第五章其他材料的失效.ppt
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第五章其他材料的失效.ppt
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第五章第五章其他材料的失效其他材料的失效非金属材料的失效非金属材料的失效电子器件的失效电子器件的失效金属材料金属材料非金属材料非金属材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料无机非金属材料:
玻璃、陶瓷、混凝土无机非金属材料:
玻璃、陶瓷、混凝土基本组成为有机高分子化合物基本组成为有机高分子化合物质量轻、绝缘性好、化学性能稳定、质量轻、绝缘性好、化学性能稳定、成型方法多成型方法多以硅酸盐化合物为主的材料以硅酸盐化合物为主的材料高熔点、高强度、高硬度、耐腐蚀、高熔点、高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、抗高温氧化耐磨损、抗高温氧化一种多相材料,由基体材料与增强材一种多相材料,由基体材料与增强材料复合而成料复合而成比强度、比模量高、化学稳定性好、比强度、比模量高、化学稳定性好、减摩、耐磨、自润滑性好减摩、耐磨、自润滑性好如:
玻璃纤维埋入环氧树脂中生成的如:
玻璃纤维埋入环氧树脂中生成的玻璃钢玻璃钢一、非金属材料的失效一、非金属材料的失效一、高分子材料的失效一、高分子材料的失效老化老化老化:
由于环境因素的物理、化学或生物作用,导老化:
由于环境因素的物理、化学或生物作用,导致其物理化学性能和机械性能逐渐退化,以至最终致其物理化学性能和机械性能逐渐退化,以至最终丧失使用功能的现象丧失使用功能的现象高分子材料的老化实质上是高分子的降解、交联及高分子材料的老化实质上是高分子的降解、交联及物理过程引起的次价键的破坏等过程物理过程引起的次价键的破坏等过程
(1)
(1)裂解裂解:
活性分子渗入高分子材料内部:
活性分子渗入高分子材料内部,与聚合物内分子发与聚合物内分子发生化学反应生化学反应,如氧化、水解等如氧化、水解等,使高分子主价键发生破坏裂解。
使高分子主价键发生破坏裂解。
(2)
(2)溶胀和溶解溶胀和溶解:
溶剂分子渗入材料内部,破坏分子间次价:
溶剂分子渗入材料内部,破坏分子间次价键键,与分子发生溶剂化作用与分子发生溶剂化作用,高聚物发生溶胀变形,软化高聚物发生溶胀变形,软化,强度下降。
线性高分子溶胀后可再进一步溶解。
强度下降。
线性高分子溶胀后可再进一步溶解。
(3)(3)应力开裂应力开裂:
在应力:
在应力(外力或残余应力外力或残余应力)和活性介质共同作和活性介质共同作用下用下,高聚物发生银纹高聚物发生银纹,并发展成为裂缝并发展成为裂缝,直至脆性断裂。
直至脆性断裂。
11、老化主要类型、老化主要类型(4)(4)光辐射破坏光辐射破坏高聚物受光照使化学键激发高聚物受光照使化学键激发,在在OO22或或H2O存在时发生化学氧化裂解。
存在时发生化学氧化裂解。
(6)(6)基底材料腐蚀破坏基底材料腐蚀破坏(如金属材料、衬里材料、涂层基底材如金属材料、衬里材料、涂层基底材料料)导致高聚物的破坏导致高聚物的破坏。
(5)(5)渗透溶解破坏渗透溶解破坏高聚物内部添加剂如增塑剂、稳定剂等在高聚物内部添加剂如增塑剂、稳定剂等在介质作用下可由内向外扩散、迁移、溶失介质作用下可由内向外扩散、迁移、溶失,使高聚物变质。
使高聚物变质。
工程机械橡胶密封件常见的失效形式工程机械橡胶密封件常见的失效形式老化老化:
橡胶化学结构发生改变橡胶化学结构发生改变,丧失原有性能造成密封失效丧失原有性能造成密封失效,占失效原占失效原因因20%20%左右左右使用或安装不当使用或安装不当:
造成密封性能得不到正常发挥或遭到损坏造成密封性能得不到正常发挥或遭到损坏,占失占失效原因效原因5%5%左右左右撕裂撕裂:
橡胶密封件承受不了高压液体或气体的压力而被机械性破坏橡胶密封件承受不了高压液体或气体的压力而被机械性破坏,占失效原因占失效原因20%20%左右左右磨损磨损:
用于动密封处的密封件因与其他零件的相对运动用于动密封处的密封件因与其他零件的相对运动,其密封尺寸其密封尺寸磨损后丧失磨损后丧失,占失效原因占失效原因30%30%左右左右变形变形:
橡胶密封件因长时间受压缩或拉伸橡胶密封件因长时间受压缩或拉伸,发生较大的塑性变形发生较大的塑性变形,失去失去其密封性能其密封性能,占失效原因占失效原因25%25%左右左右橡胶密封件在工程机械零件中所占的数量越来越多橡胶密封件在工程机械零件中所占的数量越来越多,据资料介绍据资料介绍,因橡胶密封因橡胶密封件失效引起的机械故障比例占到件失效引起的机械故障比例占到10%10%30%30%橡胶件三种常见典型断口橡胶件三种常见典型断口脆性断口脆性断口韧性断口韧性断口创伤断口创伤断口创伤断口创伤断口韧性断口韧性断口脆性断口脆性断口高分子破坏的表现高分子破坏的表现表面形态和色泽的改变表面形态和色泽的改变:
污渍、斑点、失泽、变色:
污渍、斑点、失泽、变色物理性能的改变物理性能的改变:
溶解性、溶胀性、流变性、耐温性、渗:
溶解性、溶胀性、流变性、耐温性、渗透性透性力学性能的改变力学性能的改变:
拉伸、弯曲、冲击强度的变化:
拉伸、弯曲、冲击强度的变化电学性能的变化电学性能的变化:
介电常数、绝缘性能的变化:
介电常数、绝缘性能的变化夏季轮胎爆胎:
高温夏季轮胎爆胎:
高温封隔器胶筒封隔器胶筒条件腐蚀前130,1MPa130,3.5MPa175,3.5MPa200,9MPa外观微观结构强度MPa15.212.56.33.50氟橡胶耐氟橡胶耐H2S腐蚀性试验腐蚀性试验时间时间/小时小时720h螺杆泵定子橡胶表面形貌螺杆泵定子橡胶表面形貌区区区区区区区区区区磨损中期磨损中期较深裂纹较深裂纹尚未脱落片层尚未脱落片层裂纹较深裂纹较深磨损后期磨损后期磨损初期磨损初期厚处内表面形貌图厚处内表面形貌图磨损情况磨损情况耐酸碱涂料耐酸碱涂料Hj133/Hj134复合涂层复合涂层玻璃鳞片涂料玻璃鳞片涂料6060静态条件:
油、水、静态条件:
油、水、COCO22油水界面处油水界面处导致老化的因素有:
导致老化的因素有:
o紫外线:
分子链断链或交联紫外线:
分子链断链或交联o氧气、臭氧:
与分子链上不饱和双键反应氧气、臭氧:
与分子链上不饱和双键反应o温度:
高温使橡胶发生热裂解或交联,同时加速橡胶主温度:
高温使橡胶发生热裂解或交联,同时加速橡胶主助剂的分解和散失助剂的分解和散失o机械应力机械应力o水、特种介质水、特种介质o生物降解生物降解高聚物材料高聚物材料环境作用环境作用介质渗入介质渗入化学反应化学反应溶剂化溶剂化开裂破坏开裂破坏渗透渗透/溶出溶出/迁移迁移温度温度/时间时间.影响影响:
温度、温度、力学、力学、光照、光照、浓度、浓度、流速流速.外观、外观、力学、力学、物性物性分解分解氧化氧化水解水解取代取代交联交联裂解裂解溶胀溶胀溶解溶解银银纹纹开裂开裂二、无机非金属材料的失效二、无机非金属材料的失效腐蚀腐蚀种类繁多种类繁多天然材料天然材料(岩石岩石,石棉石棉)合成材料(铸石,陶瓷,混凝土合成材料(铸石,陶瓷,混凝土,玻璃玻璃,石墨等)石墨等)无机材料在环境作用下的腐蚀破坏无机材料在环境作用下的腐蚀破坏表面腐蚀表面腐蚀内部腐蚀内部腐蚀水泥老化水泥老化岩石的风化岩石的风化失去象牙的野象失去象牙的野象岩石的风化岩石的风化追逐猎物的雄狮追逐猎物的雄狮11、表面腐蚀、表面腐蚀无机材料主要有酸性氧化物无机材料主要有酸性氧化物SiOSiO22,碱性氧化物碱性氧化物CaOCaO一般酸性氧化物耐酸而不耐碱一般酸性氧化物耐酸而不耐碱SiOSiO22+2NaOH+2NaOHNaNa22SiOSiO33+H+H22OO生成物生成物NaNa22SiOSiO33易溶于易溶于HH22OO和碱和碱材料破坏材料破坏特殊情况:
硅酸盐在HF和高温H3PO4(300)受到腐蚀:
SiO2+4HFSiF4+H2OSiF4+2HFH2(SiF6)氟硅酸H3PO4HPO3+H2O2HPO3P2O5+H2OSiO2+P2O5SiP2O7焦磷酸硅217碱性氧化物碱性氧化物,耐碱不耐酸。
耐碱不耐酸。
硅酸盐水泥:
硅酸盐水泥:
CaOCaO646467%,SiO67%,SiO22212124%,Al24%,Al22OO33447%,Fe7%,Fe22OO33224%4%。
其中其中CaOCaO的硬化物的硬化物Ca(OH)Ca(OH)22与酸接触发生与酸接触发生腐蚀反应。
反应生成溶于水或难溶于水的钙盐而破坏。
不同腐蚀反应。
反应生成溶于水或难溶于水的钙盐而破坏。
不同的酸可生成不同的腐蚀产物。
的酸可生成不同的腐蚀产物。
水泥有较强的抗碱能力水泥有较强的抗碱能力,NaOHNaOH对硅酸水泥的表面腐蚀对硅酸水泥的表面腐蚀,主要主要是与水泥中铝酸盐发生反应,是与水泥中铝酸盐发生反应,而使水泥发生腐蚀破坏。
而使水泥发生腐蚀破坏。
22、内部腐蚀、内部腐蚀由于硅酸盐材料由于硅酸盐材料(除了熔融品除了熔融品,如玻璃如玻璃,铸石外铸石外)均有相均有相当的孔隙当的孔隙,腐蚀介质很容易进入内部腐蚀介质很容易进入内部,内部接触面积大内部接触面积大,腐腐蚀反应快速蚀反应快速,其产物在内部结晶、积聚,使聚合物材料发生其产物在内部结晶、积聚,使聚合物材料发生物理破坏。
如材料的膨胀物理破坏。
如材料的膨胀,内部应力开裂等。
内部应力开裂等。
混凝土和混凝土和NaOHNaOH接触接触,因因NaOHNaOH吸收到空气中的吸收到空气中的COCO22,则有:
则有:
2NaOH+CO2NaOH+CO22NaNa22COCO33HH22OOCa(OH)Ca(OH)22+CO+CO22CaCa22COCO33HH22OO膨胀性结晶膨胀性结晶混凝土开裂混凝土开裂硫酸盐如硫酸盐如NaNa22SOSO44,CaSO,CaSO44,MgSO,MgSO44等可渗入混凝土等可渗入混凝土,在内部生成腐在内部生成腐蚀产物蚀产物:
Ca(OH)Ca(OH)22+MgSO+MgSO44+2H+2H22OOCaSOCaSO442H2H22O+Mg(OH)O+Mg(OH)22Ca(OH)Ca(OH)22CaSOCaSO442H2H22OO体积增体积增22倍倍,混凝土混凝土膨胀开裂。
膨胀开裂。
2(3CaO2(3CaOAlAl22OO3312H12H22O)+3(NaO)+3(Na22SOSO44HH22O)+10HO)+10H22OO3CaO3CaOAlAl22OO333CaSO3CaSO4431H31H22O+2Al(OH)O+2Al(OH)33+6NaOH+6NaOH大量结晶水大量结晶水,无机材料胀裂无机材料胀裂钢筋钢筋/混凝土破坏混凝土破坏化学开裂和电化学腐蚀共同作用化学开裂和电化学腐蚀共同作用HH22OOOO22COCO22ClCl-FeFe+海工混凝土开裂海工混凝土开裂33影响因素影响因素
(1)
(1)材料成份材料成份水泥中水泥中SiOSiO22含量低含量低55%55%不耐酸;碱性氧不耐酸;碱性氧化物含量高化物含量高耐酸腐蚀能力下降。
耐酸腐蚀能力下降。
(2)
(2)材料结构、形态材料结构、形态晶体材料耐蚀性比无定形材料好晶体材料耐蚀性比无定形材料好,如晶体如晶体SiOSiO22(石英石英)耐蚀强耐蚀强,而且耐碱。
而不定形而且耐碱。
而不定形SiOSiO22容易溶于容易溶于碱。
晶态结构化学稳定性好。
孔隙越大碱。
晶态结构化学稳定性好。
孔隙越大,越易发生内部腐蚀越易发生内部腐蚀,加密剂可提高耐蚀性。
加密剂可提高耐蚀性。
(3)(3)环境因素环境因素介质粘度大介质粘度大,内部腐蚀小内部腐蚀小,如腐蚀性如腐蚀性HClHClHH22SOSO44。
当干湿交替或环境温度变化大当干湿交替或环境温度变化大,对材料破坏大。
在化对材料破坏大。
在化工环境中工环境中,如氯化铵、销酸铵、尿素厂房易吸潮如氯化铵、销酸铵、尿素厂房易吸潮,可使混凝土可使混凝土结构的厂房快速破坏。
温度低结构的厂房快速破坏。
温度低,有些盐溶液和化学腐蚀产物会有些盐溶液和化学腐蚀产物会重结晶重结晶,混凝土结构的物理腐蚀破坏。
混凝土结构的物理腐蚀破坏。
4.4.无机非
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- 第五 其他 材料 失效