金屬的耐腐蝕性

什麼是耐腐蝕？

金屬抵抗腐蝕的能力稱為耐蝕性。這種能力是由特定條件下的腐蝕速率決定的。定量和定性特徵用於評估腐蝕程度。

質量特徵是：

• 改變金屬表面的外觀；

• 金屬微觀結構的變化。

數量特徵是：

• 第一個腐蝕焦點出現之前的時間；

• 在一定時間內形成的腐蝕灶數量；

• 單位時間金屬減薄；

• 單位時間內單位面積金屬質量的變化；

• 單位時間單位表面在腐蝕過程中吸收或釋放的氣體體積；

• 給定腐蝕速率下的電流密度；

• 一段時間內屬性的變化（機械屬性、反射率、電阻）。

不同的金屬具有不同的耐腐蝕性。為了提高耐腐蝕性，採用特殊方法：鋼合金化、鍍鉻、鍍鋁、鍍鎳、噴漆、鍍鋅、鈍化等。

鐵和鋼

在氧氣和純水存在下，鐵迅速腐蝕，反應按以下公式進行：

在腐蝕過程中，一層鬆散的銹層覆蓋在金屬上，這層銹層根本不能保護它免受進一步破壞，腐蝕會一直持續到金屬完全被破壞。更活躍的鐵腐蝕是由鹽溶液引起的：即使空氣中存在少量氯化銨 (NH4Cl)，腐蝕過程也會進行得更快。在鹽酸（HCl）的稀溶液中，反應也會積極進行。

濃度超過 50% 的硝酸 (HNO3) 會導致金屬鈍化——它會被一層保護層覆蓋，儘管它很脆弱。汽化硝酸對鐵是安全的。

濃度超過 70% 的硫酸 (H2SO4) 會使鐵鈍化，如果 St3 級鋼在 40°C 的溫度下儲存在 90% 的硫酸中，那麼在這些條件下，腐蝕速率不會超過每年 140 微米。如果溫度為 90°C，則腐蝕將以 10 倍的速度繼續進行。鐵濃度為50%的硫酸會溶解。

磷酸（H3PO4）不會腐蝕鐵，鹼性溶液、氨水、乾燥的Br2和Cl2等無水有機溶劑也不會。

如果將千分之一的鉻酸鈉加到水中，它會像六偏磷酸鈉一樣成為一種極好的鐵腐蝕抑製劑。但氯離子 (Cl-) 會去除鐵的保護膜並增加腐蝕。鐵是技術純的，含有約 0.16% 的雜質，並且具有很高的耐腐蝕性。

中合金鋼和低合金鋼

在低合金鋼和中合金鋼中添加鉻、鎳或銅合金可提高其耐水和大氣腐蝕能力。鉻越多，鋼的抗氧化性越高。但如果鉻含量低於12%，那麼化學活性介質就會對這種鋼材產生破壞作用。

高合金鋼

在高合金鋼中，合金成分在10%以上。如果鋼中含有 12% 到 18% 的鉻，那麼這種鋼可以承受幾乎所有的有機酸、食物、硝酸 (HNO3)、鹼和許多鹽溶液的接觸。在 25% 的甲酸 (CH2O2) 中，高合金鋼將以每年約 2 毫米的速度腐蝕。但是，強還原劑、鹽酸、氯化物和鹵素會破壞高合金鋼。

鎳含量為 8% 至 11% 和鉻含量為 17% 至 19% 的不銹鋼比單獨使用高鉻鋼更耐腐蝕。此類鋼可耐受酸性氧化介質，例如鉻酸或硝酸，以及強鹼。

鎳作為添加劑將提高鋼對非氧化環境和大氣因素的抵抗力。但環境是酸性的、還原性的、帶有鹵素離子的酸性——它們會破壞鈍化氧化層，結果使鋼材失去耐酸能力。

添加1%～4%鉬的不銹鋼比鉻鎳鋼具有更高的耐蝕性。鉬可以抵抗硫酸和硫酸、有機酸、海水和鹵化物。

矽鐵（添加 13 至 17% 矽的鐵），即所謂的鐵矽鑄件，由於存在 SiO2 氧化膜而具有耐腐蝕性，硫酸、硝酸或鉻酸都不能破壞它，他們只是加強了這層保護膜。但是鹽酸（HCl）很容易腐蝕矽鐵。

鎳合金和純鎳

鎳可以抵抗許多因素，包括大氣和實驗室、清潔水和鹽水、鹼性和中性鹽，例如碳酸鹽、醋酸鹽、氯化物、硝酸鹽和硫酸鹽。非含氧和非熱有機酸以及濃度高達 60% 的沸騰濃鹼性氫氧化鉀 (KOH) 不會損害鎳。

腐蝕是由還原性和氧化性介質、氧化性鹼性或酸性鹽、氧化性酸（例如氮氣、潮濕氣態鹵素、氮氧化物和二氧化硫）引起的。

蒙乃爾金屬（鎳含量高達 67%，銅含量高達 38%）比純鎳更耐酸，但不能承受強氧化性酸的作用。它的不同之處在於對有機酸和大量鹽溶液具有相當高的抵抗力。大氣和水腐蝕不會威脅蒙乃爾金屬；氟化物對他來說也是安全的。蒙乃爾金屬可以像鉑金一樣安全地承受 40% 的沸騰氟化氫 (HF)。

鋁合金和純鋁

鋁的保護性氧化膜使其能夠抵抗常見的氧化劑、乙酸、氟、大氣以及大量的有機液體。雜質含量低於 0.5% 的工業純鋁非常耐過氧化氫 (H2O2) 的作用。

它在強還原環境中被苛性鹼的作用破壞。稀硫酸和發煙硫酸對鋁來說並不可怕，但中等強度的硫酸會破壞它，熱硝酸也是如此。

鹽酸會破壞鋁的保護性氧化膜。鋁與汞或汞鹽接觸對前者俱有破壞性。

純鋁比硬鋁合金（其中銅含量高達 5.5%、鎂含量高達 0.5% 和錳含量高達 1%）等更耐腐蝕，而後者的抗腐蝕性較差。 Silumin（添加 11 到 14% 的矽）在這方面更穩定。

銅合金和純銅

純銅及其合金在鹽水或空氣中不腐蝕。銅不怕腐蝕：稀鹼、乾燥 NH3、中性鹽、乾燥氣體和大多數有機溶劑。

含有大量銅的合金，例如青銅，可以承受酸，甚至是冷濃硫酸或熱稀硫酸，或室溫（25°C）下的濃鹽酸或稀鹽酸。

在沒有氧氣的情況下，銅與有機酸接觸不會腐蝕。氟和乾燥的氟化氫對銅都沒有破壞作用。

但銅合金和純銅如果存在氧氣，以及與濕 NH3、某些酸鹽、乙炔、CO2、Cl2、SO2 等濕氣體接觸，會被各種酸腐蝕。銅很容易與汞相互作用。黃銅（鋅和銅）的耐腐蝕性不強。

在此處查看更多詳細信息- 電氣工程中的銅和鋁

純鋅

乾淨的水，就像乾淨的空氣一樣，不會腐蝕鋅。但如果水中或空氣中有鹽類、二氧化碳或氨氣，鋅就會開始腐蝕。鋅溶解在鹼中，尤其是在硝酸 (HNO3) 中溶解得更快，在鹽酸和硫酸中溶解得更慢。

有機溶劑和石油產品一般對鋅沒有腐蝕作用，但如果接觸時間過長，如與裂化汽油接觸，汽油在空氣中氧化，酸度增加，開始腐蝕鋅。

純鉛

鉛對水和大氣腐蝕的高抵抗力是眾所周知的事實。它不會腐蝕 我帶領 當在土壤中時。但是，如果水中含有大量二氧化碳，那麼鉛就會溶解在其中，因為會形成碳酸氫鉛，而碳酸氫鉛已經是可溶的。

一般來說，鉛對中性溶液有很強的抵抗力，對鹼性溶液有一定的抵抗力，對某些酸也有抵抗力：硫酸、磷酸、鉻酸和硫酸。用濃硫酸（98%以上）在25℃的溫度下，鉛能慢慢溶解。

濃度為 48% 的氟化氫在加熱時會溶解鉛。鉛與鹽酸和硝酸、甲酸和乙酸發生強烈反應。硫酸會在鉛上覆蓋一層微溶的氯化鉛 (PbCl2)，並且不會進一步溶解。在濃硝酸中，鉛也會鍍上一層鹽，但稀硝酸會溶解鉛。氯化物、碳酸鹽和硫酸鹽對鉛沒有侵蝕性，而硝酸鹽溶液則相反。

純鈦

良好的耐腐蝕性是鈦的標誌。不被強氧化劑氧化，耐鹽溶液、FeCl3等。濃無機酸會引起腐蝕，但即使沸騰的硝酸濃度低於 65%，硫酸 - 高達 5%，鹽酸 - 高達 5% - 也不會導致鈦腐蝕。對鹼、鹼性鹽和有機酸的正常耐腐蝕性將鈦與其他金屬區分開來。

純鋯

鋯比鈦更能抵抗硫酸和鹽酸，但對王水和濕氯的抵抗力較差。它對大多數鹼和酸具有高耐化學性，耐過氧化氫 (H2O2)。

某些氯化物、沸騰濃鹽酸、王水（濃硝酸 HNO3 (65-68 wt.%) 和鹽水 HCl (32-35 wt.%) 的混合物、熱濃硫酸和發煙硝酸的作用關於腐蝕，這是鋯的一種疏水性特性，即這種金屬不會被水或水溶液潤濕。

純鉭

鉭的優異耐化學性與玻璃相似。其緻密的氧化膜可在高達 150°C 的溫度下保護金屬免受氯、溴、碘的作用。大多數酸在正常條件下對鉭不起作用，即使是王水和濃硝酸也不會引起腐蝕。鹼溶液對鉭幾乎沒有影響，但氟化氫對其有作用，使用濃熱鹼溶液，鹼熔體用於溶解鉭。