材料腐蝕及控制工程課件：無機(jī)非金屬材料的腐蝕-

無機(jī)非金屬材料的腐蝕無機(jī)非金屬材料的腐蝕5.1概述5.2無機(jī)非金屬材料的腐蝕機(jī)理5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕本章知識框架無機(jī)非金屬材料的腐蝕5.1概述5.2無機(jī)非金屬材料的腐蝕機(jī)理5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕無機(jī)非金屬材料：除有機(jī)高分子材料和金屬材料之外的固體材料。種類：傳統(tǒng)硅酸鹽材料天然巖石、鑄石、陶瓷、玻璃、水泥等新型無機(jī)材料功能陶瓷、特種玻璃、特種涂層等。5.1概述無機(jī)非金屬材料通常具有良好的耐腐蝕性能。在任何情況下都耐蝕的無機(jī)非金屬材料是不存在的。無機(jī)非金屬材料的腐蝕往往是由于化學(xué)作用或物理作用所引起。第5章無機(jī)非金屬材料的腐蝕5.1概述5.2無機(jī)非金屬材料的腐蝕機(jī)理5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素5.2.2玻璃的腐蝕5.2.3混凝土的腐蝕5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素影響無機(jī)非金屬材料腐蝕的因素內(nèi)在因素：材料的化學(xué)成分和礦物組成材料的相結(jié)構(gòu)外界環(huán)境：腐蝕介質(zhì)狀況1.材料的化學(xué)成分和礦物組成SiO2的腐蝕反應(yīng)SiO2耐酸不耐堿，SiO2與堿發(fā)生如下反應(yīng)：任何濃度的氫氟酸都會對SiO2發(fā)生作用：5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素1.材料的化學(xué)成分和礦物組成SiO2的腐蝕反應(yīng)溫度高于300°C的磷酸，會對SiO2發(fā)生作用：5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素1.材料的化學(xué)成分和礦物組成SiO2的含量及存在形式與其耐蝕性有關(guān)SiO2含量越高越耐蝕一般情況下，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于55%的天然及人造硅酸鹽材料是不耐酸的SiO2的存在形式不同，耐蝕性不同以無定型狀態(tài)存在，沒有耐酸性，如紅磚。以礦物形態(tài)存在，耐蝕性好。硅線石、莫來石、輝石等含堿性氧化物的材料耐堿不耐酸硅酸鹽水泥可被所有的無機(jī)酸腐蝕，而在一般的堿液(濃的燒堿液除外)中卻是耐蝕的。5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素2.材料的相結(jié)構(gòu)與孔隙率無機(jī)非金屬材料的相結(jié)構(gòu)晶相固相玻璃相可以看做是液相氣相陶瓷是包含著三態(tài)的混合體。5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素2.材料的相結(jié)構(gòu)與孔隙率無機(jī)非金屬材料的耐蝕性與其結(jié)構(gòu)有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性較無定型玻璃相結(jié)構(gòu)高。結(jié)晶的二氧化硅(石英)耐酸也耐堿，無定形的二氧化硅易溶于堿溶液中。晶體結(jié)構(gòu)的熔鑄輝綠巖同一組成的無定形化合物具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素2.材料的相結(jié)構(gòu)與孔隙率孔隙會降低材料的耐腐蝕性晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性較無定型玻璃相結(jié)構(gòu)高?？紫兜拇嬖跁共牧鲜芨g作用的面積增大，侵蝕作用也就顯得強烈。腐蝕不僅發(fā)生在表面上而且也發(fā)生在材料內(nèi)部。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)生成物出現(xiàn)結(jié)晶時還會造成物理性的破壞。5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素2.材料的相結(jié)構(gòu)與孔隙率孔隙會降低材料的耐腐蝕性晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性較無定型玻璃相結(jié)構(gòu)高。孔隙的存在會使材料受腐蝕作用的面積增大，侵蝕作用也就顯得強烈。腐蝕不僅發(fā)生在表面上而且也發(fā)生在材料內(nèi)部。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)生成物出現(xiàn)結(jié)晶時還會造成物理性的破壞。表面及孔隙中腐蝕產(chǎn)物不溶時能保護(hù)材料不再受到破壞。閉孔比開口的孔隙影響力小。5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素3.腐蝕介質(zhì)狀況硅酸鹽材料的腐蝕速度與酸的濃度有關(guān)。酸的電離度越大，對材料的破壞作用也越大。酸的溫度升高，離解度增大，其破壞作用也就增強。酸的黏度會影響它們通過孔隙向材料內(nèi)部擴(kuò)散的速度。5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素第5章無機(jī)非金屬材料的腐蝕5.1概述5.2無機(jī)非金屬材料的腐蝕機(jī)理5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素5.2.2玻璃的腐蝕5.2.3混凝土的腐蝕1.玻璃的組成和結(jié)構(gòu)組成SiO2堿金屬或堿土金屬氧化物Al2O3B2O3等多種氧化物組成結(jié)構(gòu)是經(jīng)過熔融后的非晶相。5.2.2玻璃的腐蝕1.玻璃的組成和結(jié)構(gòu)玻璃結(jié)構(gòu)理論聚合物理論無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型理論5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式1）溶解pH值對可溶性SiO2有影響5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式1）溶解pH值對可溶性SiO2影響的原因(1)在酸性溶液中，要破壞所形成的酸性硅烷橋困難，因而溶解少而慢；(2)在堿性溶液中，Si—OH的形成容易，故溶解度大。5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式2）水解與腐蝕破壞Si—O—R(Na+、Ca2+等)鍵5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式2）水解與腐蝕在堿性溶液中氫氟酸的破壞5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式3）風(fēng)化玻璃和大氣的作用稱為風(fēng)化?，F(xiàn)象在表面出現(xiàn)霧狀薄膜，或者點狀、細(xì)線狀模糊物，有時出現(xiàn)彩虹。風(fēng)化嚴(yán)重時，玻璃表面形成白霜，因而失去透明，甚至產(chǎn)生平板玻璃粘片現(xiàn)象。條件風(fēng)化大都發(fā)生于玻璃儲藏、運輸過程中，溫度、濕度比較高，通風(fēng)不良的情況下；化學(xué)穩(wěn)定性比較差的玻璃在大氣和室溫條件也能發(fā)生風(fēng)化。5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式3）風(fēng)化過程首先吸附大氣中的水，在表面形成一層水膜。通常濕度越大，吸附水份越多。然后，吸附水中的H3O+或H+與玻璃中網(wǎng)絡(luò)外陽離子進(jìn)行式(5-7)的離子交換和式(5-9)的堿侵蝕，破壞硅氧骨架。5.2.2玻璃的腐蝕2.玻璃的幾種腐蝕形式4）選擇性腐蝕某些雙相組織的玻璃在酸中會發(fā)生選擇性腐蝕5.2.2玻璃的腐蝕第5章無機(jī)非金屬材料的腐蝕5.1概述5.2無機(jī)非金屬材料的腐蝕機(jī)理5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕5.2.1無機(jī)非金屬材料腐蝕的影響因素5.2.2玻璃的腐蝕5.2.3混凝土的腐蝕5.2.3混凝土的腐蝕混凝土的腐蝕是一個很復(fù)雜的物理的、化學(xué)的過程混凝土的結(jié)構(gòu)復(fù)雜常規(guī)混凝土是由水泥或其它膠結(jié)材料、水、粗骨料、細(xì)骨料和其他摻和料按適當(dāng)比例配合、拌制而成的混合物，且經(jīng)一定時間硬化而成的人造石材?；炷恋母g環(huán)境復(fù)雜混凝土結(jié)構(gòu)大多在室外遭受大氣、河水、海水或土壤的腐蝕，而在地下或陰暗的場所，還有微生物腐蝕。造成其腐蝕的原因可能只是某一種因素，也可能足多種因素的共同作用。1.混凝土的結(jié)構(gòu)及滲透性組成水泥等膠結(jié)材料各種粗細(xì)骨料其中骨料與膠結(jié)材料之間，添加物與膠結(jié)材料、骨料之間都存在著界面孔隙水分凝結(jié)。5.2.3混凝土的腐蝕1.混凝土的結(jié)構(gòu)及滲透性水泥主要組元是氧化物CaO、A12O3、Fe2O3、SiO2是四種最基本、也是最主要的化學(xué)組分四種熟料礦物硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）、鐵鋁酸四鈣（C4AF）少量的氧化鈣、石膏和氧化鎂等5.2.3混凝土的腐蝕1.混凝土的結(jié)構(gòu)及滲透性水泥的水化過程三個步驟：凝膠、膠凝、硬化。5.2.3混凝土的腐蝕1.混凝土的結(jié)構(gòu)及滲透性結(jié)構(gòu)三級別二相結(jié)構(gòu)三級別是混凝土結(jié)構(gòu)、砂漿結(jié)構(gòu)和水泥漿結(jié)構(gòu)二相是固相和氣相。氣相對應(yīng)著一個重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)即孔隙它的大小、分布和含量對混凝土的力學(xué)和耐蝕性能有著重要的影響。水泥石中的孔隙主要由凝膠孔、毛細(xì)孔和非毛細(xì)孔三部分組成。5.2.3混凝土的腐蝕1.混凝土的結(jié)構(gòu)及滲透性孔隙與滲透之間的關(guān)系5.2.3混凝土的腐蝕2.混凝土腐蝕的環(huán)境液態(tài)主要的影響因素是pH值及陰離子類型氣態(tài)大氣中的水蒸汽在濕度較高時可凝聚成水膜，則有水的腐蝕海濱的大氣中還含有海鹽微塵，工業(yè)區(qū)的大氣中含有酸性氣體，將會加劇腐蝕。固態(tài)常溫和無水的條件下，一般不具有腐蝕性，但是若固體吸濕而形成液相，則能加速腐蝕5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式分類物理腐蝕也稱作浸析腐蝕，即水或水溶液從外部滲入混凝土結(jié)構(gòu)，溶解其易溶的組分，從而破壞混凝土?；瘜W(xué)腐蝕化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕，即水或水溶液在混凝土表面或內(nèi)部與混凝土某些組元發(fā)生化學(xué)變化，從而破壞混凝土。根據(jù)腐蝕產(chǎn)物的不同，化學(xué)腐蝕又可以分為酸性軟水的腐蝕和結(jié)晶膨脹型腐蝕等。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式1）浸析腐蝕水泥中的Ca(OH)2被滲透水溶解而帶走使混凝土產(chǎn)生浸析腐蝕影響因素混凝土單位面積允許帶走的CaO的量c和滲透系數(shù)P提高混凝土壽命的措施使用含堿量高的混凝土水泥應(yīng)有高的標(biāo)號和好的質(zhì)量。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式1）浸析腐蝕水泥砂漿和混凝土的強度損失將隨石灰浸析量的增加而增加5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（1）中性化含有CO2的軟水將會腐蝕波特蘭水泥產(chǎn)物中的Ca(OH)2及CaCO3：此時混凝土發(fā)生碳化。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（1）中性化含有CO2的軟水將會腐蝕波特蘭水泥產(chǎn)物中的Ca(OH)2及CaCO3：此時混凝土發(fā)生碳化。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（1）中性化碳化的作用在某些條件下，混凝土的碳化會增加其密實性，提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕能力；由于于碳化會降低混凝上內(nèi)部的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，將給混凝土中鋼筋的銹蝕帶來不利的影響。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（1）中性化碳化的作用5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（1）中性化碳化的影響因素環(huán)境因素材料因素歸根到底，最主要的是與影響浸析腐蝕相同的混凝土本身的密實性和堿性儲備的大小，即混凝土的滲透性及其氫氧化鈣等堿性物質(zhì)含量的大小。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（1）中性化其他中性化5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（2）膨脹腐蝕膨脹腐蝕是指可溶性硫酸鹽與水泥中的Ca(OH)2和水合產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的腐蝕。硫酸鹽腐蝕產(chǎn)物的溶解度小，它們的沉淀如石膏和硫鋁酸鈣，其體積比它們所置換的混凝土成分的體積大，所導(dǎo)致的應(yīng)力可加劇混凝土的破壞。5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（2）膨脹腐蝕5.2.3混凝土的腐蝕3.混凝土腐蝕的形式2）化學(xué)腐蝕（2）膨脹腐蝕波特蘭水泥的膨脹腐蝕與

的濃度有關(guān)，只有水中

的濃度小于300mg·L?1腐蝕性才低微5.2.3混凝土的腐蝕第5章無機(jī)非金屬材料的腐蝕5.1概述5.2無機(jī)非金屬材料的腐蝕機(jī)理5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕材料熱穩(wěn)定性的影響因素：組元的熔點、分解溫度、與周圍環(huán)境的反應(yīng)組元分類：氧化物不氧化，可熔化Si的非氧化物氧化形成保護(hù)層其他非氧化物抗氧能力差5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐蝕SiC和Si3N4氧化的特征是發(fā)生由鈍態(tài)向活性轉(zhuǎn)變，其標(biāo)志是SiO2的分解和氣化：這種轉(zhuǎn)變由溫度

和氧偏壓決定5.3陶瓷基復(fù)合材料的腐