当前课程知识点：腐蚀与防护 > 第四章 金属的钝化 > 4.2 钝化的影响因素 > 钝化的影响因素
我们前面一个知识点学习了
什么是钝化
钝化的电化学极化特征是什么样子的
本节课我们主要学习影响钝化能力的因素
前面我们知道
对于大多数金属如钛合金
不锈钢 铝合金的钝化
表面形成氧化物
氧化物膜是钝化的关键
如图是不锈钢刚打磨
和三个月后的表面钝化膜
刚打磨时表明形成氧化膜
且局部存在孔洞
长时放置后氧化膜由非晶态氧化膜
和内层晶态富铬氧化膜组成
我们再来看铝合金的表面氧化膜
铝合金在空气中会形成氧化膜
在变形条件下铝合金表面膜
还具有自愈合功能
这些氧化膜的形成能力与哪些因素有关呢
首先
与材料本身的合金成分有关
不同合金元素影响钝化的能力不同
例如
Ti Al和Cr的钝化能力强
可以在发生自钝化
利用合金元素钝化能力
可进行相应的材料设计
例如
不锈钢具有较强的钝化能力
主要是利用了Cr元素的添加
且钝化能力随Cr元素含量增加
符合塔曼定律
即每当固溶的Cr含量为1/8的整数倍时
耐蚀性急剧提升
如图所示三种不锈钢
在海水中的极化曲线及组织图
不锈钢中Cr含量至少为10%以上
才有钝化能力
那么从图里面
点蚀电位可以看到
Cr13系列马氏体锈钢<18Cr系列
的316L不锈钢<25Cr系列
的不锈钢如2205双相不锈钢
类似的
在铜中添加镍
提高在氨溶液中的耐蚀性
由图可见
添加1/8的
腐蚀速率会从0.37克/㎡/每小时
降低至0.3克/㎡/每小时
添加1/4后呢
这样的腐蚀速率会降至0.3以下
添加50%以后
就没有明显的腐蚀失重
除了表面氧化膜为多孔 不能保护镁机体外
我们常规可钝化的金属
难以以固溶体的形式添加
它会是以中间项的形式
这可以从相图中得知
如 镁铝中高温时
铝最多固溶约12%
更多铝含量下会形成镁铝金属介化合物
钛与镁几乎不互溶
类似的还有铬元素
因此
从成分设计的角度镁合金呢
它很难形成表面的钝化膜进行防护
其次
介质对金属的钝化能力有显著影响
如前所述
不同介质的阴极极化行为的差异
导致金属电化学行为差异明显
在强氧化剂中高铬酸根离子
具有较强的致钝能力
是钝化剂中最经典组成
但六价铬元素具有毒性
目前随着环保意识的加强
市场上开发了系列含柠檬酸
双氧水等氧化剂的钝化剂替代铬酸根离子
另外
对于镁等金属
由于本身金属氧化物不致密
没有保护性
而MgF中F离子的原料具有毒性
因此通过镁合金元素添加
使得表面形成非氧化物的钝化膜
也是目前镁合金开发应用的发展方向之一
除此之外
卤素离子对钝化能力有明显劣化作用
如图所示为304不锈钢
在不同氯离子浓度中的极化曲线
随氯离子浓度增加
击破电位明显降低
腐蚀电位也降低
当氯离子达8M时
还出现了活性溶解峰
pH对钝化也有显著影响
特别是在酸性溶液中
图示为316L不锈钢
在不同pH盐酸溶液中的极化曲线
可见击破电位降低
钝化区变窄
在pH1 0时发现了活性溶解的倾向
当pH为0 45时
具有明显的活性溶解峰
此时不锈钢为活性腐蚀
溶液氧含量影响钝化能力
值得注意的是
如果直接向溶液中增加氧浓度
会使金属形成稳定钝化的同时
腐蚀电位提高
而在搅拌增氧条件下
腐蚀电位变化不大
一般情况下
对于金属本身而言
温度越低金属越易钝化
但是
对于工程常用的钝化剂而言
化学钝化剂的氧化性
和致钝能力随温度升高而增加
因此
化学钝化剂对不锈钢的钝化质量
反而随温度降低而降低
例如
我们用化学钝化剂
在南方能有效地钝化金属
但是冬天的北方钝化效果就不良
在工程应用中
很多金属零部件经历了
多道次加工工艺而具有不同的表面
其表面质量对零部件的钝化能力
有显著影响
一般除了抛光和粗加工表面
常规加工表面的粗糙度
对不锈钢的钝化能力影响不大
如图所示
某奥氏体不锈钢400#和800#
砂纸表面在海水中的极化曲线差异不大
但是
表面变质层的存在对钝化能力影响明显
例如电火花加工表面
因加工过程中电火花表面急冷过程中
出现表面微裂纹和积碳
使得腐蚀性急剧降低
如图所示
为2507双相不锈钢不同电火花表面
的形貌以及在海水中的动电位极化曲线
可见
即使是2507双相不锈钢
当电火花加工表面有微裂纹时也不能发生
而没有缺陷的电火花表面
具有明显钝化区
且击破电位与原始表面接近
另外
加工过程中异质污染颗粒
在嵌入不锈钢表面使得嵌入处
的钝化膜覆盖不完整
进而在加工存放过程中
因异质颗粒的活性腐蚀诱发生锈
如图所示为
不同铁污染不锈钢在3 5% NaCl溶液中
的极化曲线
可见异质铁污染降低不锈钢击破电位
并且由于铁污染的活性腐蚀
使钝化电流密度增大
其异质污染的腐蚀
导致不锈钢叶轮在打磨光洁
的表面在零部件存放现场也发生锈蚀
-1.1 腐蚀与防护的基本概念
-1.2 腐蚀的分类
--腐蚀的分类
-1.3 全面腐蚀速率的评价指标
-第一章 概论--本章习题
-2.1 电化学腐蚀电池
--电化学腐蚀电池
-2.2 电极和电极电位
--电极和电极电位
-2.3 E-pH图及其应用
-第二章 电化学腐蚀热力学--本章习题
-3.1 电极的极化
--电极的极化
-3.2 单电极反应动力学
--单电极反应动力学
-3.3 混合电位理论
--混合电位理论
-3.4 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 一
-3.5析氢腐蚀与吸氧腐蚀 二
-第三章 电化学腐蚀动力学--本章习题
-4.1 钝化及电化学极化特征
-4.2 钝化的影响因素
--钝化的影响因素
-4.3 不锈钢钝化质量的检测
-4.4 金属动电位极化测量实验
-第四章 金属的钝化--本章习题
-5.1 电偶腐蚀
--电偶腐蚀
-5.2 点蚀
--点蚀
-5.3 缝隙腐蚀
--缝隙腐蚀
-5.4 晶间腐蚀与选择性腐蚀
-5.5 晶间腐蚀综合实验
--晶间腐蚀综合实验
-第五章 常见的金属局部腐蚀形态--本章习题
-6.1 应力腐蚀开裂
--应力腐蚀开裂
-6.2 氢致开裂
--氢致开裂
-6.3 腐蚀疲劳
--腐蚀疲劳
-6.4 磨损腐蚀
-- 磨损腐蚀
-本章习题--作业
-7.1 大气腐蚀
--大气腐蚀
-7.2 水环境腐蚀
--水环境腐蚀
-7.3 土壤环境腐蚀
--土壤环境腐蚀
-7.4 自然环境腐蚀检测方法与腐蚀失效工程案例
-本章习题--作业
-8.1 选材与结构设计
-8.2 电化学保护
--电化学保护
-8.3 缓蚀剂保护
--缓蚀剂保护
-8.4 金属涂镀层
--金属层防护层
--非金属防护层
-8.5 大型工程中的腐蚀防护应用案例
-第八章 金属腐蚀控制与防护--本章习题
-一、判断题
-二、填空题
-三、选择题
-四、综合应用题
-讨论二
