第七章 材料與環(huán)境

1、第七章materials and environment nuist-zys材料與環(huán)境的關(guān)系材料與環(huán)境的關(guān)系 一是材料制造，施工，應(yīng)用過程中的廢氣，廢液，廢物和廢棄物對環(huán)境的破壞作用水體污染物大氣污染物固體污染物對環(huán)境和人類的危害對環(huán)境和人類的危害 人類和動物的健康 植物枯萎 工業(yè)和生活設(shè)施老化和腐蝕破壞人類和動物的身體健康 破壞水生生態(tài) 漁業(yè)損失 侵占土地、污染土壤、難以生態(tài)代謝 浸出物、腐蝕物、粉塵污染水體與大氣 影響環(huán)境衛(wèi)生材料與環(huán)境的關(guān)系材料與環(huán)境的關(guān)系 二是材料的環(huán)境劣化，如金屬材料的腐蝕，高分子材料的老化，無機(jī)材料的侵蝕等。金屬的腐蝕金屬的腐蝕橡膠的老化橡膠的老化金屬材料的腐蝕與防

2、護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù) 金屬腐蝕是指金屬材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)物理的相互作用，而引起性質(zhì)劣化。 金屬腐蝕的危害 巨大的經(jīng)濟(jì)損失 資源和能源的嚴(yán)重浪費 引發(fā)災(zāi)難事故 污染人類生存環(huán)境 金屬腐蝕的分類q 化學(xué)腐蝕：金屬與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞。q 電化學(xué)作用：金屬與電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的破壞。q 物理腐蝕：單純物理溶解作用而引起的破壞。金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)電化學(xué)作用電化學(xué)作用 絕大多數(shù)金屬腐蝕過程是電化學(xué)性質(zhì)的。在電化學(xué)中，氧化以為著失去電子。原子失去電子即成為離子。離子欲變回金屬原子就要得到電子，這一過程成為還原。金屬的電化學(xué)腐蝕金屬的電化學(xué)腐蝕

3、氧化物膜導(dǎo)致的腐蝕氧化物膜導(dǎo)致的腐蝕金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)q金屬在電解電池的陽極發(fā)生氧化；q某種離子會在陽極還原；q存在電解質(zhì)；q電回路必須閉合發(fā)生化學(xué)腐蝕的基本條件發(fā)生化學(xué)腐蝕的基本條件影響腐蝕的因素影響腐蝕的因素?zé)崃W(xué)驅(qū)動力nFEG G為自由能，就是熱力學(xué)驅(qū)動力；n為原子的價位；F為Faraday常數(shù)，即在電極上解離或結(jié)合1mol無知所消耗的電量；E為電池電位或氧化還原電位。 如果某一腐蝕過程的自由能為負(fù)值，該過程就是自發(fā)的；如果為正值，就不會自發(fā)發(fā)生，而必須在得到能量的情況下才會發(fā)生。金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)影響腐蝕的因素影響腐蝕的因素結(jié)構(gòu)因素 合金中化

4、學(xué)組成的差別，相的差別，雜質(zhì)，冷加工，不均勻應(yīng)力等結(jié)構(gòu)因素都可能對腐蝕造成影響，他們的基本原理是一樣的，凡是物理上或化學(xué)上的不均勻因素都會構(gòu)成陰極。鈍性 特定的金屬表面狀態(tài)可以抑制電化學(xué)作用的發(fā)生，這種表面狀態(tài)就稱為鈍性。鈍性可簡單解釋為金屬不受環(huán)境攻擊的能力。一個經(jīng)典示例是剛在硝酸中的狀態(tài)。金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)影響腐蝕的因素影響腐蝕的因素極化 因腐蝕電流增加或減少引起的腐蝕電位的變化的現(xiàn)象稱為極化。極化現(xiàn)象可分為三類：活化極化，濃度極化與IR極化。金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的類型腐蝕的類型 點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點蝕有大有小，一般情況下，點蝕的深度要比

5、其直徑大的多。點蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。 均勻腐蝕是當(dāng)表面接觸腐蝕劑時發(fā)生，是最簡單的一類腐蝕，可以是電化學(xué)性質(zhì)的，也可以是直接的腐蝕。小孔腐蝕小孔腐蝕均勻腐蝕均勻腐蝕 間隙腐蝕是金屬-金屬間隙或金屬-非金屬間隙中的局部腐蝕。發(fā)生此類腐蝕一定有腐蝕液存在間隙之中金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的類型腐蝕的類型 電偶腐蝕，兩種不同金屬如果在電解質(zhì)中相接觸，正好符合電化學(xué)電池的條件，一個構(gòu)成陰極，一個構(gòu)成陽極，便會發(fā)生電偶腐蝕。間隙腐蝕間隙腐蝕電偶腐蝕電偶腐蝕金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的類型腐蝕的類型 晶界腐蝕就是發(fā)生于金屬晶粒邊界的腐蝕，常由合金在

6、晶界上發(fā)生分立引起。即如果是晶界的化學(xué)組成與晶粒內(nèi)部不同，就容易發(fā)生晶界腐蝕。 應(yīng)力腐蝕開裂，這種腐蝕狀態(tài)不發(fā)生材料的損失，只是是材料發(fā)生開裂，抓只在靜態(tài)應(yīng)力下腐蝕誘導(dǎo)的自發(fā)開裂。晶界腐蝕晶界腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂 脫合金化，這一腐蝕過程是合金中的某一組分脫離了材料，使為組織發(fā)生了變化。最典型的例子是黃銅的脫鋅。金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的類型腐蝕的類型 磨蝕有多種形式，每一種磨蝕的類型又同時都是一種磨蝕的類型。包括液體沖刷，液體沖擊，淤漿磨蝕，空化磨蝕，磨振磨蝕等脫合金化脫合金化液體沖刷造成的磨蝕液體沖刷造成的磨蝕金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的類型腐蝕

7、的類型 磨蝕過程都會磨掉表面的氧化膜，是材料失去保護(hù)，從而使磨蝕得以發(fā)生。磨蝕引起了腐蝕的發(fā)生，而腐蝕又加速了磨蝕過程。液體沖擊造成的磨蝕液體沖擊造成的磨蝕磨振磨蝕磨振磨蝕空化磨蝕空化磨蝕淤漿磨蝕淤漿磨蝕金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)磨蝕的防護(hù)磨蝕的防護(hù) 合理選材了解腐蝕環(huán)境，分析腐蝕原因，根據(jù)生產(chǎn)中遇到的介質(zhì)性質(zhì)、溫度、壓力及產(chǎn)品質(zhì)量要求查閱材料手冊，合理選用材料。 環(huán)境控制，緩蝕劑是改變環(huán)境的重要手段。緩蝕劑可以降低陰極的氧化與陽極的還原。緩蝕劑可以被材料吸收也可以化學(xué)吸收。緩蝕劑可以分為鈍化型，有機(jī)型和沉淀型三種。 合理的設(shè)計，化工設(shè)備在很多情況下與結(jié)構(gòu)有關(guān)，不合理的結(jié)構(gòu)往往為

8、腐蝕電池的形成創(chuàng)造良好的條件，或引起應(yīng)力集中、液體停滯。周到的設(shè)計能夠避免許多情況下腐蝕的發(fā)生。金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的防護(hù)腐蝕的防護(hù)高溫氣體入口高溫氣體入口金屬材料的腐蝕與防護(hù)金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的防護(hù)腐蝕的防護(hù)角焊縫的結(jié)構(gòu)角焊縫的結(jié)構(gòu)儲槽壁底的連接儲槽壁底的連接其他材料與環(huán)境的相互作用其他材料與環(huán)境的相互作用高分子材料的環(huán)境劣化高分子材料的環(huán)境劣化不同高分子材料結(jié)構(gòu)對輻射的相對敏感性不同高分子材料結(jié)構(gòu)對輻射的相對敏感性表 72 一些化學(xué)鍵的鍵長與鍵能化學(xué)鍵鍵長（nm）鍵能（kcal/mol）注OO0.13235SiSi0.23542.5SS0.190.2164CN

9、0.14773CCl0.17781CC0.15483CO0.14686NH0.10193CH0.11099CF0.1320.139103123OH0.096111CC0.134146CO0.121179CO0.115213注1Kcal / mol= 4.18KJ/ mol其他材料與環(huán)境的相互作用其他材料與環(huán)境的相互作用高分子材料的環(huán)境劣化高分子材料的環(huán)境劣化表 7-3 一些高分子材料的熱降解速率常數(shù)高分子材料Th（C）K350（%/min）聚四氟乙烯5090.0000052聚苯4320.002聚乙烯4140.004聚丙烯3870.069聚甲基丙烯酸甲酯3275.2聚氯乙烯260170其他材料與環(huán)境的相互作用其他材料與環(huán)境的相互作用高分子材料的環(huán)境劣化高分子材料的環(huán)境劣化表 7-4 輻射作用下高分子材料的反應(yīng)發(fā)生交聯(lián)的高分子材料發(fā)生降解的高分子材料聚乙烯聚異丁烯聚丙烯酸聚甲基苯乙烯聚丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯酰胺聚甲基丙烯酸天然橡膠聚偏氯乙烯氯丁橡膠聚三氟氯乙烯聚二甲基硅氧烷纖維素苯乙烯丙烯腈共聚物聚四氟乙烯聚丙烯其他材料與環(huán)境的相互作用其他材料與環(huán)境的相互作用高分子材料的環(huán)境劣化高分子材料的環(huán)境劣化其他材料與環(huán)境的相互作用其他材料與環(huán)