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1、材料的分类材料的分类传统上传统上根据材料的成分与特性根据材料的成分与特性，把物质分为，把物质分为无机材料无机材料（金（金属材料和无机非金属材料）、属材料和无机非金属材料）、有机高分子材料和复合材料有机高分子材料和复合材料依依据据材材料料的的用用途途，通通常常将将材材料料分分为为结结构构材材料料和和功功能能材材料料两两大大类类。结结构构材材料料是是指指利利用用材材料料具具有有的的力力学学和和物物理理、化化学学性性质质，被被广广泛泛用用于于机机械械制制造造、工工程程建建设设、交交通通运运输输及及能能源源等等部部门门的的材材料料。功功能能材材料料是是指指利利用用具具有有的的某某种种声声、光光、电电、
2、磁磁和和热热等等性性能能，应应用用于于微微电电子子、激激光光、通通讯讯、能能源源和和生生物物工工程程等等许许多多高高新新技技术术领领域域的的材材料料。智智能能材材料料是是功功能能材材料料的的最最新新发发展展，它它具具有有环环境境判判断断功功能能、自自我我修修复复功功能能和和时时间间轴轴功能功能，智能材料被誉为，智能材料被誉为21世纪材料。世纪材料。7-2-1 金属材料金属材料金属材料可分为金属材料可分为黑色金属材料黑色金属材料和和有色有色金属材料金属材料两大类。黑色金属材料包括两大类。黑色金属材料包括铁、锰和铬铁、锰和铬以及它们的合金。除黑色以及它们的合金。除黑色金属外的其他各种金属及其合金统
3、称金属外的其他各种金属及其合金统称为有色金属。有色金属品种繁多，又为有色金属。有色金属品种繁多，又可细分为可细分为轻金属、重金属、高熔点金轻金属、重金属、高熔点金属、稀土金属、稀散金属和贵金属属、稀土金属、稀散金属和贵金属7-2-1-1 钢铁（钢铁（1）钢钢铁铁是是使使用用最最广广泛泛的的一一类类黑黑色色金金属属材材料料，其其消消耗耗量量约约占占金金属属材材料料的的90。其其冶冶炼炼方方法法是是用用焦焦炭炭高高温温还还原原精精选选过过的的氧氧化化铁铁矿矿石石，冶冶炼炼时时还还需需加加入入一一定定比比例例的的石石灰灰石和二氧化硅作助熔剂造渣，其主要反应如下：石和二氧化硅作助熔剂造渣，其主要反应如
4、下：铁水中含铁水中含3 4%的的C，以，以Fe3C形式存在形式存在7-2-1-1 钢铁（钢铁（2）铁铁水水以以不不同同方方式式冷冷却却，可可以以得得到到性性质质不不同同，用用途途也也各各不不相相同同的的生生铁铁。当当铁铁水水缓缓慢慢冷冷却却时时，Fe3C分分解解为为铁铁和和石石墨墨，因因其其断断口口为为灰灰色色被被称称为为灰灰口口铁铁；若若将将铁铁水水骤骤冷冷，Fe3C来不及分解，其断口为白色故称为来不及分解，其断口为白色故称为白口铁白口铁。钢铁是铁碳合金的总称。钢铁中钢铁是铁碳合金的总称。钢铁中含碳含碳2的叫生铁，的叫生铁， 0.02的叫纯铁，介于二者之间的称为钢的叫纯铁，介于二者之间的称为
5、钢。其中含。其中含碳碳0.02 0.25的称为低碳钢，介于的称为低碳钢，介于0.25 0.60的的称为中碳钢，含碳量在称为中碳钢，含碳量在0.60 2的称为高碳钢。的称为高碳钢。7-2-1-1 钢铁（钢铁（3）纯铁的晶体结构纯铁的晶体结构碳在钢中存在的方式是间充在铁晶格的空隙中，形成碳在钢中存在的方式是间充在铁晶格的空隙中，形成间隙合金结构。碳在钢中能够以间隙合金结构。碳在钢中能够以4中方式间充在铁的中方式间充在铁的金属晶格中，形成金属晶格中，形成奥氏体奥氏体、渗碳体、渗碳体、马氏体马氏体、铁素体、铁素体4种物相。种物相。体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方C的可能位置的可能位置金
6、属的腐蚀与防止金属的腐蚀与防止当金属与周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀金属的腐蚀。 估计每年腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产量的1/4,发达国家年经济损失占GDP的34%。因此在了解金属腐蚀机理的基础上懂得如何防止金属腐蚀和了解如何进行金属材料的化学保护十分必要。 金属腐蚀的本质都是金属原子失电子被氧化的过程。金属腐蚀的本质都是金属原子失电子被氧化的过程。 钢铁的腐蚀钢铁的腐蚀钢铁的腐蚀：钢铁的腐蚀：指钢铁和周围介质接触时，由于发指钢铁和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的破坏。根据腐生化学作用或电化学作用而引起的破坏。根据腐蚀发生的机理
7、不同，可分为：蚀发生的机理不同，可分为：化学腐蚀：化学腐蚀：指单纯由化学作用而引起的腐蚀。指单纯由化学作用而引起的腐蚀。电化学腐蚀：电化学腐蚀：指当金属与电解质溶液接触时，由指当金属与电解质溶液接触时，由于电化学作用而引起的腐蚀。于电化学作用而引起的腐蚀。腐蚀的分类腐蚀的分类 金属与周围介质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。1.1.化学腐蚀化学腐蚀 化学腐蚀发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，在腐蚀过程中不产生电流腐蚀过程中不产生电流。如：钢铁的高温氧化脱碳、石油或天然气输送管部件的腐蚀等。化学腐蚀原理比较简单,属于一般的氧化还原反应。化学腐蚀反应示例化学腐蚀反应示例1)钢铁的高温氧
8、化:高温高温致密疏松，易龟裂，向纵深腐蚀 2)钢的脱碳。O2,H2OCO钢的脱碳原理示意图钢的脱碳原理示意图金属与周围介质发生电化学作用而引起的金属腐蚀。例如,钢铁在潮湿的环境中生锈,发生的就是电化学腐蚀。 较小的金属易失电子，被氧化而腐蚀，是腐蚀电池的阳极（也称负极）。电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀的速率一般也快得多。2. 2. 电化学腐蚀电化学腐蚀1）析氢腐蚀析氢腐蚀在酸性较强的条件下钢铁发生析氢腐蚀,电极反应为:阳极:Fe2e-=Fe2+阴极:2H+2e-=H2 在弱酸性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀,电极反应为：阳极:Fe-2e-=Fe2+阴极:2H2O+O2+4e-=4OH吸氧腐蚀
9、比析氢腐蚀更为普遍。吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。2 2）吸氧腐蚀）吸氧腐蚀金属腐蚀的防止金属腐蚀的防止1.1.改变金属的内部结构改变金属的内部结构：例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。2.2. 保护层法：保护层法：例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密而耐腐蚀的氧化膜等。如白口铁(镀锌铁)、马口铁(镀锡铁)。3.3.缓蚀剂法缓蚀剂法:在腐蚀介质中，加入少量能减小腐蚀速率的物质以防止腐蚀的方法。 (1)无机缓蚀剂：在中性或碱性介质中主要采用无机缓蚀剂，如铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐等。主要是在金属的表面形成氧化膜或沉淀物。 (2)有机缓蚀剂：在酸性介质中，一般是含有N、S、O的有
10、机化合物。常用的缓蚀剂有乌洛托品、若丁等。 (3)气相缓蚀剂：如亚硝酸二环己烷基胺给机器产品（尤其是精密仪器）的包装技术常带来重大革新。4. 4. 阴极保护法阴极保护法 将被保护的金属作为腐蚀电池或电解池的阴极而 不受腐蚀 。它一般分为牺牲阳极保护法和外加电流法 。(1) 牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法 用较活泼的金属或其三元合金如(Zn、Al)连接在被保护的金属上，被保护的金属作为腐蚀电池阴极而达到不遭腐蚀的目的。(2) (2) 外加电流法外加电流法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个电极。被保护金属作为电解池阴极，在直流电的作用下阴极受到保护。 利用电解装置,只要外加电压足够强,就可使被保护的金属不被腐蚀。此法可用于防止土壤、海水和河水中金属设备的腐蚀。 外加电流法示意图外加电流法示意图
