒸发镀、溅镀、离子镀）、化学气相镀等。电镀分为单一金属镀和金属复合镀。镀层具有耐蚀、装饰、功能性作用。化学镀是在催化条件下发生的氧化还原反应过程。热喷镀分为气喷镀和电喷镀。气喷镀以燃烧过程为热源。气喷镀又分为火焰喷镀和爆炸喷镀。电喷镀以电能为热源。电喷镀又分为电弧喷镀、等离子射流喷镀和高频感应喷镀。渗镀是在高温下使一种或几种金属或非金属元素通过扩散渗入工件表面，形成表面合金化镀层的热加工工艺。如渗碳、渗氮、渗铝、渗铬等。如在钢铁、合金钢、不锈钢、超级耐热合金表面渗Al，可抗含有V2O5、Na2SO4的燃气的热腐蚀，可作为发动机内表面和燃气轮机叶片的保护层。发动机燃烧室内壁渗Al-Si可提高耐热性，可耐600℃以上的高温。渗Cr层比渗Al层具有更高的耐磨、耐蚀和抗高温氧化性。
10. 热浸镀又叫热镀。一般选用低熔点、耐蚀、耐热的金属，如Al、Zn、Sn、Pb等。镀Zn钢板俗称白口铁具有良好的耐大气腐蚀和水腐蚀能力。镀Sn钢板俗称马口铁具有良好的耐有机酸腐蚀能力，而且镀Sn层无毒，可作为食品容器。包镀又称碾压，是在较高温度下用较大的机械力将耐蚀的薄层金属或合金如Ni、Al、不锈钢等碾压于基体金属表面。Pb衬里中的Pb可与稀硫酸生成不溶性的PbSO4沉淀，稳定、牢固地结合在Pb表面，使得Pb得到保护，主要用于含有硫酸、硫酸盐介质中。用不锈钢衬里代替用纯的不锈钢可降低成本、节省钢材。在尿素工业高温高压容器中采用不锈钢Ti、Zr合金衬里，提高了设备的耐蚀性。物理气相镀（真空镀Physical Vapor Deposition，PVD）又称物理气相沉积、真空镀。它是在真空条件下，将金属气化成原子、分子、离子，直接沉积到工件金属表面的方法。物理气相镀的方法有蒸发镀、溅射镀、离子镀、离子注入等。化学气相镀（气相镀Chemical vapor deposition）简称CVD，又称化学气相沉积、气相镀，是镀层物质在气态条件下与基体金属发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面的工艺技术。
11. 非金属覆盖层分为有机覆盖层和无机覆盖层。有机覆盖层包括涂料、塑料、橡胶、柏油、沥青涂层、衬里等。涂料俗称油漆，是应用最广泛的一种防腐手段，通常以合成树脂（环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂等）为主要成膜物质、颜料、溶剂、助剂等配制而成，覆盖在金属面上，干后形成薄层多孔的膜。虽然不能使金属与腐蚀介质完全隔绝，但使介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻大大增加，腐蚀电流下降。油漆：环氧富锌底漆。如氟碳涂料是以含氟树脂为主要成膜物的系列涂料的统称，它是在氟树脂基础上经过改性、加工而成的一种新型涂层材料，其主要特点是树脂中含有大量的F-C键,其键能为485kJ/mol在所有化学键中堪称第一。在受热、光（包括紫外线）的作用下，F-C难以断裂，因此显示出超长的耐候性及耐化学介质腐蚀，故其稳定性是所有树脂涂料中最好的。这就基本决定了它具有比一般其它类型涂层材质更为优异的使用性能，因此在行业内有“涂料王”之称。氟涂料以其优异的防护性能已在在重污染、强腐蚀的环境中得到了广泛应用。无机覆盖层有搪瓷、玻璃、硅酸盐水泥、陶瓷的涂层、衬里等。硅酸盐水泥呈碱性，有利于钢铁的防蚀；并且水泥与钢铁的热膨胀系数相近，不易开裂。
12. 化学或电化学形成的化学转化膜：钝化膜、沉淀膜、吸附膜。装硫酸的铅罐表面生成不溶性的PdSO4沉淀膜。金属氧化得到的氧化膜，如钢铁的发蓝（在氧化剂和NaOH作用下生成Fe3O4氧化膜）、Al的电化学氧化（阳极氧化，电解过程。Al在大气中形成的氧化膜很薄、非晶态、疏松多孔、不均匀、易失泽、易玷污）。金属表面形成钝化膜后，扩散阻力变的很大，腐蚀基本上停止了，所以对可能钝化的金属可采用：①提高溶液的氧化能力，加入氧化剂；②导入阳极电流，提高溶液电位，即进行阳极保护；③合金化：加入Cr、Ni等；④表面钝化：如钢铁磷化处理、金属的铬酸盐、重铬酸盐钝化处理等。暂时性覆盖层包括防锈油脂、可剥性塑料等。
13. 6. 储存：小零件表面涂防锈油，用浸油纸包裹防潮。防潮、通风防止有害气体的侵蚀。 7. 运输： 8.装配：避免应力残余。垫片要与管径一致，防止缝隙腐蚀。 9.使用：金属的防护 ⑴电化学保护法，包括阳极保护法和阴极保护法。（外加电流的）阳极保护法要注意致钝电流密度、维钝电流密度要小、钝化区电位范围要宽。阳极保护的优点：可以用很低的外加电流使得腐蚀速率大大降低，并适用于某些热的强酸或其它强腐蚀性介质。阳极保护的缺点：仅适用于具有活化-钝化特性的金属和合金，如钛、不锈钢、镍基合金等；以及某些腐蚀介质中。它对于电位的恒定要求较高，是一种危险的保护方法，使用时应当小心谨慎。
14. 阴极保护：电化学保护中，被保护金属做阴极，对其施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，该金属表面的电化学不均匀性得到消除，腐蚀的阴极溶解过程得到有效抑制，达到保护的目的。阴极保护是一种用于防止金属在电解质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术。根据提供阴极极化电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法两种。两种方法都达到了异曲同工的效果，本质都相同，只是供给电子的方式不同而已。原电池中的阴极和电解池中的阴极都得到保护。外加电流的阴极保护法：被保护金属与外加直流电源的负极相连，利用外加阴极电流进行阴极极化，减轻、阻止被保护金属的腐蚀破坏。最小保护电流密度：腐蚀达到最低程度时的最小保护电流密度。最小保护电位：腐蚀达到最低程度时的保护电位。最小保护电流密度和最小保护电位取决于材质、表面状况、介质条件等。适宜的外加电流密度范围和适宜的外加电位范围。
15. 牺牲阳极的阴极保护法：找一个电位更负（>0.25V）的金属材料作阳极，减轻、阻止被保护金属的腐蚀破坏。替罪羊。一般用锌、铝。阳极性镀层，如镀锌管（自来水管）、镀镉（自行车圈）等。牺牲阳极的阴极保护法中阳极表面严禁涂覆！
16. 目前，电化学保护已被作为一个标准方法用于地下输油、气、水管网、供热管网、钻井、造船等部门，在石油、化工、海洋工程中广泛使用。在油气管线腐蚀防护方面采用的阴极保护法技术，已经法律化、制度化，使得管线设备的寿命延长了几倍到几十倍。碳钢、18-8不锈钢、一些合金在H2SO4、H3PO4、NaOH中的阳极保护。 ⑵控制腐蚀环境：消除环境中直接或间接引起腐蚀的因素。如改变水溶液的pH值、除去溶解的气体，如O2、CO2、H2S等，除去、等有害的阴离子。 ⑶加入缓蚀剂。缓蚀剂的加入能大大降低腐蚀速度。缓蚀剂：在低浓度范围（0.1~1%）下就能对金属的腐蚀过程产生强烈阻滞作用的物质。缓蚀剂用量不足和过量都有可能加速腐蚀。
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18. 缓蚀剂的作用机理：①成膜理论；②电化学理论；③吸附理论。目前尚无统一的见解。反应的活化能、优先定位吸附、“负催化剂” 缓蚀剂抑制金属腐蚀速度的能力用缓蚀效率来表示。缓蚀效率：或铬酸盐是以前用得最为普遍的促使金属自钝化的添加剂，曾号称“通用钝化剂”。这是因为铬酸盐一方面既是阳极缓蚀剂，另一方面它又是氧化剂，还作为额外的去极化剂起作用。现在由于环境污染问题，已经很少使用铬酸盐作为添加剂了。另外，在使用铬酸盐作为钝化剂时还必须注意添加量和使用条件。如果铬酸盐的添加量不足以使金属表面钝化，或者溶液中存在能破坏钝性的离子如Cl-，且其含量较高，因而使得金属表面不能稳定地处于钝性状态，则由于铬酸盐能起着有效的阴极去极化剂的作用，反而会使金属表面的腐蚀破坏剧烈地加速。缓蚀剂间的协同效应和拮抗效应。
19. ⑷清洗污垢：物理清洗、化学清洗。高压水洗、空气爆破清洗、在线胶球清洗、超声波清洗等。脉动清洗 10.管理：建立健全必要的技术规范和制度，经常检查，将隐患消除在萌芽状态。
20. 二、耐蚀金属材料耐腐蚀都是相对的，一般是相对大气、特定的腐蚀介质而言的。如果某一金属材料在使用条件下能自动处于钝化状态，因而可以保持很低的腐蚀速度，那末这种金属在该使用条件下就是耐腐蚀材料。有一些材料，如不锈钢，当它们放置在空气中时，在金属表面上就已经生成了完整的钝化膜。因此，如将这些材料使用于不会导致钝性破坏的腐蚀性较弱的介质中，它们仍能保持完整的钝性。但有的金属材料则不能依靠在空气中形成的氧化物膜来保持钝性，例如铁和普通的碳钢和低合金钢。不过这些金属材料在一些合适的介质中，仍可以通过适当的措施来使之转入钝性状态。一种办法是阳极保护法，用外电源使它阳极极化到钝化区；另一种办法是改变腐蚀介质溶液体系，设法让金属表面依靠它在溶液中的腐蚀过程而自动进入钝化的状态，即设法引起金属的自钝化过程。
21. 1. 钢铁（铁碳合金）：钢铁含有Fe、C、Si、Mn、P、S等。根据含碳量的高低分为生铁C>2%、碳钢C<2%。铁素体：低量C溶入α-Fe体心立方结构中形成的固溶体。常温下仅能溶解为0.0008％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02％。性能与纯铁相似，塑性、韧性很好、强度、硬度较低。奥氏体：C溶入γ-Fe面心立方结构中形成的固溶体；存在于高温环境。马氏体：高温奥氏体在急冷下形成的一种极硬的、碳的过饱和固溶体组织结构；珠光体：奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体Fe3C的共析体。其力学性能介于铁素体与渗碳体之间。
22. （1）铸铁：含2.5~4%C、0.6~1.4%Mn、1.0~2.5%Si、0.12~0.15%S、0.20~0.60P等。其中，C可以渗碳体Fe3C 、游离石墨两种状态存在。 ①白口铸铁：C全部以渗碳体Fe3C形式存在，质硬而脆。 ②可锻铸铁：白口铸铁经退火而得到。其中的C以团絮状石墨分布于铁素体、珠光体上，延展性良好，可锻造出各种形状。 ③灰口铸铁：C全部或部分以片状石墨形式存在，耐磨、减震性良好。 ④球墨铸铁：碳全部以球状石墨形式存在。强度、塑性、耐磨性、减震性较好，可代替某些钢材。 ⑤高硅铸铁：普通铸铁中添加14~18%Si，耐化学腐蚀性提高。硬度大、不能进行切削打磨加工、脆性大、机械强度较差、导热系数小、热膨胀系数大、易碎裂。常用于制造耐酸的泵、管道、阀门等。但要除过对于能溶解或穿透SiO2保护膜的HF、氟化物、热HCl、碱等。
23. 碳钢和铸铁来源广、价格低。碳钢强度大、塑性好、可铸、可锻、可切削加工、可焊接，制造容易。所以，碳钢和铸铁广泛用作结构材料，碳钢和铸铁的耐蚀性较差，在潮湿大气和水中均不耐蚀，很快就生锈。在中性水溶液中碳钢和铸铁的腐蚀与水溶液中所含溶解氧有密切关系。在酸溶液中钢铁是不能使用的。在浓硫酸中可以使用碳钢，但要防止浓硫酸吸水稀释，故适用于制作密闭容器和输送管道。（2）碳钢： C↑硬度↑抗拉强度↑塑性↓抗冲击强度↓。热处理对于碳钢的耐腐蚀性能影响很大，这是因为热处理会改变表面金属晶粒的大小及金相组织结构。一般，晶粒越大，腐蚀速率越小。
24. 低合金钢是一类很重要的耐腐蚀金属材料。而且只要在碳钢中添加少量的合金元素（合金元素小于3%）就可以大大改善金属的机械强度、加工性能、耐蚀性能。例如，加入Mo、Cu等元素，提高钢抗非氧化性酸腐蚀的能力。在碳钢中加入0.1~1%的Cu可大大提高碳钢在大气、海水、淡水中的耐腐蚀性能；如加Ni可提高耐酸、碱、海水的能力，同时也提高了其抗腐蚀疲劳的能力；Cr可提高耐大气、海水、CO2、H2S等介质的能力；加入ω(Mo)=0.4%~0.5%可使碳钢在大气环境下（尤其是工业大气）的腐蚀速率降低50%以上，如我国研制的耐大气腐蚀钢（耐候钢）Cu系、P-V系、P-Nb-Re（磷铌铼）系等。
25. （4）不锈钢：具有较高抗大气及弱腐蚀介质腐蚀的一类合金钢，主要是添加了Ni、Cr、Mn、Mo、Ti、Al、Cu、N等元素，ω(Cr)>13%，它们会在钢的表面会形成一层薄而致密的Cr2O3,SiO2,Al2O3等氧化膜，提高了钢的耐蚀性。耐酸钢是不锈钢的一个分支。而通常所说的不锈钢是不锈钢与耐酸钢的总称。不锈钢并不是不腐蚀、只不过腐蚀速度较慢而已、绝对不被腐蚀的钢是不存在的。在同一介质中不同种类的不锈钢腐蚀速度大不相同而同一种不锈钢在不同的介质中腐蚀行为也大不一样。例如，Ni-Cr不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性很好，但在非氧化介质中(如盐酸）的耐蚀性就较差。因此掌握各类不锈钢的特点、对于正确选择和使用不锈钢是很重要的。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
26. Cr 能提高钢的电极电位，但不是呈线性关系。实验证明钢的电极电位随合金元素的增加，存在着一个量变到质变的关系，遵循1/8规律。当Cr含量达到一定值时，电极电位出现一个突变。因此，几乎所有的不锈钢中，Cr质量含量均在11.7%以上。
27. 不锈钢具有优异的耐蚀性、加工成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。不锈钢是石油、化工、石油炼制等工业部门中广泛使用的金属材料。不锈钢的产量占钢铁总产量的1％。分类：①按化学元素分为：Cr钢、Cr-Ni钢、Cr-Mn钢、Cr-Mn-Ni钢等；②按显微组织结构分为：马氏体(M)不锈钢、奥氏体(A)不锈钢、铁素体(F)不锈钢、奥氏体-铁素体(A- F)双相型不锈钢、沉淀硬化不锈钢等；③按用途分为：耐海水腐蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐浓硝酸腐蚀不锈钢、耐浓硫酸腐蚀不锈钢等。
28. i）马氏体不锈钢：马氏体不锈钢是指在室温下具有马氏体组织的铬不锈钢，其碳含量较高，如2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18等，随钢中含碳量增加，钢的强度、硬度、耐磨性显著提高，而耐蚀性下降，因此主要用于制造要求高硬度的部件，如耐磨零件、弹性元件、切削工具，以及在弱腐蚀性介质中使用、要求较高机械性能的器械和零部件。 ii）铁素体不锈钢铁素体不锈钢含Cr量一般为13％～30％，含碳量<0.25%。金相组织主要是铁素体，加热及冷却过程中没有α、γ转变，不能用热处理进行强化。典型的铁素体不锈钢有Crl7型、Cr25型和Cr28型。这类不锈钢具有良好的耐蚀性和抗高温氧化性能，加入合金元素后，可在有机酸及含Cl-的介质中有较强的抗蚀性，在氯化物的水溶液中抗应力腐蚀能力优于18-8奥氏体不锈钢。屈服强度比奥氏体不锈钢高，但脆性较大，加工性较差，应用受到很大限制铁素体不锈钢主要用来制作要求有较高的耐蚀性而强度要求较低的构件，广泛用于制造生产硝酸、氮肥等设备和化工使用的管道等。Cr25型还可用以制造耐浓硝酸、次氯酸钠、磷酸等腐蚀的设备。1Cr18Mo2Ti不锈钢具有优良的耐应力腐蚀能力、耐点蚀、耐海水腐蚀能力。
29. iii）奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢克服了马氏体不锈钢耐蚀性不足和铁素体不锈钢脆性过大的不足，具有良好的热加工性及一定的冷加工性，可焊性尤于其他组织不锈钢。耐大气腐蚀（工业大气、海洋大气），耐土壤腐蚀，耐稀硫酸、中等浓度硝酸的腐蚀。奥氏体不锈钢的基本成分为l8Cr8Ni简称18-8钢。其特点是含碳量低于0.1％，利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体组织。奥氏体不锈钢的最大问题是局部腐蚀，包括晶间腐蚀，孔蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀破裂。为了提高奥氏体不锈钢抗局部腐蚀性能，一是提高Cr和Ni的含量，二是加入合金元素Mo、Cu、Si、Ti(或Nb)等，三是降低含碳量。奥氏体不锈钢一般用于制造生产硝酸、硫酸等化工设备构件、冷冻工业低温设备构件及经形变强化后可用作不锈钢弹簧和钟表发条等。
30. iv）奥氏体-铁素体双相不锈钢奥氏体—铁素体双相不锈钢是在Cr18~27%、Ni4~8%的基础上，随用途不同分别加入Mn、N、Si、Cu、Ti等元素而形成的具有奥氏体和铁素体双相组织（含40～60％δ-铁素体）的新型不锈钢，典型钢号有Cr21Ni5Ti、OCr21Ni6Mo2Ti等。这类不锈钢不仅具有强度高(0.2约为奥氏体不锈钢的2倍)、导热系数大、膨胀系数小的特点；而且抗氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性能优于奥氏体不锈钢，双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比有较好的焊接性，焊后不需热处理，但由于含Cr量高，易形成σ相，使用时应加以注意。奥氏体-铁素体双相不锈钢广泛应用于海洋、石油、尿素、硫酸、磷酸、草酸工业。 v）沉淀硬化不锈钢为了既能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能，又具有马氏体不锈钢的高强度，发展沉淀硬化型(PH)不锈钢是途径之一。它是在最终形成马氏体后，经过时效处理析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化。这类钢具有很高强度，如17-4PH, 其屈服强度可达1290MPa。耐蚀性和一般不锈钢相同。沉淀硬化不锈钢具有良好的加工性能和耐蚀性，经过热处理强化后，强度和硬度都会较高，常用在腐蚀条件不太苛刻、而要求耐磨擦、冲击的部件。
31. 2. 铝及铝合金：纯铝：熔点258℃，相对密度2.7，轻金属，良好的导热、导电、工艺加工性能，但强度较低。氧化膜具有保护作用，且被损坏后能自愈。其在一般的中性、酸性（pH4~8，除过HCl、HF、稀H2SO4、稀HNO3）以及有机溶剂中都很稳定，但在含有Cl-等阴离子介质中，会产生孔蚀等局部腐蚀。铝耐S和MS（如H2S、SO2）的腐蚀。高纯铝99.8~99.9%用于制造浓HNO3的高压釜、储罐、阀门等。加入合金元素会使铝的机械强度提高，但耐腐蚀性能下降。铝合金有铝硅合金、铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金、铝锰合金等。铝及铝合金的腐蚀：孔蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和电偶腐蚀。
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33. 3. 铜及铜合金：铜及铜合金具有优异的导热、导电性能，良好的塑性和韧性，广泛用于如电力工业、石油工业、空调、汽车水箱等换热器、家用燃气热水器中。铜及铜合金耐大气腐蚀：Cu→Cu2O→CuCO3•3Cu(OH)2保护膜，在工业大气中形成CuSO4•3Cu(OH)2保护膜，在海洋大气中形成CuCl2•3Cu(OH)2保护膜。铜及铜合金耐淡水、海水腐蚀：在海水中的腐蚀率约为0.05mm/a，此外铜离子对微生物有毒，可以避免其附着，防止铜及铜合金发生生物腐蚀。一般，铜是一种耐蚀材料，但是在长期使用和暴露在强腐蚀性介质中时，考虑到设备的使用寿命，其腐蚀与防护就显的较为重要。苯并三氮唑（BTA）在一般的介质中对铜有着良好的缓蚀性能，其不足之处是价格高、有毒性、抗Cl-、分解能力差。由于铜可与、CN-离子形成络合物、，会加速铜及铜合金的腐蚀，也不耐硫化物腐蚀。
34. 黄铜：Cu-Zn合金。黄铜的“氨脆”（季裂）、脱锌腐蚀。在黄铜中加1%的锡能显著改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力，因此称为“海军黄铜” ，用作船舶热工设备和螺旋桨等。白铜：Cu-Ni合金。青铜：是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。现在除黄铜白铜外，其余的铜的合金统称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还加入其它合金元素，如Pb、Zn、P等。青铜可分为锡青铜和特殊青铜两类。锡青铜的铸造性能、抗磁性及低温韧性、减摩性能好和机械性能好，具有较好的耐蚀性，焊接性能好，收缩系数小，适合於制造轴承、蜗轮、齿轮等。锡青铜适于铸造形状复杂、壁厚较大的铸件，而不适宜铸造要求致密度高和密封性好的铸件。特殊青铜即无锡青铜，包括铝青铜、铅青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。铝青铜强度高，无铁磁性，无偏析倾向，耐寒、耐热、耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，铅对黄铜的强度影响不大。
35. 铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制造精密弹簧和电接触元件。铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具。紫铜：铜含量很高的铜呈紫红色，又称纯铜。其它杂质总量小于1％。主要用于制作发电机、母线、电缆、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、管道、太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。铜绿：主要含有硫酸铜、碳酸铜、氯化铜。
36. 3. 钛及钛合金：钛和钛合金是重要的新型金属材料，它们具有很多优良的综合性能，如熔点高、密度小（钛的密度仅为4.5g/cm3，比钢轻42%左右）、比强度高、比断裂韧性高、疲劳强度高、抗裂纹扩展能力好、可塑性好、易于加工、机械性能好等，尤其是钛和钛合金的抗腐蚀及自修复性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如初，其抗腐蚀性能远优于不锈钢。钛在很多腐蚀环境中表现出优良的耐蚀性能。在氧化性溶液中，即使存在各种浓度的氯离子，钛也是稳定的。在大多数盐溶液中，特别是在氯化物溶液中耐蚀性优异，而且不会发生孔蚀。在潮湿氯气中钛的稳定性很高，超过镍基合金。在还原性介质中（如盐酸、磷酸等酸中）的表面氧化膜容易遭到破坏，耐蚀性较差。在红色发烟硝酸中钛及其合金有爆炸的危险。钛极易吸氢而变脆，当钛表面被铁玷污时有利于吸氢。钛材在化学工业中应用广泛。目前钛材在化肥、氯碱、制盐、海水淡化、造纸、制药等行业中应用较多。
37. 4. 镍及镍基合金：纯镍电极电位-0.25V，但在非氧化性酸中却很耐蚀。在干燥和潮湿空气中都耐蚀。突出点在碱类溶液中完全稳定，是优良的耐碱材料之一。镍基合金为进一步提高镍材料的耐蚀性能，在镍基合金中加入了钼、铬、铜等合金元素。在化学工业许多苛刻的腐蚀环境中，镍基合金作为重要的结构材料广泛应用。 (1) Ni-Cu 合金镍铜可以形成无限固溶体。典型合金为蒙乃尔合金（Ni70Cu28），在还原性介质中比纯镍耐蚀，在氧化性介质中比纯铜耐蚀。对卤素中性水溶液，中等温度的稀硫酸、盐酸、磷酸，一定温度和浓度的碱溶液都耐蚀。
38. 4. 镍及镍基合金： (2) Ni-Mo 合金 Ni和Mo可以形成一系列固溶体。具有良好的力学和耐蚀性能，如哈氏合金系列，应用最为广泛的是C-276合金耐盐酸和硫酸、耐所有浓度温度的磷酸，不耐硝酸。哈氏合金C在室温下耐所有浓度的盐酸和氢氟酸腐蚀，在王水中也具有一定的耐蚀性。 (3) Ni-Cr 合金在高温下具有很高的力学性能和抗氧化性能，对还原和氧化介质同时具有耐蚀性。是少数几种耐热浓MgCl2的材料，无SCC倾向。可用于核动力工程。
39. 化工设备常用的耐蚀合金：根据化工行业生产条件的不同，热交换器、反应釜、贮槽、锅炉等设备常用三个档次的耐蚀合金。第一档耐蚀合金是化学工业中最常见的材料，如316、304型通用不锈钢；当温度、压力更高，腐蚀性更强，特别是有氯离子存在时，通用不锈钢承受不了这些条件下的腐蚀，需要采用更高档次的奥氏体不锈钢，即通常称之为第二档耐蚀合金——20号合金。这类不锈钢一般铬含量为20%~24%，镍含量为30%~35%，有一定含量的钼和铜。组成第二档耐蚀合金的主要有3种，分别为No8020，No8024，No8026。No8020高级不锈钢在没有氯离子或微量氯离子介质中，对范围的酸介质有较强的耐蚀性。No8024高级不锈钢可耐浓度为0.5%氯化物的腐蚀。浓度超过0.5%时则No8026高级不锈钢最佳。这三种耐蚀合金均不会引起应力腐蚀开裂，是硫酸、浓磷酸介质中最好的耐蚀材料。在这三种钢中以No8020耐硫酸腐蚀性能最好。化工介质条件更为苛刻时，就需要选用第三档耐蚀合金——镍基合金，如哈氏合金、因康镍尔、钛合金、锆材甚至钽材。
40. 谢谢!

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金属腐蚀的控制与防护及耐蚀金属材料

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