不锈钢耐腐蚀理论 有几个学说?

不锈钢耐腐蚀理论
有几个学说?

不锈钢耐腐蚀理论
不锈钢耐腐蚀理论：即入铬产生钝化现象的相关理论主要有两种,即成相膜理论和吸附理论.
1）成相膜理论 认为钝化的原因是在金属与合金表面形成一层起保护作用的保护膜.不锈钢加入铬后,由于铬的电极电势比铁更负,使之成为微电池新的阳极,在电化学反应作用下钢表面就会形成一层富铬的氧化膜.与铁松散的氧化膜不同,这种致密的、覆盖性良好的固体产物薄膜构成独立的固相,从而将钢表面与侵入的氧气化合物或酸性介质等机械地隔开,阻碍阳极过程进行,使金属的溶解速度大大降低,起到了耐腐蚀作用.能够使钢具有耐腐蚀性的钝化膜应满足：1.钝化膜必须将整个金属表面遮盖起来.2.钝化膜各处是均匀的,而且与金属本体结合很牢固.不锈钢表面形成的铬钝化膜很好的满足了上述条件要求,因此不锈钢就有了“不锈”的性能.
2）吸附理论 则认为薄膜的机械覆盖保护在金属钝化中并不起主要作用,钝化是由于金属表面或部分表面生成氧或含氧离子的吸附层,氧原子和金属最外侧的原子因化学吸附而结合,并使金属表面的化学结合力增加,从而改变了金属/溶液界面的结构,显著提高了阳极反应的活化能,因此金属和腐蚀介质的作用显著减小.也就是说,金属钝化是由于金属表面本身的反应能力降低,而不是膜的机械隔离作用.铬原子的电子排布为1s22s22p63s23p63d54s1,具有未充满的d 电子层,因此不锈钢中的铬倾向于吸附电子,它能和未配对的氧形成强的化学键,从而增强了耐蚀性.
不锈钢中铬形成的钝化膜极薄而透明,肉眼几乎看不到,所能看到的依然是银亮光泽的
金属表面,所以钝化膜对不锈钢材料的外观没有影响.这层膜阻止金属被进一步腐蚀,并且
还具有自我修复的能力,一旦遭到破坏,钢中的铬会与介质中的氧重新生成钝化膜,继续起
保护作用.
不锈钢中铬的最低含量各个国家标准不同,我国一般认为铬含量不应小于12%.实际上,
不锈钢耐蚀性对铬元素的含量要求,取决于腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流动速度,
以及钢中除铬以外的其它元素等众多因素.
不锈钢成分对铬含量影响最大的是碳,碳是构成不锈钢的主要元素之一.因为碳与铬能
形成碳化物,这会占用不锈钢的一部分铬.对于CrmCn 这种碳化物来说,不锈钢中的碳要与
52m/12n 倍碳量的铬结合成碳化物.也就是说不锈钢中含碳量越多,形成碳化物所需要的铬
也越多,当钢中总铬量一定时,能够形成钝化膜的铬就会减少,钢的耐蚀性必然降低.同时,
如前所述,碳是形成微电池阴极的材料,碳的增多会造成微电池组的增多从而降低耐蚀性.
因此碳虽然可以使钢材具有较高的强度,但这和其耐蚀性是相互矛盾的.为了有效确保不锈
钢的耐蚀性,可以根据需要适当提高含铬量.除此之外,还可以在不锈钢中加入比铬和碳亲
和力更大的元素,比如钛或铌.由于合金元素与碳的亲和力大小按Fe、Mn、Cr、Mo、W、Nb、
V、Zr、Ti 的排列顺序增加,因此加入钛或铌时,它们会和不锈钢中的碳结合,释放出铬,
可以提高不锈钢的耐蚀性.
总的来说,目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的,大多数不锈钢的含碳
量在0.1%-0.4%之间,耐酸钢则以含碳0.1%-0.2%的居多.毕竟在大多数使用条件下,不锈
钢总是以耐腐蚀为主要目的的.
在提高不锈钢耐蚀性方面,除了铬在其中起着决定性作用外,其他某些合金元素也会增
强不锈钢的耐蚀性,比如镍.Ni2+/Ni 的标准电极电势为-0.2363V,铁镍合金的电极电势随
着镍的增加而增加,因此镍在合金中的耐蚀性不是钝化作用,而是使合金的热力学稳定性有
所增加.这样的耐蚀作用,无论是对于氧化性介质还是还原性介质,都是有效的.但铁镍合
金仅从热力学上并不能完全有效地抑制锈蚀,因此镍常常与铬同时存在于不锈钢中.这种组
合,是铬的优良的钝化性能同镍对还原性介质一定的耐蚀性相配合,使不锈钢具有更高的耐
腐蚀性能.
另外,锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍的作用,钼和铜的添加也可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能.
实际上,不锈钢的耐蚀性是不锈钢中各种成分相互作用的结果.总的来说,不锈钢在耐腐蚀性能方面比普通钢有了显著提高.在铬的钝化作用下,使其具有耐腐蚀性,同时不锈钢中常见的其他成分如镍、锰、氮、钼、铜等元素也对提高其耐蚀性具有一定影响.
最后需要说明,不锈钢的“不锈”是相对的,耐腐蚀是相对于普通钢而言.不锈钢不容易生锈,但不是绝对不生锈,只是在相同条件和环境中,较普通钢而言不容易腐蚀生锈.若不锈钢表面微小“锈孔”迅猛增加而来不及形成钝化膜,也会造成不锈钢受到大规模腐蚀.
因此,防止制造品之间相互碰撞,避免其长时间接触酸碱盐等介质,这些防止普通钢生锈的
方法也同样适用于不锈钢.