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不銹鋼耐腐蝕理論
不銹鋼耐腐蝕理論:即入鉻產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的相關(guān)理論主要有兩種,即成相膜理論和吸附理論。
1)成相膜理論 認(rèn)為鈍化的原因是在金屬與合金表面形成一層起保護(hù)作用的保護(hù)膜。不銹鋼加入鉻后,由于鉻的電極電勢比鐵更負(fù),使之成為微電池新的陽極,在電化學(xué)反應(yīng)作用下鋼表面就會形成一層富鉻的氧化膜。與鐵松散的氧化膜不同,這種致密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物薄膜構(gòu)成獨立的固相,從而將鋼表面與侵入的氧氣化合物或酸性介質(zhì)等機械地隔開,阻礙陽極過程進(jìn)行,使金屬的溶解速度大大降低,起到了耐腐蝕作用。能夠使鋼具有耐腐蝕性的鈍化膜應(yīng)滿足:1.鈍化膜必須將整個金屬表面遮蓋起來。2.鈍化膜各處是均勻的,而且與金屬本體結(jié)合很牢固。不銹鋼表面形成的鉻鈍化膜很好的滿足了上述條件要求,因此不銹鋼就有了“不銹”的性能。
2)吸附理論 則認(rèn)為薄膜的機械覆蓋保護(hù)在金屬鈍化中并不起主要作用,鈍化是由于金屬表面或部分表面生成氧或含氧離子的吸附層,氧原子和金屬最外側(cè)的原子因化學(xué)吸附而結(jié)合,并使金屬表面的化學(xué)結(jié)合力增加,從而改變了金屬/溶液界面的結(jié)構(gòu),顯著提高了陽極反應(yīng)的活化能,因此金屬和腐蝕介質(zhì)的作用顯著減小。也就是說,金屬鈍化是由于金屬表面本身的反應(yīng)能力降低,而不是膜的機械隔離作用。鉻原子的電子排布為1s22s22p63s23p63d54s1,具有未充滿的d 電子層,因此不銹鋼中的鉻傾向于吸附電子,它能和未配對的氧形成強的化學(xué)鍵,從而增強了耐蝕性。
不銹鋼中鉻形成的鈍化膜極薄而透明,肉眼幾乎看不到,所能看到的依然是銀亮光澤的
金屬表面,所以鈍化膜對不銹鋼材料的外觀沒有影響。這層膜阻止金屬被進(jìn)一步腐蝕,并且
還具有自我修復(fù)的能力,一旦遭到破壞,鋼中的鉻會與介質(zhì)中的氧重新生成鈍化膜,繼續(xù)起
保護(hù)作用。
不銹鋼中鉻的最低含量各個國家標(biāo)準(zhǔn)不同,我國一般認(rèn)為鉻含量不應(yīng)小于12%。實際上,
不銹鋼耐蝕性對鉻元素的含量要求,取決于腐蝕介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流動速度,
以及鋼中除鉻以外的其它元素等眾多因素。
不銹鋼成分對鉻含量影響最大的是碳,碳是構(gòu)成不銹鋼的主要元素之一。因為碳與鉻能
形成碳化物,這會占用不銹鋼的一部分鉻。對于CrmCn 這種碳化物來說,不銹鋼中的碳要與
52m/12n 倍碳量的鉻結(jié)合成碳化物。也就是說不銹鋼中含碳量越多,形成碳化物所需要的鉻
也越多,當(dāng)鋼中總鉻量一定時,能夠形成鈍化膜的鉻就會減少,鋼的耐蝕性必然降低。同時,
如前所述,碳是形成微電池陰極的材料,碳的增多會造成微電池組的增多從而降低耐蝕性。
因此碳雖然可以使鋼材具有較高的強度,但這和其耐蝕性是相互矛盾的。為了有效確保不銹
鋼的耐蝕性,可以根據(jù)需要適當(dāng)提高含鉻量。除此之外,還可以在不銹鋼中加入比鉻和碳親
和力更大的元素,比如鈦或鈮。由于合金元素與碳的親和力大小按Fe、Mn、Cr、Mo、W、Nb、
V、Zr、Ti 的排列順序增加,因此加入鈦或鈮時,它們會和不銹鋼中的碳結(jié)合,釋放出鉻,
可以提高不銹鋼的耐蝕性。
總的來說,目前工業(yè)中獲得應(yīng)用的不銹鋼的含碳量都是比較低的,大多數(shù)不銹鋼的含碳
量在0.1%-0.4%之間,耐酸鋼則以含碳0.1%-0.2%的居多。畢竟在大多數(shù)使用條件下,不銹
鋼總是以耐腐蝕為主要目的的。
在提高不銹鋼耐蝕性方面,除了鉻在其中起著決定性作用外,其他某些合金元素也會增
強不銹鋼的耐蝕性,比如鎳。Ni2+/Ni 的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為-0.2363V,鐵鎳合金的電極電勢隨
著鎳的增加而增加,因此鎳在合金中的耐蝕性不是鈍化作用,而是使合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性有
所增加。這樣的耐蝕作用,無論是對于氧化性介質(zhì)還是還原性介質(zhì),都是有效的。但鐵鎳合
金僅從熱力學(xué)上并不能完全有效地抑制銹蝕,因此鎳常常與鉻同時存在于不銹鋼中。這種組
合,是鉻的優(yōu)良的鈍化性能同鎳對還原性介質(zhì)一定的耐蝕性相配合,使不銹鋼具有更高的耐
腐蝕性能。
另外,錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳的作用,鉬和銅的添加也可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。
實際上,不銹鋼的耐蝕性是不銹鋼中各種成分相互作用的結(jié)果??偟膩碚f,不銹鋼在耐腐蝕性能方面比普通鋼有了顯著提高。在鉻的鈍化作用下,使其具有耐腐蝕性,同時不銹鋼中常見的其他成分如鎳、錳、氮、鉬、銅等元素也對提高其耐蝕性具有一定影響。
最后需要說明,不銹鋼的“不銹”是相對的,耐腐蝕是相對于普通鋼而言。不銹鋼不容易生銹,但不是絕對不生銹,只是在相同條件和環(huán)境中,較普通鋼而言不容易腐蝕生銹。若不銹鋼表面微小“銹孔”迅猛增加而來不及形成鈍化膜,也會造成不銹鋼受到大規(guī)模腐蝕。
因此,防止制造品之間相互碰撞,避免其長時間接觸酸堿鹽等介質(zhì),這些防止普通鋼生銹的
方法也同樣適用于不銹鋼。
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其 他 回 答共3條
1樓
不銹鋼耐腐蝕理論
普通碳鋼與大氣中氧,在金屬表面形成過氧化膜,然后繼續(xù)進(jìn)行氧化,使銹蝕不斷擴大,形成“千層糕”式的腐蝕物,直至爛穿。不銹鋼的不銹性與鋼中鉻含量有光。鋼中鉻含量達(dá)到12%時,與大氣接觸,在不銹鋼表面產(chǎn)生一層鈍化膜(Cr2O3),它是致密的富鉻氧化物,有效地保護(hù)著不銹鋼表面,特別是能防止進(jìn)一步再氧化。這種氧化膜極薄(只有幾個微米),頭各國它可以看到鋼表面的自然光澤,使不惜剛既有獨特的表面。若表面鈍化膜一旦被破壞,鋼中的鉻與大氣中的氧心生成鈍化膜,繼續(xù)起保護(hù)作用
不銹鋼遇到特殊環(huán)境,也會出現(xiàn)某些局部腐蝕,如孔蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕等。為了克服這些腐蝕,在鋼中分別加入了鉬、氮、鈦或鈮等元素,并研制出了低碳、超低碳、雙相不銹鋼等新品種,提高不銹鋼的耐腐性
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所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng),在表面形成氧化膜。不幸的是,在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進(jìn)行氧化,使銹蝕不斷擴大,最終形成孔洞??梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ?,鋅,鎳和鉻)進(jìn)行電鍍來保證碳鋼表面,但是,正如人們所知道的那樣,這種保護(hù)僅是一種薄膜。如果保護(hù)層被破壞,下面的鋼便開始銹蝕。
不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻,但是因為鉻是鋼的組成部分之一,所以保護(hù)方法不盡相同。
在鉻的添加量達(dá)到10.5%時,鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加,但鉻含量更高時,盡管仍可提高耐腐蝕性,但不明顯。原因是用鉻對鋼進(jìn)行合金化處理時,把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面,防止進(jìn)一步地氧化。這種氧化層極薄,透過它可以看到鋼表面的自然光澤,使不銹鋼具有獨特的表面。而且,如果損壞了表層,所暴露出的鋼表面會和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理,重新形成這種氧化物"鈍化膜",繼續(xù)起保護(hù)作用。
因此,所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性,即鉻含量均在10.5%以上。
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