第6讲材料在特殊环境中的性能1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Northeastern University,材料概论： 第6讲 材料在特殊环境中的性能,第6讲 材料在特殊环境中的性能,材 料 概 论,2006 年 12月,材料在特殊环境中的性能,几乎所有材料在制备、加工和使用过程中都会与特定环境相接触。,从物理化学方面考虑，材料或多或少地会与环境介质发生一系列相互作用，即材料在环境介质中会表现出特有的环境行为效应。,在敞开物系中，,腐蚀,、,氧化,、,磨损,等是材料最基本的环境行为效应。这些效应直接影响材料的结构、性质及使用性能。,本章主要介绍有关,腐蚀及氧化的类型、产生原因、防止及抑制腐蚀氧化的途径,等理论知识与技术，为材料性能最大限度地发挥提供必要的基础。,主要内容,6.1 腐蚀,6.2 金属材料的腐蚀与防护,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,6.4 有机高分子材料的腐蚀与防护,6.5 辐射损伤,6.1 腐蚀,一、材料腐蚀的基本概念,材料由于环境的作用而引起的破坏和变质过程。,二、应力腐蚀(Stress Corrosion Crack),材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。,三、晶间（晶界）腐蚀,材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的局部腐蚀。,材料发生腐蚀是一个,热力学自发过程,。,金属腐蚀,：金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏。,高分子材料的腐蚀（老化）,：高分子材料在加工、储存和使用过程中，由于内外因素的综合作用，其物理化学性能和机械性能逐渐变坏，以至最后丧失使用价值。,广义材料腐蚀,：指材料由于环境的作用而引起的破坏和变质过程。,一、材料腐蚀的基本概念,6.1 腐蚀,1. 金属材料腐蚀,分为,全面腐蚀,和,局部腐蚀,。,分为,化学老化,与,物理老化,。,由于化学作用或物理作用所引起，耐蚀性与材料的,化学成分、结晶状态、孔隙、结构,以及,腐蚀介质,有关。,特点,：,金属的腐蚀过程大多在金属的表面发生，并逐步向深处发展,危害：,全面腐蚀相对局部腐蚀其危险性小些，而局部腐蚀危险性极大,腐蚀的类型与分类,3. 无机非金属材料腐蚀,2. 高分子材料腐蚀(老化),材料腐蚀的特点,金属,是导体，腐蚀时多以金属离子溶解进入电解液的形式发生可用电化学过程来描述。金属的腐蚀过程大多在金属的表面发生，并逐步向深处发展。,无机非金属材料,的腐蚀则以材料与介质的化学反应为主，并与材料的组成、显微结构、结晶状态、腐蚀产物的性质等因素密切相关。,有机高分子材料,一般不导电，也不以离子形式溶解，周围的介质(气体、液体等)向材料内渗透扩散是腐蚀的主要原因。同时，高分子材料中的某些组分(如增塑剂、稳定剂等)也会从材料内部向外扩散迁移，而溶于介质中。因此在考察高分子材料的腐蚀时，介质的渗入、渗入的介质与材料间的相互作用和材料组分的溶出等问题是必须考虑的首要问题。,二、应力腐蚀,1. 应力腐蚀概述 (英文缩写SCC，stress corrosion crack),指金属材料在,特定腐蚀介质,和,拉应力,共同作用下发生的脆性断裂。是应力与环境共同作用下的腐蚀行为，是局部腐蚀的一大类型。,分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、湍流腐蚀、冲蚀等。,在这类腐蚀中受,拉应力,作用的应力腐蚀是危害最大的局部腐蚀形式之一，材料会在没有明显预兆的情况下突然断裂。,6.1 腐蚀,2. 应力腐蚀发生的条件, 敏感材料, 特定的腐蚀介质, 拉伸应力,合金,比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。,对于某种合金，能发生应力腐蚀断裂与其所处的特定的,腐蚀介质,有关。而且介质中能引起SCC的物质浓度一般都很低。,拉伸应力有两个来源。一是,残余应力,(加工、冶炼、装配过程中产生)、温差产生的热应力及相变产生的相变应力；二是材料承受,外加载荷,造成的应力。,另外，从电化学角度看，SCC在一定的临界电位范围内产生。,6.1 腐蚀,3. 应力腐蚀断裂特征,应力腐蚀断裂从宏观上属于,脆性断裂,。即使塑性很高的材料也无颈缩、无杯锥状现象。由于腐蚀介质作用，断口表面颜色呈黑色或灰黑色。晶界断裂呈冰糖块状，穿晶断裂具有河流花样等特征。SCC断口微观特征较复杂，视具体合金与环境而定，显微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。,SCC方式有,穿晶断裂、晶界型断裂、穿晶与晶界混合型,断裂。断裂的途径与具体的材料-环境有关。裂纹走向与主拉伸应力的方向垂直。腐蚀裂缝的纵深尺寸比其宽度尺寸要大几个数量级，裂纹一般呈树枝状。,6.1 腐蚀,4. 应力腐蚀机理,（1）阳极快速溶解理论,裂纹一旦形成，裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前沿区发生迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面连续地到达裂纹尖端前沿表面，产生大量瞬间活性溶解质点，导致裂纹尖端(阳极)快速溶解。,（2）闭塞电池理论,在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进行。在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹，产生SCC。,（3）膜破裂理论（滑移-溶解理论）,金属表面是由钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性离子(Cl,-,)的作用下易引起钝化膜破裂，露出活性的金属表面。介质沿着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。,6.1 腐蚀,5. 应力腐蚀控制方法, 合理选材, 控制应力, 改变环境,电化学保护, 涂层,尽量避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中使用。,在制造和装配金属构件时，应尽量使结构具有最小的应力集中系数，并使与介质接触的部分具有最小的残余应力。残余应力往往是引起SCC的主要原因，热处理退火可消除残余应力。,通过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的介质组分。还可通过控制温度、pH值，添加适量的缓蚀剂等，达到改变环境的目的。,6.1 腐蚀,三、晶间（晶界）腐蚀,晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀是在金属(合金)表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。,主要讨论,晶间（晶界）腐蚀 产生的条件、机理、影响因素及防止晶间腐蚀的措施。,6.1 腐蚀,1. 晶间腐蚀产生的条件,（1）组织（显微结构）因素,（2）环境因素,晶界与晶内的物理化学状态及化学成分不同，导致其电化学性质不均匀。,腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。,6.1 腐蚀,2. 晶界腐蚀的机理,晶界腐蚀理论有两种：,贫化,理论和,晶间杂质偏聚,理论。下面用贫化理论分析18-8型奥氏体不锈钢的晶间腐蚀机理。,（1）组织与晶间腐蚀敏感性关系,（2）贫化理论,贫化理论认为，晶界腐蚀是由于晶界析出新相，造成晶界附近某一成分的,贫乏化,。当处于适宜的介质条件下，就会形成腐蚀原电池。,（3）杂质偏聚或第二相析出理论,（4）铁素体不锈钢的晶间腐蚀,6.1 腐蚀,3. 影响晶间腐蚀的因素,（1）加热温度与时间,（2）合金成分,碳：,奥氏体不锈钢中碳量愈高，晶界腐蚀倾向愈严重，导致晶间腐蚀碳的临界浓度为0.02%(质量分数)。,铬：,能提高不锈钢耐晶界腐蚀的稳定性。当铬含量较高时，允许增加钢中含碳量。,镍：,增加不锈钢晶界腐蚀敏感性。,钛、铌：,都是强碳化物生成元素，高温时能形成稳定的碳化物TiC及NbC，减少了碳在回火时的析出，从而防止了铬的贫化。,6.1 腐蚀,图1 18Cr-9Ni不锈钢晶界析出与晶界腐蚀倾向,(w(C)0.05%，1250固溶，H,2,SO,4,+CuSO,4,溶液),6.1 腐蚀,图2 4种成分的不锈钢TTS曲线,钢的最短加热时间和晶间腐蚀敏感性大小(图中划线区)都与它的成分有关,6.1 腐蚀,4. 防止晶间腐蚀的措施,(1) 降低含碳量,(2) 加入固定碳的合金元素,(3) 固溶处理,(4) 采用双相钢,一般通过重熔方式将钢中碳的质量分数降至0.03以下。,加入与碳亲和力大的合金元素，如Ti、Nb等，防止晶界腐蚀。,固溶处理能使碳化物不析出或少析出。,采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶界腐蚀。,6.1 腐蚀,钢铁生锈,（铁锈的主要成分是Fe,2,O,3,x,H,2,O）,铜器表面生成一层薄薄的铜绿,铜绿的主要成分是Cu,2,(OH),2,CO,3,6.2 金属材料的腐蚀与防护,金属的腐蚀：是指金属或合金与周围接触到的气体或液体 进行化学反应而腐蚀损耗的过程。,分类：,金属的腐蚀,电化学腐蚀：,金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀,不纯的金属或合金由于原电池反应而引起的腐蚀,无电流产生，温度对化学腐蚀的影响较大,往往是同时发生的,化学腐蚀：,6.2 金属材料的腐蚀与防护,（1）化学腐蚀,金属表面与介质如气体或非电解质溶液等因发生化学作用而引起的腐蚀，称作化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时没有电流产生。,如将铁块放入稀硫酸中，,Zn+H,2,SO,4,=ZnSO,4,+H,2,。,Zn,HCl,6.2 金属材料的腐蚀与防护,（2）电化学腐蚀,金属表面在介质如潮湿空气、电解质溶液等中，因形成微电池而发生电化学作用而引起的腐蚀称作电化学腐蚀。,Zn,Pt,HCl,electrons,6.2 金属材料的腐蚀与防护,金属的腐蚀的,本质,是金属原子失去电子被氧化的过程。,化学腐蚀,电化腐蚀,条件,金属跟非金属单质,直接接触,不纯金属或合金,跟电解质溶液接触,现象,无电流产生,有,微弱电流,产生,本质,金属被氧化,较活泼金属被氧化,联系,两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍,6.2 金属材料的腐蚀与防护,钢铁的析氢腐蚀：,负极：Fe 2e,-,= Fe,2+,正极：2H,+,+ 2e,-,= H,2,钢铁的吸氧腐蚀：,负极：2Fe 4e,-,= 2Fe,2+,正极：2H,2,O + O,2,+ 4e,-,= 4OH,-,6.2 金属材料的腐蚀与防护,防止钢铁腐蚀：在钢铁的表面焊接比Fe更活泼的金属（如Zn），组成原电池后，使Fe成为原电池的正极而得到保护。,6.2 金属材料的腐蚀与防护,1. 影响金属腐蚀的因素：,本性本身的性质和杂质的活动性；,外界条件：温度及介质,2. 排除造成腐蚀的因素就能够达到金属防护的目的,6.2 金属材料的腐蚀与防护,左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头 放在南极已差不多90年了，却很少生锈，你知道为什么吗?,生活中化学腐蚀的例子：做饭用的铁锅日久天长越用越薄，炼钢倾倒钢水时钢花四溅，轧钢时火红的钢锭被氧化后层层脱落等都是发生的化学腐蚀。即在高温下，铁与空气中的氧气发生反应生成四氧化三铁。,6.2 金属材料的腐蚀与防护,1铁钉锈蚀需要哪些条件？,2在什么条件下铁钉锈蚀速率较快？,6.2 金属材料的腐蚀与防护,电化锈蚀的定义:,钢铁的电化学腐蚀示意图,6.2 金属材料的腐蚀与防护,金属的电化腐蚀本质：氧化反应和还原反应分两极进行，较活泼的金属被腐蚀,a.构成原电池条件,有电解质溶液有活性不同的两极有闭合回路,b、,原电池电极的判断：,负极-失电子发生氧化反应的电极,正极得电子发生还原反应的电极,d.)电极反应的书写：,找出两极放电的物质,分析放电后的产物是否与溶液中的溶质反应,知识回顾：,电子如何流动形成电通路：,电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极,6.2 金属材料的腐蚀与防护,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,形成条件,水膜酸性较强,水膜酸性很弱或呈中性,电解质溶液,溶有CO,2,的水溶液,溶有O,2,的水溶液,负极,Fe,负极反应,Fe2eFe,2,正极,C,正极反应,2H,2eH,2,2H,2,O+O,2,+4e=4OH,-,电子如何流动形成电通路,Fe失e成为Fe,2,进入溶液Fe失去的e流入C极，H,趋向于C极与C极上的e结合成H,2,析出溶液,Fe失e成为Fe,2,进入溶液Fe失去的e流入C极，在C极O,2,获得e成为OH,-,进入溶液,最终腐蚀产物,铁锈（Fe,2,O,3,的复杂水合物）,普通性,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普通,6.2 金属材料的腐蚀与防护,6.2 金属材料的腐蚀与防护,【思考与交流1】自行车的防措施：,在链条和齿轮上涂机油；,在车架和挡泥板上烤一层漆；,将车座弹簧用一层“烤蓝”(四氧化三铁保护层)保护；,将车把、钢圈和车辐条进行电镀；,用不锈钢制作车辐条；,用铝合金代替钢铁制作一些构件等。,6.2 金属材料的腐蚀与防护,图中的问题是说明介质对金属腐蚀的影响,6.2 金属材料的腐蚀与防护,健身器材刷油漆以防锈,某些工具的“机械传动部位”选用油脂来防锈，为什么不能用油漆,油漆层容易脱落,6.2 金属材料的腐蚀与防护,牺牲阳极保护法：,用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换,6.2 金属材料的腐蚀与防护,衣架和电线的外面包上一层塑料层,6.2 金属材料的腐蚀与防护,自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的Cr,6.2 金属材料的腐蚀与防护,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块要定期更换,6.2 金属材料的腐蚀与防护,6.2 金属材料的腐蚀与防护,从珍惜、节约资源、树立环境保护和可持续发展意识的高度去认识金属腐蚀的危害和金属防护的重要意义。金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据70年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的1/3，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成严重事故的损失，就更无法估计了。,当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效益和社会影响，必将是巨大的。,金属腐蚀的危害和金属防护的重要意义，如何根据原电池反应的原理去选择金属防护的方法?,6.2 金属材料的腐蚀与防护,（1）在金属表面涂敷各种保护层,(a)非金属保护层,在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青、高分子材料等，使金属与腐蚀介质隔开。,(b)金属保护层,在金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀。保护层可分为阳极保护层和阴极保护层。,6.2 金属材料的腐蚀与防护,（2）加缓蚀剂,在原电池的体系中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度。,(a) 钝化促进型：,铬酸盐，亚硝酸盐等；,(b) 形成沉淀膜：,聚磷酸盐，聚硅酸盐等；,(c) 形成吸附膜：,有机物分子，含有能吸附于金属表面，电负性大的N、,O、P、S的阴性基，和阻碍腐蚀性介质与金属表面接,触的非极性基(烷基)。,6.2 金属材料的腐蚀与防护,（3）电化学保护,(a) 保护器保护,将电极电势较低的金属和被保护的金属连接在一起，构成原电池。电极电势较低的金属作为阳极而溶解，被保护的金属作为阴极而避免腐蚀。又称牺牲阳极保护法。,(b) 阴极电保护,利用外加直流电，将负极接到被保护金属上，作为阴极。正极接到一些废金属作阳极，使其受到腐蚀而保护了阴极。,(c) 阳极电保护,利用外加直流电，将被保护金属接到正极上，电极电势向正的方向移动，使金属“钝化”而得到保护。,6.2 金属材料的腐蚀与防护,各种材料在一定程度上都会在环境（如大气、海水、土壤、光照、高温和应力等）作用下发生性能劣化，甚至完全失效。,材料在环境作用下的劣化，对金属和陶瓷来说，习惯上称腐蚀，对高聚物来说，习惯上称老化。,材料腐蚀包括液体腐蚀、气体腐蚀、固体腐蚀、高温氧化与腐蚀及特种腐蚀（如核辐射）等，本节主要讨论液体腐蚀、气体腐蚀和固体腐蚀对无机非金属材料的腐蚀。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,无机非金属材料腐蚀特点,无机非金属材料除石墨以外，在与电解质溶液接触时不像金属那样形成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的，而往往是由于,化学作用或物理作用,所引起。,孔隙,会降低材料的耐腐蚀性，因为孔隙的存在会使材料接触介质的面积增大，腐蚀不仅可发生在表面上而且也发生在材料内部，使得侵蚀作用明显增强。,无机非金属材料的耐蚀性还与其,结构,有关。晶体结构的耐腐蚀性较无定型结构高。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,1. 液体腐蚀,材料在液体中的溶解度可从相图上获得，相图提供了给定温度下的饱和成分。,液体对固体材料的腐蚀是通过在固态晶体材料和溶剂之间形成一层界面或反应产物而进行的。,液体里晶体组分的饱和溶解浓度，以及这些组分的扩散系数，共同决定了存在的是某一机理还是其他机理。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（1）水溶液的腐蚀,硅酸盐玻璃,水对硅酸盐玻璃的腐蚀机理包括离子交换和基体溶解之间的竞争，这一竞争又受到玻璃成分和可能形成的保护性界面层的影响。,碳化物和氮化物,过渡金属的碳化物和氮化物在室温下是化学稳定的但会被浓缩的酸侵蚀。唯一的例外是VC，VC在室温下缓慢氧化。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（2）熔盐腐蚀,当各种熔融盐存在时，SiC和Si,3,N,4,形成的普通SiO,2,保护层能显著加速腐蚀。SiO,2,保护层在碱性盐溶液中被腐蚀，而在酸性盐溶液中不被腐蚀。,（3）熔融金属的腐蚀,应用陶瓷抵抗熔融金属的腐蚀在陶瓷工业占很大一部分，如钢铁工业和有色金属（铝和铜是最重要的）生成中的熔炉使用的耐火材料。当今钢铁和有色金属工业消耗大约占所有耐火材料产量的70%，因此由于金属腐蚀引起的问题是非常重要的。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,2. 气体腐蚀,陶瓷受蒸气侵蚀要比受液体和固体的侵蚀严重。,主要是因为相对于液体和固体来说，表面积的增加更有利于气体腐蚀。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（1）晶体材料,蒸气侵蚀多晶体陶瓷会造成比液体或固体的腐蚀都要严重得多的腐蚀。,与蒸气腐蚀有关的最重要的材料性能之一是孔隙度或渗透性。,如果蒸气能渗透进材料，暴露于蒸气侵蚀的表面积大大增加，使腐蚀加快进行。,正是因为暴露于蒸气侵蚀的总表面积的重要性，所以孔隙度体积和孔隙尺寸分布都很重要。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（2）玻璃,大气条件下，被称为风化的玻璃腐蚀基本上是由水蒸气所造成。,风化发生的机理有两种。,一种类型是蒸发，而另一种类型是携带与其反应的任何产物从表面流聚到一点。,这两种类型的风化都在玻璃表面产生凝集，前一类型是以形成富碱膜为特征。这层富碱膜与大气中的气体，如CO,2,反应而形成Na,2,CO,3。,防止蒸气侵蚀玻璃对电子工业至关重要。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,3. 固体腐蚀,很多材料应用都包括两个彼此接触的不同类的固体材料。,如果这两类材料相互发生反应，那么就会引起腐蚀。,普遍的反应类型包括在界面形成第三相，该相可能是固体、液体或气体。,在某些情况下，界面相也许是两原始相的固溶体。,相图可显示出反应的类型以及发生该反应的对应温度。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（1）氧化硅,碳与SiO,2,反应形成中间相SiC，随着SiC与SiO,2,反应生成气相SiO。,玻璃熔窑中过去发生的可能最严重的反应是SiO,2,和氧化铝或含氧化铝的难熔盐之间的反应。高温下，这两种材料直接接触生成一种莫来石形的界面。该反应物质体积的膨胀，导致两种原始材料分离。,现代熔炉中，采用中间材料如锆石可以防止这种有害反应的发生。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（2）氧化镁,在基础耐火材料领域里，MgO气化非常重要，主要是通过蒸发冷凝形成富含MgO的区域，并具有高孔隙度。,一定范围的高孔隙度引起材料力学性能的降低，导致材料开裂或破碎。,MgO的蒸发冷凝在作为熔渣辅助物的氮化硅中也会发生。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,4. 无机非金属材料的性能与腐蚀,受腐蚀影响的最重要性能或许是机械强度。尽管其他性能也受腐蚀影响，但它们通常不导致失效，而失效常常与强度变化相联系。,强度损失不完全是腐蚀的机械效应，因为在很多情况下，腐蚀的影响反而导致强度的增加。,腐蚀产生的强度增加是试样表面层中裂缝被愈合的结果，通常起因于基体杂质扩散至表面，表面层与基体之间的热膨胀性不同，会在表面形成压应力层。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（1）晶体材料的性能与腐蚀,腐蚀性环境要么直接向裂缝尖端提供非晶相，要么通过改性在裂缝尖端形成非晶相。,在单相的多晶的氧化铝中发生应力腐蚀断裂，这是因为内裂纹尖端所含的非晶相渗透到晶界，随后引起局部蠕变脆裂。如果裂纹尖端的非晶相贫化，那么将发生裂缝钝化。,高温应力腐蚀机理是因为从裂缝表面到腐蚀性非晶相的扩散，这个被应力增强的扩散加速了裂缝沿晶界的扩展。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（2）玻璃体材料的性能与腐蚀,氢氟酸侵蚀能强化硅酸盐玻璃。,玻璃的静态疲劳。,促进裂纹生长的环境介质必须既是电子施主又是质子施主。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（3）其他气体对性能的影响,在1200的氮或潮湿空气里时效2h，Nicalon碳化硅纤维的抗拉强度损失约一半。,由SiCNO构成的陶瓷纤维，在不同热气体气氛中时效处理时，其强度有不同程度的降低。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,5. 减小腐蚀的方法和措施,控制陶瓷与它们的环境之间的化学反应是现今陶瓷工业面临的重要问题之一。,通过对腐蚀现象的研究，通过控制化学反应，以最小的成本获得最大的预期使用寿命。,大多数腐蚀最小化的方法一般是减缓整体的反应速度。除此之外，还可通过改变反应机理来减少危害的方法。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（1）晶体材料,氧化物,1.性能最优化,2.改进的外部方法,非氧化物,1.性能最优化,2.改进的外部方法,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,（2）玻璃体材料,性能优化,具有抗腐蚀性的玻璃体的开发主要通过成分优化来进行 。,改进的外部方法,涂层技术的发展为提高抗腐蚀性、抗磨蚀性和强度提供了一个途径。,6.3 无机非金属材料的腐蚀与防护,化学老化：,物理老化：,化学介质或化学介质与其他因素(如力、光、热等)共同作用下所发生的高分子材料被破坏现象，主要发生主链的断裂，有时次价键的破坏也属化学老化。,玻璃态高聚物多数处于非平衡态，其凝聚态结构是不稳定的，在玻璃化转变温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化。,由于物理作用而发生的可逆性的变化，不涉及分子结构的改变。,6.4 有机高分子材料腐蚀老化,高分子材料的腐蚀形式,6.4 有机高分子材料腐蚀老化,6.5 辐射损伤,暴露在辐射下的材料会发生许多不同的问题，造成材料结构和性质的改变。,1. 金属,高能量的辐射(例如中子)可把原子撞离它的正常位置，而形成间隙原子及空位，这些点缺陷可以显著改变金属材料的,电学性质,如导电性，也可以影响材料的,力学性质,。,如：,使延性材料变得硬而脆,。,退火有助于消除辐射产生的损伤,。,6.5 辐射损伤,2. 陶瓷,辐射也能在陶瓷材料内部产生点缺陷，一般情况下，辐射对陶瓷材料的力学性质影响不大，因为它本身就是脆性材料。,但辐射对材料的物理性质，如,电学性质,、,光学性质,等会产生显著影响。,6.5 辐射损伤,3. 聚合物,即使是低能量辐射，也能改变聚合物的结构，链会断烈而使聚合度降低或造成分支，聚合物的强度降低。,防护方法有两类：一类是通过聚合物本身的化学结构修饰以增加材料的辐射稳定性，称为,内部防护,；另一类是外加防护剂，称为,外部防护,。,6.5 辐射损伤,本章小结,材料发生腐蚀是一个热力学自发过程，除极少数贵金属（Au、Pt等）外，几乎所有材料在使用环境中都存在程度不同的腐蚀现象，腐蚀现象十分普遍。,广义材料腐蚀是指材料由于环境的作用而引起的破坏和变质过程。,金属材料的腐蚀分全面腐蚀和局部腐蚀两大类。从工程技术上看，局部腐蚀危险性更大。,在实际应用中，通过优化的组分设计、适当的制备工艺及保护、合理的应力与环境介质控制等途径，可以抑制、降低材料的腐蚀及氧化，尽可能使材料性能最大限度地的得到利用。,