材料表面工程技術(shù)-2基礎(chǔ)理論及概念ppt課件

.,第二章表面工程技術(shù)的基本概念和基礎(chǔ)理論,固體材料及其表面材料磨損原理及其耐磨性金屬腐蝕原理與防護(hù)技術(shù),.,1固體材料及其表面,表面：將固相和氣相之間的分界面界面：把固相之間的分界面相界面：不同凝聚相之間的分界面晶界：同一相之間的分界面稱為微晶：晶粒尺寸小到微米級(jí)以下的晶粒非晶態(tài)：當(dāng)晶粒尺寸小到1nm數(shù)量級(jí)時(shí)，則晶體結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程有序消失,.,一、典型固體表面理想表面可以想象為無限晶體中插進(jìn)一個(gè)平面，將其分成兩部分后所形成的表面，并認(rèn)為半無限晶體中的原子位置和電子密度都和原來的無限晶體一樣。,.,潔凈表面：材料表層化學(xué)成分仍與體內(nèi)相同。氣相沉積和微細(xì)加工。清潔表面：指零件經(jīng)過清洗后的表面，與潔凈表面相比較易實(shí)現(xiàn)。涂層和鍍膜。機(jī)械加工過的表面：波紋度、粗糙度一般表面：除金以外，零件經(jīng)過機(jī)械加工后，表面上有各種氧化物覆蓋。,.,.,二、典型固體界面基于固相晶粒尺寸和微觀結(jié)構(gòu)差異形成的界面,.,基于固相組織或晶體結(jié)構(gòu)差異形成的界面珠光體中鐵素體和滲碳體表面淬火：表面淬火態(tài)（馬氏體）、心部退火態(tài)基于固相宏觀成分差異形成的界面冶金結(jié)合界面：激光熔覆、堆焊、噴焊擴(kuò)散結(jié)合界面：熱擴(kuò)滲、離子注入外延生長(zhǎng)界面：化學(xué)氣相沉積、電鍍化學(xué)鍵結(jié)合界面：物理和化學(xué)氣相沉積、離子注入、熱擴(kuò)滲、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化、化學(xué)氧化分子鍵結(jié)合界面：部分物理氣相沉積、涂裝機(jī)械結(jié)合界面：熱噴涂、包鍍,.,三、表面擴(kuò)散：由于表面原子受約束程度比晶界或體內(nèi)要低得多，原子在表面遷移時(shí)所需克服的能壘也就小得多。因此，表面擴(kuò)散在表面工程技術(shù)中的薄膜形核、長(zhǎng)大過程中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。四、表面能及表面張力表面能：指材料表面的內(nèi)能，它包括原子的動(dòng)能、原子間的勢(shì)能以及原子中原子核和電子的動(dòng)能和勢(shì)能等。表面張力：是表面能的一種物理表現(xiàn)，是由于原子間的作用力以及在表面和內(nèi)部的排列狀態(tài)的差別而引起的。,.,五、固體表面的物理吸附和化學(xué)吸附吸附的基本特性物理吸附中固體表面與被吸附分子之間的力是范德華力?；瘜W(xué)吸附中，吸附原子與固體表面之間的結(jié)合力和化合物中原子間形成化學(xué)鍵的力相似，比范德華力大得多。固體對(duì)氣體的吸附：物理吸附、化學(xué)吸附、物理化學(xué)并存。氣相沉積，熱擴(kuò)滲。固體對(duì)液體的吸附：物理吸附、化學(xué)吸附。電鍍，潤(rùn)滑油。固體表面之間的吸附吸附對(duì)材料力學(xué)性能的影響萊賓杰爾效應(yīng),.,萊賓杰爾效應(yīng),由于環(huán)境介質(zhì)的作用，材料的強(qiáng)度、塑性、耐磨性等力學(xué)性能大大降低。一種是不可逆物理過程與物理化學(xué)過程引起的效應(yīng)，如各種形式的腐蝕等，它與化學(xué)、電化學(xué)過程及反應(yīng)有關(guān)。腐蝕并不改變材料的力學(xué)性能，而是逐漸均勻地減小受載件的尺寸，結(jié)果使危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力增大，當(dāng)超過允許值時(shí)便發(fā)生斷裂；另一種是可逆物理過程和可逆物理化學(xué)過程引起的效應(yīng)，這些過程降低固體表面自由能，并不同程度地改變材料本身的力學(xué)性能。因環(huán)境介質(zhì)的影響及表面自由能減少導(dǎo)致固體強(qiáng)度、塑性降低的現(xiàn)象，稱為萊賓杰爾效應(yīng)。,.,萊賓杰爾效應(yīng)特征：環(huán)境介質(zhì)的影響有很明顯的化學(xué)特征。只要很少量的表面活性物質(zhì)就可以產(chǎn)生萊賓杰爾效應(yīng)。表面活性熔融物的作用十分迅速。表面活性物質(zhì)的影響是可逆的，即從固體表面去除活性物質(zhì)后，它的力學(xué)性能一般會(huì)完全恢復(fù)。萊賓杰爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要拉應(yīng)力和表面活性物質(zhì)同時(shí)起作用。萊賓杰爾效應(yīng)的本質(zhì)：是金屬表面對(duì)活性介質(zhì)的吸附，使表面原子的不飽和鍵得到補(bǔ)償，使表面能降低，改變了表面原子間的相互作用，使金屬的表面強(qiáng)度降低。,.,六、固體表面的潤(rùn)濕潤(rùn)濕現(xiàn)象與機(jī)理鋪展系數(shù)潤(rùn)濕理論的應(yīng)用,.,潤(rùn)濕現(xiàn)象與機(jī)理液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤(rùn)濕。,.,90，不潤(rùn)濕。角越大，潤(rùn)濕性越不好，液體越不容易在固體表面上鋪展開，并越容易收縮至接近呈圓球狀。0和180，完全潤(rùn)濕和完全不潤(rùn)濕。角的大小，與界面張力有關(guān)。,.,SGSL，cos為正值，90，不潤(rùn)濕；SL越大或SG越小，角越大，不潤(rùn)濕程度越嚴(yán)重。表面能高的固體比表面能低的固體更易被液體所潤(rùn)濕。,.,分析潤(rùn)濕與否取決于液體分子間相互吸引力(內(nèi)聚力)和液-固分子間吸引力(粘附力)的相對(duì)大小。若液-固粘附力較大，則液體在固體表面鋪展，呈潤(rùn)濕；若液體內(nèi)聚力占優(yōu)勢(shì)則不鋪展，呈不潤(rùn)濕。,.,鋪展系數(shù)表面熱力學(xué)中，定義液體在固體表面的鋪展系數(shù)為SL/S0，鋪展。SL/S0，不鋪展。粗糙表面的鋪展系數(shù)遠(yuǎn)大于光滑表面。,.,潤(rùn)濕理論的應(yīng)用在表面重熔、表面合金化、表面覆層及涂裝等技術(shù)中，都希望得到大的鋪展系數(shù)。利用潤(rùn)濕現(xiàn)象的另一個(gè)典型范例是不粘鍋的表面“不粘”涂層。,.,2材料磨損原理及其耐磨性,磨損是材料三大主要失效形式之一(屈服、斷裂)。耐磨性受到摩擦學(xué)系統(tǒng)中接觸條件、工況、環(huán)境、介質(zhì)等多方面因素的影響，是一個(gè)系統(tǒng)性質(zhì)。材料的磨損始于表面，表面性能是決定材料耐磨性的關(guān)鍵。而磨損失效過程和方式的不同，對(duì)材料表面所要求的性能相差很大。,.,一固體材料的摩擦與磨損,固體材料的摩擦與磨損粘著磨損、潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑磨粒磨損其他磨損,.,固體材料的摩擦與磨損相互接觸的物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力，稱為摩擦。摩擦存在于固體、氣體和液體之間。材料的磨損則指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)摩擦過程中不斷產(chǎn)生損失或殘余變形的現(xiàn)象。摩擦學(xué)三“定律”摩擦力與兩接觸體之間的表觀接觸面積無關(guān)(第一定律)；摩擦力與兩接觸體之間的法向載荷成正比(第二定律)；兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體表面的界面滑動(dòng)摩擦阻力與滑動(dòng)速度無關(guān)(第三定律)。F=N,.,摩擦與磨損的分類摩擦的分類干摩擦、邊界潤(rùn)滑摩擦、流體潤(rùn)滑摩擦、滾動(dòng)摩擦。,.,干摩擦，無潤(rùn)滑摩擦：經(jīng)常發(fā)生于制動(dòng)器、摩擦傳動(dòng)和紡織、食品、化工機(jī)械和在高溫條件下工作的零部件中。在這些工況下，不允許使用潤(rùn)滑劑。邊界潤(rùn)滑摩擦：兩接觸表面被一層很薄的油膜隔開(厚度可從一個(gè)分子層到0.1m)。該邊界層或邊界膜可使摩擦力降低210倍，并使表面磨損顯著減少。流體潤(rùn)滑摩擦：對(duì)摩表面完全被油膜隔開，靠油膜的壓力平衡外載荷。油膜厚度越大，固體表面對(duì)遠(yuǎn)離它的油分子影響越小。在流體潤(rùn)滑中，摩擦阻力決定于潤(rùn)滑油的內(nèi)摩擦系數(shù)(粘度)。摩擦力大小與接觸表面的狀況無關(guān)。滾動(dòng)摩擦：滾動(dòng)摩擦與滑動(dòng)摩擦狀況和機(jī)理差別很大，摩擦系數(shù)也比滑動(dòng)摩擦系數(shù)小得多。,.,磨損的分類粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損、沖蝕(包括氣蝕)磨損、高溫磨損,.,.,二粘著磨損、潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑,粘著磨損機(jī)理機(jī)械加工過的零件表面存在一定的粗糙度，即在金屬表面隨機(jī)分布著大小不等的微凸體。當(dāng)潤(rùn)滑油膜不能完全覆蓋這些微凸體時(shí)，接觸將在微凸體之間發(fā)生，而不會(huì)像理想光滑表面那樣形成圓形、橢圓形或其它規(guī)則形狀的接觸面積，如圖2-6所示。這樣會(huì)導(dǎo)致接觸應(yīng)力產(chǎn)生調(diào)幅分布，即：一個(gè)較大范圍的應(yīng)力場(chǎng)，變成了很多分散的微觀應(yīng)力場(chǎng)，每一個(gè)應(yīng)力峰對(duì)應(yīng)一個(gè)微凸體的接觸點(diǎn)，如圖2-7所示。由于實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于名義接觸面積，每一個(gè)微凸體上將承受更大載荷。,.,.,當(dāng)接觸表面相互壓緊時(shí)，由于微凸體間的接觸面積小，承受的壓力很高，足以引起塑性變形和“冷焊”現(xiàn)象。這樣形成的焊合點(diǎn)因表面的相對(duì)滑動(dòng)而被剪斷，相應(yīng)的力量構(gòu)成摩擦力的粘著分量。此外，較硬表面的微凸體對(duì)于較軟材料會(huì)造成犁削作用，從而構(gòu)成摩擦力的犁削分量。摩擦力可近似表示為:材料的正壓力可表示為：摩擦系數(shù)為:,.,流體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑單個(gè)微凸體，對(duì)摩材料表面微凸體簡(jiǎn)化為平面。粘著磨損：(1)硬金屬和軟金屬摩擦副硬金屬表面的微凸體將壓人軟金屬表面，剪切斷裂發(fā)生在軟金屬一側(cè)。焊合點(diǎn)抗剪強(qiáng)度較低，接觸面積較大，摩擦力亦較大，如圖2-8a所示。(2)硬金屬與硬金屬摩擦副兩者有較小的接觸表面。剪切斷裂發(fā)生在兩種材料的界面附近區(qū)域。接觸面積雖小，但抗剪強(qiáng)度很高，因此摩擦力也很大，如圖2-8b所示。(3)潤(rùn)滑條件下的摩擦副最合適的耐磨材料體系應(yīng)該同時(shí)具有高的硬度和低的抗剪強(qiáng)度。達(dá)不到。如果在兩種材料之間加入一層潤(rùn)滑油膜，則兩個(gè)固體材料之間的剪切就可轉(zhuǎn)變成油膜內(nèi)部的“內(nèi)摩擦”。當(dāng)摩擦副表面的微凸體完全被油膜隔開，即處于流體潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)(如圖2-8c所示)，摩擦系數(shù)主要決定于潤(rùn)滑油的粘度，大約在0.001-0.01之間，因此可以大幅度減少磨損，延長(zhǎng)零件使用壽命。流體潤(rùn)滑：流體動(dòng)壓潤(rùn)滑，彈流潤(rùn)滑。后者比前者的摩擦系數(shù)高得多。,.,.,如果油膜潤(rùn)滑零件承受的壓力太大，零件運(yùn)行速度太低，或表面粗糙度太高，將會(huì)發(fā)生油膜刺穿現(xiàn)象，即發(fā)生微凸體之間的接觸而導(dǎo)致磨損的增加。此時(shí)的磨損狀態(tài)稱為邊界潤(rùn)滑。,.,固體潤(rùn)滑許多機(jī)械零件要求在高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化、強(qiáng)輻射等苛刻條件下工作，一般流體潤(rùn)滑已無法滿足要求。人們不得不尋找新的潤(rùn)滑材料和方法。固體潤(rùn)滑就是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生的。它是利用剪切力低的固體材料來減少接觸表面之間摩擦與磨損的一種潤(rùn)滑方式。固體潤(rùn)滑的方法大致可分為三類：使用固體粉末、固體覆膜和制成自潤(rùn)滑復(fù)合材料。,.,(1)固體粉末潤(rùn)滑固體潤(rùn)滑材料為粉末形式。它們可以作為潤(rùn)滑油的添加劑混入油中；或把固體粉末放在需要潤(rùn)滑部件的密封箱中，利用轉(zhuǎn)動(dòng)部件使粉末飛揚(yáng)起來，再落到摩擦表面上，達(dá)到潤(rùn)滑的效果；或制成懸浮液(如用酒精)，浸漬在多孔的燒結(jié)材料中，作成具有自潤(rùn)滑性能的零件。也可把懸浮液噴涂或刷抹在零件表面進(jìn)行潤(rùn)滑。,.,(2)固體潤(rùn)滑覆膜固體潤(rùn)滑覆膜有以下三類粘結(jié)固體潤(rùn)滑膜(簡(jiǎn)稱干膜)。將固體潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑(可用各種樹脂、無機(jī)物、金屬或陶瓷)混合，用溶劑溶解，攪拌均勻，用噴槍噴涂或涂抹在零件表面，待干燥后即成干膜?；瘜W(xué)反應(yīng)法固體潤(rùn)滑膜。用化學(xué)反應(yīng)法形成固體潤(rùn)滑膜，這類潤(rùn)滑膜種類很多，主要包括表面硫化處理、磷化處理和氧化處理等。處理后可在鋼鐵表面形成具有低抗剪強(qiáng)度的硫化鐵膜、磷酸鹽膜和氧化膜。電鍍和氣相沉積方法形成固體潤(rùn)滑膜。這類方法也很多，電鍍包括槽鍍和刷鍍；氣相沉積包括化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積。,.,(3)自潤(rùn)滑復(fù)合材料自潤(rùn)滑復(fù)合材料包括：金屬基復(fù)合材料：將固體潤(rùn)滑劑粉末與金屬粉相混合，經(jīng)壓制、燒結(jié)而成。塑料基復(fù)合材料：由各種塑料與固體潤(rùn)滑劑按比例組合，可以構(gòu)成很多種塑料復(fù)合材料。塑料輕，耐腐蝕，易加工成型，具有潤(rùn)滑性和吸收沖擊性等優(yōu)點(diǎn)。碳基復(fù)合材料：用焦炭、石墨、碳墨為原料，混以瀝青焦油、合成樹脂等粘結(jié)劑，經(jīng)擠壓成形后燒結(jié)，形成多孔復(fù)合材料。,.,.,.,(4)影響固體材料粘著磨損性能的因素有：1)潤(rùn)滑條件或環(huán)境。在真空條件下大多數(shù)金屬的磨損是極其嚴(yán)重的。除了金以外，在大氣條件下，許多金屬在經(jīng)過切削或磨削后，潔凈的表面在5min內(nèi)就產(chǎn)生一層550分子層的氧化膜，它在防止粘著方面有重大作用。而良好的潤(rùn)滑條件更是降低粘著磨損的重要保障。2)硬度。嚴(yán)格地說，應(yīng)該是對(duì)摩擦副材料的硬度而言。材料的硬度越高，耐磨性越好。材料體系一定時(shí)，可采用涂層或其它表面處理工藝。,.,3)晶體結(jié)構(gòu)和晶體的互溶性。其它條件相同時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)為密排六方的材料摩擦系數(shù)最低，磨損率也最低，面心立方材料次之，體心立方材料最高。冶金上互溶性好的一對(duì)金屬摩擦副摩擦系數(shù)和磨損率高。周期表上相距較遠(yuǎn)的元素不易互溶，也不易粘著。4)溫度。溫度對(duì)磨損的影響是間接的。例如，溫度升高，材料硬度下降，摩擦副互溶性增加，磨損加??；溫度上升，材料的氧化速率增加，也可影響磨損性能。,.,三磨粒磨損,磨粒磨損過程中材料的去除機(jī)理如果將被磨損材料簡(jiǎn)化為一種不產(chǎn)生任何塑性變形的絕對(duì)剛體，將硬質(zhì)磨粒簡(jiǎn)化為一個(gè)三角錐體，并將磨損過程視為簡(jiǎn)單的滑動(dòng)過程，如圖2-11a所示。則在該錐體作用下，滑動(dòng)一定距離所磨損掉的材料體積V與所施加載荷P被磨材料的硬度H及滑動(dòng)距離L的關(guān)系為磨粒磨損過程中存在塑性變形和斷裂兩種去除機(jī)理。當(dāng)磨粒與塑性材料表面接觸時(shí)，主要發(fā)生顯微切削、顯微犁溝兩種塑性變形的磨損方式。當(dāng)磨粒和脆性材料表面(如玻璃、陶瓷和碳化物等)接觸時(shí)，主要以表面斷裂破壞為主。,.,.,磨粒磨損過程的影響因素(1)磨粒特性的影響磨粒的硬度、形狀和粒度對(duì)材料的磨損過程均有影響。(2)材料力學(xué)性能與微觀組織的影響材料耐磨粒磨損性能主要決定于其硬度，尤其是磨損后材料的表面硬度，而與其它力學(xué)性能無必然關(guān)系。(3)工況和環(huán)境條件的影響工況與環(huán)境條件的影響因素主要指速度、載荷、磨損距離、磨粒沖擊角，以及環(huán)境濕度、溫度和腐蝕介質(zhì)等。,.,四其他磨損,疲勞磨損腐蝕磨損沖蝕磨損,.,提高零件耐磨性的途徑機(jī)械零件磨損失效過程復(fù)雜，受材料成分和性能、環(huán)境溫度和介質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造過程和工藝、設(shè)備安裝與使用等多種因素的影響。,.,工程結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)是提高零件耐磨性的基礎(chǔ)。產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理。在滿足工作條件的前提下，盡量降低對(duì)磨材料的交互作用力，否則，再優(yōu)良的耐磨材料也無法有效提高其磨損壽命，當(dāng)工程中發(fā)現(xiàn)某種零件的耐磨性很差時(shí)，首先要考慮的就是能否從設(shè)計(jì)原理上加以改進(jìn)，降低摩擦力或減小摩擦系數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)零件的重要性、維修難易程度、產(chǎn)品成本、使用特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn)等預(yù)先進(jìn)行綜合分析。,.,零件磨損機(jī)理預(yù)測(cè)、分析和耐磨材料的選擇正確選材必須弄清影響產(chǎn)品壽命的基本因素和磨損過程是否始終以同樣的磨損機(jī)理進(jìn)行等情況；確定材料在使用方面是否存在工藝性能、使用環(huán)境、力學(xué)性能、理化性能等方面的限制；確定材料是否能經(jīng)受住運(yùn)行中的載荷如接觸壓力等而不變形或無過分變形；確定零件表面溫度范圍、防止材料在摩擦過程中軟化與咬合；確定材料允許的最大載荷和滑動(dòng)速度；確定機(jī)件工作循環(huán)特性；確定允許的磨損失效形式和機(jī)械表面的損傷程度。,.,材料表面耐磨與減摩處理通過表面工程技術(shù)提高耐磨性一般從兩個(gè)方面著手：一是使表面具有良好的力學(xué)性能，如高硬度、高韌度等；二是設(shè)法降低材料表面的摩擦系數(shù)。,.,3金屬腐蝕原理與防護(hù)技術(shù),腐蝕就是材料與環(huán)境介質(zhì)作用而引起的惡化變質(zhì)或破壞。腐蝕對(duì)材料表面的損害不僅導(dǎo)致資源與能源的浪費(fèi)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且容易造成污染與事故，嚴(yán)重影響人民生活，甚至危及生命安全。所有的腐蝕破壞都是從損壞材料的表面開始的。要提高材料表面的耐腐蝕能力，必須先對(duì)金屬腐蝕原理與主要防護(hù)方式有一個(gè)基本了解。,.,一、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕原理,腐蝕的基本概念按照材料腐蝕原理的不同，可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是金屬在干燥的氣體介質(zhì)中或不導(dǎo)電的液體介質(zhì)中(如酒精、石油等)發(fā)生的腐蝕，腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。電化學(xué)腐蝕是指金屬在導(dǎo)電的液態(tài)介質(zhì)中因電化學(xué)作用導(dǎo)致的腐蝕，在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生,.,按環(huán)境不同，可將腐蝕分成三類：濕蝕(包括水溶液腐蝕、大氣腐蝕、土壤腐蝕和化學(xué)藥品腐蝕)、干蝕(包括高溫氧化、硫腐蝕、氫腐蝕、液態(tài)金屬腐蝕、熔鹽腐蝕、羧基腐蝕等)、微生物腐蝕(包括細(xì)菌腐蝕、真菌腐蝕、流化菌腐蝕、藻類腐蝕)。按腐蝕形態(tài)不同，可分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。,.,金屬化學(xué)腐蝕的基本原理當(dāng)裸金屬表面與干燥的空氣或氧氣接觸時(shí)，首先將在表面形成氧分子的物理吸附層，并迅速轉(zhuǎn)化為一層較為穩(wěn)定的化學(xué)吸附膜。隨著氧化過程的繼續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)物質(zhì)必須先通過膜層然后再與基體起反應(yīng)，氧化速度往往由傳質(zhì)過程所控制。在低溫和常溫時(shí)熱擴(kuò)散不能發(fā)生，只可能發(fā)生離子電遷移，此時(shí)膜的生長(zhǎng)速率較慢。在較高溫度時(shí)膜的增長(zhǎng)主要依靠熱擴(kuò)散.保持氧化膜完整的必要條件是：新生成的氧化物摩爾體積()必須大于氧化消耗掉的金屬的摩爾體積()。亦即如果或者M(jìn)/(xDM)的值大于1，則有可能生成比較完整致密的氧化膜，從而對(duì)金屬表面產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。當(dāng)膜覆蓋到一定程度時(shí)，可以對(duì)基體起到明顯的保護(hù)作用，氧化速度幾乎為零。另一方面，M/(xDM)的值不應(yīng)該太高。膜太厚，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力太大，容易導(dǎo)致膜層開裂，嚴(yán)重的甚至引起膜的鼓泡或剝落。,.,金屬氧化的動(dòng)力學(xué)過程有三種典型情況：(1)直線生長(zhǎng)規(guī)律(2)氧化膜的拋物線生長(zhǎng)規(guī)律(3)氧化膜的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)規(guī)律提高材料抗氧化能力的重要途徑就是改變材料的表面成分，使其氧化動(dòng)力學(xué)曲線呈對(duì)數(shù)變化。,.,金屬電化學(xué)腐蝕原理金屬材料與電解質(zhì)接觸，將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在界面處形成雙電層并建立相應(yīng)的電位。這種金屬電極與溶液界面之間存在的電位差就叫做金屬的電極電位。腐蝕電位值越負(fù)的金屬越容易腐蝕。,.,.,腐蝕原電池與腐蝕微電池如果把兩種電極電位不同的金屬同時(shí)放在同一種電解液中，并把它們用導(dǎo)線通過電流表連接起來，就組成了一個(gè)原電池。2H+2e2H2HH2Zn+2H+Zn2+H2,.,.,電化學(xué)腐蝕速率電流大小反映著腐蝕速度的大小。每一個(gè)步驟的電位降，反映著這一步驟阻滯作用的大小。根據(jù)各個(gè)步驟電壓降的大小及其在總電位差中所占的份額，可判定腐蝕過程中哪個(gè)步驟對(duì)抑止腐蝕起重要作用，即為腐蝕的控制步驟。控制步驟不僅對(duì)過程的速度起著主要作用，而且在一定程度上反映腐蝕過程的實(shí)質(zhì)。要減少腐蝕程度，最有效的方法就是設(shè)法影響其控制因素。,.,金屬作為陽極腐蝕時(shí)，失去的電子數(shù)越多，即流出的電量越大，金屬溶解或腐蝕程度就越大。金屬溶解量或腐蝕量與電量之間的關(guān)系服從法拉第定律：腐蝕速率K指金屬在單位時(shí)間、單位面積上所損失的質(zhì)量，若單位為g/(m2h)，則,.,二、金屬表面的極化、鈍化及活化,金屬表面的極化現(xiàn)象如果采用陰極和陽極的初始電位計(jì)算腐蝕速度，要比實(shí)際體系的腐蝕速度大幾十倍甚至幾百倍。腐蝕電池工作時(shí)，陰、陽極之間有電流通過，使得其電極電位值與初始電位值有一定的偏離，使陰、陽極之間的電位差比初始電位差要小得多，這種現(xiàn)象就稱為極化現(xiàn)象或極化作用。陰極極化時(shí)，隨著電流密度的增大，電極電位向負(fù)的方向變化；而陽極極化時(shí)，電極電位隨電流密度增大而向正的方向變化。,.,.,產(chǎn)生極化的機(jī)理總共有三種：即電化學(xué)極化、濃差極化和電阻極化。電化學(xué)極化由于電極上的電化學(xué)反應(yīng)速度小于電子運(yùn)動(dòng)速度而造成的極化。以陽極為例，如果金屬失去電子變?yōu)榻饘匐x子而進(jìn)入溶液的速度小于電子從陽極流出的速度，則在陽極上就會(huì)有過多的正電荷積累起來，導(dǎo)致電極表面金屬一側(cè)負(fù)電荷減少，即陽極電位向正方向變化，發(fā)生了陽極極化。電流密度越大，則在相同時(shí)間內(nèi)陽極上積累的正電荷就越多，電位越正，電極極化越大。,.,濃差極化由于溶液中的物質(zhì)擴(kuò)散速度小于電化學(xué)反應(yīng)速度而造成的極化。仍以陽極為例，金屬溶解變?yōu)殡x子后，首先進(jìn)入陽極表面附近的液體中，然后通過擴(kuò)散作用進(jìn)入溶液本體。如果離子向溶液本體中的擴(kuò)散速度小于電化學(xué)反應(yīng)生成離子的速度，那么在電極表面附近的液層中金屬離子濃度就會(huì)變大，由能斯特方程式(2-18)可知，金屬的電極電位必然會(huì)變正，即發(fā)生陽極極化。電流密度越大，電極反應(yīng)速度越快，則電極表面附近的離子濃度越高，陽極極化程度越大。,.,電阻極化由于在電極表面生成了具有保護(hù)作用的氧化膜、鈍化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等，它們的存在相當(dāng)于增大了體系的電阻，使電極反應(yīng)的進(jìn)行受到阻礙，因而使電極電位發(fā)生變化，即產(chǎn)生極化作用。電阻極化主要發(fā)生在陽極上，由于氧化膜或鈍化膜等的存在，使得在金屬表面積累了過多的正電荷，使電極電位向正方向變化，即發(fā)生陽極極化。,.,金屬表面的鈍化現(xiàn)象從熱力學(xué)上講，絕大多數(shù)金屬在一般環(huán)境下都會(huì)自發(fā)地發(fā)生腐蝕，可是在某些介質(zhì)環(huán)境下金屬表面會(huì)發(fā)生一種陽極反應(yīng)受阻的現(xiàn)象。這種由于金屬表面狀態(tài)的改變引起金屬表面活性的突然變化，使表面反應(yīng)(如金屬在酸中的溶解或在空氣中的腐蝕)速度急劇降低的現(xiàn)象，就稱為鈍化。,.,金屬與鈍化劑間自然作用而產(chǎn)生的鈍化現(xiàn)象，稱為自然鈍化或化學(xué)鈍化。如鉻、鋁、鈦等金屬在空氣中與氧作用而形成鈍態(tài)。如果在金屬表面上沉積出鹽層時(shí)，將對(duì)進(jìn)一步的表面反應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械阻隔作用，使表面反應(yīng)速度降低，這一現(xiàn)象被稱為機(jī)