腐蝕與防護(hù)-第十三章 非金屬材料的腐蝕與防護(hù)

1、非金屬材料的腐蝕與防護(hù)非金屬材料的腐蝕與防護(hù) 材料的分類材料的分類 材料材料 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 金屬材料金屬材料 有機(jī)材料：高分子材料有機(jī)材料：高分子材料 硅酸鹽材料：硅酸鹽材料： 水泥、玻璃、陶瓷等水泥、玻璃、陶瓷等 塑料、橡膠、纖維塑料、橡膠、纖維 涂料、粘合劑等涂料、粘合劑等 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等 一、高分子材料一、高分子材料 高分子材料的基本知識高分子材料的基本知識 高分子材料的腐蝕與防護(hù)高分子材料的腐蝕與防護(hù) 基本概念基本概念 有機(jī)高分子化合物是由有機(jī)低分子化合物在 一定條件下聚合而成的，具有重復(fù)排列鏈狀 結(jié)構(gòu)的高聚物。 如聚乙烯塑料就是由乙烯

2、聚合而成的高分子 材料。 低分子化合物（如乙烯CH2=CH2）稱為單體 n CHCHCHCHn 2222 )( 聚合 高分子材料的基本知識高分子材料的基本知識 大分子鏈重復(fù)排列的結(jié)構(gòu)單元 （如 ）稱為鏈節(jié)，鏈節(jié)重復(fù)排列 的個數(shù) n 稱為聚合度聚合度。 聚合度越大，高聚物的大分子鏈越長，其分子量也 就愈大。 高聚物與具有明確分子量的低分子化合物不同，同 一高聚物因其聚合度不同，大分子鏈的長短各異， 其分子量也就各不相同。通常所說高聚物的分子量 是指其分子量的統(tǒng)計平均值。 如：聚氯乙烯 的分子量為20000 160000。 n CHClCH 2 22 CHCH 聚乙烯(PE)圖例 聚丙烯(PP)圖

3、例 酚醛塑料(PE)圖例 酚醛塑料(PE)圖例 環(huán)氧塑料(EP)圖例 環(huán)氧塑料(EP)圖例 結(jié)合鍵結(jié)合鍵 作為高聚物單體的低分子化合物必然具備不飽和的鍵， 如各種烯烴類化合物、環(huán)狀化合物和含有特殊官能團(tuán) 的化合物，在聚合反應(yīng)中能形成兩個以上的新鍵，把 單體低分子變成鏈節(jié)連接成大分子鏈。否則不能聚合 成大分子鏈，也就不能形成高聚物。 在高分子鏈中原子以共價鍵共價鍵結(jié)合，這種結(jié)合力稱為主 價力高分子鏈內(nèi)組成元素不同，原子間共價鍵的結(jié)合 力不同，聚合物的性能因而不同。 在高聚物大分子之間一般是分子來鏈連接的，（靠分 子間力連接的）這一結(jié)合力范德華力范德華力，稱為次價力。 高分子化合物的組成與結(jié)構(gòu)高分

4、子化合物的組成與結(jié)構(gòu) 大分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)：大分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)： 線型線型：長徑比長徑比1000:11000:1，具有良好的彈性和塑性，可，具有良好的彈性和塑性，可 溶解或溶脹，加熱可融化或軟化；易于加工成形，溶解或溶脹，加熱可融化或軟化；易于加工成形， 可重復(fù)使用。熱塑性塑料可重復(fù)使用。熱塑性塑料PEPE、PVCPVC等等 體型體型：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不溶不熔，具有良好的耐熱性和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不溶不熔，具有良好的耐熱性和 強(qiáng)度，但脆性大，彈性塑性低，不能重復(fù)使用。熱強(qiáng)度，但脆性大，彈性塑性低，不能重復(fù)使用。熱 固性樹脂固性樹脂酚醛樹脂等酚醛樹脂等 高分子的聚集態(tài)及性能高分子的聚集態(tài)及性能(晶態(tài)、非晶態(tài)晶態(tài)

5、、非晶態(tài) ) 1.晶態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)結(jié)構(gòu) 線型聚合物固化時可以結(jié)晶，但由于分線型聚合物固化時可以結(jié)晶，但由于分 子鏈運(yùn)動較困難，不可能完全結(jié)晶。所以晶態(tài)聚合物子鏈運(yùn)動較困難，不可能完全結(jié)晶。所以晶態(tài)聚合物 實際為實際為晶區(qū)晶區(qū)（分子有規(guī)律排列）和（分子有規(guī)律排列）和非晶區(qū)非晶區(qū)（分子無規(guī)（分子無規(guī) 律排列）兩相結(jié)構(gòu)，一般結(jié)晶度（晶區(qū)所占有的重量律排列）兩相結(jié)構(gòu)，一般結(jié)晶度（晶區(qū)所占有的重量 百分比）只有百分比）只有50%85%，特殊情況可達(dá)到，特殊情況可達(dá)到98%。在。在 結(jié)晶聚合物中，晶區(qū)與非晶區(qū)相互穿插，緊密相連，結(jié)晶聚合物中，晶區(qū)與非晶區(qū)相互穿插，緊密相連， 一個大分子鏈可以同時穿過許多晶區(qū)和

6、非晶區(qū)。一個大分子鏈可以同時穿過許多晶區(qū)和非晶區(qū)。 結(jié)晶度：結(jié)晶度：晶區(qū)所占的面積。結(jié)晶度越大材料的強(qiáng)度、晶區(qū)所占的面積。結(jié)晶度越大材料的強(qiáng)度、 硬度、剛性高，但彈性、伸長率低。硬度、剛性高，但彈性、伸長率低。 高分子的聚集態(tài)及性能高分子的聚集態(tài)及性能(晶態(tài)、非晶態(tài)晶態(tài)、非晶態(tài) ) 2.非晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)結(jié)構(gòu) 聚合物凝固時，分子不能規(guī)聚合物凝固時，分子不能規(guī) 則排列，呈長程無序、近程有序狀態(tài)。非則排列，呈長程無序、近程有序狀態(tài)。非 晶態(tài)聚合物分子鏈的活動能力大，彈性和晶態(tài)聚合物分子鏈的活動能力大，彈性和 塑性較好。由于其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)態(tài)是均相的，塑性較好。由于其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)態(tài)是均相的， 因而材料各個方

7、向的性能是相同的。因而材料各個方向的性能是相同的。 晶 區(qū) 非晶區(qū) 高聚物的三態(tài)高聚物的三態(tài) 1.線型無定型高聚物線型無定型高聚物 玻璃態(tài)：塑玻璃態(tài)：塑 料料 高彈態(tài)：橡高彈態(tài)：橡 膠膠 粘流態(tài)：粘結(jié)劑粘流態(tài)：粘結(jié)劑 高聚物的三態(tài)高聚物的三態(tài) 2.線型結(jié)晶型高聚物線型結(jié)晶型高聚物 只有只有Tm轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變溫度， Tm既是熔點，又是既是熔點，又是 粘流轉(zhuǎn)變溫度。粘流轉(zhuǎn)變溫度。 高分子材料的特點高分子材料的特點 分子量很大（104107） 分子量和分子尺寸的多分散性 結(jié)構(gòu)多層次性 大分子或聚合物，或高聚物 高 分 子 特 點 高分子材料的優(yōu)勢高分子材料的優(yōu)勢 1.資源 2.吸水性 3.疏水性 4

8、.阻尼性能 5.生物性能 6.輕質(zhì)高強(qiáng) 7.透明性 8.加工性 9.耐蝕、絕緣性 高聚物的基本特性高聚物的基本特性 （1 1）機(jī)械性能）機(jī)械性能 低強(qiáng)度 高彈性和低彈性模量 粘彈性 高耐摩性 （2 2）物理、化學(xué)性能）物理、化學(xué)性能 高絕緣性 低耐熱性 低導(dǎo)熱性 高熱膨脹性 高化學(xué)穩(wěn)定性 老化 高分子材料的腐蝕與防護(hù)高分子材料的腐蝕與防護(hù) 高分子材料的腐蝕高分子材料的腐蝕 高分子材料由于環(huán)境因素的物理作用、 化學(xué)作用或生物作用，導(dǎo)致其物理化學(xué)性 能和機(jī)械性能逐漸退化，以至最終喪失其 使用功能的現(xiàn)象稱為高分子材料的腐蝕， 俗稱老化老化 高分子材料腐蝕的各種途徑和破壞形式高分子材料腐蝕的各種途徑和

9、破壞形式 高聚物高聚物 介質(zhì)滲入介質(zhì)滲入 滲透滲透 溶出溶出 透過透過 遷移遷移 化學(xué)反應(yīng)、分解化學(xué)反應(yīng)、分解 溶劑化、溶脹溶劑化、溶脹 銀紋、龜裂銀紋、龜裂 （應(yīng)力腐蝕）（應(yīng)力腐蝕） 應(yīng)力應(yīng)力 溫度突變溫度突變 外觀變化外觀變化 機(jī)械、物理、介電性能下降機(jī)械、物理、介電性能下降 溫度溫度 時間時間 （1）物理腐蝕）物理腐蝕 高分子材料的物理腐蝕：在介質(zhì)中的溶解高分子材料的物理腐蝕：在介質(zhì)中的溶解 兩種形式：溶脹、溶解溶脹、溶解 介質(zhì)向材料內(nèi)部滲透擴(kuò)散；材料中的某些 成分，如增塑劑、穩(wěn)定劑等添加劑或低相 對分子質(zhì)量組分也會向介質(zhì)遷移 物理腐蝕的影響因素物理腐蝕的影響因素 溶劑和高分子材料的化學(xué)

10、結(jié)構(gòu)越相似，溶溶劑和高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)越相似，溶 解的可能性越大解的可能性越大，如極性相近等 非晶態(tài)材料結(jié)構(gòu)松散，容易溶解 晶態(tài)材料結(jié)構(gòu)緊密，分子間作用力強(qiáng)，不 容易溶解 相對線性非晶態(tài)材料來說，分子質(zhì)量增大， 溫度降低，溶解減緩 （2）化學(xué)腐蝕）化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕是指發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)不可逆化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致 的腐蝕，它往往是氧化、水解、取代和交 聯(lián)等反應(yīng)的綜合結(jié)果 分為二類： 酸、堿、鹽類的水溶液腐蝕 氣體氧化 水解反應(yīng)水解反應(yīng) 高分子鏈中除碳外，還含有O、N、Si等原子，它 們與C之間構(gòu)成極性鍵，如醚鍵、酯鍵、酰胺鍵等， 水能與這些鍵發(fā)生作用 如：聚酯的水解反應(yīng)： 2 RCOORH ORC

11、OOHHOR 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 大氣中的氧、臭氧、污染物（NO2、SO2 等）在一定的環(huán)境條件下使高聚物發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)而破壞 降解降解 高聚物的降解過程就是相對分子量下降相對分子量下降的 過程 降解的特征降解的特征 形態(tài)的變化：最初材料表面粗糙，慢慢 地變成了多孔結(jié)構(gòu) 腐蝕過程中齊聚物和單體的產(chǎn)生 分為表面腐蝕（體積變?。?、本體腐蝕 （幾何形狀保持不變） 降解的途徑降解的途徑 分為光照、熱、機(jī)械、化學(xué)降解分為光照、熱、機(jī)械、化學(xué)降解 熱降解對非生物降解高分子材料起主要作用 所有生物降解高分子材料都含有可水解的鍵 光降解：實質(zhì)是光氧化降解 取決于分子鏈所吸收波長的能量和化學(xué)鍵的強(qiáng)度 紫外光能量高

12、，一般高于引起高分子鏈上化學(xué)鍵 斷裂所需要的能量 生物降解與微生物腐蝕生物降解與微生物腐蝕 引起降解的微生物主要包括真菌、霉菌和藻類； 微生物不僅表現(xiàn)在其新陳代謝所產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物 的腐蝕，而且往往反映在其會使密封圈失效，絕 緣件喪失絕緣性等 光-生物降解 高能輻射降解 穩(wěn)定性次序：穩(wěn)定性次序：聚苯乙烯聚乙烯聚氯乙烯 聚四 氟乙烯 降解的影響因素降解的影響因素 化學(xué)鍵：酐和原酸酯鍵的水解反應(yīng)速率最 快，其次是酯和酰胺鍵 pH值：通過催化作用影響反應(yīng)速率 共聚物成分 水的吸收：由于水解作用是水和不穩(wěn)定功 能基團(tuán)間的雙分子反應(yīng)，因此親水性的高 聚物降解速率大 （3）環(huán)境應(yīng)力開裂）環(huán)境應(yīng)力開裂 在應(yīng)力

13、與某些介質(zhì)（如表面活性劑）共同作用下， 不少高分子材料會出現(xiàn)銀紋，進(jìn)一步長成裂紋， 直至發(fā)生脆性斷裂，其斷裂應(yīng)力比在惰性環(huán)境中 低的多，這種現(xiàn)象稱為環(huán)境應(yīng)力開裂 銀紋：銀紋：介質(zhì)滲入高分子材料內(nèi)部會使材料表面增 塑和屈服強(qiáng)度降低，在應(yīng)力作用下，材料表面層 產(chǎn)生塑性形變和大分子的定向排列，結(jié)果在材料 表面形成有一定量物質(zhì)和濃集空穴組成的纖維狀 結(jié)構(gòu)，這稱為銀紋 環(huán)境應(yīng)力開裂的類型（按介質(zhì)分） 介質(zhì)是表面活性物質(zhì)、溶劑型物質(zhì)、強(qiáng)氧化性介 質(zhì) 影響因素影響因素 高分子材料的性質(zhì) 相對分子量小、分布窄的材料因分子間解纏溶 解而使開裂所需時間短；結(jié)晶度高容易產(chǎn)生應(yīng)力 集中，且在晶區(qū)和非晶區(qū)的過渡交界處容

14、易受到 介質(zhì)作用，因此易于應(yīng)力開裂 環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì) 主要決定于材料與介質(zhì)間的相對表面性質(zhì)或溶 度參數(shù)差值 高分子材料腐蝕的防護(hù)措施高分子材料腐蝕的防護(hù)措施 選擇合適的高分子材料。如在有機(jī)溶劑 環(huán)境中選擇聚四氟乙烯 加入抗老化劑。如在塑料和橡膠生成過 程中加入穩(wěn)定劑、抗老化劑 合理的工藝操作。如在實際使用環(huán)境中 避免接觸有機(jī)溶劑、高溫等 修復(fù)。如管道或設(shè)備發(fā)生局部破壞，可 以用玻璃鋼修補(bǔ) 二、硅酸鹽材料的腐蝕與防護(hù)二、硅酸鹽材料的腐蝕與防護(hù) 混凝土的腐蝕與防護(hù)混凝土的腐蝕與防護(hù) 玻璃與陶瓷材料的腐蝕與防護(hù)玻璃與陶瓷材料的腐蝕與防護(hù) 混凝土的腐蝕與防護(hù)混凝土的腐蝕與防護(hù) 混凝土的結(jié)構(gòu)特點混凝土的結(jié)

15、構(gòu)特點 混凝土是一種復(fù)雜的建筑材料，它是碎石或爐 渣在水泥或其它膠結(jié)材料中的凝聚體 水泥熟料由硅酸三鈣（3CaOSiO2）、硅酸二 鈣（2CaOSiO2）、鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）和 鐵鋁酸四鈣（4CaOAl2O3Fe2O3）等組成。這些熟 料與水作用（水合作用）凝固后即成為水泥石。整 體呈堿性 混凝土是一種多微孔的非均質(zhì)性的結(jié)構(gòu)材料， 腐蝕介質(zhì)從孔隙的滲透是侵蝕的主要原因 水泥混凝土的腐蝕危害水泥混凝土的腐蝕危害 尤其在海洋環(huán)境、西部鹽漬地區(qū)以及拋灑防冰尤其在海洋環(huán)境、西部鹽漬地區(qū)以及拋灑防冰 鹽的北方地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕比較嚴(yán)重鹽的北方地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕比較嚴(yán)重 在其內(nèi)部以及干燥環(huán)

16、境中的混凝土構(gòu)筑物的在其內(nèi)部以及干燥環(huán)境中的混凝土構(gòu)筑物的 腐蝕緩慢，危害性沒有引起人們足夠的認(rèn)識腐蝕緩慢，危害性沒有引起人們足夠的認(rèn)識 美國鋼筋混凝土的修復(fù)費(fèi)用每年2500億美元， 其中1550億美元花費(fèi)在橋梁上；英國基礎(chǔ)設(shè)施修 復(fù)費(fèi)用費(fèi)為155億英鎊；加拿大僅維護(hù)和修復(fù)一座 遭受堿集料反應(yīng)破壞的25m高的大壩，累計費(fèi)用 就高達(dá)15億加元；我國建筑基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕損失 每年達(dá)1000億元 混凝土腐蝕的類型混凝土腐蝕的類型 按形態(tài)分類 溶出型腐蝕溶出型腐蝕 分解型腐蝕分解型腐蝕 膨脹型腐蝕（結(jié)晶型腐蝕）膨脹型腐蝕（結(jié)晶型腐蝕） 細(xì)菌腐蝕細(xì)菌腐蝕 堿集料反應(yīng)堿集料反應(yīng) （1）溶出型腐蝕）溶出型腐蝕

17、 來源于軟水的作用 水泥石中Ca(OH)2受到軟水作用，產(chǎn)生物理 性溶解并從水泥石中溶出，引起混凝土強(qiáng) 度減小，酸度增大，孔隙增大，加劇溶解， 造成惡性循環(huán) （2）分解型腐蝕）分解型腐蝕 來源于pH7的溶液（包括酸性溶液和碳酸）、鎂鹽溶液 炭化作用。炭化作用。CO2或含有CO2的軟水與水泥中的Ca(OH)2等 起反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土中堿度降低和混凝土本身的粉化 形成可溶性的鈣鹽。形成可溶性的鈣鹽。在工業(yè)生產(chǎn)中，酸性溶液能與硬化水 泥石中的鈣離子形成可溶性的鈣鹽，造成腐蝕 鎂鹽侵蝕。鎂鹽侵蝕。含有氯化鎂、硫酸鎂或碳酸氫鎂等鎂鹽的地下 水、海水及某些工業(yè)廢水，所含有的Mg2與硬化水泥石 中Ca2起交換

18、作用，生成Mg(OH)2和可溶性鈣鹽、導(dǎo)致水 泥石的分解 （3）膨脹型腐蝕）膨脹型腐蝕 來源于硫酸鹽溶液、結(jié)晶型鹽類溶液 硫酸鹽侵蝕。硫酸鹽侵蝕。硫酸鹽與混凝土中的氫氧化鈣作用，生成 硫酸鈣，再進(jìn)一步與水化鋁酸鈣作用，生成硫鋁酸鈣， 體積膨脹兩倍以上 鹽類結(jié)晶膨脹。鹽類結(jié)晶膨脹。某些鹽不與水泥石反應(yīng)，但可以在水泥 石孔隙中產(chǎn)生結(jié)晶。如無水Na2SO4在高溫干燥時形成 Na2SO410H2O結(jié)晶，體積是原來的4倍 堿性介質(zhì)如K2CO3和Na2CO3也是具有膨脹型的腐 蝕介質(zhì) （4）微生物腐蝕）微生物腐蝕 來源于硫桿菌等 有氧和水時，細(xì)菌將硫轉(zhuǎn)變成硫酸。硫來 源于礦物硫、油田中的硫化物或者污水 （

19、5）堿集性反應(yīng)）堿集性反應(yīng) 來源于強(qiáng)堿（Na2O和K2O）與SiO2作用 水泥石中的強(qiáng)堿與骨料中活性的SiO2作用，在骨 料中形成一層致密的堿-硅酸鹽凝膠（如 Na2SiO32H2O），再遇水產(chǎn)生膨脹，使骨料遇水 泥石之間的界面脹破，導(dǎo)致混凝土整體破壞。它 是影響混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性壽命的重要因素， 是當(dāng)前材料學(xué)科研究的前沿之一 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理 它是混凝土和鋼筋的復(fù)合體它是混凝土和鋼筋的復(fù)合體 它按腐蝕形態(tài)分為兩種： 由于混凝土的耐久性不足，其本身被腐蝕破壞， 同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)破 壞 混凝土本身未腐蝕，但由于外部介質(zhì)的作用，導(dǎo) 致混凝土本

20、身化學(xué)性質(zhì)的改變或引入能誘發(fā)鋼筋 腐蝕的離子如氯離子，使鋼筋表面鈍化作用喪失 （水泥石的堿性使鋼筋處于鈍態(tài)），引起鋼筋的 銹蝕。銹蝕產(chǎn)物為鐵的氫氧化物、氧化物，導(dǎo)致 體積增大24倍 游離的碳酸能使水泥石形成酸性分解型腐蝕，但腐 蝕緩慢，比其它酸性溶液的腐蝕輕微的多 混凝土腐蝕的影響因素混凝土腐蝕的影響因素 混凝土的化學(xué)成分：混凝土的化學(xué)成分：造成堿集性反應(yīng)。另外二氧化硅的結(jié) 晶度越差，活性越大，則堿活性的膨脹率越大 混凝土的孔隙率或密實度混凝土的孔隙率或密實度 環(huán)境因素環(huán)境因素 大氣中的大氣中的CO2：當(dāng)CO2含量超過0.3時，產(chǎn)生炭化，并 且使堿性降低，而混凝土中的鋼筋保持鈍態(tài)的最低堿度為

21、pH11.5 酸性氣體：酸性氣體：SO2、H2S、NOx等與堿作用 濕度：濕度：濕度增加，氣體對混凝土的腐蝕增強(qiáng) 水：水：軟水會導(dǎo)致溶出型腐蝕；硬水含有Ca(HCO3)2或 Mg(HCO3)2能把水中的Ca(OH)2變成CaCO3沉淀下來，使 水泥石密實 混凝土的防護(hù)措施混凝土的防護(hù)措施 實行全面的腐蝕控制實行全面的腐蝕控制 出發(fā)點：出發(fā)點：最大限度地保證混凝土自身密實完好，最大限度地保證混凝土自身密實完好， 保持高堿度防止有害離子入侵保持高堿度防止有害離子入侵 基本措施就是提高混凝土自身的防護(hù)能力，包基本措施就是提高混凝土自身的防護(hù)能力，包 括選擇良質(zhì)水泥、增加水泥用量，降低水灰比，括選擇良

22、質(zhì)水泥、增加水泥用量，降低水灰比， 使用優(yōu)良外加劑、摻和料、增加混凝土保護(hù)層使用優(yōu)良外加劑、摻和料、增加混凝土保護(hù)層 厚度，表面增設(shè)耐蝕層：如做玻璃鋼或涂刷氯厚度，表面增設(shè)耐蝕層：如做玻璃鋼或涂刷氯 磺化聚乙烯涂料等。預(yù)埋穿墻套管，避免破壞磺化聚乙烯涂料等。預(yù)埋穿墻套管，避免破壞 建筑物的整體性，不隨意開口。嚴(yán)格控制設(shè)備、建筑物的整體性，不隨意開口。嚴(yán)格控制設(shè)備、 管道管道“跑、冒、滴、漏跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象現(xiàn)象 采用防腐蝕材料采用防腐蝕材料 選用耐蝕水泥選用耐蝕水泥 加入鋼筋阻銹劑加入鋼筋阻銹劑 非金屬防腐涂料：聚苯乙烯、環(huán)氧煤焦非金屬防腐涂料：聚苯乙烯、環(huán)氧煤焦 油等油等 塑料、花崗石、耐

23、酸瓷板（磚）、玻璃塑料、花崗石、耐酸瓷板（磚）、玻璃 鋼鋼 采用聚合物水泥混凝土（樹脂混凝土）采用聚合物水泥混凝土（樹脂混凝土） 陰極保護(hù)，保護(hù)鋼筋陰極保護(hù)，保護(hù)鋼筋 玻璃與陶瓷材料的腐蝕與防護(hù)玻璃與陶瓷材料的腐蝕與防護(hù) 玻璃及其結(jié)構(gòu)玻璃及其結(jié)構(gòu) 凡熔融體通過一定方式冷卻，因粘度逐 漸增大，而具有非晶結(jié)構(gòu)特征和 固體機(jī)械 性質(zhì)的物質(zhì)，不論其化學(xué)組成及硬度范圍 如何，都可稱之為玻璃 玻璃態(tài)：非晶態(tài)玻璃態(tài)：非晶態(tài) 結(jié)構(gòu)：短程有序，長程無序結(jié)構(gòu)：短程有序，長程無序 玻璃體的特性玻璃體的特性 各向同性 介穩(wěn)性 能量高于晶體，熱力學(xué)不穩(wěn)定 粘度大，動力學(xué)穩(wěn)定 凝固特性 玻璃由熔融態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程在一定范

24、圍內(nèi)進(jìn)行 連續(xù)性 在凝固過程中，玻璃的物理和化學(xué)性質(zhì)是隨溫度 連續(xù)變化的 玻璃的組成玻璃的組成 無機(jī)玻璃的主要成分是SiO2、堿和堿土金 屬氧化物以及Al、Zn、Pb、P等氧化物 即： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 等 玻璃的制法：原料主要是純堿、石灰石和石英 復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng) Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 高溫高溫 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 高溫高溫 玻璃熔爐玻璃熔爐 種種 類類特特 性性用用 途途 普通玻璃普通玻璃在較高溫度下易軟化在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等 石

25、英玻璃石英玻璃 膨脹系數(shù)小，耐酸堿，膨脹系數(shù)小，耐酸堿， 強(qiáng)度大，濾光強(qiáng)度大，濾光 化學(xué)儀器；高壓水銀燈、化學(xué)儀器；高壓水銀燈、 紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)紫外燈等的燈殼；光導(dǎo) 纖維、壓電晶體等纖維、壓電晶體等 光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃 透光性能好，有折光和透光性能好，有折光和 色散性色散性 眼鏡片；照相機(jī)、顯微眼鏡片；照相機(jī)、顯微 鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡 等光學(xué)儀器等光學(xué)儀器 玻璃纖維玻璃纖維 耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo) 電、不吸水、隔熱、吸電、不吸水、隔熱、吸 聲、防蟲蛀聲、防蟲蛀 太空飛行員的衣服、太空飛行員的衣服、 玻璃鋼等玻璃鋼等 鋼化玻璃鋼化玻璃 耐高溫、耐腐蝕、

26、強(qiáng)度耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度 大、質(zhì)輕、抗震裂大、質(zhì)輕、抗震裂 運(yùn)動器材；微波通訊器材運(yùn)動器材；微波通訊器材; 汽車、火車窗玻璃等汽車、火車窗玻璃等 玻璃的分類玻璃的分類 陶瓷及其結(jié)構(gòu)陶瓷及其結(jié)構(gòu) 陶瓷的主要成分：硅酸鹽硅酸鹽 原料：粘土（Al2O32SiO2H2O）、石 英、長石等 特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、 絕緣、易成型等優(yōu)點 陶瓷的結(jié)構(gòu)陶瓷的結(jié)構(gòu) 陶瓷一般由陶瓷一般由晶相晶相 （主要組成相）、（主要組成相）、 玻 璃 相玻 璃 相 和和 氣 相氣 相 （孔洞）（孔洞）組成。組成。 其顯微結(jié)構(gòu)是由其顯微結(jié)構(gòu)是由 原料、組成和制原料、組成和制 造工藝所決定的。造工藝所決定的。 陶瓷顯微組

27、織示陶瓷顯微組織示 意圖意圖 陶瓷主要種類：陶瓷主要種類： 土器：磚瓦土器：磚瓦 ( (自然冷卻，自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多含量較多) ( (淋水冷卻，淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多較多) 陶器：陶器：彩陶彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑 瓷器：瓷器： 碗盤碗盤茶具茶具 收藏珍品收藏珍品 炻器：炻器： 水缸、砂鍋水缸、砂鍋 瓷都景德鎮(zhèn)瓷都景德鎮(zhèn) 注：注：彩釉彩釉搪瓷不屬于陶瓷搪瓷不屬于陶瓷 青瓦青瓦 氮化硅陶瓷 （Si3N4 ） 是灰白色固體， 硬度為9，是最 硬的材料之一。 它的導(dǎo)熱性好且 膨脹系數(shù)小，可 經(jīng)受低溫高溫、 驟冷驟熱反復(fù)上 千次的變化而不 破壞，

28、因此是十 分理想的高溫結(jié) 構(gòu)材料。 步兵戰(zhàn)車用絕熱陶瓷發(fā)動機(jī) 可使其不易被紅外探 測器發(fā)現(xiàn)并被紅外制導(dǎo)武器所摧毀，提高了生存率 玻璃與陶瓷材料腐蝕的機(jī)制玻璃與陶瓷材料腐蝕的機(jī)制 玻璃與陶瓷的耐蝕性玻璃與陶瓷的耐蝕性 它們通常僅在堿性溶液和特殊酸性環(huán)境中才有較高的腐 蝕速率 堿性：堿性： 酸性：酸性：除氫氟酸、高溫磷酸外，幾乎耐其它所有無機(jī)酸的 侵蝕 當(dāng)磷酸的溫度高于300時，能溶解二氧化硅 2232 2SiONaOHNa SiOH O 242 42SiOHFSiFH O 426 2 (SiFHFH SiF 硅氟酸) 225225 OO()SiPOSiPO 焦磷酸硅 硅酸鹽材料的耐酸性也與物相相

29、關(guān)硅酸鹽材料的耐酸性也與物相相關(guān) 一般來說，材料中二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高， 耐酸性越強(qiáng)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.55的天然及人 造硅酸鹽材料基本上不耐酸 含有大量含有大量CaO、MgO等堿性氧化物的硅酸鹽材等堿性氧化物的硅酸鹽材 料耐堿、不耐酸料耐堿、不耐酸 玻璃與陶瓷在水介質(zhì)中的腐蝕機(jī)制玻璃與陶瓷在水介質(zhì)中的腐蝕機(jī)制 多相結(jié)晶體材料的分別溶解（包括離子交換） 玻璃的腐蝕行為玻璃的腐蝕行為 水解水解 破壞的是SiOR（R為Na、Ca2等）而不是Si OSi。 水解時，R形成水溶性鹽進(jìn)入溶液，而R為H置換，新形成 的SiOH與原有的SiOSi形成膠狀物，阻止腐蝕繼 續(xù)進(jìn)行，整個過程受H向內(nèi)擴(kuò)散控制 酸侵

30、蝕酸侵蝕 主要是氫氟酸與高溫磷酸的腐蝕 另外，某些光學(xué)玻璃中，降低了SiO2的含量，加入大量的 Ba、Pb及其它重金屬的氧化物，由于這些氧化物的溶解， 使這類玻璃易為醋酸、硼酸等弱酸腐蝕 堿侵蝕堿侵蝕 OH破壞SiOSi，而形成SiOH及SiO Na，因此腐蝕較水或酸性溶液為重，并不受擴(kuò) 散控制 堿對玻璃的侵蝕主要受玻璃表面與界面反應(yīng)所 支配的反應(yīng)過程影響，因此與陽離子在表面上的 吸附力有關(guān)，吸附力強(qiáng)，影響大 相同pH下，不同陽離子的堿侵蝕強(qiáng)度次序為： Ba2Sr2NH4RbNa LiN(CH3)4 Ca2 大氣對玻璃的侵蝕和風(fēng)化大氣對玻璃的侵蝕和風(fēng)化 大氣侵蝕的實質(zhì)是水汽、二氧化碳、二氧化硫

31、 等作用的總和 水汽比水溶液具有更大的侵蝕性。因為它與玻 璃主要發(fā)生離子交換的釋堿反應(yīng)，其產(chǎn)物不斷的 沉積在原來部位，pH增大 風(fēng)化：玻璃和大氣長期作用，在表面出現(xiàn)霧 狀的薄膜或點片狀白斑、細(xì)線狀模糊物、彩虹等 過程 風(fēng)化過程分為溶解和水解浸析兩種形式 大氣中酸性氣體、不通風(fēng)的高溫高濕環(huán)境，加速 風(fēng)化 防止玻璃風(fēng)化的方法防止玻璃風(fēng)化的方法 表面處理法 氣體處理法、鹽類處理法、酸類處理法、 胺類處理法、有機(jī)防霧劑處理法 電化學(xué)處理法 其它防風(fēng)化法 酒防霉粉法、夾紙法 選擇性腐蝕選擇性腐蝕 當(dāng)玻璃經(jīng)過熱處理，存在雙相組織孤立的 硼酸鹽相彌散在高SiO2基體中時，富B2O3的硼酸 鹽易在酸中發(fā)生選擇

32、性腐蝕，形成疏松的玻璃， 孔洞直徑在36nm之間，在通過弱堿性處理，溶 去孔洞內(nèi)部的高SiO2殘存區(qū)，可擴(kuò)大孔洞直徑 簡單的鈉玻璃可通過熱處理腐蝕工藝，可 以獲得具有分子篩功能、孔洞為0.7nm的疏松玻 璃 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕 在介質(zhì)和靜態(tài)拉應(yīng)力下，玻璃會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕 介質(zhì)：水、甲醇、甲酰胺等 影響玻璃腐蝕的因素影響玻璃腐蝕的因素 化學(xué)組成化學(xué)組成 硅酸鹽玻璃的耐水性和耐酸性主要決定于硅氧 和堿金屬氧化物的含量 硅氧含量越高，硅氧四面體連接的程度越高， 耐酸性越好；堿金屬氧化物中以氧化鉀影響最大， 氧化鈉其次，氧化鋰再次之 抗水性一般隨金屬的陽離子半徑增加而下降； 當(dāng)玻璃中含有多中堿金屬氧化物時

33、，抗水性比單 以堿金屬好 各種氧化物中，以氧化鋯的耐堿性最好，氧化 鋁、氧化鋅、氧化鈣等均對耐水性和耐酸性均有 利，而氧化鋇對耐水、耐酸、耐堿均不利 熱處理熱處理 玻璃再退火中與爐氣接觸，化學(xué)穩(wěn)定性提高。原因是爐氣 中的酸性氣體（SO2）可以中和表面堿性氧化物，形成硫 酸鈉的“白霜”，它易除去，從而降低表面堿性氧化物的 含量，提高化學(xué)穩(wěn)定性。 退火玻璃較淬火玻璃的密度大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密，化學(xué)穩(wěn)定 性好，但硼硅酸鹽玻璃例外 表面狀態(tài)表面狀態(tài) 可通過表面處理提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，方法有： 用水 和酸處理，使表面生成一定厚度的高硅氧膜，去掉對侵蝕 介質(zhì)由親和力的成分（如氧化鈉、氧化鉀等）。 涂膜 處理

34、：涂覆有機(jī)硅或有機(jī)硅烷類等憎水物質(zhì)，減少水化作 用 溫度與壓力溫度與壓力 升溫增加玻璃的腐蝕速率 當(dāng)壓力提高到（29.498）105Pa時，玻璃將在短時間 內(nèi)劇烈地被破壞，同時有大量氧化硅轉(zhuǎn)入溶液中。例如： 高壓水位計玻璃 陶瓷材料的腐蝕行為陶瓷材料的腐蝕行為 （1）陶瓷材料的玻璃相的腐蝕與玻璃類似，主相 （晶體相）有其自身的特點 （2）無機(jī)非金屬晶體材料的腐蝕）無機(jī)非金屬晶體材料的腐蝕 水介質(zhì)中的腐蝕水介質(zhì)中的腐蝕 晶體相的能量狀態(tài)較玻璃相低，化學(xué)穩(wěn)定性耐 腐蝕性通常也較玻璃相好 主要分為水解、離子交換、溶解 氧化鋁陶瓷主要為剛玉晶相，耐一般酸堿，但在 高溫硝酸、高溫堿性液中被腐蝕 氣體腐蝕

35、氣體腐蝕 蒸氣侵蝕多晶體陶瓷會造成比液體更為嚴(yán) 重的腐蝕 氣體中最普遍的腐蝕是氧化，水蒸氣可以 加快陶瓷材料的氧化進(jìn)程 其它液體的腐蝕其它液體的腐蝕 熔融玻璃、熔融鹽、熔融金屬等均可造成 晶體陶瓷材料的腐蝕溶解 （3）孔隙度的影響）孔隙度的影響 孔隙會降低材料的耐蝕性 （4）玻璃陶瓷在水介質(zhì)中的腐蝕行為）玻璃陶瓷在水介質(zhì)中的腐蝕行為 玻璃陶瓷又稱微晶玻璃，是一種通過控 制玻璃結(jié)晶化而制成的多晶固體，有獨(dú)特 的物理、化學(xué)性能，優(yōu)良的使用性能，廣 泛地應(yīng)用在高科技，尤其是武器裝備方面 主要是局部腐蝕，破壞形式是溶解（包 括離子交換） 木材的腐蝕與防護(hù)木材的腐蝕與防護(hù) 木材的特點木材的特點 優(yōu)點：優(yōu)

36、點：單位體積小，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性小， 加工容易，熱膨脹系數(shù)小 缺點：缺點：各項異性，容易變形，吸濕性高可 燃，容易腐朽 腐蝕類型腐蝕類型 水的腐蝕水的腐蝕 密度大，水的滲透力?。簧郎卦鰤耗承?成分易溶出 酸的腐蝕酸的腐蝕 穩(wěn)定：穩(wěn)定：低溫的有機(jī)酸、氫氟酸、磷酸、低濃度的 鹽酸 不穩(wěn)定：不穩(wěn)定：硫酸、硝酸、二氧化硫和亞硫酸 堿的腐蝕堿的腐蝕 苛性堿、氨水產(chǎn)生腐蝕 鹽的腐蝕鹽的腐蝕 碳酸鹽的腐蝕小 某些具有結(jié)晶膨脹性的鹽類（如硫酸鈉）的腐蝕 嚴(yán)重 容易水解的鐵、鋁、鉻、鋅的鹽類水解后生成游 離酸，造成木材松弛 氣體的腐蝕氣體的腐蝕 氯、溴、氧化氮等氣體破壞木材；干燥常 溫下空氣對木材無腐蝕 石油產(chǎn)品

37、和溶劑的腐蝕石油產(chǎn)品和溶劑的腐蝕 原油和石油產(chǎn)品不腐蝕木材；氯化和硝化 的烴類化合物也無腐蝕作用；乙醇無腐蝕， 但能溶解木材內(nèi)的樹脂和其它雜質(zhì) 細(xì)菌腐蝕細(xì)菌腐蝕 通常稱為木材腐朽，是木材的大敵 木材腐朽菌生長需要木材的含水量通常在 25150之間 木材的腐蝕防護(hù)木材的腐蝕防護(hù) 木材存儲的物理防腐木材存儲的物理防腐 控制濕度：干存法、水淋法、水存法 木材的化學(xué)防腐木材的化學(xué)防腐 見效快，處理方便，但有污染，一般防止水淋 樹脂類和油類防腐劑：酚醛樹脂、石蠟、瀝青、 松香、硫磺 有機(jī)溶劑：五氯苯酚等，價格便宜，但致癌 鹽類防腐劑：是水溶性的，有氯化鋅、氟化鈉、 硫酸銅等 毒物：是油溶性的，能產(chǎn)生有毒

38、氣體，如溴甲 烷、磷化鋁等 復(fù)合材料的腐蝕與防護(hù)復(fù)合材料的腐蝕與防護(hù) 復(fù)合材料復(fù)合材料 由兩種或兩種以上 的物質(zhì)，用適當(dāng)?shù)姆?法復(fù)合而成的一種新 型材料 連續(xù)相：連續(xù)相：稱為基體 分散相：分散相：增強(qiáng)材料， 如纖維、顆粒狀填料 復(fù)合材料的分類復(fù)合材料的分類 1 按照基體來分按照基體來分 非金屬基復(fù)合材料：非金屬基復(fù)合材料：如樹脂基復(fù)合材料、橡膠基復(fù)合如樹脂基復(fù)合材料、橡膠基復(fù)合 材料、陶瓷基復(fù)合材料等材料、陶瓷基復(fù)合材料等 金屬基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料：鋁基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料和銅鋁基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料和銅 基復(fù)合材料等?；鶑?fù)合材料等。 2 按照增強(qiáng)相的形態(tài)來分類按照增強(qiáng)相的形態(tài)來分類

39、 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 疊層復(fù)合材料疊層復(fù)合材料 SiC顆粒顆粒 Al2O3片片 Al2O3纖維纖維 增強(qiáng)相三種類型增強(qiáng)相三種類型 復(fù)合材料的性能復(fù)合材料的性能 1 比強(qiáng)度和比模量高比強(qiáng)度和比模量高 2 抗疲勞和破斷安全性能好抗疲勞和破斷安全性能好 復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度較高復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度較高;破壞安全性能好破壞安全性能好 3 高溫性能優(yōu)良高溫性能優(yōu)良 提高基體材料的使用溫度和高溫強(qiáng)度和模量提高基體材料的使用溫度和高溫強(qiáng)度和模量 4 減振性能好減振性能好 避免構(gòu)件在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振；另外復(fù)合材料避免構(gòu)件在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振；另外復(fù)合材料 的吸振性

40、能好的吸振性能好 比強(qiáng)度比較比強(qiáng)度比較 碳纖維碳纖維 樹脂樹脂 硼纖維硼纖維 樹脂樹脂 玻璃纖維玻璃纖維 樹脂樹脂 鈦鈦 鋼鋼 鋁鋁 復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料 1 增強(qiáng)纖維：增強(qiáng)纖維： （1）璃纖維）璃纖維 ： （2）碳纖維：）碳纖維： （3）硼纖維）硼纖維 （4）芳綸纖維（）芳綸纖維（Kevler纖維）纖維） （5）碳化硅纖維：（陶瓷纖維）碳化硅纖維：（陶瓷纖維） 2 增強(qiáng)顆粒：增強(qiáng)顆粒： Al2O3、SiC 、 Si3N4、 、 TiC、 、 B4C和石墨等和石墨等 常用的復(fù)合材料常用的復(fù)合材料 1 聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料 （1）玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）玻璃纖維

41、增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）： 性能特點（綜合）：高強(qiáng)度、高的沖擊韌性、良好性能特點（綜合）：高強(qiáng)度、高的沖擊韌性、良好 的低溫性能；低的熱膨脹系數(shù)、絕緣、絕熱性、耐的低溫性能；低的熱膨脹系數(shù)、絕緣、絕熱性、耐 腐蝕，防磁，微波穿透性好，吸水性低。腐蝕，防磁，微波穿透性好，吸水性低。 應(yīng)用：用于制造要求自重輕的受力構(gòu)件、要求無應(yīng)用：用于制造要求自重輕的受力構(gòu)件、要求無 磁性、絕緣性、耐腐蝕性的零件，如航天和航空磁性、絕緣性、耐腐蝕性的零件，如航天和航空 工業(yè)中的工業(yè)中的雷達(dá)罩雷達(dá)罩、直升飛機(jī)的機(jī)身，制造、直升飛機(jī)的機(jī)身，制造輕型船、輕型船、 艦和賽艇艦和賽艇等，制造等，制造冷卻塔冷卻塔，代替不銹鋼制造一些，代替不銹鋼制造一些 容器和管道等。容器和管道等。 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料 （ 硼纖維增強(qiáng)鋁基符合材料）硼纖維增強(qiáng)鋁基符合材料） 組成：硼纖維鋁組成：硼纖維鋁 性能特點：高的拉伸模量、高橫向模量、高的抗壓強(qiáng)度、性能特點：高的拉伸模量、高橫向模量、高的抗壓強(qiáng)度、 剪切強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度以及比強(qiáng)度。剪切強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度以及比強(qiáng)度