第三章金屬在某些環(huán)境中的腐蝕

第三章金屬在某些環(huán)境中的腐蝕3.1在高溫氣體中的腐蝕3.2在大氣中的腐蝕特點(diǎn)3.3在土壤中的腐蝕特點(diǎn)2.4在海水中的腐蝕特點(diǎn)3.1在高溫氣體中的腐蝕金屬在高溫氣體中的氧化是一種普遍、重要的腐蝕形式，了解金屬氧化的機(jī)理及其規(guī)律正確選用高溫結(jié)構(gòu)材料防止（減緩）金屬在高溫氣體中的腐蝕3.1.1金屬的高溫氧化與氧化膜

3.1.2金屬氧化的動力學(xué)規(guī)律

3.1.3高溫合金的抗氧化性能

3.1.4氫腐蝕與硫化

3.1.5耐熱金屬結(jié)構(gòu)材料簡介

3.1.1金屬的高溫氧化與氧化膜1、高溫氧化過程金屬氧化：金屬與介質(zhì)作用失去電子的過程

M→Mn++ne

xM

+Yx=MxYy

第一步:吸附、化合成膜：

（界面反應(yīng)）第二步：膜成長：（擴(kuò)散過程）金屬氧化膜成長的擴(kuò)散方式：金屬氧化膜的結(jié)構(gòu)和形態(tài)決定反應(yīng)物質(zhì)（M2+

或O2-）通過膜的擴(kuò)散方式和擴(kuò)散速度3.1.1金屬的高溫氧化與氧化膜2、氧化膜的結(jié)構(gòu)與形態(tài)金屬氧化物可能有三種形態(tài)：固體、液體、氣體固體金屬氧化膜：導(dǎo)電、擴(kuò)散特性反應(yīng)氧化物的屬性和晶格內(nèi)部缺陷結(jié)構(gòu)非當(dāng)量化合的離子晶體：金屬陽離子過剩陰離子過剩金屬離子過剩的氧化膜：金屬離子不足的氧化膜：膜的成長都是依靠電子和離子通過膜中缺陷的遷移來實(shí)現(xiàn)的離子遷移速度愈快，氧化速度愈快離子擴(kuò)散的方向取決于晶格缺陷的類型離子擴(kuò)散的速度取決與晶格缺陷的濃度3.1.1金屬的高溫氧化與氧化膜

3、氧化膜的保護(hù)性

氧化膜的完整性、致密性膜的熱穩(wěn)定性膜的結(jié)構(gòu)及厚度膜與金屬的相對熱膨脹系數(shù)膜中的應(yīng)力狀態(tài)氧化膜具有保護(hù)性的條件：

膜必須是完整的膜具有足夠的強(qiáng)度和塑性，與基體膨脹系數(shù)相近，結(jié)合力強(qiáng)膜內(nèi)晶格缺陷濃度低在高溫介質(zhì)中穩(wěn)定性好（高的熔點(diǎn)、高的生成熱）3.1.2金屬氧化的動力學(xué)規(guī)律金屬的氧化速度的規(guī)律1、直線規(guī)律：堿金屬、堿土金屬及其合金3.1.2金屬氧化的動力學(xué)規(guī)律金屬的氧化速度的規(guī)律2、拋物線規(guī)律：W、Fe、Cu、Ni、Mn、Zn、Ti等3.1.2金屬氧化的動力學(xué)規(guī)律金屬的氧化速度的規(guī)律3、對數(shù)規(guī)律：Zn(<225℃)、Ni（<650℃）Cu（<100℃）

Al、Cr、Si及其合金3.1.3高溫合金的抗氧化性1、合金化原理利用合金化提高金屬的抗氧化性途徑：（1）減小氧化膜的晶格缺陷濃度金屬離子過剩型氧化膜：原子價(jià)較高的金屬離子金屬離子不足型氧化膜：原子價(jià)較低的金屬離子

（2）依靠選擇氧化生成保護(hù)膜

合金元素的離子半徑<基體金屬離子半徑（3）生成穩(wěn)定的新相（復(fù)合氧化物）離子在AB2O4氧化膜中的擴(kuò)散速度遲緩（移動所需活化能提高）3.1.3高溫合金的抗氧化性2、合金的抗氧化性

高溫下迅速氧化，氧化后形成一層連續(xù)而致密的、牢固地附著在金屬表面的薄膜，使金屬具有不再被氧化或氧化速度很小的特性提高鋼的抗氧化性：采用合金化途徑，加入Cr、Al、Si及其他微量元素，選擇氧化或生成復(fù)合氧化物新相與溫度、壓力有關(guān)3.1.4氫腐蝕與硫化1、氫腐蝕

鋼材受高溫高壓的氫氣作用，變脆甚至破裂的現(xiàn)象

氫腐蝕分為兩個(gè)階段：

I：氫脆階段（也稱為氫腐蝕的孕育期）；II：氫侵蝕階段

Fe3C+2H2→3Fe+CH4↑Fe3C→3Fe+CC+2H2→CH4

提高鋼的抗氫腐蝕性能：鋼中加入強(qiáng)碳化物形成元素（Cr、Mo、W、V、Nb、Ti），使碳優(yōu)先結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物鋼材的氫腐蝕曲線3.1.4氫腐蝕與硫化2、高溫硫化

金屬與含S氣體接觸，反應(yīng)生成硫化物，使金屬不斷腐蝕的現(xiàn)象

體積比r更大硫化比氧化作用更嚴(yán)重：晶格缺陷濃度高得多

膜的熔點(diǎn)低（共晶物更低）

高溫硫腐蝕3.1.5耐熱金屬結(jié)構(gòu)材料簡介

抗氧化鋼：高溫下具有抗氣體侵蝕能力的鋼

Al、Si、Cr作為合金元素高溫下，不受壓或壓力較低的設(shè)備耐熱鋼熱強(qiáng)鋼；在高溫下具有足夠強(qiáng)度的鋼

Cr、Mo、W、V、Ti、

Nb作為合金元素高溫下，壓力較高的設(shè)備（實(shí)例見教材P74）耐熱新鋼種：10MoWVNb12Cr2MVTiB、12Cr3MoVSiTiB4Cr22Ni4N、3Cr24Ni7SiN3Cr19Ni4SiN3.1.5耐熱金屬結(jié)構(gòu)材料簡介

抗氧化鋼：高溫下具有抗氣體侵蝕能力的鋼

Al、Si、Cr作為合金元素高溫下，不受壓或壓力較低的設(shè)備2、耐熱鋼熱強(qiáng)鋼；在高溫下具有足夠強(qiáng)度的鋼

Cr、Mo、W、V、Ti、

Nb作為合金元素高溫下，壓力較高的設(shè)備（實(shí)例見教材P74）3.2在大氣中的腐蝕特點(diǎn)金屬在大氣自然條件下發(fā)生的腐蝕在金屬表面上的薄層電解液膜中進(jìn)行的電化學(xué)腐蝕金屬表面的水膜成分，是大氣中的雜質(zhì)溶解在水膜中形成的相應(yīng)的電解質(zhì)溶液大氣腐蝕過程遵循電化學(xué)腐蝕的一般規(guī)律自身的特點(diǎn)：陰極以耗氧腐蝕為主；腐蝕程度受大氣的成分和濕度影響3.2在大氣中的腐蝕特點(diǎn)3.3在土壤中的腐蝕特點(diǎn)與在電解液中腐蝕的本質(zhì)是一樣的自身特征：陰極過程主要上氧的去極化過程受土壤的結(jié)構(gòu)和濕度的