4-5 耐腐蚀性 Corrosion and Degradation of Materials

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1 4-5 耐腐蚀性 Corrosion and Degradation of Materials
Types and mechanism of corrosion and degradation of materials Physical deterioration , chemical degradation and weathering of polymer materials Electrochemical corrosion and other corrosion of metallic materials why ceramic materials are, in general,very resistant to corrosion.

2 4-5 耐腐蚀性(anti-corrosion)
腐蚀---材料在遭受化学介质、湿、气、光、氧、热等 环境因素作用下发生恶化变质的现象 腐蚀分类： (1) 腐蚀作用性质：物理、化学、电化学 (2) 腐蚀环境和过程：高温、大气、前质腐蚀等 (3) 腐蚀形态：全面、局部 金属： 电化学、化学（氧化）腐蚀 无机： 化学 高分子：化学、物理腐蚀

3 环境介质作用，以物理变化发生破坏的腐蚀 4-5-1物理腐蚀 physical deterioration 高分子材料为主 类型：
溶胀和溶解 应力开裂 渗透破坏 影响因素： 介质浓度 温度 温度变化 液体流动 应力大小 作用周期 复合材料：界面引起腐蚀

4 1、高分子材料的耐溶剂性 溶剂分子渗入材料内部 （1）溶解性 溶解度参数 =（CED）1/2 内聚能密度 Gm=Hm - TSm
破坏大分子间的次价键 与大分子发生溶剂化作用 （1）溶解性 溶解度参数 =（CED）1/ 内聚能密度 Gm=Hm - TSm Gm<0时，溶解过程才能进行

5 (2)渗透性(permeability)与渗透破坏 渗透----液体分子或气体分子可从聚合物膜高浓度侧扩散到较低浓度一侧的现象
q = -D (dc/dx)·A·t 稳态时，渗透率（ 液体） J = q / A·t = D / L（c1-c2） （c1>c2） A、t、D分别为面积、时间及扩散系数 膜厚度为L，膜两侧浓度差为（c1-c2） 对于气体，C=Sp，（p---蒸汽压） 渗透系数 P=DS 式中S为溶解度系数 J = DS (p1-p2) / L = P (p1-p2) / L 聚合物的结构和物理状态对渗透性影响甚大

6 (3)影响高分子材料耐溶剂性的因素 溶解熵Sm 放热量 Gm 耐溶剂性 2、环境应力开裂 大分子热运动 扩散 耐溶剂性
大分子热运动 扩散 耐溶剂性 温度 柔性 耐溶剂性 结晶、取向、交联，M 耐溶剂性 渗透性影响高分子材料耐溶剂性的因素 2、环境应力开裂 在应力（外加的或内部的残余应力）与某些介质（如活性物质）共同作用下，高分子材料出现银纹，并进一步生长成裂缝，直至发生脆性断裂 介质的影响，只有溶解度参数差值在某一范围内时，才易引起局部溶胀，导致环境应力开裂。

7 4.5.2 化学腐蚀(chemical corrosion) 1、环境介质(media)的化学腐蚀作用
(1)酸(acid)、碱(base)、盐(salt)腐蚀作用 ① 酸、碱、盐对金属腐蚀 酸 氢离子的浓度 酸的阴离子的氧化还原性 碱 腐蚀性一般比酸小，对铝、锌、锡、铅等两性 金属有显著的腐蚀性 盐 影响极为错综复杂 使pH值发生变化的盐 氧化性盐 ② 酸、碱、盐对高分子的腐蚀 多数高分子材料都具有良好的耐腐蚀性 杂链高分子------化学介质老化 ，水解

8 ③ 无机非金属材料的耐腐蚀性 硅酸盐陶瓷 SiO2+2NaOH Na2SiO3 + H2O 易溶于水及碱液中。 SiO2与氢氟酸反应。 与磷酸反应。 耐腐蚀性与矿物组成有关。 耐腐蚀性与结构相关 结晶SiO2 耐酸、碱 无定形SiO2 溶于碱 孔隙(poros)——耐腐蚀性降低。

9 (2)大气腐蚀 如，铁：在空气中生锈 大气中水和氧等物质的作用而引起的腐蚀 高分子：氧气、臭氧、光照射等引起迅速的老化变质
① 大气腐蚀的特征 大气是组分复杂的混合物 非金属材料，如高分子材料——化学腐蚀 金属材料——单纯化学腐蚀——缓慢，如氧化 电化学腐蚀——水汽在金属表面形成液层， 构成电解质液膜层 ② 金属材料在大气中的耐蚀性及防护 防护： 研制和选用耐蚀材料，如低合金钢； 涂层和镀层保护，如油漆和金属镀层； 降低大气湿度

10 ③ 高分子材料在大气中的耐腐蚀性 氧化(oxidation)： 如PE，中温，与氧作用——自由基链式反应。 臭氧(ozone)：开裂。如天然橡胶和合成弹性体 耐侯性(weathering)：抵抗室外天气条件的能力 主要有： 紫外线 温度 湿气 活性气体 其它如风、雪等

11 耐侯性提高方法： a紫外线吸收剂 b抗氧剂 c选材 d化工大气 耐辐射性 辐射交联 硬度 耐热性 分子量 耐溶剂性 影响性能

12 高能幅照

13 4.5.3 电化学腐蚀 electrochemical corrosion
1、金属腐蚀的电化学机理 (1)电池作用 (2)电解作用

14 2、电化学腐蚀的热力学——电位-pH图

15 3、极化作用与极化曲线 4、腐蚀过程的控制因素和腐蚀控制的途径