金屬在各種環(huán)境中的腐蝕

1、4 金屬在各種環(huán)境中的腐蝕 4.1 金屬在大氣中的腐蝕 金屬材料或構(gòu)筑物在大氣條件下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué) 反應(yīng)引起材料的破損稱為大氣腐蝕。 大氣腐蝕是常見的腐蝕。全世界在大氣中使用的鋼材 量一般超過其生產(chǎn)總量的60。 如鋼梁、鋼軌、各種機械設(shè)備、車輛等都是在大氣環(huán) 境下使用。 大氣腐蝕損失金屬 50總腐蝕量； 了解和研究大氣腐蝕的機理、影響因素及防止方法是 非常必要的。 4.1.1 大氣腐蝕的分類 全球范圍大氣主要成分幾乎不變的，其中的水分含量 將隨地域、季節(jié)、時間等條件而變化。 參與大氣腐蝕過程的是氧和水氣，二氧化碳。根據(jù)金 屬表面的潮濕程度的不同，把大氣腐蝕分為三類: 1)干大氣腐蝕 干大氣腐

2、蝕是在金屬表面不存在液膜層 時的腐蝕。特點是在金屬表面形成不可見的保護性氧 化膜(110nm)和某些金屬失澤現(xiàn)象。 銅、銀等在被硫化物污染的空氣中所形成的一層膜。 2)潮大氣腐蝕 潮大氣腐蝕是指金屬在相對濕度小于 100%的大氣中，表面存在肉眼看不見的薄的液膜層 (10nm1m)發(fā)生的腐蝕。如鐵沒受雨淋也會生銹。 大氣腐蝕的分類 3)濕大氣腐蝕 濕大氣腐蝕指金屬在相對濕度 100%， 如水分以雨、霧、水等形式直接濺落在金屬表面上， 表面存在肉眼可見的水膜(1m 1mm)發(fā)生的腐蝕。 大氣腐蝕速度與金屬表面水膜厚度的關(guān)系見圖4-1。 腐蝕速度與水膜厚度的規(guī)律 1)區(qū)域I 金屬表面只有約幾個水分子

3、厚(110nm)水膜， 沒有形成連續(xù)的電解質(zhì)溶液，干的大氣腐蝕腐蝕速 度很小。 2)區(qū)域II 金屬表面水膜厚度約在1m時，由于形成連 續(xù)電解液層，腐蝕速度迅速增加，發(fā)生潮的大氣腐蝕。 3)區(qū)域III 水膜厚度增加到1mm時，發(fā)生濕的大氣腐蝕， 氧通過該膜擴散到金屬表面顯著困難，因此腐蝕速度 明顯下降。 4)區(qū)域IV 金屬表面水膜厚度大于1mm，相當(dāng)于全浸在 電解液中的腐蝕，腐蝕速度基本不變。 通常所說的大氣腐蝕是指在常溫下潮濕空氣中的腐蝕 4.1.2 大氣腐蝕機理 特點是金屬表面處于薄層電解液下的腐蝕過程，規(guī)律 符合電化學(xué)腐蝕規(guī)律。 4.1.2.1 大氣腐蝕的電化學(xué)過程 金屬表面形成連續(xù)電解液

4、薄層時, 大氣腐蝕的陰極過程 主要是氧去極化。 陰極過程： O2 + 2H2O +4e 4OH- (4-1) 陽極過程： Me Men+ + ne (4-2) 鐵、鋅等金屬全浸在還原性酸溶液中,陰極過程主要是 氫去極化，城市污染的大氣所形成的酸性水膜下，它 們腐蝕主要是氧去極化腐蝕。 大氣腐蝕的電化學(xué)過程 薄液膜下,陽極過程受較大阻滯，氧更易到達金屬表面， 生成氧化膜或氧吸附膜，陽極處鈍態(tài)。 陽極鈍化及金屬離子化過程困難造成陽極極化。 液膜增厚，濕大氣腐蝕，氧到達金屬表面有一個擴散過 程，腐蝕過程受氧擴散過程控制。 潮大氣腐蝕主要受陽極過程控制； 濕大氣腐蝕主要受陰極過程控制。 4.1.2.2

5、 腐蝕機理 大氣腐蝕條件不同，銹層成分和結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜。 Evans認為大氣腐蝕的銹層處在潮濕條件下，銹層起強 氧化劑作用,在銹層內(nèi)陽極反應(yīng)發(fā)生在金屬/Fe3O4界面 上： Fe Fe2+ +2e (4-3) 陰極反應(yīng)發(fā)生在Fe3O4/FeOOH界面上: 6FeOOH + 2e 2 Fe3O4 + 2H2O (4-4) 銹層參與了陰極過程。 銹層內(nèi)發(fā)生Fe3+Fe2+的還原反應(yīng)，銹層參與了陰極過 程。 銹層干燥時，外部氣體相對濕度下降時，銹層和底部基 體鋼在大氣中氧的作用下，銹層重新氧化成Fe3+的氧化 物； 在干濕交替的條件下，銹層加速鋼腐蝕過程。 碳鋼銹層結(jié)構(gòu)一般分內(nèi)外兩層： 內(nèi)層緊靠鋼和銹

6、的界面上，附著性好，結(jié)構(gòu)較致密，主 要由致密的帶少許Fe3O4晶粒和非晶FeOOH構(gòu)成； 外層由疏松的結(jié)晶-FeOOH和-FeOOH構(gòu)成。 銹層生成的動力學(xué)規(guī)律 銹層生成的動力學(xué)曲線遵循冪定律； PKtn (4-5) P-失重量，K-常數(shù)，t-暴露時間，n-常數(shù)。 4.1.3 工業(yè)大氣中金屬腐蝕特點 工業(yè)大氣中的SO2、NO2、H2S、NH3等都增加大氣 的腐蝕作用，加快金屬的腐蝕速度 石油、煤等燃科的廢氣中含SO2最多，在城市和工業(yè) 區(qū)SO2的含量可達0.1100mg/m3。 1)Air很純, 很小, 隨濕度增加僅有輕微增加。 2)污染空氣，相對濕度70%，腐蝕速度急劇增加。 3)硫酸銨和煤

7、煙粒子污染的空氣加速金屬腐蝕。 常用金屬在不同大氣環(huán)境中的平均腐蝕速度 A-A-純凈空氣; ; B-B-有(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4; ; C-0.01%SOC-0.01%SO2 2; ; D-(NHD-(NH4 4) )2 2SOSO4 4+0.01%SO+0.01%SO2 2; ; E-E-煙粒+0.01%SO+0.01%SO2 2 圖4-4 4-4 拋光鋼在不同大氣環(huán)境中腐蝕與相對濕度的關(guān)系 污染Air，臨界濕度, 水膜形成, 電化學(xué)腐蝕, V 急增. 大氣中SO2對不耐H2SO4腐蝕的金屬，如 Fe、Zn、Cd 、Ni影響顯著。 V W(SO2)。 圖4-5 大氣中S

8、O2含量對碳鋼腐蝕速度的影響 SO2促進金屬大氣腐蝕的機制 SO2的腐蝕作用機制是硫酸鹽穴自催化過程。 主要有兩種方式： 一是部分SO2在空氣中能直接氧化成SO3，SO3溶于 水形成H2SO4； 二有一部分SO2吸附在金屬表面上，與Fe作用生成易 溶的硫酸亞鐵； FeSO4進一步氧化，因強烈水解生成H2SO4； H2SO4再與Fe作用，以循環(huán)方式加速腐蝕。 銹層中硫酸鹽穴的作用 其反應(yīng)如下: Fe + SO2 + O2 FeSO4 (4-6) 4FeSO4 + O2 + 6H2O 4FeOOH + 4 H2SO4 (4-7) H2SO4 +2Fe + O2 FeSO4 + 2H2O (4-8)

9、 Schwarz：銹層內(nèi)FeSO4生成機構(gòu)如圖4-6所示的模型。 銹層的保護能力受其形成時占主導(dǎo)地位的條件影響。 如生成的銹層被硫酸鹽侵蝕，銹層幾乎無保護能力。 相反,如最初銹層很少受硫酸鹽污染,其保護性較好。 4.1.4 影響大氣腐蝕的因素及防蝕方 法 1) 濕度 決定大氣腐蝕類型速度一個重要因素。 把 V 開始劇增時大氣相對濕度值稱為臨界濕度。 對鐵、鋼、銅、鋅，臨界濕度為70%80%。 由圖4-7可見，濕度小于臨界濕度，腐蝕速度很慢，幾 乎不腐蝕。 若把濕度降至臨界濕度以下，可防止金屬發(fā)生大氣腐蝕。 2) 大氣成分 地理環(huán)境不同，有SO2、H2S、NaCl及塵埃等雜質(zhì),不 同程度地加速腐

10、蝕。 SO2 煤、石油燃燒廢氣中含有大量SO2, 冬季燃料消 耗多，SO2污染更嚴重，對腐蝕的影響也就更大。 鐵、鋅等金屬在SO2大氣中生成易溶的硫酸鹽化合物， 其腐蝕速度和大氣中SO2含量呈直線關(guān)系上升。 海洋大氣中含有較多的微小的NaCl顆粒, 落在金屬表 面上, 有吸濕作用, 增大了表面液膜層的電導(dǎo)，Cl-有很 強的侵蝕性, 使腐蝕更嚴重。 大氣中固體顆粒稱為塵埃。其組成復(fù)雜，除海鹽粒外， 還有碳和碳化物、硅酸鹽、氮化物、銨鹽等固體顆粒。 城市大氣中塵埃含量約2mg/m3，工業(yè)大氣中的塵埃 甚至可達1000mg/m3以上。 塵埃對大氣腐蝕影響 1) 塵埃本身具有腐蝕性，如銨鹽顆粒能溶入金

11、屬表面的水 膜，提高電導(dǎo)或酸度促進腐蝕。 2) 塵埃本身無腐蝕作用，但能吸附腐蝕物質(zhì)，如碳粒能 吸附SO2和水氣生成腐蝕性的酸性溶液。 3) 塵埃沉積在金屬表面形成縫隙而凝聚水分，形成氧濃 差引起縫隙腐蝕。 露置在大氣環(huán)境中金屬構(gòu)件和儀器設(shè)備應(yīng)防塵。 4.1.4.3 防止大氣腐蝕的方法 1)提高金屬材料的耐蝕性 在碳鋼中加入Cu、P、Cr、Ni 及稀土元素可提高其耐大氣腐蝕性能。 美國的Cor-Ten鋼(Cu-P-Cr-Ni系低合金鋼)，其耐大氣腐 蝕性能為碳鋼的48倍。 2)采用有機和無機涂層及金屬鍍層。 3)采用氣相緩蝕劑。 4)降低大氣濕度, 主要用于倉儲金屬制品的保護。 合理設(shè)計構(gòu)件防

12、止縫隙中存水，去除金屬表上的灰 塵等都有利于防蝕； 開展環(huán)境保護，減少大氣污染，有利于人民健康, 延長 金屬材料在大氣中使用壽命。 4.2 金屬在海水中的腐蝕 海洋占地球表面積70%，海水是自然界中數(shù)量最大 且具有腐蝕性的天然電解質(zhì)。我國海岸線長達 18000km，海域廣闊。 沿海地區(qū)的工廠常用海水作為冷卻介質(zhì)，冷卻器的 鑄鐵管在海水作用下，一般只能使用34年； 海水泵的鑄鐵葉輪只能使用3個月左右； 碳鋼冷卻箱內(nèi)壁腐蝕速度可達1mm/a以上。 海洋開發(fā)受到重視，海上運輸工具、海上采油平臺， 開采和水下輸送及儲存設(shè)備等金屬構(gòu)件受到海水和 海洋大氣腐蝕的威脅愈來愈嚴重； 研究海洋環(huán)境中金屬的腐蝕及

13、其防護有重要意義。 4.2.1 海水腐蝕特點 4.2.1.1 鹽類及導(dǎo)電率 海水為腐蝕性介質(zhì)，特點是含多種鹽類，鹽分中主 要是NaCl，常把海水近似地看作質(zhì)量分數(shù)為3%或 3.5%的NaCl溶液。 鹽度是指1000g海水中溶解固體鹽類物質(zhì)的總克數(shù)， 一般海水的鹽度在3.23.75之間，通常取3.5 為海水的鹽度平均值。 海水中氯離子的含量很高，占總鹽量的58.04%，使 其具有較大腐蝕性。 海水平均電導(dǎo)率為410-2S/cm，遠超過河水和雨水 的電導(dǎo)率。 4.2.1.2 溶解氧 海水中溶解氧，是海水腐蝕的重要因素。 正常情況下海水表面層被空氣飽和； 氧的濃度隨水溫一般在(510)10 - 6c

14、m3/L范圍內(nèi)變化。 由表4-4可見，鹽的濃度和溫度愈高，氧 的溶解度愈小。 表4-4 氧在海水中的溶解度 4.2.1.3 海水的電化學(xué)特點 1)多數(shù)金屬,除特別活潑金屬鎂及其合金外,海水中的腐蝕 過程都是氧去極化過程, 腐蝕速度由氧擴散過程控制。 2)大多數(shù)金屬(鐵、鋼、鋅等)，在海水中發(fā)生腐蝕時，陽 極過程的阻滯作用很小, 海水中Cl-離子濃度高,海水中用 增加陽極阻滯方法來減輕海水腐蝕的可能性不大, 添加 合金元素鉬, 才能抑制Cl-對鈍化膜的破壞作用，改進材 料在海水中的耐蝕性。 3)海水電導(dǎo)率很高, 電阻性阻滯很小, 對海水腐蝕,微觀電 池的活性較大, 宏觀電池活性也較大。在海水中,

15、 異種金 屬接觸引起的電偶腐蝕有相當(dāng)大的破壞作用。如艦船的 青銅螺旋槳可引起遠達數(shù)十米處的鋼船殼體的腐蝕。 4)海水中金屬易發(fā)生局部腐蝕破壞。如點蝕，縫隙腐蝕， 湍流腐蝕和空泡腐蝕等。 4.2.2 影響海水腐蝕的因素 海水中鹽類,溶解氧、海洋生物和腐爛的有 機物,海水的濕度、流速與pH值等都對海 水腐蝕有很大的影響。 1)鹽類 NaCl為主, 海水中鹽的濃度與鋼的腐 蝕速度最大的鹽濃度范圍相近, 當(dāng)溶鹽濃 度超過一定值, 因氧溶解度降低, 金屬腐蝕 速度下降, 見圖4-8。 圖4-8鋼的腐蝕速度與NaCl濃度的關(guān)系 2)pH值 海水pH在7.28.6之間。pH值可因光合作用而稍 有變化；在深海

16、處pH值略有降低, 不利于金屬表面生成 保護性的鹽膜。 3)溶解氧 海水中的溶解氧是海水腐蝕的重要因素。大多 數(shù)金屬在海水中的腐蝕受氧去極化作用控制。 溶解氧含量隨海水深度不同而變化. 海水表面與大氣接觸含氧量高達1210-6cm3/L。 海平面至-800m深處,含O逐漸減少并達到最低值; 海洋動物要消耗氧氣；-800m再降-1000m，溶氧量又 上升，接近海水表面的氧濃度，因為深海水溫度較低、 壓力較高的緣故。 4)溫度 海水T每升高10，化學(xué)反應(yīng)速度提高約10%，海 水中金屬的腐蝕速度將隨之增加。 但T升高, 氧在海水中的溶解度下降，每升高10,氧的 溶解度約降低20%，使金屬的腐蝕速度略

17、有降低。 溫度變化與海洋生物有關(guān)。海水溫度與金屬腐蝕速度之 間的關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的。 5)流速 許多金屬發(fā)生腐蝕與海水流速有較大關(guān)系。對鐵、 銅等金屬存在V臨界，VV臨界，金屬腐蝕明顯加快。 含鈦、含鉬不銹鋼，高速海水中抗蝕性能較好。 6)海洋生物 海洋生物在船舶或海上構(gòu)筑物表面附著形 成縫隙，易誘發(fā)縫隙腐蝕。 微生物的生理作用會產(chǎn)生氨、CO2和H2S 等腐蝕物質(zhì)，如硫酸鹽還原菌作用產(chǎn)生 S2- ,會加速金屬腐蝕。 4.2.3 海水中常用金材料的耐蝕性 金屬材料在海水中的耐蝕性差別很大； 鈦合金和Ni-Cr合金耐蝕性最好； 鑄鐵和碳鋼耐蝕性較差。 不銹鋼的均勻腐蝕速度很??； 在海水中易產(chǎn)生點蝕。

18、 常用金屬材料耐海水腐蝕性能表4-6。 4.2.4 4.2.4 防止海水腐蝕的措施 1)研制、應(yīng)用耐海水腐蝕的材料 如鈦、鎳、銅及其合金，耐海水鋼(Mariner)。 2)陰極保護 腐蝕最嚴重處用護屏保護，或用犧牲陽極法。 3)涂層 除防銹油漆外，還可用防止生物沾污的雙防油漆， 對潮汐區(qū)和飛濺區(qū)某些固定的鋼結(jié)構(gòu)可用蒙乃爾合金包 覆。 4.3 金屬在土壤中的腐蝕 成因：土壤組成和性能不均勻，極易構(gòu)成氧濃差電池腐 蝕，使地下金屬設(shè)施遭受嚴重局部腐蝕。 現(xiàn)象：地下油、氣、水管線以及電纜等因穿孔而漏油、 漏氣或漏水?；蚴闺娦旁O(shè)備發(fā)生故障。這些很難檢修， 損失和危害很大。 一種很重要腐蝕形式 發(fā)達國家，

19、地下油、氣管線百萬 公里以上，每年因腐蝕損壞而替換的各種管子費用就 有幾億美元之多。 石油工業(yè)發(fā)展，研究土壤腐蝕規(guī)律及有效的防蝕途徑 有重要實際意義。 4.3.1 土壤腐蝕的特點 1 1 、土壤特性 1)1)多相性 由土粒、水、空氣，有機物等多種組分構(gòu)成 的復(fù)雜的多相體系。 2)2)導(dǎo)電性 土壤中的水分能以各種形式存在，其中總存 在一定的水分，土壤有導(dǎo)電性。 一種電解質(zhì) 其孔隙率及含水率影響它的透氣性和電 導(dǎo)率。 3)3)不均勻性 O O2 2, , 溶解水中，存在土壤縫隙中。 土壤中氧濃度與土壤的濕度和結(jié)構(gòu)都有密切關(guān)系， OO干燥砂土中最高，潮濕砂土中次之，潮濕密實粘 土中最少。造成氧濃差電

20、池腐蝕。 4) 4) 土壤酸堿性。 大多數(shù)土壤是中性的，pHpH值6.0-7.56.0-7.5； 有的土壤是堿性的, , 我國西北的鹽堿 土pHpH值7.5-9.0;7.5-9.0; 一些土壤是酸性的，腐殖土和沼澤土 pHpH值3-63-6。 一般pHpH值越低，土壤腐蝕性越大。 2 土壤腐蝕電化學(xué)過程 大多數(shù)金屬在土壤中腐蝕都屬于氧去極化腐蝕。與在 電解液中的腐蝕本質(zhì)是一樣的。例Fe: 陽極過程： Fe + nH 2O Fe 2+nH 2O + 2e (4-9) 陽極反應(yīng)速度主要受金屬離子化過程難易度控制。 pH值低土壤，OH-很少。不能生成Fe(OH)2，陽極區(qū) Fe2+濃度增大。 pH7

21、土壤中, 生成的Fe(OH)2溶解度很小, 沉積在鋼 鐵表面，阻滯陽極溶解。 含碳酸鹽, 在陽極表面生成不溶性沉積物，保護膜。 含Cl-和SO42- 與Fe2+生成可溶性鹽，加速陽極溶解。 陰極過程： 1/2O2 + H2O + 2e 2OH- (4-10) 弱酸性、中性和堿性土壤中，陰極反應(yīng)主要是氧去極 化作用。 土壤中水溶解氧是有限的，對土壤腐蝕起主要作用的 是縫隙和毛細管中的氧。 土壤中傳遞過程比較復(fù)雜，進行得較慢。 潮濕粘性土壤中，由于滲水能力和透氣性差, 氧的傳遞 是相當(dāng)困難的，使陰極過程受阻。 土壤水分pH5，腐蝕產(chǎn)物能形成保護層。 4.3.2 土壤腐蝕的幾種形式 1）充氣不均勻引

22、起的腐蝕 主要指地下管線穿過不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及潮濕程度不同的 土壤帶時，由于氧濃度差別引起的宏觀電池腐蝕。 2） 雜散電流引起的腐蝕 雜散電流是一種漏電現(xiàn)象。源于直流電的大功率電氣裝 置，電氣鐵路，電解及電鍍、電焊機等裝置。 3）微生物引起的腐蝕 對腐蝕有作用的細菌不多，最重要的是硫酸桿菌和硫 酸鹽還原菌(厭氧菌)。 它們能將土壤中硫酸鹽還原產(chǎn)生S2-，小部分消耗在微 生物自身的新陳代謝上，大部分可作為陰極去極化劑, 促進腐蝕反應(yīng)。 土壤 pH 4.59.0，最適宜硫酸鹽還原菌生長; pH 11，這種菌的活動及生長很難。 4.3.3 防止土壤腐蝕的措施 1) 涂料或包覆玻璃布防水； 2)電化學(xué)保

23、護，多采用犧牲陽極法，陰極 保護與涂料聯(lián)合使用效果更好； 3) 金屬涂層或包覆金屬，鍍鋅層等。 4.4 金屬在工業(yè)環(huán)境中的腐蝕 4.4.1 金屬在酸溶液中的腐蝕 氧化性酸與非氧化性酸對金屬腐蝕情況不同。 腐蝕過程中，非氧化性酸的特點是腐蝕的陰極過程基本 是氫去極化過程； 增加酸度會增加陰極反應(yīng)，金屬腐蝕速度增加。 氧化性酸特點是陰極過程主要是氧化劑的還原過程引起 金屬腐蝕。 氧化性酸濃度超過臨界值時，使鈍化型金屬進入鈍態(tài)， 抑制了腐蝕。 溶液腐蝕性與酸強弱及酸陰離子氧化能力有關(guān)。 4.4.1.1 金屬在無機酸溶液中的腐蝕 工業(yè)無機酸有硫酸、硝酸、鹽酸, 它們引起設(shè)備腐蝕破 壞和造成的經(jīng)濟損失相

24、當(dāng)嚴重。 A 金屬在硫酸中的腐蝕 高濃度H2SO4是強氧化劑，能使具有鈍化能力的金屬進 入鈍態(tài)，低濃度的H2SO4則沒有氧化能力，其腐蝕性很 強。 硫酸的腐蝕性最主要取決于溫度和濃度； 氧化劑、流速等也響硫酸對各種材料的腐蝕性。 a) V 與W (H2SO4)關(guān)系 耐硫酸材料為價廉的碳鋼和鉛及鉛合金 鋼和鉛的腐蝕規(guī)律 在硫酸環(huán)境中，鋼和鉛具有互補性. b) 流速對腐蝕影響 隨濃度增加，流速增大，鋼管壽命降低，輸送硫酸 時，不宜采用高的流動速度. B 金屬在鹽酸中的腐蝕 HCl強酸, 除銀、鈦等少數(shù)金屬外，大多數(shù)金屬或合金 在HCl中都不能生成難溶的金屬鹽膜。 HCl中Cl-有極強活性，除鈦等少

25、數(shù)鈍性優(yōu)異的金屬外， 金屬表面鈍化膜在鹽酸中都因受Cl-的破壞而發(fā)生點蝕。 a) 鹽酸濃度與腐蝕速度關(guān)系 工業(yè)純鐵與碳鋼的腐蝕速度隨鹽酸的濃度成指數(shù)關(guān)系 增加，鋼不能用于鹽酸介質(zhì)中。 純鐵、碳鋼腐蝕速度隨HCl濃度成指數(shù)關(guān)系 沸HCl中各種金屬腐蝕速度與HCL濃度關(guān)系 b 鹽酸中溶氧或氧化劑對腐蝕的影響 HCl中存在氧化劑時，銅、鉬、鎳基合金的腐蝕速度 顯著增加。 W(HCl)高, 陰極為氫去極化，W(HCl)低，氧去極化占 優(yōu)勢，腐蝕速度增加。 c 鈍態(tài)金屬在鹽酸中的腐蝕 可電化學(xué)或化學(xué)方法鈍化處理的金屬材料，在HCl中 它們的鈍態(tài)區(qū)很窄或不存在。 耐HCl腐蝕的金屬材料僅限于有極強鈍化性能

26、特殊金 屬及合金，如Ta、Zr及Ti-Mo合金等。 d 耐鹽酸腐蝕的材料 1)Ti-Mo合金 耐蝕Ti合金研制是為改善純Ti在強還原介質(zhì)中的耐蝕 性。WLFinlay發(fā)現(xiàn)Ti-Mo合金對強還原性硫酸、 鹽酸具有優(yōu)異的耐蝕性。 Ti-3040Mo合金在沸騰的W(HCl)=20的HCl中腐 蝕率為10mm/a; 工業(yè)純鈦只能用于RT W(HCl)=310HCl中 Ti-30Mo、Ti-32Mo為還原性酸中最耐蝕的Ti合金。 不含稀貴金屬，受到廣泛重視。 表4-9Ti 合金在HCl中的腐蝕率/mma-1 2) Ti-Ta合金 Ta能提高Ti在還原性介質(zhì)中的耐蝕性，改善鈦在氧 化性介質(zhì)中的耐蝕性。 C

27、 金屬在硝酸中的腐蝕 HNO3強酸, 在其中能鈍化的金屬適用于HNO3, 1)碳鋼 碳鋼在HNO3中的腐蝕行為見圖4-16 2)不銹鋼 對硝酸有良好的耐蝕性。 不銹鋼是硝酸系統(tǒng)中大量使用的耐蝕材料，硝銨、硝酸 生產(chǎn)中大部分設(shè)備都是不銹鋼制造。 W(HNO3)70%熱硝酸中易發(fā)生過鈍化腐蝕。 Al及其合金 3)Al及其合金 對中等溫度的發(fā)煙HNO3良好蝕性; W(HNO3)13合金鑄鐵稱為高硅耐酸鑄鐵。 它對各種無機酸包括鹽酸均有良好的耐蝕性。 高硅鑄鐵中W(Si)15，否會生成介穩(wěn)定的脆性相 (Fe5Si2)。 4.5 人體環(huán)境中金屬植入材料的腐蝕 植入材料是指用于制造人體內(nèi)部的人工器官、小型

28、 監(jiān)測儀器和治療裝置等植入器件。 整形外科中用于修復(fù)人體所使用的材料，以及用于 義齒及人工齒根等方面的材料。植入材料也稱生物 醫(yī)學(xué)材料。 特定金屬材料、有機高分子材料和陶瓷材料。 陶瓷材料即生物陶瓷材料，目前尚不成熟； 高分子材料中只有超高分子聚乙烯人工關(guān)節(jié)材料。 生物醫(yī)學(xué)材料在人體內(nèi)應(yīng)用部位很多，人體高度腐 蝕性的環(huán)境，對材料的耐腐蝕性能要求是相當(dāng)高。 4.5.1 人體環(huán)境特點 1）人體環(huán)境的構(gòu)成 人體環(huán)境由體液構(gòu)成。體液(生理液)是1%的NaCl、少量 其他鹽類及有機化合物的充氣溶液。溫暖的海水。 2）人體環(huán)境的特點 人體環(huán)境復(fù)雜活體, 其變化規(guī)律缺乏足夠認識。 金屬植入材料在人體環(huán)境中可

29、發(fā)生多種腐蝕行為交織在 一起，互相影響。 人體敏感性，要求植入材料達到很好修復(fù)和治療目的， 應(yīng)對周圍的組織、血液及對人體不產(chǎn)生有害的影響。 人體環(huán)境的電化學(xué)特點 體液典型電解質(zhì)溶液, 電化學(xué)腐蝕基本規(guī)律對人體環(huán)境 中植入材料的腐蝕完全適用。體液pH中性, 有時局部 呈弱酸性，含H+，植入材料易點蝕。 金屬植入材料腐蝕屬于氧去極化腐蝕,其陰極過程： O2 +2 H2O + 4e 4OH- (體液中性) (4-11) O2 + 4H+ + 2e 2H2O (體液弱酸性) (4-13) 陽極過程： MeMen+ + ne (4-13) 陽極反應(yīng)金屬失掉電子的溶解反應(yīng)，金屬離子遷移， 患者體液及植入部件周圍的組織中存在著鈷、鉻、鎳、 鉬、鈦等金屬離子。 植入材料耐蝕性與生物相溶性密切相關(guān)。 4.5.2 人體環(huán)境中可能發(fā)生的腐蝕形 式 1）均勻腐蝕 植入材料腐蝕減薄而喪失結(jié)構(gòu)強度不是主要問題， 問題是均勻腐蝕產(chǎn)物的生物相容性，增加病人痛苦 甚至危及生命。 金屬植入材料均勻腐蝕速度比一般工業(yè)材料的腐蝕 速度低23個數(shù)量級。 均腐