材料概论(周达飞)(二版) 第7章

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