《工程材料》PPT課件-(2)

1、工程材料的物理、化學(xué)性能及常用功能材料物理性能化學(xué)性能可以用電、磁、光和熱性能來描述耐腐蝕性和抗氧化性目的（1）了解材料常用的物理、化學(xué)性能特點(diǎn)，（2）了解結(jié)構(gòu)以及加工工藝對物理、化學(xué)性能的影響規(guī)律。1 電性能2 磁性能 3熱性能 4光學(xué)性能 工程材料的物理、化學(xué)性能及常用功能材料5腐蝕與氧化 1 電學(xué)性能 1 電學(xué)性能 2 磁學(xué)性能 2 磁學(xué)性能 3 熱學(xué)性能 材料受熱時(shí)，有三個(gè)重要的效應(yīng)：材料的吸熱、傳熱和熱膨脹材料受熱時(shí)，有三個(gè)重要的效應(yīng)：材料的吸熱、傳熱和熱膨脹一、熱容：一、熱容：Cp1mol固體溫度升高固體溫度升高1K所需的熱量所需的熱量二、熱導(dǎo)率：二、熱導(dǎo)率：兩個(gè)相距兩個(gè)相距1cm

2、，面積為，面積為1cm2的平行平面，如果這兩個(gè)平面的的平行平面，如果這兩個(gè)平面的溫度度溫度度1K，則在，則在1秒內(nèi)從一個(gè)平面?zhèn)鲗?dǎo)到另一個(gè)平面的熱量，秒內(nèi)從一個(gè)平面?zhèn)鲗?dǎo)到另一個(gè)平面的熱量，單位為單位為J/cm.s.k材料導(dǎo)熱性的好壞直接影響著材料的使用性能，如果零件材材料導(dǎo)熱性的好壞直接影響著材料的使用性能，如果零件材料的導(dǎo)熱性太差，則零件在加熱或冷卻時(shí)，由于表面和內(nèi)部產(chǎn)料的導(dǎo)熱性太差，則零件在加熱或冷卻時(shí)，由于表面和內(nèi)部產(chǎn)生溫差，膨脹不同，就會產(chǎn)生變形或裂紋。熱交換器等傳熱設(shè)生溫差，膨脹不同，就會產(chǎn)生變形或裂紋。熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件一般常用導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）來制造備的零部件一般

3、常用導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）來制造通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料 三、熱膨脹：三、熱膨脹：用線膨脹系數(shù)描述，即每升高用線膨脹系數(shù)描述，即每升高1K，在單位長度上的長度變化量，在單位長度上的長度變化量4 光學(xué)性能 太空探索氣象預(yù)測資源考察軍事偵察光學(xué)系統(tǒng)收集信息4 光學(xué)性能 材料在與特征光譜或連續(xù)光譜的光子發(fā)生交互作用時(shí)，表現(xiàn)出材料在與特征光譜或連續(xù)光譜的光子發(fā)生交互作用時(shí)，表現(xiàn)出一些很有應(yīng)用價(jià)值的光學(xué)性能一些很有應(yīng)用價(jià)值的光學(xué)性能一、吸收和透射一、吸收和透射如果光子不具有使電子激發(fā)到更高能級的能量，那么光子可以如果光子不具有使電子激發(fā)到更高

4、能級的能量，那么光子可以透過材料而不被吸收，這種材料就是透明的。光子是透射材料透過材料而不被吸收，這種材料就是透明的。光子是透射材料還被吸收，取決于光子能量和導(dǎo)帶與價(jià)帶間的能隙的關(guān)系還被吸收，取決于光子能量和導(dǎo)帶與價(jià)帶間的能隙的關(guān)系二、折射和反射二、折射和反射三、光學(xué)材料三、光學(xué)材料1、光導(dǎo)纖維：光在光電纖維中傳播的基本原量是全反射、光導(dǎo)纖維：光在光電纖維中傳播的基本原量是全反射2、光學(xué)薄膜：如增透膜、偏振膜、分光膜、濾光膜等、光學(xué)薄膜：如增透膜、偏振膜、分光膜、濾光膜等sinsinn5腐蝕與氧化 腐蝕材料與周圍環(huán)境介質(zhì)發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)而使其性能退化的現(xiàn)象。 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 是指材料與環(huán)

5、境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室受燃?xì)飧g、液壓管道受 化工產(chǎn)品侵蝕等是指材料在電解液中由于形成微電池而引起的腐蝕。是材料腐蝕的主要形式 5腐蝕與氧化 陰極反應(yīng) 2H+ + 2e- H2O2 + 2H2O + 4e- 4OH- O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 5腐蝕與氧化 兩極的形成方式(1) 兩種連接在一起的不同材料 5腐蝕與氧化 兩極的形成方式(2) 材料中存在兩種不同相或成分偏析區(qū)域與基體(3) 材料中存在局部殘余應(yīng)力，通常高應(yīng)力區(qū)呈陽極，低應(yīng)力區(qū)呈陰極。與之相似，當(dāng)晶粒不均勻時(shí)，具有較細(xì)晶粒的區(qū)域呈陽極，具有較粗晶粒的區(qū)域呈陰極。(4) 電解質(zhì)溶液中存在濃度差異通常與高

6、濃度的溶液相接觸的金屬呈陰極，與低濃度溶液相接觸的金屬呈陽極。 5腐蝕與氧化 提高耐腐蝕性途徑 （1）合金化工程上通過合金化來達(dá)到以下目的： 形成單相合金。 減小多相合金中組成相間的電極電位差。 使材料表面鈍化。例如形成致密的氧化膜。 （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可采取如下方法： 防止形成閉合回路。例如，當(dāng)鋼管與銅緊固件連接時(shí)，可使用塑料等使鋼管與銅緊固件之間保持電絕緣。 在連接的材料之間避免出現(xiàn)裂縫。5腐蝕與氧化 提高耐腐蝕性途徑 (3) 涂層涂層用來隔絕陽極區(qū)域與陰極區(qū)域。常用的有油脂、油漆、陶瓷以及金屬鍍層。(4) 陰極保護(hù)(5) 材料的選擇與熱處理通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧吓c適合的熱處理

7、制度，可以防止或減緩腐蝕。例如鑄件中的偏析會導(dǎo)致形成細(xì)小的電化學(xué)微電池，可以通過均勻化處理（擴(kuò)散退火）來改善耐腐蝕性能。 5腐蝕與氧化 耐熱性 熱穩(wěn)定性 ：是指材料在高溫下的抗氧化性。金屬在高溫下可與氧反應(yīng)，在表面生成氧化物薄膜。n M + m O2 Mn O2m 定義P-B比率 = M氧化物金屬/nM金屬氧化物 可將氧化物分為三類：多孔型氧化物與金屬的體積比率大于1，此時(shí)，氧化膜呈多孔狀，例如，鎂的氧化膜。致密型氧化物與金屬的體積比率接近1，此時(shí)，形成一種附著力強(qiáng)，無孔的，具有保護(hù)性能的氧化膜，例如，鋁或鉻的氧化膜。剝落型氧化物與金屬的體積比率小于1，此時(shí)，剛形成的氧化膜具有鈍化作用，然而，隨著氧化膜的增厚，在氧化膜與金屬間的界面處產(chǎn)生