合金,从外表看,是一座五颜六色的金属“大厦”,因为砌成“大厦”的“砖”是各色各样的。更重要的是,各色各样的“砖”,砌到“大厦”上以后,把它们的特性也带进“大厦”里,能够显著地改变金属“大厦”的结构和性能:砌上“耐火砖”-钨,金属的“大厦”就不怕烈火烧;砌上“耐酸砖”-铬,“金属大厦”就不怕酸腐蚀。


 把金属制成合金,有时简直会变个样儿,就像因缺乏某种维生素而弱不经风的人,只要体内补充了这种维生素,很快就会身强体壮起来。为了防止金属的腐蚀衰亡,我们也可根据需要“对症下药”,给金属“注射”上某些合金元素,以增强抵抗腐蚀的能力,这就是合金法。


  前面介绍的各种防腐方法,都是着眼于改变金属所处的环境,使金属不具备生锈的条件,即从外因上避免或减缓了金属的腐蚀。而合金法是从内因上考虑,改变金属制品本身的组成和结构,提高金属的素质,使它能“拒腐蚀、永不变”。


钨矿石.jpg  硅铁.jpg


  要使合金的抗腐蚀性能增强,通常是向合金中加入比较稳定的金属(例如向铜中加入金),或加入较易钝化的金属(例如向钢铁中加入铬),以及加入能改变金属的结构和性能的其他金属或非金属等。


  合金中加入稳定金属能耐腐蚀,是因为稳定金属均匀分布在合金中,当合金表面不稳定金属被腐蚀破坏后,剩下的稳定金属暴露出来,在合金表面形成了一种稳定金属层,保护了内部金属不被腐蚀。所以稳定金属的含量越高,合金的耐腐蚀性能就越好。在氯碱厂里,常用铸铁锅熬制烧碱,热的烧碱对铸铁的腐蚀很厉害,如果使用含有少量镍的铸铁锅,熬碱锅的使用寿命就可大大延长,因为镍是耐烧碱腐蚀的稳定金属。


  合金中加入易钝化金属能耐腐蚀,是因为加入的金属可使合金表面形成一层牢固而致密的保护膜,这种保护膜可以是易钝化金属的氧化物,也可能是合金中几种金属的混和氧化物。例如,一些耐酸器皿常用硅铁(含硅14%~17%)制造。


  硅铁受到某些酸的作用,表面能形成一层坚固的二氧化硅保护膜,如果受到机械作用如碰撞、摩擦,保护膜被破坏,在酸的作用下又会很快再长出来,所以硅铁器皿能耐酸腐蚀。黄铜是铜和锌的合金,锌的加入使铜的稳定性增加。当黄铜中锌含量在15%以下时,表面形成的保护膜中铜和锌的氧化物都有。当锌的含量在20%以上时,表面的保护膜几乎全是氧化锌,因为锌的含量较高,即使能生成氧化铜,其中的铜也会被锌还原出来,而再变成氧化锌。如果黄铜中再加入少量铝,在高温下的稳定性就更好。高铬铸铁(含铬25%~36%)在与氧化性物质接触时,具有很好的腐蚀稳定性,因为在合金表面上,形成了稳定的铬的氧化物保护膜。当合金中铬的含量一定时,它的耐腐蚀性随合金中含碳量的增加而降低,因为碳能与铬生成铬的碳化物,消耗了一些铬,使合金表面的铬形成的氧化物膜大为减少。所以,一般含铬铸铁(铸铁中含碳多)比含铬量相同的钢(钢中含碳少)的腐蚀稳定性差。常见的不锈钢,光亮美观不易生锈,主要就是由于钢中含有12%以上的铬,表面形成铬的氧化物保护膜的缘故。


  但是,不锈钢不生锈也是有条件的,只是在硝酸、氧化剂溶液和其他含氧的中性溶液中,不锈钢才稳定,因为在这种环境中,有利于铬的氧化物的生成。如果让不锈钢长期接触非氧化性酸,保护膜就会遭到破坏,不锈钢就要生锈了。


合金奖杯.jpg  国际钝性会议.jpg


  钝性的争论:不锈钢的良好耐腐蚀性是基于其可钝化性。金属由于钝化所导致的状态,称为钝态或钝性。关于钝性曾提出多种不同假说,主要有氧化物膜理论、吸附理论、化合价理论和反应速度理论。1913年以来已召开了多次国际钝性会议,但关于钝性的本质至今仍未最终阐明,甚至就其确切的定义亦未取得一致意见。目前多数学者支持氧化膜理论。