《材料性能學》PPT電子課件

《材料性能學》PPT電子課件,材料性能學,材料,性能,PPT,電子,課件 被腐蝕的設備被腐蝕的設備酸雨腐蝕的樂山大佛酸雨腐蝕的樂山大佛第十三章第十三章 材料的耐腐蝕性能材料的耐腐蝕性能第一節(jié)第一節(jié) 材料腐蝕的基本概念材料腐蝕的基本概念 一、腐蝕的基本概念定義定義1 1：物質的表面因發(fā)生化學或電化學反應而受到破壞的現(xiàn)象 定義定義2 2：由于環(huán)境介質作用于材料或物質本身，使之發(fā)生“質”的變化的現(xiàn)象腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的本質原因：腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的本質原因：材料的腐蝕是一種自發(fā)進行的過程，是物質由高能態(tài)向低能態(tài)的轉變形式 二、腐蝕的類型根據(jù)金屬腐蝕的機理不同分類根據(jù)金屬腐蝕的機理不同分類 p化學腐蝕化學腐蝕 金屬表面與非電解質直接發(fā)生化學作用而引起的破壞稱為化學腐蝕 p電化學腐蝕電化學腐蝕 金屬表面與電解質溶液發(fā)生電化學反應而引起的破壞 干燥氣、高溫氣體、干燥氣、高溫氣體、非電解質溶液非電解質溶液根據(jù)腐蝕的環(huán)境分類根據(jù)腐蝕的環(huán)境分類 大氣腐蝕大氣腐蝕 海水腐蝕海水腐蝕 淡水腐蝕淡水腐蝕 土壤腐蝕土壤腐蝕 工業(yè)環(huán)境介質腐蝕工業(yè)環(huán)境介質腐蝕 l化工介質腐蝕 l熔融介質中的腐蝕 根據(jù)腐蝕破壞的外部特征分類根據(jù)腐蝕破壞的外部特征分類 n全面腐蝕均勻腐蝕 不均勻腐蝕 n局部腐蝕 l點蝕 l電偶腐蝕 l晶間腐蝕 穿晶腐蝕 縫隙腐蝕 選擇性腐蝕斑點腐蝕 絲狀腐蝕應力和環(huán)境介質共同作用下的腐蝕 n應力腐蝕斷裂 n腐蝕疲勞 n氫損傷 氫脆氫鼓泡氫腐蝕 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的電化學腐蝕傾向金屬的電化學腐蝕傾向一、電化學腐蝕中的電極電位 當它們在兩相中的電化學位相等時，就建立起如下的電化學平衡：金屬的平衡金屬的平衡電極電位電極電位 金屬的標準平金屬的標準平衡電極電位衡電極電位 二、金屬的電化學腐蝕機理二、金屬的電化學腐蝕機理圖13-4 原電池和腐蝕電池示意圖(a)原電池 (b)(c)腐蝕原電池 2 2腐蝕原電池的特點腐蝕原電池的特點 金屬的金屬的自溶解自溶解 單一電極上同時以相等的速度進行著的單一電極上同時以相等的速度進行著的兩個電極反應的現(xiàn)象稱為電極反應的耦合兩個電極反應的現(xiàn)象稱為電極反應的耦合 耦合的條件：腐蝕電池的特點腐蝕電池的特點 組成p陽極p陰極p電解質溶液p電路 電化學腐蝕過程電化學腐蝕過程陽極過程陽極過程 陰極過程 電流的流動 三、金屬電化學腐蝕傾向的判據(jù) 1 1腐蝕反應自由能變化與腐蝕傾向腐蝕反應自由能變化與腐蝕傾向 G0，腐蝕反應可能發(fā)生，其負值的絕對值愈大，表示金屬愈不穩(wěn)定G0，則表示腐蝕反應不可能發(fā)生 2標準電極電位與腐蝕傾向滿足滿足GG0 0的必要條件應是的必要條件應是E0E0 例如：例如：Zn的標準電極電位值為-.762，F(xiàn)e的標準電極電位值為-.44，因而Zn更容易受到腐蝕 3 3電位一電位一pHpH圖與腐蝕傾向判斷圖與腐蝕傾向判斷 第三節(jié)第三節(jié) 金屬腐蝕速度及其控制金屬腐蝕速度及其控制 一、法拉第定律與腐蝕速度的計算一、法拉第定律與腐蝕速度的計算 金屬的腐蝕速度的表示方法 通常用被腐蝕材料在單位面積、單位時間上的質量變化或單位時間的腐蝕深度，以及腐蝕過程中陽極電流密度表示法拉第定律法拉第定律(1)在電極上析出或溶解的物質的量與通過電化學體系的電量成正比(2)(2)在通過相同的電量條件下，電極上析出或溶解的不同物質的量與其在通過相同的電量條件下，電極上析出或溶解的不同物質的量與其電化學當量成正比電化學當量成正比 腐蝕速度 腐蝕速度 二、極化及其對腐蝕速度的影響二、極化及其對腐蝕速度的影響 1 1極化現(xiàn)象極化現(xiàn)象 通過電流時通過電流時原電池兩極間原電池兩極間電位差減小，電位差減小，并引起電池工并引起電池工作電流降低的作電流降低的現(xiàn)象現(xiàn)象電化學極化現(xiàn)象的本質電化學極化現(xiàn)象的本質 電化學極化現(xiàn)象的本質電化學極化現(xiàn)象的本質 電子的遷移的速度(陽極極化時電子離開電極，陰極極化時電子流入電極)比電極反應及其有關步驟快如果陽極反應時金屬離子轉入溶液的速度落后于電子從陰極流入外電路的速度，陽極上就會積累過剩的正電荷使陽極電位向正方向移動同理，電子在陰極的積累使陰極電位向負方向移動由于腐蝕電池的極化作用，使腐蝕電流減小，從而降低了腐蝕速度。2極化的類型 (1)(1)平衡電極反應及其動力學參數(shù)平衡電極反應及其動力學參數(shù) 電極反應平衡時，電極電位就是該電極反應的平衡電位，此時陰極反應和陽極反應的速度相等。通過的電流密度的絕對值也相等。過電位過電位由于極化使電極電位偏離平衡電位的程度，由于極化使電極電位偏離平衡電位的程度，把極化電流密度下的電極電位把極化電流密度下的電極電位 與平衡電極與平衡電極電位電位 之差的絕對值稱為該電極反應的過電之差的絕對值稱為該電極反應的過電位，以位，以表示表示 陰極極化陰極極化 陽極極化陽極極化(2)極化的類型 p電化學極化電化學極化如果電極反應所需的活化能較高，因而使第如果電極反應所需的活化能較高，因而使第個步驟的速度變得最慢，使之成為極化過程中個步驟的速度變得最慢，使之成為極化過程中的控制步驟，由此導致的極化的控制步驟，由此導致的極化 p濃度極化濃度極化如果電子轉移步驟快于反應物或產(chǎn)物的液相傳如果電子轉移步驟快于反應物或產(chǎn)物的液相傳質步驟，電極表面和溶液深處的反應物和產(chǎn)物質步驟，電極表面和溶液深處的反應物和產(chǎn)物的濃度將出現(xiàn)差別，并導致極化，則這種濃度的濃度將出現(xiàn)差別，并導致極化，則這種濃度差引起的電極電位的變化差引起的電極電位的變化 三、極化曲線三、極化曲線第四節(jié) 金屬材料的應力腐蝕斷裂 一、應力腐蝕斷裂的條件及特征p應力：拉應力和壓應力。p介質：應力腐蝕體系（一定的材料、一定的介質）。如碳鋼和低合金鋼在42%的MgCl溶液中。p速度：10-810-6m/s，遠大于沒應力腐蝕速度，而遠小于純力學因素斷裂速度。p腐蝕斷裂形態(tài)：對金屬僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從表及里的裂紋。走向宏觀上與拉應力方向垂直。微觀上一般為沿晶斷裂。二、應力腐蝕的機理 p 陽極溶解機理 p氫致開裂機理三、影響應力腐蝕斷裂的因素p應力因素：達70%90%s可發(fā)生應力腐蝕。p介質環(huán)境因素特殊離子及濃度的影響：如氧化劑、濃度。溫度的影響：不同金屬在一定介質中有一個溫度范圍。界面電位狀況的影響 p合金成分的影響 四、防止應力腐蝕的措施 p降低和消除應力 p合理選材 p控制環(huán)境，改善使用條件，除去介質中危害性大的化學成分 第五節(jié) 材料的耐蝕性及抗腐蝕措施（自學）一、耐蝕性及其評定方法 1均勻腐蝕的程度與評定方法 腐蝕速度的質量指標 金屬腐蝕速度的深度指標 均勻腐蝕金屬耐蝕性評定2局部腐蝕的程度與評定方法 局部腐蝕程度的表示方法 腐蝕強度指標：是指材料腐蝕前后的強度極限變化率 腐蝕的延伸率指標 局部腐蝕金屬耐蝕性評定 局部腐蝕的vL、K(a)關系評定標準 應力腐蝕斷裂傾向評定 二、影響金屬材料腐蝕性的因素1材料本身因素 金屬的化學穩(wěn)定性：標準電極電位越正，穩(wěn)定性越高。合金成分：純金屬耐蝕性高于同類的工業(yè)合金。合金取決于成分和組織。金相組織與熱處理：組織越細小、分散，耐腐蝕性越差。熱處理使組織變化表面狀態(tài)：粗糙表面比光滑表面易受腐蝕。應力：拉應力加速腐蝕。2環(huán)境因素介質的pH值：降低有利陰極析氫，破壞金屬保護膜，而降低耐蝕性。介質成分及體積分數(shù) 介質的溫度與壓力 接觸電偶 其他因素 三、防止金屬材料腐蝕的措施（P282）p金屬的電化學保護法 p介質處理：除有害成分，調(diào)pH，降低氣體中濕度。p緩蝕劑保護法：陽極型、陰極型和混合型。p表面覆蓋法 p合理選材 p改進防腐設計及生產(chǎn)工藝流程