合金,從外表看,是一座五顏六色的金屬“大廈”,因?yàn)槠龀伞按髲B”的“磚”是各色各樣的。更重要的是,各色各樣的“磚”,砌到“大廈”上以后,把它們的特性也帶進(jìn)“大廈”里,能夠顯著地改變金屬“大廈”的結(jié)構(gòu)和性能:砌上“耐火磚”-鎢,金屬的“大廈”就不怕烈火燒;砌上“耐酸磚”-鉻,“金屬大廈”就不怕酸腐蝕。
把金屬制成合金,有時(shí)簡(jiǎn)直會(huì)變個(gè)樣兒,就像因缺乏某種維生素而弱不經(jīng)風(fēng)的人,只要體內(nèi)補(bǔ)充了這種維生素,很快就會(huì)身強(qiáng)體壯起來(lái)。為了防止金屬的腐蝕衰亡,我們也可根據(jù)需要“對(duì)癥下藥”,給金屬“注射”上某些合金元素,以增強(qiáng)抵抗腐蝕的能力,這就是合金法。
前面介紹的各種防腐方法,都是著眼于改變金屬所處的環(huán)境,使金屬不具備生銹的條件,即從外因上避免或減緩了金屬的腐蝕。而合金法是從內(nèi)因上考慮,改變金屬制品本身的組成和結(jié)構(gòu),提高金屬的素質(zhì),使它能“拒腐蝕、永不變”。
要使合金的抗腐蝕性能增強(qiáng),通常是向合金中加入比較穩(wěn)定的金屬(例如向銅中加入金),或加入較易鈍化的金屬(例如向鋼鐵中加入鉻),以及加入能改變金屬的結(jié)構(gòu)和性能的其他金屬或非金屬等。
合金中加入穩(wěn)定金屬能耐腐蝕,是因?yàn)榉€(wěn)定金屬均勻分布在合金中,當(dāng)合金表面不穩(wěn)定金屬被腐蝕破壞后,剩下的穩(wěn)定金屬暴露出來(lái),在合金表面形成了一種穩(wěn)定金屬層,保護(hù)了內(nèi)部金屬不被腐蝕。所以穩(wěn)定金屬的含量越高,合金的耐腐蝕性能就越好。在氯堿廠里,常用鑄鐵鍋熬制燒堿,熱的燒堿對(duì)鑄鐵的腐蝕很厲害,如果使用含有少量鎳的鑄鐵鍋,熬堿鍋的使用壽命就可大大延長(zhǎng),因?yàn)殒囀悄蜔龎A腐蝕的穩(wěn)定金屬。
合金中加入易鈍化金屬能耐腐蝕,是因?yàn)榧尤氲慕饘倏墒购辖鸨砻嫘纬梢粚永喂潭旅艿谋Wo(hù)膜,這種保護(hù)膜可以是易鈍化金屬的氧化物,也可能是合金中幾種金屬的混和氧化物。例如,一些耐酸器皿常用硅鐵(含硅14%~17%)制造。
硅鐵受到某些酸的作用,表面能形成一層堅(jiān)固的二氧化硅保護(hù)膜,如果受到機(jī)械作用如碰撞、摩擦,保護(hù)膜被破壞,在酸的作用下又會(huì)很快再長(zhǎng)出來(lái),所以硅鐵器皿能耐酸腐蝕。黃銅是銅和鋅的合金,鋅的加入使銅的穩(wěn)定性增加。當(dāng)黃銅中鋅含量在15%以下時(shí),表面形成的保護(hù)膜中銅和鋅的氧化物都有。當(dāng)鋅的含量在20%以上時(shí),表面的保護(hù)膜幾乎全是氧化鋅,因?yàn)殇\的含量較高,即使能生成氧化銅,其中的銅也會(huì)被鋅還原出來(lái),而再變成氧化鋅。如果黃銅中再加入少量鋁,在高溫下的穩(wěn)定性就更好。高鉻鑄鐵(含鉻25%~36%)在與氧化性物質(zhì)接觸時(shí),具有很好的腐蝕穩(wěn)定性,因?yàn)樵诤辖鸨砻嫔希纬闪朔€(wěn)定的鉻的氧化物保護(hù)膜。當(dāng)合金中鉻的含量一定時(shí),它的耐腐蝕性隨合金中含碳量的增加而降低,因?yàn)樘寄芘c鉻生成鉻的碳化物,消耗了一些鉻,使合金表面的鉻形成的氧化物膜大為減少。所以,一般含鉻鑄鐵(鑄鐵中含碳多)比含鉻量相同的鋼(鋼中含碳少)的腐蝕穩(wěn)定性差。常見(jiàn)的不銹鋼,光亮美觀不易生銹,主要就是由于鋼中含有12%以上的鉻,表面形成鉻的氧化物保護(hù)膜的緣故。
但是,不銹鋼不生銹也是有條件的,只是在硝酸、氧化劑溶液和其他含氧的中性溶液中,不銹鋼才穩(wěn)定,因?yàn)樵谶@種環(huán)境中,有利于鉻的氧化物的生成。如果讓不銹鋼長(zhǎng)期接觸非氧化性酸,保護(hù)膜就會(huì)遭到破壞,不銹鋼就要生銹了。
鈍性的爭(zhēng)論:不銹鋼的良好耐腐蝕性是基于其可鈍化性。金屬由于鈍化所導(dǎo)致的狀態(tài),稱為鈍態(tài)或鈍性。關(guān)于鈍性曾提出多種不同假說(shuō),主要有氧化物膜理論、吸附理論、化合價(jià)理論和反應(yīng)速度理論。1913年以來(lái)已召開(kāi)了多次國(guó)際鈍性會(huì)議,但關(guān)于鈍性的本質(zhì)至今仍未最終闡明,甚至就其確切的定義亦未取得一致意見(jiàn)。目前多數(shù)學(xué)者支持氧化膜理論。