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1、断断 裂：强度、力学破坏、瞬间破坏裂：强度、力学破坏、瞬间破坏磨磨 损：表面、力学损：表面、力学- -摩擦损坏、缓慢摩擦损坏、缓慢腐腐 蚀：表面、化学蚀：表面、化学- -力学损坏、不可再生力学损坏、不可再生材料损坏的基本形式材料损坏的基本形式腐腐 蚀蚀 的的 定定 义义腐蚀的基本概念 历史悠久 古希腊Herodus和古罗马Plinins在2000年前已提出用锡防止铁生锈； 我国商代（3000年前）发明锡青铜；出土铁器可见古人防蚀成就。18世纪工业发展 腐蚀与防护学科形成、发展。 普遍性 材料腐蚀司空见惯，无所不在，无时不有, 十分普遍. 材料的腐蚀与 防护的重要性已成共识。 必然性热力学观点，
2、一切材料在环境作用下, 将逐渐自发地腐蚀、变质、退 化。 金属 由元素状态转变成金属化合物 (生锈)，有机/无机材料 化 学变化（老化/风化)。l传统腐蚀定义 金属与周围环境介质之间发生的化学或电化学作用 而引起腐蚀破坏； l广义腐蚀定义 材料和材料性质在与其所处的环境介质作用下发生 退化变质的现象。矿石 （稳定）金属 （不稳定）冶炼(能量)腐蚀（能量 ）自发过程能量差腐蚀驱动力材料的源泉和归宿 资源/环境腐蚀破坏资源/环 境负荷研究腐蚀与防护的重要意义直接损失l材料、构件、设备的直接腐蚀破坏；防止腐蚀或延缓腐蚀 的投入（高耐腐蚀材料、表面处理、涂覆、电化学保护、 环境介质处理等），可估算。l
3、据国际权威统计 -金属年产量的1/3受腐蚀报废，其中2/3尚 可回炉, 即约10金属永久腐蚀损失。l全世界金属产量约为10亿吨，损失1亿吨/年l我国金属年产量达1亿吨，损失0.1亿吨/年l据权威报告 (英国Hoar报告和美国NBS报告)估计： 每年因 腐蚀造成的经济损失占国民经济总值2-4%表1. 工业发达国家1984年腐蚀损失统计国别别 腐蚀损蚀损 失 GNP% 美国2000亿美元4 前苏联147 亿卢 布2 联邦德国300 亿马 克3 英国100亿英镑3.5 法国1150亿法郎1.5 日本150亿美元1.8表2. 美国腐蚀损失逐年增加 人均损失：1100美元/人.年 3000亿中2000亿
4、美元可避免 美元 （亿 ）1995年每年仅腐蚀就造成经济损失：4%GDP材料服役失效造成 的经济损失25-40%可以挽回2004年我国GDP13.7万亿元 4%GDP损失5480亿元 可挽回13602100亿元腐蚀防护的意义腐蚀防护的意义n2006年8月6日石油巨头BP公司宣布，因位于阿 拉斯加州北部Prudhoe Bay的美国最大油田一条 输油管道遭到腐蚀发生原油泄漏。大量石油流入 阿拉斯加冻土,估计共泄漏20 万加仑(相当于76 万升) ,是该油田历史上最大的一次漏油事故。油 管被迫立即关闭进行修复与清理工作。预计原油 日产量将减少40 万桶, 相当于美国原油日产量的 8 %。n受Prud
5、hoe Bay油田减产影响，国际市场原油价 格7日大幅上升。纽约商品交易所9月份交货的轻 质原油期货价格每桶上涨1.23美元，收于每桶 75.99美元。伦敦北海布伦特9月份交货的原油 期货价格每桶上涨1.09美元，收于每桶77.26美 元。n油管壁厚度减少70到81。“结果绝对超过我 们预料”。 n 原油开采过程中，二氧化碳与水、石油和天然气 混合，是管道腐蚀的主要原因。 n塔里木雅克拉气田一口气井由于油管腐蚀使天 然气由油套管的环空窜入地面着火72天，造成 直接经济损失3000万元。n华北油田采油三厂溜58断块富含CO2气体。自 1984年4月开采到1985年7月，仅使用14个月 ，就有3口
6、日产原油100400 t、天然气 10000 m3的高产油井因油层套管严重腐蚀而 相继报废，造成直接经济损失1500万元。n吉林油田万五井于1985年8月投产，产量为 20000 m3/d，投产不到三年，由于油管被 CO2腐蚀得千疮百孔，致使800 m油管掉落井 下。n四川油田、长庆油田、塔里木油田以及南海涠 103油田也都因严重的CO2腐蚀而造成巨大的经 济损失。n塔里木 油田， P105油 管投产1 年零9个 月 CO2 腐蚀穿 孔n四川达 窝输气 管线， H2S腐蚀 造成开 裂爆炸 事故， 24人死 亡油气管道爆裂事故 1989：前苏联乌拉尔山输气管道爆裂：1024死亡油气管道开裂和泄漏
7、造成的环境污染严重腐蚀防护的意义腐蚀防护的意义不锈钢的发明和应用：- 硝酸和合成氨工业的发展 美国阿波罗登月计划：6%NO缓蚀剂避免储存N2O4推 进剂高压容器的应力腐蚀破裂 美国用30年（1947-1976）时 间研究熔盐原子能反应堆，但由于 裂变产物对材料的腐蚀难以解决而 放弃第三节 高分子材料的结构与性能一、高分子材料概述二、高分子材料的结构三、高分子材料的性能一、 高分子材料概述1、基本概念高分子化合物（高分子聚合物或高聚物）：是指分子量很大的化合物。分子量大于5,000 低分子化合物: 分子量小于500天然高分子材料 ：高分子材 料人工合成高分子材料：蚕丝、羊毛、纤维素、油脂 、天然
8、橡胶、蛋白质、淀粉 等 塑料、合成橡胶、涂料、 合成纤维、胶粘剂等1 聚乙烯(PE)产品保鲜膜吹塑成型的聚乙烯薄膜无毒，化学稳定性好，适合做 食品和药物的包装材料常见塑料的用途2 聚氯乙烯（PVC）化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，使用温度 不宜超过60，在低温下会变硬 分为：软质塑料和硬质塑料3.聚丙烯(PP)4.聚苯乙烯(PS)5.有机玻璃(聚甲基丙烯 酸甲酯PMMA)6.尿醛塑料(电玉)7.聚四氟乙烯(PTFE)8.ABS塑料化合物分子量低分子 （500以下）无机铁 水 石英55.8 18 60有机甲烷 苯 三硬脂酸甘油脂16 78 890高分子 （5000以上）天然天然纤维素 天然橡胶570,
9、000 200,000500,000合成聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲脂 尼龙6612,000160,000 50,000140,000 20,00025,000（1）化合物的分类及分子量高分子化合物由低分子化合物通过聚合反应获得。组成高分子化合物的低分子化合物称作单体。（2）高分子化合物的化学描述例：聚乙烯乙烯(CH2=CH2)聚氯乙烯氯乙烯(CH2=CHCl)高分子化合物的分子质量很大，呈长链形-大分子链， 它是由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成的； 组成大分子链的这种结构单元称作链节(表1-12) CH2CH2CH2CH2CH2-CH2CHCH2CH-CH2-CH-Cl Cl ClCH2
10、CH2 n2、高分子材料的合成（2）缩聚反应（缩合聚合反应）-缩聚物 一种或几种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出( 缩去)某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的反 应。缩聚物成分与单体不同。 聚合反应-将低分子化合物（单体）聚合形成高分 子化合物的过程（1）加聚反应（加成聚合反应）-加聚物 一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应，加聚物 具有同其单体相同的成分（无副产物）。如：乙烯聚乙烯 nCH2=CH2 CH2 CH2 n第三节 高分子材料的结构与性能一、高分子材料概述二、高分子材料的结构三、高分子材料的性能l组成元素：C、H、O，另外N、Cl、F、B、Si、S等 。共价键二、高
11、分子材料的结构1. 大分子链的结构（1）化学组成金属材料：各种金属元素，合金元素及杂质金属键碳链大分子：主链全部由碳原子以共价键结合 。例：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯杂链大分子：大分子链除碳原子外，还有O、N 、S、P例:聚甲醛、聚酰胺元素链大分子：大分子链中不含碳原子，而是 由Si、O、B、S、P等元素组成.例:氟硅橡胶分类(组成元素)A、线型分子链：各链节以共价键连接成长链分子，直 径小，长度很长，呈卷曲状或线团状。长径比1000:1B、支化型分子链：在主链的两侧以共价键连接相当 数量的长短 不一的支链，其形状有 树枝型、梳型、线团型。C、体型分子链：在线型或支化型分子链之间，沿横向 通过链
12、节以 共价键连接起来，形成 三维网状大分子。（2）大分子链的形态热塑性聚合物：线型和支化型分子链构成的聚合物， 线型聚合物 性能：高弹性、高塑性 特点：重复的软化和硬化 例如：涤纶、尼龙、生橡胶 热固性聚合物：体型分子链构成的聚合物，体型聚合物 性能：具有较高的强度和热固性 特点：不能再加热熔化和软化 例如：环氧树脂、酚醛树脂、硫化橡胶立体异构：化学成分相同而不对称取代基沿分子链占 据位置不同，具有不同链结构的现象。（3）大分子链的空间构型原子或原子团在空间的排列方式，即链结构。A、如分子链的侧基为氢原子时，则其排列顺序不 影响空间构型。B、分子链的侧基中有其他原子或原子团，则排列方式不只一种
13、。立体异构有三类n1、全同立构：取代基R有规律地位于碳链平面同一侧。n2、间同立构：取代基R交替地排列在碳链平面两侧。n3、无规立构：取代基R无规律排列在碳链平面两侧。易结晶， 硬度、密 度、软化 温度及熔 点较高不易结晶 性能较差2.大分子链的构象及柔性1内旋转：由于原子热运动,两个原子作相对 旋转,即保持键角、键长不变的情况下，单键 作旋转 2大分子链的构象：单链内旋转所产生的空间 形象 3分子链的柔性：能拉伸、回缩的性能弹性 好分子链的内旋转示意图分子链旋转愈容 易，柔性愈好3、高分子材料的聚集态晶态分子链在空间规则排列强度、刚度、耐热性、 抗熔性好部分晶态部分规则排列介于两者之间非晶态
14、无规则排列弹性、延伸率、韧性好粘液体玻璃态部分晶态晶态l 晶态高聚物比体积发生突变，结晶体积减小l 大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态l 结晶度30%90%第三节 高分子材料的结构与性能一、高分子材料概述二、高分子材料的结构三、高分子材料的性能三、高分子材料的性能1、机械性能（1）线型非晶态高聚物的力学性能Tb为脆化温度，Tg为玻璃化温度，Tf 为粘流温度，Td为化学分解温度 。 线型非晶态高聚物在恒定应力下的变形-温度曲线塑料纤维橡胶成型加工（2）其它类型高聚物的力学状态 1）线型晶态高聚物的力学状态 对于一般分子量的完全晶态线型高聚物来说，因有固定的熔点Tm，而 没有高弹态。 对于部分晶
15、态线型高聚物，在TgTm之间出现一种既韧又硬的皮革态 。2）体型非晶态高聚物的力学状态 若交联点密度小，链段可运动，具有高弹态轻度硫化的橡胶 若交联点密度大，链段不能运动，其性能硬而脆酚醛塑料 高分子材料的力学状态受化学成分、分子链结构、相对分 子质量、结晶度等内因影响，对应力、温度、环境介质等 外界条件也很敏感。2、高分子材料的性能特点1）低强度和较高的比强度抗拉强度平均为100MPa，比金属材料低得多，但是高分子材料的密度小，只有钢的1/41/8，所以其比强度并不比某些金属低。 2）高弹性和低弹性模量橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率为100%1000%，弹性模量仅为220MPa左右。 3）塑性好和受迫弹性高屈服应变达20%以上。在玻璃化温度以下，链节运动由卷曲变为伸直形，变形不能恢复。（1）力学性能特点 6）高减摩、耐磨性部分塑料的摩擦系数小，具有自润滑性能。 4）粘弹性高聚物的粘弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗三种现象。蠕变是在恒定载荷下，应变随时间而增加的现象，它反映材料 在一定外力作用下的形状稳定性。应力松弛是在应变恒定的条件下，应力随时间延长而逐渐衰减 的现象。内耗是在交变应力作用下，处于高弹态的高分子，当其形变速 度跟不上应力变化速度时，就会出应变滞后应力的现象。 5）韧性仅
