🗊Презентация Пластмассы. Материалы, устойчивые против агрессивой среды

§ 3. Пластмассы – это материалы на основе полимеров. Полимеры – вещества, состоящие из макромолекул. Макромолекула – длинная цепочка из одинаковых звеньев.

недостатки: - прочность при нагреве не держится; - деградация свойств во времени (!)

На базе таких полимеров созданы термореактивные пластмассы На базе таких полимеров созданы термореактивные пластмассы Примеры: смолы полиэфирные, полиуретановые, эпоксидные, ... достоинства: - не нужно давление; - свойства малочувствительны к температуре и ко времени (!). недостатки: - сильная усадка 10-15 %; - очень хрупкие.

VI глава «Материалы, устойчивые к воздействию повышенной температуры и рабочей среды § 1. Материалы, устойчивые против агрессивной среды Коррозия – процесс постепенного повреждения металла, в результате электрохимического взаимодействия со средой. Материалы, устойчивые к коррозии разделяются по скорости коррозии (мм/год или г/) на 10 баллов: - совершенно стойкие – 1 балл (; у Ti – 1 мкм/год); - .........; - нестойкие (; стальная свая в зоне прибоя)

А. Электро-химическая коррозия  Особенности взаимодействия металла с электролитом

Ме А (более электроотрицательный) источник электронов анод «-» повреждается

в) металл+вода

Скорость электро-химической коррозии зависит от: - разницы катода и анода (чем больше эта разница, тем хуже); - состава среды - наличием или отсутствием стойкой плотно прилегающей оксидной плёнки: если такая плёнка образуется, то наступает явление пассивации (коррозия замедляется или полностью замедляется) Ti Al Cr Ni Mo W  Материалы, устойчивые против электро-химической коррозии (коррозионно-стойкие): а) - Cu, Ag, Pt, Au (благородные ; сами стойкие и в паре не повреждаются); - Ti, Al, Cr, Ni, Mo, W (пассивирующиеся; всё зависит от стойкости окисла, например, - отличный, а - не стоит в морской воде);

б) при содержании Cr > 12 % сталь приобретает способность к пассивации и становится нержавеющей; групп таких сталей всего две % Cr

в) защитные покрытия и устройства: - благородные металлы (покрытие электрических контактов Ag и Au); - покрытие более благородным металлом

Б. Химическая коррозия (газовая коррозия без влаги  влаги нет при высоких температурах)  Особенности взаимодействия металла с кислородом при повышенной температуре

Скорость окисления при химической коррозии зависит от: - проницаемости окисла малопроницаемы ,... наименее проницаемы окислы типа шпинели самые непроницаемые сложные окислы двух металлов - от плотности прилегания окисла к металлу: Окисел прилегает плотно, если: а) удельные объёмы окисла и Ме близкие: – окисел очень рыхлый (пропускает весь кислород); – окисел легко отслаивается б) близкие коэффициенты линейного расширения; в) шероховатость минимальна (плотнее прилегают друг к другу); г) нет внешнего нагружения.

Материалы, устойчивые против химической коррозии: - жаростойкие металлы Al до 400 Cu, Fe до 600 ; Cr до 800 ; ...; Pt до 1500 не стойки Ti, Mg, W, Mo - жаростойкие стали (сплавы)

При нагружении нагретого металла дислокации не могут удержаться на своих местах и будут постепенно перемещаться, такое явление называется ползучестью

Менее подвержены ползучести: - материалы с высокой (медленнее диффузия; атомы медленнее раскачиваются) и высоким E (труднее двигаться дислокациям)

VII глава «Материалы с высокой удельной прочностью § 1. Титан и его сплавы Титан по распространённости 4-ый в земной коре (после Al, Fe и Mg). А. Физико-химические свойства титана - две решётки: ГПУ (до 882 решётка Ti- (с/а = 1,587 [1,639])  «приплюснутая КР» и 12 систем скольжения) и ОЦК (свыше 882 решётка Ti- Е ~ 112000 МПа - немагнитен - электропроводность () и теплопроводность () плохие - высочайшая коррозионная стойкость в атмосфере, в морской воде, в концентрированных кислотах, в контакте с биологическими тканями - схватывается - очень склонен к газопоглощению ( с , с , со всеми газами  требуются защиты)

Ti - эталон сильнейшей химической связи Получение титана: «руда» Ti + сложнейшая технология (Cl, J, Mg, …)  титановая губка (полуфабрикат с заменёнными связями)  либо многократный переплав, либо размол+прессование+спекание. итог – высокая цена (!!!) +большое количество примесей Ti чистый (иодидный) – Ti технический – ВТ1-00 ВТ1-0 Б. Механические свойства титана

Титан вдвое прочнее железа; свойства титана очень сильно зависят от примесей; у титана нет хладноломкости В. Технологические свойства титана технологическая пластичность – хорошая (трубки, листы, проволока); обрабатываемость резанием – наитяжелейшая (большая твёрдость, сливная стружка + схатываемость, крайне низкая теплопроводность); инструмент необходимо менять раз в полчаса (победит) цена ! свариваемость – хорошая (с защитой от газа); литейные свойства – удовлетворительные (с защитой от газа) Применение алюминия: - титановая губка как газопоглотитель (геттер); - сосуды для сжиженных газов; - химическая промышленность (трубы); - протезы; - художественные цели. Г. Сплавы титана  легирование элементами -стабилизаторами элемент один - алюминий

упрочняющая Т.О. таких сплавов неприменима, т.к.: - при введении Al температура превращения повышается, поэтому при любой скорости охлаждения превращение протекает диффузионно  неравновесной структуры получить нельзя; - линию переменной растворимости использовать нельзя, т.к. фаза очень хрупкая.

 легирование элементами -стабилизаторами (Cr, Fe, Mn, V, Mo, Nb, Ta)

Ti + -упрочнители + Al – () сплавы титана

Заключение: () сплавы титана: лучше деформируются (т.к. решётка ОЦК), меньше чувствительны к водороду (т.к. идёт только в ), но хуже свариваются (т.к. две фазы) и менее хладостойки (т.к. – самая хладостойкая), а также имеют высокую цену. Итоги по всем Ti-сплавам: высокая У.П., а также коррозионная стойкость и немагнитность позволили использовать Ti сплавы для: - авиации; - ракетостроении; - подводных лодках; - химическом машиностроении (баки для опреснения: из нержавейки стоят полгода, из Ti сплавов – 10 лет); - инвалидные коляски; - спортивный инвентарь. Но есть ограничения в применении: - зона трения; - повышенные температуры (газопоглощение); - низкая теплопроводность (закалять можно только в небольших сечениях); - низкий Е (длинные детали делать нельзя из-за больших деформаций )

§ 2. Бериллий и его сплавы А. Физико-химические свойства бериллия - Е ~ 310000 МПа одна решётка ГПУ (с/а = 1,6 [1,639])  3 системы скольжения) удельная жёсткость У.Ж. = – это длина «одной атомной цепочки», которая порвётся под собственным весом. У.Ж. бериллия 16000 км (у Fe ~ 2600 км, у Ti ~ 2400 км) для гироскопических приборов - теплопроводность () - хорошая и теплоёмкость Ср ~ 20 Дж/моль – очень хорошая для тепловой защиты (тепловые обтекатели, закрылки, спусковые аппараты (на заре космонавтики) - скорость звука 12600 м/сек (на воздухе 300 м/сек, в Ме – 1000 м/сек) для акустических систем и музыкальных инструментов - высочайшая радиационная стойкость (не взаимодействует с нейтронами) как реакторный материал

Б. Механические свойства бериллия губка  многократный переплав  размол  спекание  горячее прессование  выдавливание прессованных заготовок горячее прессование + поры (!) выдавливание (!) В. Технологические свойства бериллия технологическая пластичность – никакая (специальные способы получения); обрабатываемость резанием – очень тяжёлая (из-за модуля); свариваемость –с защитой от газов; литейные свойства – никакие (трещины) токсичность (ПДК ~ 0,001 мг/) Г. Сплавы бериллия

§ 3. Композиционные материалы (КМ) КМ – материалы, с помощью специальных технологий в которых соединены разные составляющие; причём каждый компонент сохраняет химический состав, структуру и свойства.

Итоги: свойства Д.К.М. зависят от количества и размера частиц, но не зависят от свойств самих частиц Реально:, частиц должно быть немного, т.к., при )

Д.К.М. способны сохранять прочность до при условии, что частицы не будут растворяться в матрице при нагреве Примеры: Al матрица (лёгкая, коррозионно-стойкая) + (~15 %) Ni матрица + или (~ 2 %)

длинное волокно l/d > 30

Пример,