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耐蚀合金:大自然的恩赐

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜,同时对氧化膜还有溶解作用。金属腐蚀是工业上危害最大的自发过程,因此耐蚀合金的开发与应用,有重大的社会意义和经济价值。能在高于700℃的高温下工作的金属通称耐热合金。其中镍基合金是最优的超耐热金属材料,组织中基体是镍、铬、钴的固溶体和镍三铝金属化合物,经处理后,其使用温度可达1000℃~1100℃。

耐蚀合金:大自然的恩赐

目前工业上应用的合金种类数以千计,现只简要地介绍其中几大类。

(1)耐蚀合金:属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力,称金属的耐蚀性。纯金属中耐蚀性高的通常具备下述3个条件之一:

热力学稳定性高的金属。通常可用其标准电极电势来判断,其数值较正者稳定性较高;较负者则稳定性较低。耐蚀性好的贵金属,如铂、金、银、铜等就属于这一类。

②易于钝化的金属。不少金属可在氧化性介质中形成具有保护作用的致密氧化膜,这种现象称为钝化。金属中最容易钝化的是钽、铌、铬和铝等。

③表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。这种情况只有在金属处于特定的腐蚀介质中才出现,例如,铅和铝在H2SO4溶液中,铁在H3PO4溶液中,钼在盐酸中以及锌在大气中等。

因此,工业上根据上述原理,采用合金化方法获得一系列耐蚀合金,一般有相应的三种方法:

①提高金属或合金的热力学稳定性,即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素,使形成固溶体以及提高合金的电极电势,增强其耐蚀性。例如在铜中加金,在镍中加入铜、铬等,即属此类。不过这种大量加入贵金属的办法,在工业结构材料中的应用是有限的。

②加入易钝化合金元素,如铬、镍、钼等,可提高基体金属的耐蚀性。在钢中加入适量的铬,即可制得铬系不锈钢。实验证明,在不锈钢中,含铬量一般应大于13%时才能起抗蚀作用,铬含量越高,其耐蚀性越好。这类不锈钢在氧化介质中有很好的抗蚀性,但在非氧化性介质如稀硫酸和盐酸中,耐蚀性较差。这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜,同时对氧化膜还有溶解作用。

③加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素,是制取耐蚀合金的又一途径。例如,钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的化合物羟基氧化铁,它能起保护作用。钢中加入铜与磷或磷与铬均可促进这种保护膜的生成,由此可用铜、磷或磷、铬制成耐大气腐蚀的低合金钢。

金属腐蚀是工业上危害最大的自发过程,因此耐蚀合金的开发与应用,有重大的社会意义和经济价值。(www.xing528.com)

(2)耐热合金又称高温合金:耐热合金合金又称高温合金,它对于在高温条件下的工业部门和应用技术领域有着重大的意义。

一般说,金属材料熔点越高,其可使用的温度限度越高。这是因为随着温度的升高,金属材料的机械性能显著下降,氧化腐蚀的趋势相应增大,因此,一般的金属材料都只能在500℃~600℃下长期工作。能在高于700℃的高温下工作的金属通称耐热合金。“耐热”是指其在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性。

提高钢铁抗氧化性的途径有两条:

①在钢中加入铬、硅、铝等合金元素,或者在钢的表面进行铬、硅、铝合金化处理。它们在氧化性气氛中可很快生成一层致密的氧化膜,并牢固地附在钢的表面,从而有效地阻止氧化的继续进行。

②用各种方法在钢铁表面形成高熔点的氧化物、碳化物、氮化物等耐高温涂层。

提高钢铁高温强度的方法很多,从结构、性质的化学观点看,大致有2种主要方法:

①增加钢中原子间在高温下的结合力。研究指出,金属中结合力,即金属键强度大小,主要与原子中未成对的电子数有关。从周期表中看,ⅥB元素金属键在同一周期内最强。因此,在钢中加入铬、钼、钨等原子的效果最佳。

②加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素,以使钢基体强化。由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物,它们在金属键的基础上,又增加了共价键的成分,因此硬度极大,熔点很高。

利用合金方法,除铁基耐热合金外,还可制得镍基、钼基、铌基和钨基耐热合金,它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合金是最优的超耐热金属材料,组织中基体是镍、铬、钴的固溶体和镍三铝金属化合物,经处理后,其使用温度可达1000℃~1100℃。

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