材料概论(周达飞)(二版).

材 料 概 论材料的环境劣化材料制造过程、施工、应用过程中的废气、废液、废物和废弃物对环境的破坏作用第七章 材料与环境7.1 金属材料的腐蚀与防护腐蚀是材料通过与环境作用导致的性质劣化。生锈仅是副产物。金属的腐蚀是金属回归自然的矿石状态的过程。 电化学作用金属的腐蚀是电化学过程。图 7-1钢在盐酸中的腐蚀：Fe + 2H+ + 2Cl (Fe2+ + 2Cl) FeCl2 + (2H+ 2e)H2钢在水中：4Fe + 6H2O + 3O2 4Fe(OH)32Fe(OH)3 Fe2O3 3H2O电池对电极（半电池）标准电池第七章 材料与环境* 电化学腐蚀的基本条件：金属在电解电池的阴极发生氧化某种离子会在阳极还原阴极与阳极之间存在电位存在电解质 图 7 2电回路必须闭合（即阴极与阳极之间必须连通）第七章 材料与环境 影响腐蚀的因素腐蚀不是材料固有的性质，它是特定环境下材料相互作用的结果。化学组成对腐蚀的影响是巨大的。金、铬、铁、聚乙烯在水中的腐蚀行为大不相同，原因在于热力学驱动力。G = -nFE自由能为负值，腐蚀过程自发进行；为正值，就不会自发发生，须提供能量第七章 材料与环境* 结构因素对于合金，有：化学组成的差别相的差别杂质冷加工不均匀应力凡存在物理的或化学上的不均匀因素都会形成电池的两极。第七章 材料与环境* 钝性抑制电化学作用的特定金属表面状态。钝化膜可在空气中自发生成，但因受表面的磨擦、冲击、流体冲刷等遭到破坏。第七章 材料与环境* 极化电流增加或减少引起电位变化的现象。活化极化电极反应的某一步骤需要活化而被迟滞的现象。浓度极化电极表面反应物种数量不足的现象。IR降由于电解质内部的阻力导致的电位下降。第七章 材料与环境 腐蚀的类型均匀腐蚀表面全面接触腐蚀剂时发生 图 7 3 小孔腐蚀导致局部穿孔的腐蚀现象图 7 4间隙腐蚀金属 -金属间隙或金属 -非金属间隙中的局部腐蚀图 7 5电偶腐蚀两种不同金属如果在电解质中相接触，正好符合电化学电池的条件，一个构成阴极，一个构成阳极图 7 6图 7 7第七章 材料与环境 腐蚀的类型应力腐蚀开裂静态应力下（残余的或施加的）腐蚀诱导的自发开裂图 7 8只发生开裂，不发生材料的损失晶间腐蚀发生于金属晶粒边界的腐蚀图 7 9脱合金化合金中某一组脱离了材料，使微组织发生变化的一种腐蚀图 7 10第七章 材料与环境* 磨蚀液体冲刷流体平行于材料表面的流动造成表面材料的损失图 7 11液体冲击垂直于材料表面的冲击作用造成表面物质的损失图 7 12淤浆磨蚀淤浆中固体粒子对材料的磨擦造成的图 7 13空化磨蚀水中气泡的爆裂对表面攻击引起的图 7 14磨振磨蚀材料间小振幅的往复运动造成的磨蚀图 7 15第七章 材料与环境 腐蚀的防护*材料处理*环境控制*设计 设计时应考虑的因素图 7 16 图 7 17第七章 材料与环境7.2 其他材料与环境的相互作用 高分子材料的环境劣化热、光、辐射、气候等环境和化学环境作用下，高分子材料会发生各种变化。表 7 2 表 7 3 表 7 4 图 7 18第七章 材料与环境 环境与废弃高分子材料“白色污染 “ “黑色污染 “减少来源回收利用焚烧发电堆肥与填埋第七章 材料与环境 陶瓷的环境劣化氢氟酸、高温、水汽、热等作用陶瓷的解离腐蚀玻璃的应力腐蚀第七章 材料与环境图 7-1 金属的电化学腐蚀第七章 材料与环境图 7-2 氧化物膜导致的腐蚀第七章 材料与环境图 7-3 均匀腐蚀 图 7-4 小孔腐蚀第七章 材料与环境图 7-5 间隙腐蚀 图 7-6 电偶腐蚀第七章 材料与环境图 7-7 海水中的金属电偶序第七章 材料与环境图 7-8 腐蚀应力开裂 图 7-9 晶界腐蚀第七章 材料与环境图 7-10 脱合金化 图 7-11 液体冲刷造成的磨蚀第七章 材料与环境图 7-12 液体冲击造成的磨蚀 图 7-13 淤浆磨蚀第七章 材料与环境图 7-14 空化磨蚀 图 7-15 磨振磨蚀第七章 材料与环境图 7-16 设计中的防腐措施第七章 材料与