《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 被腐蝕的設(shè)備被腐蝕的設(shè)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(zhì)的表面因發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而受到破壞的現(xiàn)象 定義定義2 2：由于環(huán)境介質(zhì)作用于材料或物質(zhì)本身，使之發(fā)生“質(zhì)”的變化的現(xiàn)象腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)原因：腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)原因：材料的腐蝕是一種自發(fā)進行的過程，是物質(zhì)由高能態(tài)向低能態(tài)的轉(zhuǎn)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(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞稱為化學(xué)腐蝕 p電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞 干燥氣、高溫氣體、干燥氣、高溫氣體、非電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)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(zhì)腐蝕工業(yè)環(huán)境介質(zhì)腐蝕 l化工介質(zhì)腐蝕 l熔融介質(zhì)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(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)共同作用下的腐蝕 n應(yīng)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(xué)腐蝕傾向金屬的電化學(xué)腐蝕傾向一、電化學(xué)腐蝕中的電極電位 當(dāng)它們在兩相中的電化學(xué)位相等時，就建立起如下的電化學(xué)平衡：金屬的平衡金屬的平衡電極電位電極電位 金屬的標(biāo)準平金屬的標(biāo)準平衡電極電位衡電極電位 二、金屬的電化學(xué)腐蝕機理二、金屬的電化學(xué)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(yīng)的現(xiàn)象稱為電極反應(yīng)的耦合兩個電極反應(yīng)的現(xiàn)象稱為電極反應(yīng)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(zhì)溶液p電路 電化學(xué)腐蝕過程電化學(xué)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(xué)腐蝕傾向的判據(jù) 1 1腐蝕反應(yīng)自由能變化與腐蝕傾向腐蝕反應(yīng)自由能變化與腐蝕傾向 G0，腐蝕反應(yīng)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(yīng)不可能發(fā)生 2標(biāo)準電極電位與腐蝕傾向滿足滿足GG0 0的必要條件應(yīng)是的必要條件應(yīng)是E0E0 例如：例如：Zn的標(biāo)準電極電位值為-.762，F(xiàn)e的標(biāo)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(zhì)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(zhì)的量與通過電化學(xué)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(zhì)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(zhì)的量與其電化學(xué)當(dāng)量成正比電化學(xué)當(dāng)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(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì)電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì) 電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì)電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì) 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(yīng)及其有關(guān)步驟快如果陽極反應(yīng)時金屬離子轉(zhuǎn)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(yīng)及其動力學(xué)參數(shù)平衡電極反應(yīng)及其動力學(xué)參數(shù) 電極反應(yīng)平衡時，電極電位就是該電極反應(yīng)的平衡電位，此時陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)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(yīng)的過電之差的絕對值稱為該電極反應(yīng)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(xué)極化電化學(xué)極化如果電極反應(yīng)所需的活化能較高，因而使第如果電極反應(yīng)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(dǎo)致的極化的控制步驟，由此導(dǎo)致的極化 p濃度極化濃度極化如果電子轉(zhuǎn)移步驟快于反應(yīng)物或產(chǎn)物的液相傳如果電子轉(zhuǎn)移步驟快于反應(yīng)物或產(chǎn)物的液相傳質(zhì)步驟，電極表面和溶液深處的反應(yīng)物和產(chǎn)物質(zhì)步驟，電極表面和溶液深處的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度將出現(xiàn)差別，并導(dǎo)致極化，則這種濃度的濃度將出現(xiàn)差別，并導(dǎo)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(yīng)力腐蝕斷裂 一、應(yīng)力腐蝕斷裂的條件及特征p應(yīng)力：拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。p介質(zhì)：應(yīng)力腐蝕體系（一定的材料、一定的介質(zhì)）。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(yīng)力腐蝕速度，而遠小于純力學(xué)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(yīng)力方向垂直。微觀上一般為沿晶斷裂。二、應(yīng)力腐蝕的機理 p 陽極溶解機理 p氫致開裂機理三、影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素p應(yīng)力因素：達70%90%s可發(fā)生應(yīng)力腐蝕。p介質(zhì)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(zhì)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(yīng)力腐蝕的措施 p降低和消除應(yīng)力 p合理選材 p控制環(huán)境，改善使用條件，除去介質(zhì)中危害性大的化學(xué)成分 第五節(jié) 材料的耐蝕性及抗腐蝕措施（自學(xué)）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(zhì)量指標(biāo) 金屬腐蝕速度的深度指標(biāo) 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(biāo)：是指材料腐蝕前后的強度極限變化率 腐蝕的延伸率指標(biāo) 局部腐蝕金屬耐蝕性評定 局部腐蝕的vL、K(a)關(guān)系評定標(biāo)準 應(yīng)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(xué)穩(wěn)定性：標(biāo)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(yīng)力：拉應(yīng)力加速腐蝕。2環(huán)境因素介質(zhì)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(zhì)成分及體積分數(shù) 介質(zhì)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(xué)保護法 p介質(zhì)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(shè)計及生產(chǎn)工藝流程