第九章 材料在特殊環(huán)境中的性能_第1頁
已閱讀1頁,還剩2頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、第九章第九章材料在特殊環(huán)境中的性能材料在特殊環(huán)境中的性能9.1腐蝕腐蝕各種材料在一定程度上都會在環(huán)境如大氣、海水、土壤、光照、高溫和應(yīng)力等作用下發(fā)生性能劣化,甚至完全失效。材料在環(huán)境作用下的劣化,對金屬和陶瓷來說,習(xí)慣上稱腐蝕,對高聚物來說,習(xí)慣上稱老化。材料腐蝕縮短了材料使用壽命,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計,全球每年因腐蝕損失達(dá)7000億美元,占各國國民總值(GNP)2%4%,我國1995年統(tǒng)計,腐蝕損失達(dá)1500億人民幣。此外,腐蝕還

2、會造成資源的浪費(fèi)以及環(huán)境污染,危機(jī)人身安全,甚至?xí)璧K高新技術(shù)發(fā)展。因此,材料腐蝕和防護(hù)的研究早已引起各國的高度重視。材料腐蝕包括液體腐蝕、氣體腐蝕、固體腐蝕、高溫氧化與腐蝕及特種腐蝕(如核輻射)等,本章主要討論液體腐蝕、氣體腐蝕和固體腐蝕對無機(jī)非金屬材料的腐蝕。9.1.1液體腐蝕液體腐蝕材料在液體中的溶解度可從相圖上獲得,相圖提供了給定溫度下的飽和成分。然而很多實際應(yīng)用系統(tǒng)的相圖要么過于復(fù)雜,要么不存在,不過還是有很多二元和三元系統(tǒng)的

3、數(shù)據(jù)是可用的。在要評估某一材料的腐蝕之前,應(yīng)該查詢一下這些數(shù)據(jù)??梢杂眉妓瓜嗦蓙碓u估液體對單一純化合物的腐蝕。液體對固體材料的腐蝕是通過在固態(tài)晶體材料和溶劑之間形成一層界面或反應(yīng)產(chǎn)物而進(jìn)行的。該反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度比整個固體的低,有可能形成或不形成附著表面層,不同研究人員把這類機(jī)理稱為間接溶解、非協(xié)同溶解,或者非均勻溶解,還有選擇性溶解(指無論界面形成與否,只有一部分固體組分溶解)。液體里晶體組分的飽和溶解濃度,以及這些組分的擴(kuò)散系數(shù),共

4、同決定了存在的是某一機(jī)理還是其他機(jī)理。要確定飽和程度,必須知道含量最多的組分以及它們在液體中的濃度,這進(jìn)一步確定了固體是否會溶解。在間接溶解類型中限制速率的步驟是形成界面層的化學(xué)反應(yīng)以及通過該界面層或溶劑的擴(kuò)散。液態(tài)腐蝕主要包括熔融玻璃腐蝕、電化學(xué)腐蝕、水溶液的腐蝕、熔鹽腐蝕以及熔融金屬腐蝕等。9.1.2氣體腐蝕氣體腐蝕蒸氣侵蝕多晶體陶瓷會造成比液體或固體的腐蝕都要嚴(yán)重得多的腐蝕。與蒸氣腐蝕有關(guān)的最重要的材料性能之一是孔隙度或滲透性。如

5、果蒸氣能滲透進(jìn)材料,暴露于蒸氣侵蝕的表面積大大增加,使腐蝕加快進(jìn)行。正是因為暴露于蒸氣侵蝕的總表面積的重要性,所以孔隙度體積和孔隙尺寸分布都很重要。在另一類型的蒸氣侵蝕中,蒸氣和液體侵蝕產(chǎn)生聯(lián)合而持續(xù)的效應(yīng),蒸氣在朝向低溫的熱梯度作用下,會滲透入材料并凝結(jié)成液體溶液來溶解材料。液體溶液能進(jìn)一步沿著溫度梯度滲透,直至完全凝結(jié)。如果材料的熱梯度被改變,固相反應(yīng)產(chǎn)物有可能熔化,在熔點附近引起過腐蝕和剝落。對于氣體腐蝕,一個控制速率的可能步驟是

6、氣體反應(yīng)物的到達(dá)速率,也可能是氣體產(chǎn)物的脫離速度。但是,很多中間步驟(如通過氣體邊界層的擴(kuò)散)都有可能控制總反應(yīng),它們中的任何一部都可能是控制步驟。顯然,反應(yīng)不可能進(jìn)行得比添加反應(yīng)物的速率還快,它也許進(jìn)行得很慢。氣體到達(dá)的最大速率可從HertzLangmuir方程算出:21)2(MRTpZ??(9.1)式中Z—在單位時間內(nèi)到達(dá)單位面積上的氣體物質(zhì)的量;p—反應(yīng)氣體的分壓;M—氣體相對分子質(zhì)量;R—氣體常數(shù);T—絕對溫度。利用氣體產(chǎn)物的分

7、壓p和氣體的相對分子質(zhì)量M,也可用同樣的方程計算氣體產(chǎn)物的脫離速率。為了確定使用壽命是否足夠長,這些速率都是需要的。如果某些產(chǎn)生揮發(fā)相的表面反應(yīng)必定發(fā)生,那么實際測得的脫離速率會與計算值不同。觀察值與計算值之差取決于表面反應(yīng)激活能。如果氣體反應(yīng)物所處的溫度比固體材料的低,那么必須考慮熱轉(zhuǎn)換到隨后引起物理性能的明顯變化,如密度、熱膨脹、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率的變化。只有對腐蝕機(jī)理和動力進(jìn)行深入調(diào)查后,才能推斷出這些變化對力學(xué)性能的影響。例如,硅基

8、陶瓷的氧化是活性還是鈍性,取決于曝曬期間存在的氧分壓。當(dāng)po2低時,形成氣態(tài)SiO,導(dǎo)致材料急劇損失,引起強(qiáng)度損失。當(dāng)po2高時,形成SiO2使強(qiáng)度增加。受低于臨界應(yīng)力的恒定負(fù)荷的長期作用后,陶瓷的失效被稱為靜態(tài)疲勞或延遲失效。如果以不變的應(yīng)力速率施加負(fù)荷,稱為動態(tài)疲勞。如果該負(fù)荷被加載、卸載,然后又被加載,長時間如此循環(huán)后所造成的失效稱為循環(huán)疲勞。眾所周知,脆性斷裂之前常常是亞臨界裂紋的生長,這一生長過程導(dǎo)致強(qiáng)度的時間相關(guān)性。正是環(huán)境

9、對亞臨界裂紋生長的影響產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕斷裂的現(xiàn)象。因此疲勞(或延遲效應(yīng))和應(yīng)力腐蝕斷裂都是關(guān)于同一現(xiàn)象的。玻璃材料中,延遲效應(yīng)與玻璃成分、溫度和環(huán)境(如PH值)有關(guān)。優(yōu)先發(fā)生在裂紋尖端的應(yīng)變材料分子鍵的化學(xué)反應(yīng)是造成失效的原因,該反應(yīng)速率對應(yīng)力敏感。有些晶體材料也表現(xiàn)出與玻璃類似的延遲效應(yīng)。裂縫(生長)速度評估有直接方法和間接方法。在直接方法中,裂縫速度由外加應(yīng)力的函數(shù)確定。包括如雙懸臂梁方法、雙扭矩方法及邊沿或中心裂紋試樣方法。間接方法

10、通常在不透明試樣上進(jìn)行,并根據(jù)強(qiáng)度測量來推測裂紋速度。此外還包括氧化、濕度、其它氣氛、熔鹽、熔融金屬、水溶液、電化學(xué)等造成的具體材料性能降低。9.3腐蝕最小化的方法腐蝕最小化的方法控制陶瓷與它們的環(huán)境之間的化學(xué)反應(yīng)是現(xiàn)今陶瓷工業(yè)面臨的重要問題之一。通過對腐蝕現(xiàn)象的研究,通過控制化學(xué)反應(yīng),以最小的成本獲得最大的預(yù)期使用壽命。大多數(shù)腐蝕最小化的方法一般是減緩整體的反應(yīng)速度。除此之外,還可通過改變反應(yīng)機(jī)理來減少危害的方法。腐蝕反應(yīng)受以下條件的

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論