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1、工程材料的物理、化学性能及常用功能材料 物理性能 化学性能 可以用电、磁、光和 热性能来描述 耐腐蚀性和抗 氧化性 目的 （1）了解材料常用的物理、化学性能特点， （2）了解结构以及加工工艺对物理、化学性 能的影响规律。 1 电性能 2 磁性能 3热性能 4光学性能 工程材料的物理、化学性 能及常用功能材料 5腐蚀与氧化 1 电学性能 1 电学性能 2 磁学性能 2 磁学性能 3 热学性能 材料受热时，有三个重要的效应：材料的吸热、传热和热膨胀材料受热时，有三个重要的效应：材料的吸热、传热和热膨胀 一、热容：一、热容：Cp 1mol固体温度升高固体温度升高1K所需的热量所需的热量 二、热导率：

2、二、热导率： 两个相距两个相距1cm，面积为，面积为1cm2的平行平面，如果这两个平面的的平行平面，如果这两个平面的 温度度温度度1K，则在，则在1秒内从一个平面传导到另一个平面的热量，秒内从一个平面传导到另一个平面的热量， 单位为单位为J/cm.s.k 材料导热性的好坏直接影响着材料的使用性能，如果零件材材料导热性的好坏直接影响着材料的使用性能，如果零件材 料的导热性太差，则零件在加热或冷却时，由于表面和内部产料的导热性太差，则零件在加热或冷却时，由于表面和内部产 生温差，膨胀不同，就会产生变形或裂纹。热交换器等传热设生温差，膨胀不同，就会产生变形或裂纹。热交换器等传热设 备的零部件一般常用

3、导热性好的材料（如铜、铝等）来制造备的零部件一般常用导热性好的材料（如铜、铝等）来制造 通常，金属及合金的导热性远高于非金属材料通常，金属及合金的导热性远高于非金属材料 三、热膨胀：三、热膨胀： 用线膨胀系数描述，即每升高用线膨胀系数描述，即每升高1K，在单位长度上的长度变化量，在单位长度上的长度变化量 4 光学性能 太空探索 气象预测 资源考察 军事侦察 光学系统收集信息 4 光学性能 材料在与特征光谱或连续光谱的光子发生交互作用时，表现出材料在与特征光谱或连续光谱的光子发生交互作用时，表现出 一些很有应用价值的光学性能一些很有应用价值的光学性能 一、吸收和透射一、吸收和透射 如果光子不具有

4、使电子激发到更高能级的能量，那么光子可以如果光子不具有使电子激发到更高能级的能量，那么光子可以 透过材料而不被吸收，这种材料就是透明的。光子是透射材料透过材料而不被吸收，这种材料就是透明的。光子是透射材料 还被吸收，取决于光子能量和导带与价带间的能隙的关系还被吸收，取决于光子能量和导带与价带间的能隙的关系 二、折射和反射二、折射和反射 三、光学材料三、光学材料 1、光导纤维：光在光电纤维中传播的基本原量是全反射、光导纤维：光在光电纤维中传播的基本原量是全反射 2、光学薄膜：如增透膜、偏振膜、分光膜、滤光膜等、光学薄膜：如增透膜、偏振膜、分光膜、滤光膜等 sin sin n 5腐蚀与氧化 腐蚀

5、材料与周围环境介质发生某种化学反应而使 其性能退化的现象。 化学腐蚀 电化学腐蚀 是指材料与环境介质直接发生化学反应。例 如发动机燃烧室受燃气腐蚀、液压管道受 化 工产品侵蚀等 是指材料在电解液中由于形成微电 池而引起的腐蚀。是材料腐蚀的主 要形式 5腐蚀与氧化 阴极反应 2H+ + 2e- H2 O2 + 2H2O + 4e- 4OH- O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 5腐蚀与氧化 两极的形成方式 (1) 两种连接在一起的不同材料 5腐蚀与氧化 两极的形成方式 (2) 材料中存在两种不同相或成分偏析区域与基体 (3) 材料中存在局部残余应力，通常高应力区呈阳 极，低应力区呈阴极。与之

6、相似，当晶粒不均匀时， 具有较细晶粒的区域呈阳极，具有较粗晶粒的区域 呈阴极。 (4) 电解质溶液中存在浓度差异 通常与高浓度的溶液相接触的金属呈阴极，与低浓 度溶液相接触的金属呈阳极。 5腐蚀与氧化 提高耐腐蚀性途径 （1）合金化 工程上通过合金化来达到以下目的： 形成单相合金。 减小多相合金中组成相间的电极电位差。 使材料表面钝化。例如形成致密的氧化膜。 （2）结构设计 此外，从结构设计方面可采取如下方法： 防止形成闭合回路。例如，当钢管与铜紧固件连接时， 可使用塑料等使钢管与铜紧固件之间保持电绝缘。 在连接的材料之间避免出现裂缝。 5腐蚀与氧化 提高耐腐蚀性途径 (3) 涂层 涂层用来隔

7、绝阳极区域与阴极区域。常用的有油脂、油 漆、陶瓷以及金属镀层。 (4) 阴极保护 (5) 材料的选择与热处理 通过选择适当的材料与适合的热处理制度，可以防止或 减缓腐蚀。例如铸件中的偏析会导致形成细小的电化学 微电池，可以通过均匀化处理（扩散退火）来改善耐腐 蚀性能。 5腐蚀与氧化 耐热性 热稳定性 ：是指材料在高温下的抗氧化性。 金属在高温下可与氧反应，在表面生成氧化物薄膜。 n M + m O2 Mn O2m 定义P-B比率 = M氧化物金属/nM 金属氧化物 可将氧化物分为三类： 多孔型 氧化物与金属的体积比率大于1，此时，氧化膜呈多孔状，例如，镁的氧化膜。 致密型 氧化物与金属的体积比率接近1，此时，形成一种附着力强，无孔的，具有保护 性能的氧化膜，例如，铝或铬的氧化膜。 剥落型 氧化物与金属的体积比率小于1，此时，刚形成的氧化膜具有钝化作用，然而， 随着氧化膜的增厚，在氧化膜与金属间的界面处产