材料腐蚀及控制工程课件：无机非金属材料的腐蚀-

无机非金属材料的腐蚀无机非金属材料的腐蚀5.1概述5.2无机非金属材料的腐蚀机理5.3陶瓷基复合材料的腐蚀本章知识框架无机非金属材料的腐蚀5.1概述5.2无机非金属材料的腐蚀机理5.3陶瓷基复合材料的腐蚀无机非金属材料：除有机高分子材料和金属材料之外的固体材料。种类：传统硅酸盐材料天然岩石、铸石、陶瓷、玻璃、水泥等新型无机材料功能陶瓷、特种玻璃、特种涂层等。5.1概述无机非金属材料通常具有良好的耐腐蚀性能。在任何情况下都耐蚀的无机非金属材料是不存在的。无机非金属材料的腐蚀往往是由于化学作用或物理作用所引起。第5章无机非金属材料的腐蚀5.1概述5.2无机非金属材料的腐蚀机理5.3陶瓷基复合材料的腐蚀5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素5.2.2玻璃的腐蚀5.2.3混凝土的腐蚀5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素影响无机非金属材料腐蚀的因素内在因素：材料的化学成分和矿物组成材料的相结构外界环境：腐蚀介质状况1.材料的化学成分和矿物组成SiO2的腐蚀反应SiO2耐酸不耐碱，SiO2与碱发生如下反应：任何浓度的氢氟酸都会对SiO2发生作用：5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素1.材料的化学成分和矿物组成SiO2的腐蚀反应温度高于300°C的磷酸，会对SiO2发生作用：5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素1.材料的化学成分和矿物组成SiO2的含量及存在形式与其耐蚀性有关SiO2含量越高越耐蚀一般情况下，SiO2质量分数低于55%的天然及人造硅酸盐材料是不耐酸的SiO2的存在形式不同，耐蚀性不同以无定型状态存在，没有耐酸性，如红砖。以矿物形态存在，耐蚀性好。硅线石、莫来石、辉石等含碱性氧化物的材料耐碱不耐酸硅酸盐水泥可被所有的无机酸腐蚀，而在一般的碱液(浓的烧碱液除外)中却是耐蚀的。5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素2.材料的相结构与孔隙率无机非金属材料的相结构晶相固相玻璃相可以看做是液相气相陶瓷是包含着三态的混合体。5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素2.材料的相结构与孔隙率无机非金属材料的耐蚀性与其结构有关晶体结构的化学稳定性较无定型玻璃相结构高。结晶的二氧化硅(石英)耐酸也耐碱，无定形的二氧化硅易溶于碱溶液中。晶体结构的熔铸辉绿岩同一组成的无定形化合物具有更高的化学稳定性。5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素2.材料的相结构与孔隙率孔隙会降低材料的耐腐蚀性晶体结构的化学稳定性较无定型玻璃相结构高。孔隙的存在会使材料受腐蚀作用的面积增大，侵蚀作用也就显得强烈。腐蚀不仅发生在表面上而且也发生在材料内部。当化学反应生成物出现结晶时还会造成物理性的破坏。5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素2.材料的相结构与孔隙率孔隙会降低材料的耐腐蚀性晶体结构的化学稳定性较无定型玻璃相结构高。孔隙的存在会使材料受腐蚀作用的面积增大，侵蚀作用也就显得强烈。腐蚀不仅发生在表面上而且也发生在材料内部。当化学反应生成物出现结晶时还会造成物理性的破坏。表面及孔隙中腐蚀产物不溶时能保护材料不再受到破坏。闭孔比开口的孔隙影响力小。5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素3.腐蚀介质状况硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的浓度有关。酸的电离度越大，对材料的破坏作用也越大。酸的温度升高，离解度增大，其破坏作用也就增强。酸的黏度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度。5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素第5章无机非金属材料的腐蚀5.1概述5.2无机非金属材料的腐蚀机理5.3陶瓷基复合材料的腐蚀5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素5.2.2玻璃的腐蚀5.2.3混凝土的腐蚀1.玻璃的组成和结构组成SiO2碱金属或碱土金属氧化物Al2O3B2O3等多种氧化物组成结构是经过熔融后的非晶相。5.2.2玻璃的腐蚀1.玻璃的组成和结构玻璃结构理论聚合物理论无规网络模型理论5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式1）溶解pH值对可溶性SiO2有影响5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式1）溶解pH值对可溶性SiO2影响的原因(1)在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥困难，因而溶解少而慢；(2)在碱性溶液中，Si—OH的形成容易，故溶解度大。5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式2）水解与腐蚀破坏Si—O—R(Na+、Ca2+等)键5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式2）水解与腐蚀在碱性溶液中氢氟酸的破坏5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式3）风化玻璃和大气的作用称为风化。现象在表面出现雾状薄膜，或者点状、细线状模糊物，有时出现彩虹。风化严重时，玻璃表面形成白霜，因而失去透明，甚至产生平板玻璃粘片现象。条件风化大都发生于玻璃储藏、运输过程中，温度、湿度比较高，通风不良的情况下；化学稳定性比较差的玻璃在大气和室温条件也能发生风化。5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式3）风化过程首先吸附大气中的水，在表面形成一层水膜。通常湿度越大，吸附水份越多。然后，吸附水中的H3O+或H+与玻璃中网络外阳离子进行式(5-7)的离子交换和式(5-9)的碱侵蚀，破坏硅氧骨架。5.2.2玻璃的腐蚀2.玻璃的几种腐蚀形式4）选择性腐蚀某些双相组织的玻璃在酸中会发生选择性腐蚀5.2.2玻璃的腐蚀第5章无机非金属材料的腐蚀5.1概述5.2无机非金属材料的腐蚀机理5.3陶瓷基复合材料的腐蚀5.2.1无机非金属材料腐蚀的影响因素5.2.2玻璃的腐蚀5.2.3混凝土的腐蚀5.2.3混凝土的腐蚀混凝土的腐蚀是一个很复杂的物理的、化学的过程混凝土的结构复杂常规混凝土是由水泥或其它胶结材料、水、粗骨料、细骨料和其他掺和料按适当比例配合、拌制而成的混合物，且经一定时间硬化而成的人造石材。混凝土的腐蚀环境复杂混凝土结构大多在室外遭受大气、河水、海水或土壤的腐蚀，而在地下或阴暗的场所，还有微生物腐蚀。造成其腐蚀的原因可能只是某一种因素，也可能足多种因素的共同作用。1.混凝土的结构及渗透性组成水泥等胶结材料各种粗细骨料其中骨料与胶结材料之间，添加物与胶结材料、骨料之间都存在着界面孔隙水分凝结。5.2.3混凝土的腐蚀1.混凝土的结构及渗透性水泥主要组元是氧化物CaO、A12O3、Fe2O3、SiO2是四种最基本、也是最主要的化学组分四种熟料矿物硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）少量的氧化钙、石膏和氧化镁等5.2.3混凝土的腐蚀1.混凝土的结构及渗透性水泥的水化过程三个步骤：凝胶、胶凝、硬化。5.2.3混凝土的腐蚀1.混凝土的结构及渗透性结构三级别二相结构三级别是混凝土结构、砂浆结构和水泥浆结构二相是固相和气相。气相对应着一个重要的结构参数即孔隙它的大小、分布和含量对混凝土的力学和耐蚀性能有着重要的影响。水泥石中的孔隙主要由凝胶孔、毛细孔和非毛细孔三部分组成。5.2.3混凝土的腐蚀1.混凝土的结构及渗透性孔隙与渗透之间的关系5.2.3混凝土的腐蚀2.混凝土腐蚀的环境液态主要的影响因素是pH值及阴离子类型气态大气中的水蒸汽在湿度较高时可凝聚成水膜，则有水的腐蚀海滨的大气中还含有海盐微尘，工业区的大气中含有酸性气体，将会加剧腐蚀。固态常温和无水的条件下，一般不具有腐蚀性，但是若固体吸湿而形成液相，则能加速腐蚀5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式分类物理腐蚀也称作浸析腐蚀，即水或水溶液从外部渗入混凝土结构，溶解其易溶的组分，从而破坏混凝土。化学腐蚀化学反应引起的腐蚀，即水或水溶液在混凝土表面或内部与混凝土某些组元发生化学变化，从而破坏混凝土。根据腐蚀产物的不同，化学腐蚀又可以分为酸性软水的腐蚀和结晶膨胀型腐蚀等。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式1）浸析腐蚀水泥中的Ca(OH)2被渗透水溶解而带走使混凝土产生浸析腐蚀影响因素混凝土单位面积允许带走的CaO的量c和渗透系数P提高混凝土寿命的措施使用含碱量高的混凝土水泥应有高的标号和好的质量。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式1）浸析腐蚀水泥砂浆和混凝土的强度损失将随石灰浸析量的增加而增加5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（1）中性化含有CO2的软水将会腐蚀波特兰水泥产物中的Ca(OH)2及CaCO3：此时混凝土发生碳化。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（1）中性化含有CO2的软水将会腐蚀波特兰水泥产物中的Ca(OH)2及CaCO3：此时混凝土发生碳化。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（1）中性化碳化的作用在某些条件下，混凝土的碳化会增加其密实性，提高混凝土的抗化学腐蚀能力；由于于碳化会降低混凝上内部的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，将给混凝土中钢筋的锈蚀带来不利的影响。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（1）中性化碳化的作用5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（1）中性化碳化的影响因素环境因素材料因素归根到底，最主要的是与影响浸析腐蚀相同的混凝土本身的密实性和碱性储备的大小，即混凝土的渗透性及其氢氧化钙等碱性物质含量的大小。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（1）中性化其他中性化5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（2）膨胀腐蚀膨胀腐蚀是指可溶性硫酸盐与水泥中的Ca(OH)2和水合产物发生化学反应造成的腐蚀。硫酸盐腐蚀产物的溶解度小，它们的沉淀如石膏和硫铝酸钙，其体积比它们所置换的混凝土成分的体积大，所导致的应力可加剧混凝土的破坏。5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（2）膨胀腐蚀5.2.3混凝土的腐蚀3.混凝土腐蚀的形式2）化学腐蚀（2）膨胀腐蚀波特兰水泥的膨胀腐蚀与

的浓度有关，只有水中

的浓度小于300mg·L‑1腐蚀性才低微5.2.3混凝土的腐蚀第5章无机非金属材料的腐蚀5.1概述5.2无机非金属材料的腐蚀机理5.3陶瓷基复合材料的腐蚀材料热稳定性的影响因素：组元的熔点、分解温度、与周围环境的反应组元分类：氧化物不氧化，可熔化Si的非氧化物氧化形成保护层其他非氧化物抗氧能力差5.3陶瓷基复合材料的腐蚀SiC和Si3N4氧化的特征是发生由钝态向活性转变，其标志是SiO2的分解和气化：这种转变由温度

和氧偏压决定5.3陶瓷基复合材料的腐