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耐蚀材料

/corrosion resistant material/
条目作者韩恩厚

韩恩厚

最后更新 2022-12-23
浏览 122
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与周围环境或化学介质接触时,能够抵抗破坏并保持原有性能或者其性能降低速度很慢并能满足服役工况下长期使用要求的材料。耐蚀材料具有突出的抵抗腐蚀的能力。

英文名称
corrosion resistant material
所属学科
材料科学与工程

腐蚀是通过材料与周围环境介质接触,通过电化学与化学反应或者物理溶解,使得材料性能发生退化的过程。耐蚀包括耐水溶液腐蚀(含酸、碱、盐)与耐大气腐蚀、耐高温氧化、耐物理溶解与化学溶解等,分别对应电化学腐蚀、化学腐蚀(氧化)、物理溶解。材料是否耐蚀取决于材料与环境介质的组合,甚至外部载荷(力学)也会显著影响其腐蚀速度或者改变其腐蚀形态。同一材料在一种介质中耐蚀,换一种介质条件就可能不耐蚀。例如,日常生活中用的奥氏体不锈钢不耐海水腐蚀。同一类材料在相同介质中会因成分、微观组织结构、制备加工工艺、热处理制度、夹杂物的数量与尺寸及分布等不同,使得其耐蚀性能存在明显差异。耐蚀材料大致可分为耐蚀金属材料、耐蚀无机材料、耐蚀聚合物、耐蚀复合材料等四类。

耐蚀材料的使用需要根据不同材料的自身特性与环境适应性进行选择使用。在一定服役工况下采用何种耐蚀材料,取决于使用环境条件(如受力状况、腐蚀介质种类与浓度、温度、压力、材料的状态、是否要求导电、绝缘或散热,以及密度及磁性等)及服役安全性、耐久性、经济性等要求。耐蚀材料在使用时还要按照全寿命周期来进行选择。

包括纯金属与合金等。金属材料的耐蚀性依据材料的自腐蚀电位可大致确定。从热力学上,通过电位-pH图判定;具体的腐蚀速度(腐蚀动力学),通过极化曲线判定。

金属材料的耐腐蚀性和材料与环境条件的组合存在很大关系。例如,铂金的自腐蚀电位高,化学稳定性好,常温下不与盐酸、硝酸、硫酸以及有机酸发生反应,几乎可以称为最耐腐蚀金属,然而却溶于王水。

耐蚀金属材料大多是钝性材料,即材料在相应的腐蚀介质中会形成钝化膜层,从而显著降低腐蚀速度。例如,钛由于很容易形成稳定的氧化钛(TiO2)保护膜、铝表面很容易形成稳定的氧化铝(Al2O3)保护膜、铜表面形成氧化铜保护膜、不锈钢表面形成氧化铬保护膜,从而表现出非常好的耐腐蚀性。再比如,钛合金的耐海水腐蚀性能极佳。

表面改性是进一步提高耐蚀金属材料耐蚀性的措施,包括表面喷丸、表面化学处理、激光表面处理等等。

主要指陶瓷,包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。由于陶瓷具有优异的化学稳定性与耐高温性能,故而适用于在高温氧化环境下长时间使用。陶瓷的脆性高,使用时需要注意没有撞击的部位;陶瓷在微观上不致密,在水溶液中使用前需要表面封孔。玻璃、搪瓷是日常生活中常见的耐蚀无机材料。陶瓷的化学溶解是影响其耐蚀性的重要因素,在选择使用时应给予高度关注。

化学稳定性好、弹性模量低,在一定温度范围内具有优异的耐腐蚀性。例如,塑料是最好的材料之一,对大多数酸、碱、盐的耐蚀性比一般金属好,且成形加工容易,成本也较低。例如,聚四氟乙烯在强酸、强碱、强氧化剂甚至王水中都不会被腐蚀;耐酸酚醛极耐各种浓度盐酸、低中浓度硫酸腐蚀;聚丙烯除浓酸、浓硫酸等强氧化性介质外,几乎耐各种酸、碱、盐腐蚀。耐蚀聚合物单独使用时大多适合于不承受载荷或载荷较小的部件,常常被用于金属表面的覆盖层。由于其膨胀系数比金属大得多,其与金属部件配合使用时适合用于温度波动较小的部位。

分为金属基、陶瓷基和高聚物基复合材料,按照增强相的特性分为颗粒与纤维复合。增强相与基体之间的局部电位差对其耐蚀性起重要作用,降低两者之间的局部电位差则能够提高其耐蚀性。例如,玻璃钢、C/C复合材料是耐腐蚀性极佳的复合材料。

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