金属腐蚀基础.pptx
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1、机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 20241.1、腐蚀的定义腐蚀是指材料与它所处环境介质之间发生化学物理的相互作用,而引起的变质和破坏。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 20241.2、腐蚀的危害直接经济损失:更换设备及构件;间接经济损失:设备停产、腐蚀泄露;1)巨大的经济损失机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024n大量优质原料泄露n大量的金属需要回炼2)资源和能源的严重浪费3)引发灾难事故4)污染人类生存环境机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 20241.3 腐蚀的分类及产生机理n1)按腐蚀环境分化学介
2、质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 20242)按腐蚀反应机理分n化学腐蚀:金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学发生:金属与电解质发生电化学作用而引起的破坏。物理腐蚀:单纯物理溶解作用而引起的破坏。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024a.金属的高温氧化与氧化膜n氧化发生的条件:PMO=Po2,反应处于平衡状态PMOPO2,反应向氧化物分解方向进行PMOPO2,反应向氧化物生成方向进行机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 202
3、42Cu2O4Cu+O2n500K,PCu2O=5.610-31MPan800K,PCu2O=2.310-21MPan1200K,PCu2O=2.010-8MPan2000K,PCu2O=4.410-1MPa空气中O2的分压为:Po2=0.022MPa机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024FeO2Fe+O2n600K,PMO=5.110-43MPan800K,PMO=9.110-31MPan1200K,PMO=1.610-20MPan2000K,PMO=5.110-8MPa空气中O2的分压为:PO2=0.022MPa机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 202
4、4 2024氧化膜的保护性n氧化膜保护性能主要取决于氧化膜的完整性与致密性,也和膜的热稳定性、膜的结构及厚度、膜与金属的相对膨胀系数以及膜中的应力状态等因素有关。氧化膜要具有保护性,必需满足:机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024氧化膜要具有保护性,必需满足:1)膜必须是完整的:2)膜具有足够的强度和塑性3)膜内晶格缺陷浓度低4)膜在高温介质中是稳定的机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024a 高温氧化n在常温下,金属氧化物只有几个分子厚(1.52.5nm),对光泽没有影响。氧化膜的颜色:40(黄),52(棕),58(红),68(紫),72(蓝
5、)机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024表面氧化皮结构致密,完整表面氧化皮结构致密,完整氧化皮结构致密,但与基体氧化皮结构致密,但与基体材料间存在另一种氧化物。材料间存在另一种氧化物。氧化皮纵向呈断裂状。氧化皮纵向呈断裂状。氧化皮横向呈断裂状。氧化皮横向呈断裂状。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024表面氧化皮结构致密,完整表面氧化皮结构致密,完整氧化皮结构致密,但与基体氧化皮结构致密,但与基体材料间存在另一种氧化物。材料间存在另一种氧化物。氧化皮纵向呈断裂状。氧化皮纵向呈断裂状。氧化皮横向呈断裂状。氧化皮横向呈断裂状。机械设计与表面科学研究
6、室19 19 四月四月 2024 2024b.脱 碳n危害:n1 破坏表面膜,降低膜的保护作用n2 表面硬度下降,降低耐磨性和疲劳强度机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024C.氢腐蚀n氢腐蚀可分为两个阶段氢脆阶段:韧性降低,材料变脆氢腐蚀阶段:产生裂纹和气泡钢材受高温高压的氢气作用而变脆甚至破裂的现象。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024防止氢腐蚀采用Nelson曲线。温度氢分压6.0Cr0.5Mo3.0Cr0.5Mo2.25Cr1Mo机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024d.高温硫化硫化比氧化作用更严重,主要是由
7、于金属硫化物的一系列特性造成的。危害性表现在:危害性表现在:膜体积大;膜中的晶格缺陷浓度高;膜的熔点低。金属与含硫气体接触,反应生产氧化物,使金属不断腐蚀的现象机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024耐热结构材料简介n耐热钢是指在工作温度高于450时,具有一定强度和抗氧化能力的钢种。n高温下具有抗气体侵蚀能力的钢称为抗氧化钢n高温下具有足够强度的钢称为热强钢。提高钢的抗氧化性能的合金元素,主要是Cr、Al、Si,而为了提高钢的高温强度,在最近发展的高级耐热合金中,加入合金元素Cr铌、Ni、Ti、Mo、W、V、Nb、N等元素。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月
8、2024 2024nAl、Si、Cr抗高温氧化,抗硫腐蚀能力;nNb、Ti、V、Cr、Mo、W氢脱碳、脆化;nNi、Co、Cu能氮化腐蚀;nNi、Cu、Al、Si、Ti、Cr减轻渗碳;nNi、Mn、N稳定奥氏体组织;nTi、Nb、Ta产生稳定碳化物;nN、Ti、Nb、Mo、V防止高铬钢的长大;nMo、W、V、Nb、Ti、Al、Si增加高温强度和高温抗蠕变能力。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024抗氧化钢n含Cr、Al、Si钢抗氧化性能好,Al、Si含量高的钢,抗氧化能力很强,高温强度却大大下降。n抗氧化钢一般只适宜于制造高温下不受压和压力较低的设备。n1Cr13Si
9、3、1Cr13SiAl可用于800900以下、低负荷及含S气体条件下的结构部件。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024热强钢n热强钢主要系列有:nCr钢、Mo钢、Cr-Mo钢、Cr-Mo-V钢,以及188型钢。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 20242)电化学腐蚀n金属及其合金与电解质接触时发生电化学作用而引起的腐蚀。Zn在稀硫酸中溶解示意图机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024Cu-Zn 原电池示意图阳极阴极Zn=Zn2+2e2H+2e=H2e机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024腐蚀原电池
10、的类型宏观异种金属接触形成电偶电池金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池金属处于温度不同的介质中形成温差电池微观化学性质不均匀微观组织不均匀物理状态不均匀表面膜不完整机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 20243)按腐蚀破坏的型式分全面腐蚀、局部腐蚀和物理腐蚀 三菱重工统计全面腐蚀:8.5应力腐蚀:45.6小孔腐蚀:21.6腐蚀疲劳:8.5晶间腐蚀:4.9高温氧化:4.9氢 脆:3.0其 它:3.0%化工部统计14.838.025.06.57.53.71.33.0%机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024(1)全面腐蚀腐蚀分布在整个金属截面,结果使金属
11、结构截面尺寸减少,直至完全破坏。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024金属腐蚀速度的表示方法n一.重量指标以单位面积金属在单位时间内因腐蚀而造成的重量损失表示。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024n(二)深度指标均匀腐蚀的三级评判标准均匀腐蚀的三级评判标准金属的厚度因腐蚀而减少的量(mm)。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024(2)局部腐蚀腐蚀作用在金属表面的局部区域,而其它大部分表面几乎不腐蚀或腐蚀很轻微。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024按腐蚀发生的条件、机理特征,可将其分为:电
12、偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、氢脆等机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024一、应力腐蚀n应力腐蚀破裂是指金属材料在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的脆性断裂现象。机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024a、应力腐蚀实例塔器上人孔不锈钢复合层开裂机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024泵体与刚性管线联接的腐蚀破裂机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024不锈钢胀管颈部的破裂机械设计与表面科学研究室19 19 四月四月 2024 2024b、应力腐蚀产生的条
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