(2)--第3章-材料的性能材料化学(1).pptx

组成与结构

性能

从分子水平到宏观尺度认识结构与性能

的相互关系，在合成和加工材料过程中有意识地控制材料的组成和结构，从而获得具有预期使用效能的材料。

材料化学的主要目的：

制备与合成工艺

使用效能

1

第三章材料的性能

授课教师/杜星

材料与冶金学院材料化学系

邮箱：duxing@

办公室：教六楼6651-2

材料化学

Part01

化学性能

Part02

热学性能

Part03

电学性能

Part04

磁学性能

目录

CONTENTS

材料化学

3

Part01

化学性能

——材料抵抗各种化学介质作用的能力

化学稳定性

金属材料：氧化腐蚀问题

组成与结构无机非金属材料：耐酸碱性

高分子材料：耐有机溶剂与老化

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Part01

化学性能

1.1耐氧化性

●金属作为单质容易失去电子而被氧化，所以金属材料的化学性能主要涉及氧化腐蚀的问题；

●除少数贵重金属(如金、铂)外，多数金属在空气中都会被氧化而形成金属氧化物；

●锈蚀对于金属材料和制品有严重的破坏作用；

●在不同的使用环境中，金属的锈蚀情况也会有所不同。

5

Part01

化学性能

1.1.1化学腐蚀

金属与非电解质相接触时，介质中的分子被金属表面所吸附，然后与金属化合，生成锈蚀产物。

氧化物成核、生长

氧溶解

金属氧化反应的主要过程示意图

氧化膜生长

内氧化

缝隙

孔洞

微裂纹

耐氧化性

宏观裂纹

吸附

O₂(g)

6

松散氧化膜多孔氧化膜致密氧化膜

几种金属的表面氧化膜对比

利用致密氧化膜的保护特性，改善材料的耐氧化腐蚀性能

Part01

化学性能

Iron

Overlap

Fe

FeO

耐氧化性

·阻止金属进一步被氧化

·很薄，不影响金属的使用性能·具有良好的耐锈蚀性

FeO

Magnesium

7

自然环境中的腐蚀

大气腐蚀

淡水和海水腐蚀

土壤腐蚀

微生物腐蚀

电化学腐蚀

金属在电解质溶液中由于

原电池作用而引起的腐蚀

Part01

化学性能

1.1.2电化学腐蚀

耐氧化性

8

可以将金属和电解质组成的电化学腐蚀体系视为一个短路的原电池-腐蚀电池

电化学腐蚀：金属通过氧化还原反应而被氧化的过程

Part01

化学性能

将原电池

短路

阳极金属遭受

电化学腐蚀

耐氧化性

H±H

Zn2+

Cu²

e

I

9

·金属在淡水中的腐蚀

一氧去极化的电化学腐蚀过程，通常受阴极过程控制阳极反应：Fe→Fe²++2e

阴极反应：

溶液中：Fe²++20H-→Fe(OH)2

进一步氧化：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)3

氢氧化铁脱水2Fe(OH)3-2H₂0→Fe₂O3·H₂0

成为铁锈：

Fe(OH)3-H₂0→Fe00H

Part01

化学性能

耐氧化性

10

-SO₂——矿物燃料燃烧产生的

-SO₂促进金属大气腐蚀的自催化反应机理

SO2被吸附在金属表面一形成FeSO4

FeSO4进一步氧化十强烈水解作用

生成硫酸一硫酸+Fe作用一FeSO₄

Fe+SO₂+O₂→FeSO₄自催化

4FeSO4+02+6H₂0→4Fe00H+4H₂SO₄

2H₂SO4+2Fe+02→2FeSO₄+2H₂0

Part01

化学性能

耐氧化性

11

◆形成腐蚀电池必须具备三个基本条件：

(1)不同金属或同种金属的不同区域间有电位差存在，且电位差越大，腐蚀越剧烈。较活泼金属的电位较低，成为阳极而遭受腐蚀；较不活泼金属电位较高，作为阴极起传递电子的作用，不受腐蚀。

(2)正负极材料共处于相连通的电解质溶液中。潮湿的空气因溶解了SO₂等酸性气体，构成电解质溶液。

(3)具有不同电位的金属之间必须有导线连接或直接接触。

Part01

化学性能

耐氧化性

12

耐氧化性

隔绝腐蚀介质

表面涂漆

加入缓蚀剂(表面活性剂)

电化学保护

表面吸附：置换水

胶粒：将水固定

抑制上述三个条件中的任何一个条件使腐蚀电池不能形成

Part01

化学性能

电化学腐蚀

13

Part01