工程材料 課件

工程材料的物理、化學(xué)性能及常用功能材料物理性能化學(xué)性能可以用電、磁、光和熱性能來描述耐腐蝕性和抗氧化性目的（1）了解材料常用的物理、化學(xué)性能特點，（2）了解結(jié)構(gòu)以及加工工藝對物理、化學(xué)性能的影響規(guī)律。1電性能2磁性能3熱性能4光學(xué)性能工程材料的物理、化學(xué)性能及常用功能材料5腐蝕與氧化1電學(xué)性能一、導(dǎo)電性：1、金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)特點2、絕緣體和半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)特點3、影響材料電導(dǎo)率的因素材料的導(dǎo)電性一般用電阻率（ρ）來表示，電阻率表示單位長度、單位面積導(dǎo)體的電阻，其單位為Ω·m。電阻率越低，材料的導(dǎo)電性越好根據(jù)電阻率數(shù)值的大小可把材料分為：超導(dǎo)體：ρ→0導(dǎo)體：ρ＝10-8--10-5Ω·m半導(dǎo)體：ρ＝10-5--107Ω·m絕緣體：ρ＝107--1020Ω·m通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增加，而非金屬材料則與此相反2磁學(xué)性能一、磁化：材料在磁場作用下，使感生的或固有的磁偶極子排列時聚向趨于一致二、磁化率：磁化強(qiáng)度M和磁場強(qiáng)度H的比值三、磁性分類：抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性四、磁性材料1、軟磁材料：特點磁導(dǎo)率高，矯頑力小，磁滯損耗低2、硬磁材料：永磁材料具有高的剩余磁感強(qiáng)度、高的矯頑力2磁學(xué)性能五、磁化曲線3熱學(xué)性能材料受熱時，有三個重要的效應(yīng)：材料的吸熱、傳熱和熱膨脹一、熱容：Cp1mol固體溫度升高1K所需的熱量二、熱導(dǎo)率：兩個相距1cm，面積為1cm2的平行平面，如果這兩個平面的溫度度1K，則在1秒內(nèi)從一個平面?zhèn)鲗?dǎo)到另一個平面的熱量，單位為J/cm.s.k材料導(dǎo)熱性的好壞直接影響著材料的使用性能，如果零件材料的導(dǎo)熱性太差，則零件在加熱或冷卻時，由于表面和內(nèi)部產(chǎn)生溫差，膨脹不同，就會產(chǎn)生變形或裂紋。熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件一般常用導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）來制造通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料三、熱膨脹：用線膨脹系數(shù)描述，即每升高1K，在單位長度上的長度變化量4光學(xué)性能材料在與特征光譜或連續(xù)光譜的光子發(fā)生交互作用時，表現(xiàn)出一些很有應(yīng)用價值的光學(xué)性能一、吸收和透射如果光子不具有使電子激發(fā)到更高能級的能量，那么光子可以透過材料而不被吸收，這種材料就是透明的。光子是透射材料還被吸收，取決于光子能量和導(dǎo)帶與價帶間的能隙的關(guān)系二、折射和反射三、光學(xué)材料1、光導(dǎo)纖維：光在光電纖維中傳播的基本原量是全反射2、光學(xué)薄膜：如增透膜、偏振膜、分光膜、濾光膜等5腐蝕與氧化腐蝕材料與周圍環(huán)境介質(zhì)發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)而使其性能退化的現(xiàn)象?；瘜W(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕是指材料與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如發(fā)動機(jī)燃燒室受燃?xì)飧g、液壓管道受化工產(chǎn)品侵蝕等是指材料在電解液中由于形成微電池而引起的腐蝕。是材料腐蝕的主要形式5腐蝕與氧化陰極反應(yīng)

2H++2e-→H2O2+2H2O+4e-→4OH-

O2+4H++4e-→2H2O5腐蝕與氧化兩極的形成方式(2)材料中存在兩種不同相或成分偏析區(qū)域與基體(3)材料中存在局部殘余應(yīng)力，通常高應(yīng)力區(qū)呈陽極，低應(yīng)力區(qū)呈陰極。與之相似，當(dāng)晶粒不均勻時，具有較細(xì)晶粒的區(qū)域呈陽極，具有較粗晶粒的區(qū)域呈陰極。(4)電解質(zhì)溶液中存在濃度差異通常與高濃度的溶液相接觸的金屬呈陰極，與低濃度溶液相接觸的金屬呈陽極。5腐蝕與氧化提高耐腐蝕性途徑

（1）合金化工程上通過合金化來達(dá)到以下目的：①形成單相合金。②減小多相合金中組成相間的電極電位差。③使材料表面鈍化。例如形成致密的氧化膜。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計此外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面可采取如下方法：①防止形成閉合回路。例如，當(dāng)鋼管與銅緊固件連接時，可使用塑料等使鋼管與銅緊固件之間保持電絕緣。②在連接的材料之間避免出現(xiàn)裂縫。5腐蝕與氧化提高耐腐蝕性途徑

(3)涂層涂層用來隔絕陽極區(qū)域與陰極區(qū)域。常用的有油脂、油漆、陶瓷以及金屬鍍層。(4)陰極保護(hù)(5)材料的選擇與熱處理通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧吓c適合的熱處理制度，可以防止或減緩腐蝕。例如鑄件中的偏析會導(dǎo)致形成細(xì)小的電化學(xué)微