工程材料及耐蚀性.ppt

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1、工程材料及耐蚀性非金属材料非金属材料的种类有机非金属材料塑料、树脂、橡胶、涂料、复合材料等无机非金属材料玻璃、石墨、搪瓷、陶瓷、水泥等非金属材料的腐蚀非金属材料和介质环境相互作用产生的变质和破坏称为非金属的腐蚀，与金属材料相比，其腐蚀行为更呈多样性，且缺乏规律性。金属腐蚀一般多在金属表面上开始发生，逐渐向深处发展，而非金属腐蚀破坏多从内部形成。非金属材料的腐蚀类型按宏观腐蚀形态分类①轻度腐蚀形态②中度腐蚀形态③破坏性腐蚀形态按腐蚀机理分类①物理腐蚀②化学腐蚀③大气老化④环境应力开裂非金属材料的物理腐蚀物理腐蚀是非金属材料使用中最常见的腐蚀破坏形态，其形成的主要原因是环境介质的渗透扩散及

2、应力（包括材料成型时形成的残余应力，环境温度引发的热应力，结晶型介质及渗入介质因热胀冷缩形成的膨胀应力）联合作用。介质的渗透和扩散在非金属材料的腐蚀过程中，介质的渗透与扩散起着重要的支配作用，而导致这一结果的主要原因有：大分子结构及其聚集态结构、非金属材料的组成与成份、环境温度和热应力、材料成型时的孔隙率和孔径分布。溶胀和溶解产生的原因无论是非晶态高聚物还是结晶态高聚物，发生溶胀时，都是从非晶区开始而逐步进入晶区的，溶剂渗透到高分子材料内部后，使之溶胀和溶解。判断原则通常情况下，可采用极性相似原则或溶解度参数相近原则来判断高分子材料耐溶剂性。非金属材料物理腐蚀机制有机非金属材料有机非金

3、属材料的物理腐蚀主要表现形式为溶胀和溶解，以及介质对有机介质渗透破坏作用。主要与介质向材料基体扩散、渗透有关。无机非金属材料无机非金属材料的渗透性腐蚀主要表现在硅酸盐水泥类材料中。其腐蚀形态以溶出腐蚀及膨胀破碎腐蚀为主。非金属材料的化学腐蚀化学腐蚀也是非金属材料使用中最常见的腐蚀破坏形态，其形成的主要原因是环境介质、温度、热应力等的作用下非金属材料发生降解、分解、老化等化学破坏。有机非金属材料的化学腐蚀氧化反应水解和降解作用取代基反应交联反应氧化反应高分子材料（如天然橡胶和聚烯烃高聚物等），在辐射或紫外光等外界因素作用下，能发生高分子氧化反应；氧化性介质（如浓HNO3、浓H2SO4等）

4、，也会使高聚物分子发生氧化。其原因是在这些高聚物大分子链上存在有键能较低的与叔碳原子相连的或与双键α位碳原子相连的C－H键。在氧化过程中，生成的过氧化物分解会导致大分子降解、交联、和链的增长，氧自由基可导致降解，形成酮基醛基，也可使不饱和化合物交联。一般来讲，具有杂链的高聚物比只有碳连的高聚物抗氧化性能好。水解作用杂链高聚物因其含有氧、氮、硅等杂原子，在碳原子与杂原子之间构成极性键，如醚键、酯键、酰胺键、硅氧键等。水与这类键发生作用而导致高聚物发生降解的过程被称为高聚物的水解。降解作用含有极性基因的其它腐蚀性介质，如有机酸、有机胺、醇和酯等都能使相对应的高聚物发生降解，称为酸解、醇解、

5、酚解、胺解。对于一些分子链上大多不含易水解基因的高聚物来说，如聚烯烃及其衍生物等，就不易发生水解反应，且耐酸、耐碱性好。取代基反应在饱和碳－碳链高聚物中，虽然不容易存在像氧化反应中的双键或三键等基因断裂降解，但是在特定情况下、碳－碳链的碳原子也可以被其它原子所取代，而发生取代基反应。通过情况下发生卤代取代反应的机会比较多。另外有些高聚物在浓H2SO4、HNO3的作用下，可以发生磺化和硝化的取代反应。交联反应有些高聚物在使用过程中，受日光或环境作用，相邻链间会发生交联反应而使材料硬化变脆。无机非金属的化学腐蚀常见的耐蚀硅酸盐材料，主要是由硅、氧原子组成，常以硅酸盐和硅石（SiO2）存在。

6、而分解型腐蚀通常发生在硅酸盐硬化水泥石中，通过离子交换反应，硬化水泥石可受到如下三种形式的分解型腐蚀。（1）形成可溶性钙盐（2）形成不溶性钙盐（3）镁盐侵蚀非金属材料环境应力腐蚀开裂开裂机理分类影响因素开裂机理主要理论：表面能（△S）降低理论附着功（W）理论、自由能变化值（△G）理论理论局限性自由能变化值理论是最具有说服力环境应力腐蚀开裂分类环境应力腐蚀开裂溶剂开裂氧化应力开裂影响因素非金属材料的性质非金属材料受应力的大小、方向环境介质组成与成份复合材料的腐蚀腐蚀原理腐蚀影响因素防腐蚀对策腐蚀原理影响复合材料耐腐蚀性能的主要因素是树脂基体，玻璃纤维基材及二者间界面。当环境介质分子经树脂

7、基体渗透扩散到玻璃纤维后，将激发复合材料基体内力一起对玻璃纤维及树脂与玻璃纤维界面形成腐蚀破坏，导致玻璃纤维失强及界面粘结强度下降。由于界面粘结不充分，渗入的介质在界面间空隙处产生渗透压，协同残余应力一起破坏界面，并由于毛细现象使介质分子沿毛细管迅速渗入界面空隙区。循环往复，最终导致复合材料分层、脱粘、鼓泡、开裂，同时环境温度及其热应力可加速该过程。影响因素拉伸应力环境介质材料（树脂基材、增强体）树脂基材与增强体之间的界面结构防腐蚀对策1)选择