第三章 材料的性能

1、Chapter3 Properties of Materials1Chapter3 Properties of Materials2General Characters of MaterialsChapter3 Properties of Materials3本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容材料的幾類主要性能：材料的幾類主要性能：化學性能化學性能力學性能力學性能熱性能熱性能電性能電性能磁性磁性光學性能光學性能材料的化學性能材料的化學性能材料的腐蝕與防腐材料的腐蝕與防腐Chapter3 Properties of Materials4溶蝕性溶蝕性耐腐蝕性耐腐蝕性抗?jié)B透性抗?jié)B透性抗氧化性抗氧化性材料抵抗各

2、種介質(zhì)作用的能力材料抵抗各種介質(zhì)作用的能力化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性3.1 化學性能化學性能Chemical PerformanceChapter3 Properties of Materials5(1) Chemical stability of metal materials氧化物成核氧化物成核 生長生長氧溶解氧溶解氧化膜生長氧化膜生長內(nèi)氧化內(nèi)氧化縫隙縫隙孔洞孔洞微裂紋微裂紋宏觀裂紋宏觀裂紋吸附吸附（1）化學銹蝕）化學銹蝕3.1.1 耐氧化性耐氧化性金屬氧化反應(yīng)的金屬氧化反應(yīng)的主要過程示意圖主要過程示意圖幾種金屬的表面氧化膜對比幾種金屬的表面氧化膜對比多孔氧化膜多孔氧化膜致密氧化膜致密氧化膜松散

3、氧化膜松散氧化膜6Chapter3 Properties of MaterialsChapter3 Properties of Materials7Electrochemistry corrosion（2）電化學腐蝕電化學腐蝕simple electrochemical cell corrosion cell between a steel water pipe and a copper fittingChapter3 Properties of Materials8Electrochemistry corrosionSO2氣體對鐵的侵蝕過程氣體對鐵的侵蝕過程（2）電化學腐蝕電化學腐蝕Chap

4、ter3 Properties of Materials9Example海水對金屬的侵蝕示意圖海水對金屬的侵蝕示意圖Cathodic protection of a buried steel pipeline 電化學防銹電化學防銹犧牲陽極法犧牲陽極法10Chapter3 Properties of MaterialsChapter3 Properties of Materials113.1.2 耐酸堿性耐酸堿性耐酸材料耐酸材料 以酸性氧化物以酸性氧化物SiO2為主為主耐耐堿堿材材料料 大多數(shù)金屬氧化物都是堿性氧化大多數(shù)金屬氧化物都是堿性氧化物，物，相應(yīng)的材料相應(yīng)的材料表現(xiàn)出較強的耐表現(xiàn)出較強的

5、耐堿性，而易受酸侵蝕或溶解。堿性，而易受酸侵蝕或溶解。Chapter3 Properties of Materials12金屬的耐酸堿性金屬的耐酸堿性 主要是高溫下濃堿液的腐蝕問題主要是高溫下濃堿液的腐蝕問題 鎳鉻鑄鐵中加入稀土，降低鎳含量，可以降低材料成鎳鉻鑄鐵中加入稀土，降低鎳含量，可以降低材料成本，又可以保證合金鑄鐵良好的耐堿蝕性。本，又可以保證合金鑄鐵良好的耐堿蝕性。 耐蝕機理：耐蝕機理：堿蝕后稀土高鎳鉻鑄鐵堿蝕后稀土高鎳鉻鑄鐵表面生成完整、致密的表面生成完整、致密的 -(Fe, Cr)2O3氧化膜和氧化膜和Na2SO4、FeCl3等附著物，等附著物，使材料本體受到保護。使材料本體受到

6、保護。 Chapter3 Properties of Materials13化學穩(wěn)定性好，耐酸耐堿化學穩(wěn)定性好，耐酸耐堿高分子材料：高分子材料： 主鏈原子以共價鍵結(jié)合主鏈原子以共價鍵結(jié)合 長分子鏈對反應(yīng)基團的保護長分子鏈對反應(yīng)基團的保護 電絕緣性，無電化學腐蝕電絕緣性，無電化學腐蝕Chapter3 Properties of Materials14(3) Chemical stability of polymers 金屬材料和無機非金屬材料有好的耐有機溶劑性能；金屬材料和無機非金屬材料有好的耐有機溶劑性能； 熱塑性高分子材料一般由線形高分子構(gòu)成，很多有機熱塑性高分子材料一般由線形高分子構(gòu)成，很

7、多有機溶劑都可以將其溶解；溶劑都可以將其溶解； 交聯(lián)型高分子在有機溶劑中不溶解，但能溶脹，使材交聯(lián)型高分子在有機溶劑中不溶解，但能溶脹，使材料體積膨脹，性能變差；料體積膨脹，性能變差； 不同的高分子材料，其分子鏈以及側(cè)基不同，對各種不同的高分子材料，其分子鏈以及側(cè)基不同，對各種有機溶劑表現(xiàn)出不同的耐受性；有機溶劑表現(xiàn)出不同的耐受性； 組織結(jié)構(gòu)對耐溶劑性也有較大影響。組織結(jié)構(gòu)對耐溶劑性也有較大影響。 例如，作為結(jié)晶性聚合物，聚乙烯在大多數(shù)有機溶劑中都難例如，作為結(jié)晶性聚合物，聚乙烯在大多數(shù)有機溶劑中都難溶，因而具有很好的耐溶劑性溶，因而具有很好的耐溶劑性。 3.1.3 耐有機溶劑性耐有機溶劑性C

8、hapter3 Properties of Materials15(3) Chemical stability of polymers 光照下形成自由基：光照下形成自由基：3.1.4 耐老化性耐老化性高分子材料面臨的問題高分子材料面臨的問題 CH2CCHCH2CH3hCH2CCHCH3CH-H+ 氧氣的參與：氧氣的參與：RH2(1) RH + OOR + OOH(2) R + OOROO ROOH+R(3) ROOH+RHRO + OH(4) RO + OH ROH + R(5) HO + RH R + H O 自由基形成后導致鏈自由基形成后導致鏈的斷裂（降解）：的斷裂（降解）：CCHCCH3

9、OOCH3CCH2CH3COOCH3CH2CCHCCH3OOCH3CCH2CH3COOCH3CH2+Chapter3 Properties of Materials16(3) Chemical stability of polymers 羰基容易吸收紫外光，因此含羰基的聚合物在太陽光羰基容易吸收紫外光，因此含羰基的聚合物在太陽光照射下容易被氧化降解。照射下容易被氧化降解。 聚四氟乙烯有極好的耐老化性能聚四氟乙烯有極好的耐老化性能 氟原子與碳原子形成牢固的化學鍵；氟原子與碳原子形成牢固的化學鍵； 氟原子的尺寸大小適中，一個緊挨一個，能把碳鏈緊緊氟原子的尺寸大小適中，一個緊挨一個，能把碳鏈緊緊包圍

10、住。包圍住。 分子鏈中含有不飽和雙鍵、聚酰氨的酰氨鍵、聚碳酸分子鏈中含有不飽和雙鍵、聚酰氨的酰氨鍵、聚碳酸酯的酯鍵、聚砜的碳硫鍵、聚苯醚的苯環(huán)上的甲基等酯的酯鍵、聚砜的碳硫鍵、聚苯醚的苯環(huán)上的甲基等等，都會降低高分子材料的耐老化性。等，都會降低高分子材料的耐老化性。 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與耐老化性耐老化性Chapter3 Properties of Materials17(3) Chemical stability of polymers 改進聚合物分子結(jié)構(gòu)改進聚合物分子結(jié)構(gòu) 加入適當助劑加入適當助劑 抗氧化劑抗氧化劑 光屏蔽劑光屏蔽劑 紫外線吸收劑紫外線吸收劑 淬滅劑淬滅劑 耐老化性耐老化性的提高的提

11、高Chapter3 Properties of Materials183.2 材料的耐腐蝕性材料的耐腐蝕性Anti-corrosion of materials 腐蝕腐蝕任何材料都是在一定得環(huán)境條件下使任何材料都是在一定得環(huán)境條件下使用的，用的，材料在遭受化學介質(zhì)、濕氣、光、氧、材料在遭受化學介質(zhì)、濕氣、光、氧、熱等環(huán)境因素作用下會發(fā)生惡化變質(zhì)熱等環(huán)境因素作用下會發(fā)生惡化變質(zhì)，這種現(xiàn)，這種現(xiàn)象即腐蝕。象即腐蝕。 腐蝕現(xiàn)象及危害腐蝕現(xiàn)象及危害 腐蝕科學腐蝕科學研究材料在環(huán)境作用下的破壞機研究材料在環(huán)境作用下的破壞機理以及如何進行保護的一門科學。理以及如何進行保護的一門科學。 腐蝕分類（腐蝕分類（

12、1 1）按作用性質(zhì)：）按作用性質(zhì)：物理腐蝕、化學物理腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕；（腐蝕、電化學腐蝕；（2 2）按發(fā)生腐蝕過程的）按發(fā)生腐蝕過程的環(huán)境和條件：高溫腐蝕、大氣腐蝕、溶劑腐蝕環(huán)境和條件：高溫腐蝕、大氣腐蝕、溶劑腐蝕等；按腐蝕形態(tài)：全面腐蝕、局部腐蝕。等；按腐蝕形態(tài)：全面腐蝕、局部腐蝕。Chapter3 Properties of Materials19 physical deteriorate材料在環(huán)境介質(zhì)作用下，沒有化學材料在環(huán)境介質(zhì)作用下，沒有化學反應(yīng)，而以物理變化發(fā)生破壞的腐蝕類型。發(fā)生物理腐蝕的反應(yīng)，而以物理變化發(fā)生破壞的腐蝕類型。發(fā)生物理腐蝕的主要是高分子材料。主要是高分子

13、材料。3.2.1 物理腐蝕物理腐蝕 溶脹和溶解溶脹和溶解溶劑分子滲入材料內(nèi)部破壞大分子間的次價溶劑分子滲入材料內(nèi)部破壞大分子間的次價鍵，與大分子發(fā)生溶劑化作用。鍵，與大分子發(fā)生溶劑化作用。 滲透破壞滲透破壞對于襯里設(shè)備來說，即使?jié)B入介質(zhì)不會使襯里對于襯里設(shè)備來說，即使?jié)B入介質(zhì)不會使襯里層產(chǎn)生化學反應(yīng)而腐蝕，但一旦介質(zhì)透過襯里層接觸到基層產(chǎn)生化學反應(yīng)而腐蝕，但一旦介質(zhì)透過襯里層接觸到基體，也會引起基體材料的腐蝕，使設(shè)備破壞。體，也會引起基體材料的腐蝕，使設(shè)備破壞。 應(yīng)力開裂應(yīng)力開裂在應(yīng)力（外加的或內(nèi)部的殘余應(yīng)力）與某些介在應(yīng)力（外加的或內(nèi)部的殘余應(yīng)力）與某些介質(zhì)（如活性物質(zhì)）共同作用下，不少高分

14、子材料會出現(xiàn)銀質(zhì)（如活性物質(zhì)）共同作用下，不少高分子材料會出現(xiàn)銀紋，并進一步生長成裂縫，直至發(fā)生脆性斷裂。不涉及對紋，并進一步生長成裂縫，直至發(fā)生脆性斷裂。不涉及對聚合物主價鍵的直接化學腐蝕。聚合物主價鍵的直接化學腐蝕。Chapter3 Properties of Materials203.2.1 物理腐蝕物理腐蝕3.2.1.1 高分子材料的耐溶劑性高分子材料的耐溶劑性溶解性溶解性1.溶解很緩慢，先溶脹再溶解，交聯(lián)只能溶脹。溶解很緩慢，先溶脹再溶解，交聯(lián)只能溶脹。2.溶溶劑焊接、溶液紡絲和溶液鑄膜工藝都是依賴于溶劑的作用。劑焊接、溶液紡絲和溶液鑄膜工藝都是依賴于溶劑的作用。3.溶解過程：溶解過

15、程：D DGm= D DHm-TD DSm, ,D DGm0溶解過程才能進行；溶解過程才能進行；D DGm = 0，溶解過程達到平衡，此時的溶解度稱為飽和溶解度。，溶解過程達到平衡，此時的溶解度稱為飽和溶解度。4.溶解過程首先打開溶劑分子之間和溶質(zhì)分子之間的次價結(jié)合溶解過程首先打開溶劑分子之間和溶質(zhì)分子之間的次價結(jié)合力，然后再形成溶質(zhì)分子與溶劑分子之間的次價結(jié)合。此過程力，然后再形成溶質(zhì)分子與溶劑分子之間的次價結(jié)合。此過程的焓差即混合熱的焓差即混合熱D DHm。5.分子之間次價結(jié)合力的大小可用內(nèi)聚分子之間次價結(jié)合力的大小可用內(nèi)聚能密度（能密度（CED）的大小表示。內(nèi)聚能密度的平方根稱為溶解度）

16、的大小表示。內(nèi)聚能密度的平方根稱為溶解度參數(shù)參數(shù)d d，即，即d d = (CED)1/21/2。相似相容原理：適用于非極性和極性相似相容原理：適用于非極性和極性弱的高聚物，不適用于極性較強的高聚物。弱的高聚物，不適用于極性較強的高聚物。Chapter3 Properties of Materials213.2.1 物理腐蝕物理腐蝕3.2.1.1 高分子材料的耐溶劑性高分子材料的耐溶劑性滲透性滲透性permeability液體分子或氣體分子可從聚合物膜高液體分子或氣體分子可從聚合物膜高濃度側(cè)擴散到較低濃度一側(cè)，滲透或滲析；若在低濃度側(cè)施加濃度側(cè)擴散到較低濃度一側(cè)，滲透或滲析；若在低濃度側(cè)施加足

17、夠高的壓力，超過滲透壓，則可使液體或氣體分子向高濃度足夠高的壓力，超過滲透壓，則可使液體或氣體分子向高濃度一側(cè)擴散，反向滲透。一側(cè)擴散，反向滲透。 滲透破壞（腐蝕破壞）和滲透利用（膜滲透破壞（腐蝕破壞）和滲透利用（膜材料用于提純、醫(yī)學、海水淡化等）。材料用于提純、醫(yī)學、海水淡化等）。 溶解性越好，滲透系數(shù)越大；溶解度系數(shù)相同，氣體分子溶解性越好，滲透系數(shù)越大；溶解度系數(shù)相同，氣體分子越小，擴散越容易，滲透系數(shù)也越大。越小，擴散越容易，滲透系數(shù)也越大。 聚合物的結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)對滲透性影響甚大。鏈柔性增加，聚合物的結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)對滲透性影響甚大。鏈柔性增加，滲透性提高；結(jié)晶度增大，滲透性降低。分子

18、鏈引入極性基團，滲透性提高；結(jié)晶度增大，滲透性降低。分子鏈引入極性基團，滲透性下降。滲透性下降。舉例：舉例：Chapter3 Properties of Materials223.2.1 物理腐蝕物理腐蝕3.2.1.1 高分子材料的耐溶劑性高分子材料的耐溶劑性影響高分子材料耐溶劑性的因素影響高分子材料耐溶劑性的因素滲透性、溶劑化、溫度、大分子鏈的柔性、結(jié)晶滲透性、溶劑化、溫度、大分子鏈的柔性、結(jié)晶度、高分子的分子量及其分布、交聯(lián)等度、高分子的分子量及其分布、交聯(lián)等影響高分子材料耐溶劑性的因素影響高分子材料耐溶劑性的因素1.1.滲透性滲透性 凡使溶解熵凡使溶解熵D DS S增大以及溶解過程放熱（

19、體系放增大以及溶解過程放熱（體系放熱，熱，D DH H為負）量增大的因素，均導致自由能的變化為負）量增大的因素，均導致自由能的變化D DG G變變小，材料耐溶劑能力下降；凡使大分子熱運動能力和向小，材料耐溶劑能力下降；凡使大分子熱運動能力和向溶劑中擴散降低的因素，均使材料的耐溶劑性能提高。溶劑中擴散降低的因素，均使材料的耐溶劑性能提高。2.2.溶劑化溶劑化 溶劑化程度好，溶質(zhì)和溶劑間形成次價鍵時放出溶劑化程度好，溶質(zhì)和溶劑間形成次價鍵時放出的能量就多，材料耐溶劑性能差。體系的化學結(jié)構(gòu)決定的能量就多，材料耐溶劑性能差。體系的化學結(jié)構(gòu)決定了其極性大小，以及電負性和相互的溶劑化能力，所以了其極性大小

20、，以及電負性和相互的溶劑化能力，所以是影響材料耐溶劑能力的根本內(nèi)因。是影響材料耐溶劑能力的根本內(nèi)因。3.3.溫度溫度 溫度升高，溶劑化能力增強，同時大分子鏈段熱運溫度升高，溶劑化能力增強，同時大分子鏈段熱運動能亦增大，分子間距增加（自由體積增多），或使晶動能亦增大，分子間距增加（自由體積增多），或使晶格破壞，于是溶劑分子進入材料內(nèi)部。當溫度接近格破壞，于是溶劑分子進入材料內(nèi)部。當溫度接近TgTg或或TmTm以上時，溫度影響尤其顯著，并使耐溶劑性能迅速下以上時，溫度影響尤其顯著，并使耐溶劑性能迅速下降。溫度升高還是降。溫度升高還是T TD DS S的絕對值增大，有利于的絕對值增大，有利于D DG

21、 G的降低的降低。溫度升高也能幫助大分子向溶劑擴散。溫度升高也能幫助大分子向溶劑擴散。影響高分子材料耐溶劑性的因素影響高分子材料耐溶劑性的因素4.4.大分子鏈的柔性大分子鏈的柔性 柔性增大可使混合熵變大，利于溶解柔性增大可使混合熵變大，利于溶解。但柔性太小時往往會使堆砌密度變小，大分子間隙。但柔性太小時往往會使堆砌密度變小，大分子間隙增多。溶劑分子易進入材料內(nèi)部；此外，大分子的部增多。溶劑分子易進入材料內(nèi)部；此外，大分子的部分鏈段因相距較遠，而沒有形成次價鍵，溶劑化時，分鏈段因相距較遠，而沒有形成次價鍵，溶劑化時，就不必消耗能量打開次價鍵，放出的混合熱就多。因就不必消耗能量打開次價鍵，放出的混

22、合熱就多。因此，大分子的柔性也可能導致耐溶劑能力的下降。此，大分子的柔性也可能導致耐溶劑能力的下降。5.5.結(jié)晶能力增強，結(jié)晶度增大結(jié)晶能力增強，結(jié)晶度增大，均利于提高材料的耐溶，均利于提高材料的耐溶劑腐蝕能力。劑腐蝕能力。6.6.高聚物分子量大高聚物分子量大，耐溶劑性能好。，耐溶劑性能好。分子量分布寬分子量分布寬，耐，耐溶劑性能下降。溶劑性能下降。7.7.交聯(lián)有利于改善材料的耐溶劑性能交聯(lián)有利于改善材料的耐溶劑性能。交聯(lián)高聚物只能。交聯(lián)高聚物只能溶脹而不溶解。交聯(lián)密度增加，溶脹度也相應(yīng)減小。溶脹而不溶解。交聯(lián)密度增加，溶脹度也相應(yīng)減小。Chapter3 Properties of Mater

23、ials253.2.1 物理腐蝕物理腐蝕3.2.1.2 環(huán)境應(yīng)力開裂環(huán)境應(yīng)力開裂 A. 環(huán)境應(yīng)力開裂（環(huán)境應(yīng)力開裂（ESC）概念）概念材料受環(huán)境介質(zhì)和應(yīng)力雙重作用而發(fā)生的，應(yīng)力作用下由于材料受環(huán)境介質(zhì)和應(yīng)力雙重作用而發(fā)生的，應(yīng)力作用下由于有機物或其他化學介質(zhì)（如表面活性劑）的作用促進緩慢的有機物或其他化學介質(zhì)（如表面活性劑）的作用促進緩慢的脆性破壞過程。脆性破壞過程。 B. 環(huán)境應(yīng)力開裂與銀紋環(huán)境應(yīng)力開裂與銀紋破壞是因材料受環(huán)境和應(yīng)力（外部施加的，或內(nèi)部引起的）破壞是因材料受環(huán)境和應(yīng)力（外部施加的，或內(nèi)部引起的）同時作用造成的。同時作用造成的。 C. 影響環(huán)境應(yīng)力開裂的因素影響環(huán)境應(yīng)力開裂的因

24、素Chapter3 Properties of Materials263.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 （1）酸、堿、鹽對金屬材料腐蝕作用的特點）酸、堿、鹽對金屬材料腐蝕作用的特點 酸對金屬的腐蝕酸對金屬的腐蝕氫離子濃度氫離子濃度和和陰離子的氧化還原性陰離子的氧化還原性 氫離子濃度氫離子濃度增加，增加，pH值降低，對應(yīng)的氫平衡電位往正方值降低，對應(yīng)的氫平衡電位往正方向移動，腐蝕反應(yīng)熱力學趨勢增大，腐蝕加?。幌蛞苿?，腐蝕反應(yīng)熱力學趨勢增大，腐蝕加?。籶H值降低，值降低，會導致金屬表面膜的溶解度增加

25、，腐蝕加劇。會導致金屬表面膜的溶解度增加，腐蝕加劇。 相同的酸濃度下，強酸的腐蝕性大；相同的相同的酸濃度下，強酸的腐蝕性大；相同的pH值酸的腐值酸的腐蝕作用，金屬在弱酸中的腐蝕率大。蝕作用，金屬在弱酸中的腐蝕率大。 酸對金屬腐蝕性的另一重要因素是酸的酸對金屬腐蝕性的另一重要因素是酸的陰離子的氧化還陰離子的氧化還原性。原性。Chapter3 Properties of Materials27鐵在非氧化性酸中的腐蝕特點：鐵在非氧化性酸中的腐蝕特點： 腐蝕速度與氫離子的濃度成正比；氧和其他氧化劑的存在，腐蝕速度與氫離子的濃度成正比；氧和其他氧化劑的存在，會使腐蝕速度顯著增加，氫離子濃度越低，該作用也

26、就越明顯；會使腐蝕速度顯著增加，氫離子濃度越低，該作用也就越明顯；生成難溶性化合物，保護作用，腐蝕速度下降，如磷酸鐵的防生成難溶性化合物，保護作用，腐蝕速度下降，如磷酸鐵的防腐蝕作用；活性離子（如腐蝕作用；活性離子（如Cl-）的影響較小，因金屬原子已處于）的影響較小，因金屬原子已處于活性溶解狀態(tài)?；钚匀芙鉅顟B(tài)。鐵在氧化性酸中的腐蝕特點：鐵在氧化性酸中的腐蝕特點： 腐蝕速度與酸濃度的關(guān)系復雜，在稀酸中，隨著氫離子還腐蝕速度與酸濃度的關(guān)系復雜，在稀酸中，隨著氫離子還原的陰極去極化過程，鐵發(fā)生溶解，又根據(jù)濃度、溫度條件的原的陰極去極化過程，鐵發(fā)生溶解，又根據(jù)濃度、溫度條件的變化所析出的氫被進一步氧化

27、，鐵的溶解速度迅速上升（表變化所析出的氫被進一步氧化，鐵的溶解速度迅速上升（表4-36）；酸液中的氧對腐蝕過程影響不大，氧化性酸本身就是強）；酸液中的氧對腐蝕過程影響不大，氧化性酸本身就是強去極化劑；金屬在酸中因被鈍化而減緩腐蝕；去極化劑；金屬在酸中因被鈍化而減緩腐蝕；Cl-等活性離子的等活性離子的存在對腐蝕影響強烈。存在對腐蝕影響強烈。鐵的腐蝕特點：鐵的腐蝕特點： Chapter3 Properties of Materials283.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 （1）酸、堿、鹽對金屬材料腐

28、蝕作用的特點）酸、堿、鹽對金屬材料腐蝕作用的特點 堿對金屬的腐蝕堿對金屬的腐蝕 什么是堿？什么是堿？ 堿溶液對金屬的腐蝕性一般比酸小，原因：易鈍化或生成難堿溶液對金屬的腐蝕性一般比酸小，原因：易鈍化或生成難溶的氫氧化物或氧化物；在堿溶液中氧電極電位與氫電極電位溶的氫氧化物或氧化物；在堿溶液中氧電極電位與氫電極電位要比在酸溶液中的電位更負。要比在酸溶液中的電位更負。 堿溶液中共存離子的種類對堿腐蝕有很大影響。氯化物會阻堿溶液中共存離子的種類對堿腐蝕有很大影響。氯化物會阻礙金屬鈍化；硝酸鈉促進金屬鈍化，抑制腐蝕；堿金屬原子量礙金屬鈍化；硝酸鈉促進金屬鈍化，抑制腐蝕；堿金屬原子量越大，腐蝕性越大，越

29、大，腐蝕性越大，LiOHNaOHKOHRbOHCsOH. 堿溶液對鋁、鋅、錫、鉛等兩性金屬有顯著的腐蝕性。堿溶液對鋁、鋅、錫、鉛等兩性金屬有顯著的腐蝕性。Chapter3 Properties of Materials293.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 （1）酸、堿、鹽對金屬材料腐蝕作用的特點）酸、堿、鹽對金屬材料腐蝕作用的特點 堿對金屬的腐蝕堿對金屬的腐蝕鹽對金屬的腐蝕（鹽對金屬的腐蝕（pH變化，氧化性鹽）變化，氧化性鹽） 鹽溶解在水中，使鹽溶解在水中，使pH值變化；鹽具有氧化還原性；鹽值變

30、化；鹽具有氧化還原性；鹽的陰、陽離子對腐蝕過程有特殊的影響；鹽吸附或附著在的陰、陽離子對腐蝕過程有特殊的影響；鹽吸附或附著在金屬表面；鹽溶于水，增加電導率；鹽濃度高，氧的溶解金屬表面；鹽溶于水，增加電導率；鹽濃度高，氧的溶解度就低；鹽對腐蝕產(chǎn)物的溶解度有影響。度就低；鹽對腐蝕產(chǎn)物的溶解度有影響。 Chapter3 Properties of Materials303.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 （2）酸、堿等介質(zhì)對高分子材料的腐蝕作用）酸、堿等介質(zhì)對高分子材料的腐蝕作用化學介質(zhì)老化化學介質(zhì)老化

31、：酸堿鹽或其他化學藥品作用下，塑料等高分：酸堿鹽或其他化學藥品作用下，塑料等高分子材料也會發(fā)生或快或慢的由表及里的破壞。子材料也會發(fā)生或快或慢的由表及里的破壞。破壞機理破壞機理：與金屬的化學腐蝕機理不同，由大分子主價鍵斷：與金屬的化學腐蝕機理不同，由大分子主價鍵斷裂（即發(fā)生化學作用）或次價鍵（大分子間的作用）被瓦解，裂（即發(fā)生化學作用）或次價鍵（大分子間的作用）被瓦解，通常表現(xiàn)為塑料的溶脹、溶解、龜裂、脫層、變色、燒焦、通常表現(xiàn)為塑料的溶脹、溶解、龜裂、脫層、變色、燒焦、質(zhì)量變化和機械強度下降等許多使用性能的變化。質(zhì)量變化和機械強度下降等許多使用性能的變化。Chapter3 Propertie

32、s of Materials313.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用（3）無機非金屬材料的耐腐蝕性）無機非金屬材料的耐腐蝕性材料的化學成分和礦物組成材料的化學成分和礦物組成（二氧化硅含量高的材料屬（二氧化硅含量高的材料屬于耐酸材料，含大量堿性氧化物的材料屬于耐堿材料）于耐酸材料，含大量堿性氧化物的材料屬于耐堿材料）材料孔隙和結(jié)構(gòu)的影響材料孔隙和結(jié)構(gòu)的影響 孔隙率會降低材料的耐腐蝕性，開孔尤為明顯；孔隙率會降低材料的耐腐蝕性，開孔尤為明顯；晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) :石英具有一定的耐堿性，而無定形二氧化硅石英

33、具有一定的耐堿性，而無定形二氧化硅不能耐堿蝕。不能耐堿蝕。Chapter3 Properties of Materials323.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 B. 大氣腐蝕大氣腐蝕 概念：材料暴露在大氣自然環(huán)境條件下，由于大氣中水概念：材料暴露在大氣自然環(huán)境條件下，由于大氣中水和氧氣等物質(zhì)的作用而引起的腐蝕。和氧氣等物質(zhì)的作用而引起的腐蝕。 （1）大氣腐蝕的特征）大氣腐蝕的特征單純的化學腐蝕，如金屬表面的氧化，形成電解質(zhì)液膜構(gòu)單純的化學腐蝕，如金屬表面的氧化，形成電解質(zhì)液膜構(gòu)成電化學腐蝕條件。

34、成電化學腐蝕條件。 （2）金屬材料（碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、鉛）在大氣）金屬材料（碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、鉛）在大氣中的耐蝕性及防護（研制和選用耐蝕材料，涂層和金屬鍍中的耐蝕性及防護（研制和選用耐蝕材料，涂層和金屬鍍層保護，使用氣相緩蝕劑和暫時性保護層，降低大氣濕度）層保護，使用氣相緩蝕劑和暫時性保護層，降低大氣濕度） Chapter3 Properties of Materials333.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用B. 大氣腐蝕大氣腐蝕 （3）高分子材料在大氣中的耐蝕性）高分子材料在大氣中的耐蝕性1.氧化作用氧化作用：聚合物與空氣接觸發(fā)生

35、緩慢的老化，氧化反應(yīng)：聚合物與空氣接觸發(fā)生緩慢的老化，氧化反應(yīng)往往因日光中存在的紫外線輻射而被強化。溫度越高，主鏈往往因日光中存在的紫外線輻射而被強化。溫度越高，主鏈降解發(fā)生越迅速，有氧和無氧下，熱均是高聚物劣化的因素。降解發(fā)生越迅速，有氧和無氧下，熱均是高聚物劣化的因素。氧化作用與氫過氧化物雜質(zhì)、高分子的支化度等有關(guān)。氧化作用與氫過氧化物雜質(zhì)、高分子的支化度等有關(guān)。2.臭氧的影響臭氧的影響：天然橡膠和合成彈性體均受大氣臭氧的侵蝕。：天然橡膠和合成彈性體均受大氣臭氧的侵蝕。如果材料處于受應(yīng)力狀態(tài)下，降解導致一種特有的劣化形式，如果材料處于受應(yīng)力狀態(tài)下，降解導致一種特有的劣化形式，稱為臭氧開裂，

36、龜裂紋垂直于應(yīng)力方向出現(xiàn)。稱為臭氧開裂，龜裂紋垂直于應(yīng)力方向出現(xiàn)。 Chapter3 Properties of Materials343.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用B. 大氣腐蝕大氣腐蝕 （3）高分子材料在大氣中的耐蝕性）高分子材料在大氣中的耐蝕性3.耐候性耐候性：高分子材料對室外天氣的抵抗能力。引起材料氣：高分子材料對室外天氣的抵抗能力。引起材料氣候老化的主要因素，包括：紫外線（使大分子中的化學鍵激候老化的主要因素，包括：紫外線（使大分子中的化學鍵激發(fā)，有氧或水存在進一步發(fā)生化學裂解）、溫度（引起熱老發(fā)，有氧或水存在進一步發(fā)生化學裂

37、解）、溫度（引起熱老化，也促進其他老化）、濕氣（溶脹、變形、水解，反復凝化，也促進其他老化）、濕氣（溶脹、變形、水解，反復凝結(jié)和汽化使材料龜裂）、臭氧（光熱作用下與高分子材料發(fā)結(jié)和汽化使材料龜裂）、臭氧（光熱作用下與高分子材料發(fā)生反應(yīng)）、風、雪和微生物等的作用、光老化（聚合物中存生反應(yīng)）、風、雪和微生物等的作用、光老化（聚合物中存在羰基和雙鍵容易引起光老化）在羰基和雙鍵容易引起光老化）Chapter3 Properties of Materials353.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用B. 大氣腐蝕大氣腐蝕 （3）高分子材料在大氣中的耐蝕性

38、）高分子材料在大氣中的耐蝕性4.提高材料耐侯（光）性的方法提高材料耐侯（光）性的方法：添加紫外線吸收劑（或紫：添加紫外線吸收劑（或紫外線屏蔽劑）、添加抗氧劑、選用耐光老化的高分子材料外線屏蔽劑）、添加抗氧劑、選用耐光老化的高分子材料5.耐輻射性：耐輻射性：輻射化學效應(yīng)主要是大分子鏈的交聯(lián)和裂解。輻射交聯(lián)將使輻射化學效應(yīng)主要是大分子鏈的交聯(lián)和裂解。輻射交聯(lián)將使分子量增大，硬度和耐熱性提高，耐溶劑性能大為改善。分子量增大，硬度和耐熱性提高，耐溶劑性能大為改善。Chapter3 Properties of Materials363.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介

39、質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 B. 大氣腐蝕大氣腐蝕 C. 非水溶劑對金屬的腐蝕非水溶劑對金屬的腐蝕 （1）非水溶劑的腐蝕特點）非水溶劑的腐蝕特點 無機系：純硫酸、發(fā)煙硝酸、熔融氫氧化鈉、液氨無機系：純硫酸、發(fā)煙硝酸、熔融氫氧化鈉、液氨有機系：酒精、丙酮、苯、酚、醛等有機系：酒精、丙酮、苯、酚、醛等種類種類水與非水溶劑性質(zhì)上的差別：極性差異水與非水溶劑性質(zhì)上的差別：極性差異極性溶劑中的腐蝕遵從電化學機理，極性溶劑中的腐蝕遵從電化學機理，非水溶劑中，純化學機理非水溶劑中，純化學機理非水溶劑對高分子材料的腐蝕就是物理腐蝕非水溶劑對高分子材料的腐蝕就是物理腐蝕Chap

40、ter3 Properties of Materials373.2.2 化學腐蝕化學腐蝕3.2.2.1 環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用環(huán)境介質(zhì)的化學腐蝕作用 A. 酸、堿、鹽腐蝕作用酸、堿、鹽腐蝕作用 B. 大氣腐蝕大氣腐蝕 C. 非水溶劑對金屬的腐蝕非水溶劑對金屬的腐蝕（2）非水溶劑腐蝕實例及防腐）非水溶劑腐蝕實例及防腐在酒精和酚中的腐蝕：生成烴氧基金屬化合物和氫氣在酒精和酚中的腐蝕：生成烴氧基金屬化合物和氫氣鹵化碳氫化合物中的腐蝕：微量水分或加熱生成鹵素酸鹵化碳氫化合物中的腐蝕：微量水分或加熱生成鹵素酸液態(tài)碳氫化合物的腐蝕：介質(zhì)氧化生成有機酸腐蝕液態(tài)碳氫化合物的腐蝕：介質(zhì)氧化生成有機酸腐蝕防止非水

41、溶劑的腐蝕：常采用各種緩釋劑，如鋼、黃銅等合金防止非水溶劑的腐蝕：常采用各種緩釋劑，如鋼、黃銅等合金在四氯化碳中腐蝕，在四氯化碳中腐蝕，加入加入0.001%-0.1%苯胺苯胺來擬制。潤滑油中來擬制。潤滑油中加入高級脂肪酸鹽、磷酸三甲苯酯、胺類等防治鋼鐵的腐蝕。加入高級脂肪酸鹽、磷酸三甲苯酯、胺類等防治鋼鐵的腐蝕。Chapter3 Properties of Materials383.2.3 電化學腐蝕電化學腐蝕3.2.3.1 金屬腐蝕的電化學機理金屬腐蝕的電化學機理 A. 電池作用（微電池腐蝕和宏觀電池腐蝕）電池作用（微電池腐蝕和宏觀電池腐蝕） B. 電解作用電解作用 Chapter3 Pro

42、perties of Materials40 B. 電解作用電解作用 電解時陽極發(fā)生溶解，從腐蝕的角度看，就是陽電解時陽極發(fā)生溶解，從腐蝕的角度看，就是陽極發(fā)生了腐蝕。生產(chǎn)中的漏電會造成金屬設(shè)備發(fā)生電極發(fā)生了腐蝕。生產(chǎn)中的漏電會造成金屬設(shè)備發(fā)生電解作用而腐蝕，雜散電流腐蝕?？稍斐蓢乐氐膿p失。解作用而腐蝕，雜散電流腐蝕?？稍斐蓢乐氐膿p失。Chapter3 Properties of Materials413.2.3 電化學腐蝕電化學腐蝕3.2.3.2 腐蝕過程的控制因素和腐蝕腐蝕過程的控制因素和腐蝕控制的途徑控制的途徑 A. 控制因素控制因素 腐蝕電流由腐蝕電池電動勢（熱力學因素）、陽極極腐蝕電

43、流由腐蝕電池電動勢（熱力學因素）、陽極極化率、陰極極化率和電阻決定?；省㈥帢O極化率和電阻決定。 B. 控制程度控制程度 各種控制因素對決定腐蝕速率所起的作用大小，稱為各種控制因素對決定腐蝕速率所起的作用大小，稱為控制因素?？刂埔蛩亍?C. 腐蝕控制的途徑腐蝕控制的途徑 防腐蝕，方法有四類。防腐蝕，方法有四類。Chapter3 Properties of Materials423.2.4 腐蝕的防護原理與方法腐蝕的防護原理與方法一、電化學保護一、電化學保護 A. 陰極保護陰極保護 將保護金屬作為陰極，外加陰極極化以降低或阻礙金屬腐蝕將保護金屬作為陰極，外加陰極極化以降低或阻礙金屬腐蝕的方法?？?/p>

44、通過外加電流法或犧牲陽極法實現(xiàn)。將被保護的金屬的方法?？赏ㄟ^外加電流法或犧牲陽極法實現(xiàn)。將被保護的金屬電極電位偏移至穩(wěn)定鈍化區(qū)以達到減小其腐蝕電流的目的。電極電位偏移至穩(wěn)定鈍化區(qū)以達到減小其腐蝕電流的目的。 B. 陽極保護陽極保護 將被保護的金屬與外接電源的正極相連，使其陽極極化進入將被保護的金屬與外接電源的正極相連，使其陽極極化進入鈍化區(qū)以達到使其腐蝕速度降低的目的。鈍化區(qū)以達到使其腐蝕速度降低的目的。 防護（腐）技術(shù)主要有防護（腐）技術(shù)主要有：耐蝕材料的選取及其結(jié)構(gòu)設(shè)：耐蝕材料的選取及其結(jié)構(gòu)設(shè)計、電化學外源輔助保護、腐蝕環(huán)境的改善、表面防腐計、電化學外源輔助保護、腐蝕環(huán)境的改善、表面防腐處

45、理、表面穩(wěn)定性防護涂層的制備。處理、表面穩(wěn)定性防護涂層的制備。Chapter3 Properties of Materials433.2.4 腐蝕的防護原理與方法腐蝕的防護原理與方法二、環(huán)境治理二、環(huán)境治理 緩釋劑種類及特點緩釋劑種類及特點陽極型緩蝕劑：陽極型緩蝕劑：又分氧化型和沉淀型兩種，前者促進金屬的鈍化又分氧化型和沉淀型兩種，前者促進金屬的鈍化（加入少量的鉻酸鹽可使鋼鐵、鋁、鋅及銅等金屬的腐蝕速度降（加入少量的鉻酸鹽可使鋼鐵、鋁、鋅及銅等金屬的腐蝕速度降低），后者使金屬表面陽極溶解離子生成難溶性化合物而在陽極低），后者使金屬表面陽極溶解離子生成難溶性化合物而在陽極表面沉淀（如表面沉淀（如

46、NaOH、碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸鈉、苯甲酸鈉），、碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸鈉、苯甲酸鈉），或修復陽極表面鈍化膜的破損，從而擬制陽極反應(yīng)的進行?；蛐迯完枠O表面鈍化膜的破損，從而擬制陽極反應(yīng)的進行。 加入有利防腐蝕的物質(zhì)（緩蝕劑）和去除有害的物質(zhì)（水加入有利防腐蝕的物質(zhì)（緩蝕劑）和去除有害的物質(zhì)（水、酸、鹽、氣等）、酸、鹽、氣等）脫水、脫氣、脫鹽脫水、脫氣、脫鹽緩蝕劑：能減緩或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，用量少（緩蝕劑：能減緩或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，用量少（0.1%-1%）、見效快、成本低、使用方便。強選擇性。）、見效快、成本低、使用方便。強選擇性。Chapter3 Properties of Materials

47、443.2.4 腐蝕的防護原理與方法腐蝕的防護原理與方法二、環(huán)境治理二、環(huán)境治理 緩釋劑種類及特點緩釋劑種類及特點陰極型緩釋劑：陰極型緩釋劑：可在金屬表面形成覆蓋型沉淀膜，阻礙氧的擴可在金屬表面形成覆蓋型沉淀膜，阻礙氧的擴散或提高氧與氫離子還原反應(yīng)過電位，從降低腐蝕速度。與散或提高氧與氫離子還原反應(yīng)過電位，從降低腐蝕速度。與OH-作用，硫酸鋅、碳酸氫鈣；與陽離子作用，聚磷酸鹽；析作用，硫酸鋅、碳酸氫鈣；與陽離子作用，聚磷酸鹽；析出金屬提高氫過電位，如銻鹽和砷鹽在酸性溶液中可在陰極去出金屬提高氫過電位，如銻鹽和砷鹽在酸性溶液中可在陰極去還原成還原成Sb和和As覆蓋層而提高氫過電位。覆蓋層而提高氫

48、過電位。吸附型緩釋劑：吸附型緩釋劑：一般含有一般含有N、O、S、P等極性基團或不飽和鍵等極性基團或不飽和鍵的有機化合物，其中的的有機化合物，其中的鍵與金屬有很強的親和力，而非極性鍵與金屬有很強的親和力，而非極性基則憎水親油，因而會在金屬表面發(fā)生定向吸附，形成保護性基則憎水親油，因而會在金屬表面發(fā)生定向吸附，形成保護性吸附膜。吸附膜。 Chapter3 Properties of Materials453.2.4 腐蝕的防護原理與方法腐蝕的防護原理與方法 A. 離子注入與表面處理離子注入與表面處理 表面處理表面處理：無非就是通過處理過程消除表面的缺陷濃度，或：無非就是通過處理過程消除表面的缺陷濃

49、度，或促進表面保護膜的形成，從而達到防護金屬的目的。促進表面保護膜的形成，從而達到防護金屬的目的。 離子注入離子注入：應(yīng)用于金屬材料的改性，是在經(jīng)過熱處理或表面：應(yīng)用于金屬材料的改性，是在經(jīng)過熱處理或表面鍍膜工藝的金屬材料上，注入一定劑量和能量的離子到金屬材鍍膜工藝的金屬材料上，注入一定劑量和能量的離子到金屬材料表面，改變材料表層的化學成分、物理結(jié)構(gòu)和相態(tài)，從而改料表面，改變材料表層的化學成分、物理結(jié)構(gòu)和相態(tài)，從而改變材料的力學、化學和物理性能。變材料的力學、化學和物理性能。 熱滲鍍熱滲鍍：用加熱擴散的方法把某種金屬或合金滲入基體金屬：用加熱擴散的方法把某種金屬或合金滲入基體金屬表面而形成表面

50、合金層的方法，這種表面合金層叫擴散鍍層。表面而形成表面合金層的方法，這種表面合金層叫擴散鍍層。 三、物理性保護三、物理性保護Chapter3 Properties of Materials463.2.4 腐蝕的防護原理與方法腐蝕的防護原理與方法 B. 有機涂料有機涂料 涂覆于物件表面形成黏附牢固、具有一定機械強度的涂覆于物件表面形成黏附牢固、具有一定機械強度的固態(tài)薄膜。固態(tài)薄膜。 裝飾和防護功能。裝飾和防護功能。 涂料的組成：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑、助劑。涂料的組成：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑、助劑。 防護機理：防護機理：1.涂層耐酸堿鹽腐蝕，隔離屏蔽作用。涂層耐酸堿鹽腐蝕，隔離屏蔽作用。2.防銹顏料

51、與金屬反應(yīng)，使金屬表面鈍化和形成保護膜。防銹顏料與金屬反應(yīng)，使金屬表面鈍化和形成保護膜。3.金屬填料（金屬填料（Zn），電化學防護。），電化學防護。 三、物理性保護三、物理性保護Chapter3 Properties of Materials473.2.4 腐蝕的防護原理與方法腐蝕的防護原理與方法C. 防護涂層防護涂層電沉積電沉積：使電解液中的金屬離子在直流電的作用下，于陰：使電解液中的金屬離子在直流電的作用下，于陰極表面沉積出金屬而成為鍍層的工藝過程。極表面沉積出金屬而成為鍍層的工藝過程。熱鍍熱鍍：把工件浸入熔融金屬中以獲得金屬涂層的工藝。：把工件浸入熔融金屬中以獲得金屬涂層的工藝。冷熱噴涂

52、冷熱噴涂：利用氣體燃燒、爆炸或電能作熱源，將絲狀或：利用氣體燃燒、爆炸或電能作熱源，將絲狀或粉末狀金屬加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以高速噴涂至零粉末狀金屬加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以高速噴涂至零件表面形成一層具有特殊性能涂層的工藝方法。件表面形成一層具有特殊性能涂層的工藝方法。真空鍍真空鍍：機械鍍機械鍍：無機涂層無機涂層：搪瓷涂層、硅酸鹽水泥、陶瓷涂層：搪瓷涂層、硅酸鹽水泥、陶瓷涂層 三、物理性保護三、物理性保護Chapter3 Properties of Materials48作業(yè)作業(yè)：試解釋為何鋁材不易生銹，而鐵則較易生銹。試解釋為何鋁材不易生銹，而鐵則較易生銹。為什么在潮濕環(huán)境下金屬材料容

53、易生銹？為什么在潮濕環(huán)境下金屬材料容易生銹？高分子材料發(fā)生物理腐蝕主要有哪幾種類型？高分子材料發(fā)生物理腐蝕主要有哪幾種類型？高分子材料的耐溶劑性與那些因素有關(guān)？如何高分子材料的耐溶劑性與那些因素有關(guān)？如何提高高分子材料的耐溶劑性能？提高高分子材料的耐溶劑性能？如何提高高分子材料耐侯（光）性？如何提高高分子材料耐侯（光）性？論述酸、堿、鹽對無機非金屬材料腐蝕的特點。論述酸、堿、鹽對無機非金屬材料腐蝕的特點。論述金屬腐蝕的電化學機理。論述金屬腐蝕的電化學機理。Chapter3 Properties of Materials49材料抵受外力作用的能力材料抵受外力作用的能力FFFFFF拉伸壓縮彎折剪切

54、3.2 力學性能Mechanical PropertyChapter3 Properties of Materials50 應(yīng)力應(yīng)力stress 應(yīng)變應(yīng)變strain 拉伸強度拉伸強度 彎曲強度彎曲強度 沖擊強度沖擊強度0/FA00()/lll3.2.1 材料的強度(Strength)Chapter3 Properties of Materials51Experiment樣品拉伸試驗樣品拉伸試驗應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 (Hookes Law)Eultimate tensile strength yield strength Chapter3 Properties of Material

55、s52J. AM. CHEM. SOC. 2004, 126, 10226-10227延展性或塑性的表征延展性或塑性的表征 延伸率延伸率d delongation 斷面收縮率斷面收縮率 reduction of area00100%fllld00100%fAAAd d 5%：脆性材料脆性材料53Chapter3 Properties of MaterialsChapter3 Properties of Materials54材料的一些力學性能特點：材料的一些力學性能特點： 很多金屬材料既有高的強度，又有良好的延展性；很多金屬材料既有高的強度，又有良好的延展性； 多晶材料的強度高于單晶材料；多晶

56、材料的強度高于單晶材料； 這是因為多晶材料中的晶界可中斷位錯的滑移，改變滑這是因為多晶材料中的晶界可中斷位錯的滑移，改變滑移的方向。通過控制晶粒的生長，可以達到強化材料的移的方向。通過控制晶粒的生長，可以達到強化材料的目的。目的。 固溶體或合金的強度高于純金屬；固溶體或合金的強度高于純金屬； 雜質(zhì)原子的存在對位錯運動具有牽制作用。雜質(zhì)原子的存在對位錯運動具有牽制作用。 多數(shù)無機非金屬材料延展性很差，屈服強度高。多數(shù)無機非金屬材料延展性很差，屈服強度高。 源于共價鍵的方向性源于共價鍵的方向性 Chapter3 Properties of Materials55102030 (%)01002003

57、00400500600700800900 (MPa)低碳鋼低碳鋼錳鋼錳鋼硬鋁硬鋁退火球墨鑄鐵退火球墨鑄鐵Chapter3 Properties of Materials563.2.2 材料的硬度（材料的硬度（hardness)材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力的量度材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力的量度 布氏硬度（布氏硬度（Brinell hardness） 洛氏硬度（洛氏硬度（Rockwell hardness）HR=(K-h)/0.002 維氏硬度（維氏硬度（Vickers hardness）HV=0.189F/d2 22(/ 2)()iFD DDD材料彈性、塑性、材料彈性、塑性、強度和韌性

58、等力學強度和韌性等力學性能的綜合指標性能的綜合指標 Chapter3 Properties of Materials57維氏硬度測量維氏硬度測量Chapter3 Properties of Materials58硬度試驗硬度試驗Chapter3 Properties of Materials59各種材料的硬度特征：各種材料的硬度特征： 由共價鍵結(jié)合的材料如金剛石具有很高的硬度，這由共價鍵結(jié)合的材料如金剛石具有很高的硬度，這是因為共價鍵的強度較高；是因為共價鍵的強度較高； 無機非金屬材料有較高硬度無機非金屬材料有較高硬度 離子鍵和共價鍵的強度均較高；離子鍵和共價鍵的強度均較高； 當含有價態(tài)較高而

59、半徑較小的離子時，所形成的離子鍵當含有價態(tài)較高而半徑較小的離子時，所形成的離子鍵強度較高（因靜電引力較大），故材料的硬度更高。強度較高（因靜電引力較大），故材料的硬度更高。 金屬材料形成固溶體或合金時可顯著提高材料的硬金屬材料形成固溶體或合金時可顯著提高材料的硬度。度。 高分子材料硬度通常較低高分子材料硬度通常較低 分子鏈之間主要以范德華力或氫鍵結(jié)合，鍵力較弱分子鏈之間主要以范德華力或氫鍵結(jié)合，鍵力較弱Chapter3 Properties of Materials603.2.3 疲勞性能疲勞性能材料抵抗疲勞破壞的能力材料抵抗疲勞破壞的能力 疲勞（疲勞（fatigue）：材料在循環(huán)受力（拉伸、

60、壓縮、彎曲、）：材料在循環(huán)受力（拉伸、壓縮、彎曲、剪切等）下，在某點或某些點產(chǎn)生局部的永久性損傷，并剪切等）下，在某點或某些點產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現(xiàn)象。全斷裂的現(xiàn)象。 熱容（熱容（heat capacity）熱膨脹（熱膨脹（thermal expansion）熱傳導（熱傳導（thermal conduction） Chapter3 Properties of Materials613.3 熱性能熱性能Thermal PropertyChapter3 Properties of Mat