工程材料及其耐腐蚀性(7)

性酸、盐，以及抗氧化、抗硫化、耐V(钒)气体的热腐蚀性能均有提高。同时增加了强度和硬度。但Cr含量一般要大于10％或20%才能产生明显的效果，在强氧化性的热浓硝酸等介质中，Cr含量要高达35％～50％才能达到耐蚀的效果。

(1)NS312(1Crl5Ni75Fe8,Inconel 600)

NS312合金在一些弱酸、稀的氧化性和还原性酸中耐蚀性较好。例如在室温醋酸中腐蚀率为0.0025～0.lmm/a，在大气、各种水介质以及室温海水中有良好的耐蚀性，但在强酸中耐蚀性不良。如在H3PO4和H2SO4溶液中只能在室愠下使用，只耐很稀的盐酸和氢氟酸。此合金在高温(250～350℃)高压水和蒸气中，在连多硫酸(H2S2O6)中有应力腐蚀破裂倾向。在静止海水和含Cl－离子水溶液中还有孔蚀倾向。0Crl5Nil5Fe合金耐碱性能优良，在80％的热浓碱中也耐蚀，腐蚀率小于0.1mm／a。

在化工、原子能等工业中，NS312合金常用于制造加热器、换热器、蒸发器、蒸馏釜和蒸馏塔等，也是轻水堆核电厂的重要结构材料。NS312合金成分简单，易生产，在镍铬合金中价格最便宜，是该系列合金中用量最大的一种。

4．10．4 镍钼（Ni-Mo）合金

加入钼可增加镍在还原性酸，特别是盐酸中的耐蚀性。随着钼含量增加，使镍钼合金在盐酸和硫酸中的自腐蚀电位逐渐正移，一般，Mo含量要≧15％时，合金耐蚀性才有明显的改善效果，Mo含量达到30％时，效果最佳。镍钼合金在氧化性酸溶液中耐蚀性差。

NS321合金相当于美国牌号哈氏合金B，它的显著优点是在盐酸中特别耐蚀。在常压下未充入空气的任何温度，任何浓度的盐酸中都是耐蚀的目前只有Mo， Zr, W, Ta等金属的耐盐酸性能超过Ni-Mo合金。当盐酸中有空气存在时，NS321合金的腐蚀速率将显著增加。

NS321合金可耐低于100℃、不含空气的氢氟酸腐蚀，腐蚀率一般小于0.150mm/a。在纯磷酸中，不充空气时合金的耐蚀性也较好，在任何浓度和120℃以下的腐蚀率为0.15mm/a以下。但在湿法磷酸中，由于酸中含有氢氟酸，残余硫酸，以及铁、铝盐、使合金的腐蚀速度显著增加。在醋酸、冰醋酸、或含Cl－的醋酸中此合金有良好耐蚀性。

NS321合金在碱溶液中耐蚀性很好。在浓度≦70％NaOH、温度≦120℃条件下，腐蚀率仅为0.050mm/a。

在高、低温的中性和碱性的非氧化性盐中，NS321合金的耐蚀性良好，腐蚀率不超过0.1mm/a。但在氧化性酸性盐中，例如在氯化铁、氯化铜、硫酸铁、硫酸铜等中会受到严重腐蚀。

在干的卤素原子中，例如氟、氯、溴等，此合金极耐蚀。但在湿的卤素元素中腐蚀严重，腐蚀率可高达数毫米。

NS321合金在固溶态时耐蚀性好，但一旦经过焊接，在盐酸、硫酸中会出现严重

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的晶间腐蚀倾向，在焊缝处出现刀状腐蚀，在热影响区出现晶间腐蚀，两个敏化温度区为：1200～1300℃的高温敏化区和600～900℃的中温敏化区。此种晶间腐蚀倾向即使经快速冷却的固溶处理也无法防止。

4．10．5 镍铬钼（Ni-Cr-Mo）合金

镍铜，镍钼合金在还原性介质中具有良好的耐蚀性，但在氧环性介质中耐蚀性较差。镍铬合金恰恰相反，在氧化性介质中耐蚀性好，在还原性介质中耐蚀性差。为改善两者的缺点，发展了镍铬钼合金。该合金含有大量Cr、Mo等元素，并具有单相奥氏体组织，在氧化性和还原性介质中都具有良好的耐蚀性。

镍铬钼合金中Cr含量为7％～22％，Mo含量为2％～18％，有的牌号合金还含有W, Co, Ti, Nb等元素。我国典型的镍铬钼合金有NS333合金，国外同类牌号为Hastelloy C。NS333合金在天然海水中腐蚀率≦0.025mm/a,且无孔蚀产生。在70℃以下、任何浓度的硫酸溶液中都耐蚀。

NS333合金在盐酸中的耐蚀性低于镍钼合金（Hastelloy B）。但在室温下，各种浓度盐酸中，腐蚀率不高于0.10mm/a；在65℃、各种浓度的盐酸中也不小于0.5mm/a。盐酸中是否充氧，对耐蚀性无显著影响。

NS333合金在室温的氢氟酸中腐蚀率不超过0.25mm/a,在低于100℃的磷酸中腐蚀率低于0.05mm/a，在腐蚀温度、55％H3PO4＋0.8％HF的条件下，腐蚀率不大于0.75mm/a。因此，在湿法磷酸生产中耐蚀性极佳。

NS333合金耐除氟气以外的干卤素气体，如氯、溴、碘的腐蚀，在60℃的干氯气中腐蚀率仅为0.0050mm/a,在80℃以下的湿氯气中也是耐蚀的，例如在38℃的湿氯气中腐蚀率为0.0025mm/a,在77℃的湿氯气中腐蚀率为0.020mm/a。该合金是少量能耐干、湿氯气腐蚀的材料之一，可在干、湿氯气交替腐蚀条件下使用，也能耐高温HF气体腐蚀。

4．11 其他有色金属

4．11．1 铜和铜合金

铜有优异的导电，导热性能（仅次于银），有足够的强度、弹性和耐磨性，有良好的塑性，易于加工成型，在某些介质中，有较好的耐蚀性。作为耐蚀材料，铜和铜合金有一定的应用。

铜和铜合金一般分为紫铜、黄铜、青铜和白铜等四类。 1 紫铜（纯铜）

紫铜为各种纯铜的统称，因而纯铜在新鲜状态时为桃红色，室温轻微氧化后呈紫红色。纯铜内常含有少量脱氧剂和微量杂质元素。根据GB5231－1985紫铜又分为纯铜、脱氧铜、磷脱氧铜和银铜等四类。

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铜的标准电极电位高(约+0.35V)，热力学稳定性也较高，属于半贵金属。但铜的钝化能力较小，在氧化性酸或氧化性介质中易发生氧去极化腐蚀，使原先在大气中生成的碱性铜盐薄膜被破坏，生成Cu2+离子而使铜腐蚀。

铜在干燥的空气中不易氧化。在潮湿的大气中裸露使用，一般易生成碱性硫酸铜CuSO4·Cu(OH)2和碱性碳酸铜CuCO3·Cu(OH)2的绿色薄膜。这种膜能起一定的保护作用。故铜在大气中是耐蚀的。

在淡水、海水或中性盐类水溶液中，由于铜的氧化膜的作用使铜出现钝态而能耐腐蚀，在低流速的海水中铜的腐蚀率仅为0.05mm／a左右。铜还有不附着海生物的特性，常用作海水设备或舰船。

铜在稀的、中等浓度的非氧化性酸(如HCl)、有机酸(醋酸、柠檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸等)和非氧化性有机化合物介质中，均有足够的耐蚀性。但当这些介质中含有氧(空气)或氧化剂(Fe3+等)时，腐蚀速度明显地提高。例如在35℃、6％～96.5％H2SO4＋H2的介质中铜的腐蚀率为0.17～0.22mm／a。而在20℃、6％H2SO4+O2和96.5％ H2SO4+O2的条件下铜的腐蚀率则分别为3.73和1.01mm／a。铜在20℃的10％、20％无氧盐酸溶掖中腐蚀率分别为0.08和0.24mm／a。而在充氧的20％20℃盐酸中，腐蚀率已很高、不推荐使用。铜在氧化性酸，如硝酸、铬酸、浓硫酸等中是不耐蚀的。

铜在无氧的碱中耐蚀性良好，但在含氧的碱中表面氧化膜溶解，生成CuO22－离子，铜遭受腐蚀。在中性盐类的溶液中铜相当稳定。但在氨和氰溶液中会形成[Cu(NH3)4]2＋或［Cu（CN4）］2，使铜变得不稳定。而且任何溶液（或大气）中含微量的氨或铵离子，

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都能使铜和铜合金产生应力腐蚀破裂。

铜不耐硫化物腐蚀，如H2S，SO2等。一般的化工大气中含有H2S，SO2等，特别是在潮湿时，使铜产生腐蚀。

铜在一些有机酸(醋酸、柠檬酸、乳酸、脂肪酸等)和醇类中有一定的耐蚀性，因此在有机化工合成工业中广泛使用铜材作冷冻及空分设备中，可以制作，蒸发器、蒸馏釜、蒸馏塔、管道等，以及热交换设备、离心机的转鼓、泵等。

2 黄铜

以铜和锌为主的二元和多元合金称为黄铜，在各类工业中应用广泛。黄铜有优良的力学性能和工艺性能；价格也比纯铜便宜。黄铜色泽美丽、耐大气、淡水和海水腐蚀。二元铜锌合金称为普通黄铜，依其中锌含量的不同，构成不同组织状态的合金，Zn<36％的为α黄铜。Zn ＝36％～46.5％的称为α+β两相黄铜，Zn＝47％～50％的为β黄铜。为进一步改善和提高黄铜的性能，又添加锡、锰、铝等合金化元素，这些合金则称为特殊黄铜，其名称是在“黄铜”之前冠以所加的元素，如锡黄铜、铝黄铜等。

（1） 黄铜的耐腐蚀性能

含锌量低于20％的单相α黄铜，耐蚀性近于紫铜。但锌含量高于20％的单相或两

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相黄铜，在某些腐蚀介质中的腐蚀程度远比纯铜或低锌黄铜剧烈。黄铜在大气、海水中，耐蚀性比紫铜好。故常用其作海水的热交换器、泵叶轮等。例如海水淡化装置(多段闪蒸法)的热交换器管是用Cu-22Zn-2Ae-0.04As的铝黄铜制作。

干燥的氯甲烷、氯乙烷以及溴和氟的有机化合物对黄铜的腐蚀极微。因此，黄铜广泛用作这些化合物的生产设备和与氟里昂-12(CF2Cl2)有关的冷却设备。

黄铜在硝酸和盐酸中腐蚀严重，在硫酸中的腐蚀稍轻一些。在磷酸、亚硫酸中腐蚀严童。在一些有机酸，如草酸、甲酸、三氯乙酸、氯醋酸中也不耐蚀。在氨、铵盐中不耐蚀，还会产生应力腐蚀破裂。在氧化性盐、如二氯化铁、三氯化铁和硫酸亚铁中不耐腐蚀。

(2) 黄铜的特殊腐蚀

①脱锌腐蚀 黄铜在梅水，含氧中性盐的水溶液，氧化性酸溶液中常产生选择性腊锌腐蚀。其特点是合金表面从原来的黄色变成红色或紫铜色。脱锌一般有两类，一类是均匀型或层状型，脱锌沿表面发展；另一类称栓状{或塞状}，脱锌在局部地点向深处发展，也有可能两者混有的情况。其中以栓状脱锌最危险，最易造成穿孔。产生脱锌的原因是合金中的锌在腐蚀介质中呈阳极，铜为阴极，锌优先溶解，继之铜和锌同时溶解。其后，溶液中的Cu2+离子重新沉积在被腐蚀了的表面，呈海绵状铜膜。黄铜中锌含量越高，溶液流速和温度越高，脱锌就越显著。黄铜中加入微量砷(﹤0.05％)，或加入锡、铅、锰等亦可防止或减缓脱锌。

②应力腐蚀破裂 黄铜经冷加工后，在潮湿的大气中，特别是在含有氨的情况下，易产生应力腐蚀破裂。通常称为“季裂”。产生季裂的原因是冷加工后有残余应力存在和介质中存在氨，或能派生氨(或NH4＋)的物质、或存在硫化物。水分或湿气、氧、SO2、CO2、氰等物质的存在会加速破裂。α+β两相黄铜的破裂倾向比单相黄铜大。260～300℃，1～3h的充分消除应力退火、可以消除黄铜的应力腐蚀破裂。

在黄铜中经常加入合金化元素Sn、Al、Mn、Fe、Ni等以改善其性能。黄铜中加1％Sn可以提高黄铜的强度和在海水中的耐蚀性。通常称此种黄铜为海军黄铜，广泛用于海洋大气和海水结构。黄铜中加<4％的Al，能提高铜的强度，硬度和屈服强度，使塑性降低。此类黄铜在海水中的耐蚀、耐磨蚀及耐空蚀的能力大大增加。

3 白铜

以镍为主要合金元素的镍铜合金，统称白铜。在铜镍的基础上分别加入锌、锰、铝等元素的白铜，相应称之为锌白铜、锰白铜、铝白铜等。白铜具有优异的耐蚀性、中等的强度，用于制造高耐腐蚀的构件，特别是船舶工业中的冷凝管、仪表中的弹簧，化工耐蚀容器等。

白铜主要用于作耐腐蚀结构件。白铜的耐蚀性类似于纯铜，在有些条件下优于纯铜及纯镍。在无机酸中，特别是在硝酸中会发生严重腐蚀，但对浓度小于70％的氢氟酸，

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在无氧及沸腾温度以下是耐蚀的。在有机酸、有机化合物中腐蚀率不大，耐碱性也较好。在隔膜电解烧碱和水银电解烧碱法中，可以用B30白铜代替纯镍制造膜式蒸发器等设备，在氨水和酸性盐溶液中不耐蚀。白铜有较好耐清洁海水腐蚀能力，耐高速海水空蚀性能也很好。含20％～30％Ni的白铜，是用于海水冷凝器管的最好材料。白铜的耐海水和耐碱的腐蚀性能随镍含量增加而提高。B30合金在海水中全浸14年的腐蚀速率为0.0008～0.03mm／a。但在污染的海水中和含有微量硫化物的海水中铜镍合金会受到严重腐蚀。

4 青铜

青铜是人类历史上最早使用的一种合金。铜合金中除紫铜、黄铜、白铜外，其余的均称为青铜。一般按铜中第一添加元素（如锡、铝、铍等）分别命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜等。

(1)锡青铜

锡青铜中主要合金元素为锡。变形锡青铜通常锡含量在10％以下。常又加入Zn、 Pb、 P等以改善其铸造性能、耐磨性和切削性。

锡青铜有和纯铜相似的化学稳定性。在大气和海水中耐蚀性较好。在普通大气中腐蚀率为0.001mm／a。在滨海和工业大气中腐性率分别为0.002和0.002～0.006mm／a。在常温静海水中腐蚀率为0.004～0.012mm／a。锡青铜耐冲刷腐蚀，常用于制造耐磨蚀的各种零件，如泵、阀门等。在海水中锡青铜的耐蚀性比紫铜和黄铜优良。 (2) 铝青铜

含7％～12％A1的Cu-Al合金称铝青铜，实际应用时还加Ni、Fe、Mn等合金元素。 铝青铜强度高、耐磨性好、有比锡青铜高的耐蚀性。具有好的抗高温氧化性能。单相α铝青铜耐海水腐蚀性随铝含量增加而升高。(α十β)双相合金的耐烛性较单相α合金差。铁对耐腐蚀性有害，但加入百分之几的镍可以缓解铁的有害作用。铝青铜在海水中耐空蚀性比黄铜好，应力腐蚀破裂敏感性也较黄铜小，腐蚀疲劳强度较黄铜高。铝青铜常用来制造高负荷及高速下的耐磨蚀的零部件。如制造硫酸铵分离机的刮刀和扒齿，耐磨蚀泵、齿轮、涡轮、轴套等，以及高速舰船的大型螺旋桨。

铝青铜在大气、海水、碳酸溶液以及大多数有机酸(柠檬酸、醋酸、乳酸)等溶液中极为稳定，在磷酸中也有较好的耐蚀性，但在高温氧化性气氛或在氢氟酸中会发生“脱铝”腐蚀，在氨等介质中也出现应力腐蚀破裂倾向。

(3)铍青铜

Cu-Be合金称为铍青铜。变形铍青铜的含Be量为0.2％～2.0％。铸造铍青铜的含Be量可达2.5％。铍青铜具有较高导电性、导热性、硬度、弹性极限、屈服点和疲劳极限，强度和弹性居铜合金之冠，耐磨性、抗蠕变性、耐蚀性和耐腐蚀疲劳性也较好。铍青铜无磁性、受冲击不起火花，常用于制造一些特殊用途的弹簧和弹性零件。铸件则多

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