无机非金属材料腐蚀的影响因素

影响无机非金属材料耐蚀性能的因素无外乎内在因素和外界环境两类,其中内在因素包括材料的化学成分和矿物组成、材料的相结构等,无机非金属材料一般只在强腐蚀环境下才能受到严重的腐蚀,因此外界环境中腐蚀介质状况对其影响最严重。

1.材料的化学成分和矿物组成

硅酸盐材料成分中以酸性氧化物SiO 为主,它们耐酸而不耐碱,当SiO (尤其是无定型SiO )与碱液接触时发生如下反应而受到腐蚀

所生成的硅酸钠易溶于水及碱液中。

SiO 含量较高的耐酸材料,除氢氟酸和高温磷酸外,它能耐所有无机酸的腐蚀。温度高于300℃的磷酸和任何浓度的氢氟酸都会对SiO 发生作用

一般情况下,材料中SiO 的含量越高耐酸性越强,SiO 质量分数低于55%的天然及人造硅酸盐材料是不耐酸的,但也有例外。例如,铸石中只含质量分数为55%左右的SiO ,而它的耐蚀性却很好;红砖中SiO 的含量很高,质量分数达60%~80%,却没有耐酸性。这是因为硅酸盐材料的耐酸性不仅与化学组成有关,而且与矿物组成有关。铸石中的SiO 与Al 、Fe 等在高温下形成耐腐蚀性很强的矿物——普通辉石,所以虽然SiO 的质量分数低于55%却有很强的耐腐蚀性。红砖中SiO 的含量尽管很高,但是以无定型状态存在,所以没有耐酸性。如将红砖在较高的温度下煅烧,使之烧结,就具有较高的耐酸性。这是因为在高温下SiO 与Al 形成具有高度耐酸性的新矿物——硅线石(Al ·2SiO )与莫来石(3Al ·2SiO ),并且其密度也增大。

含有大量碱性氧化物(CaO、MgO)的材料属于耐碱材料。它们与耐酸材料相反,完全不能抵抗酸类的作用。例如,由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥,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。由硅酸盐组成的普通陶瓷材料不耐氢氟酸和碱腐蚀,而一些新型陶瓷如高氧化铝陶瓷、氮化物陶瓷(如Si )、碳化物陶瓷(如SiC)等的耐腐蚀性能却明显提高。

2.材料的相结构与孔隙率

无机非金属材料的相结构由晶相、玻璃相和气相组成,晶相是固相,一般而言,玻璃相可以看做是过冷液相,因此陶瓷是包含着三态的混合体。

硅酸盐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。例如,结晶的二氧化硅(石英),虽属耐酸材料但也有一定的耐碱性,而无定形的二氧化硅就易溶于碱溶液中。具有晶体结构的熔铸辉绿岩也是如此,它比同一组成的无定形化合物具有更高的化学稳定性。

除熔融制品外,无机非金属材料或多或少总具有一定的孔隙率(气相)。孔隙会降低材料的耐腐蚀性,因为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,使得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。

如果在材料的表面及孔隙中腐蚀生成的化合物为不溶性的,则在某些场合它们能保护材料不再受到破坏,水玻璃耐酸胶泥的酸化处理就是一例。当孔隙为闭孔时,受腐蚀性介质的影响要比开口的孔隙小。因为当孔隙为开口时,腐蚀性液体容易透入材料内部。

3.腐蚀介质状况

硅酸盐材料的腐蚀速率似乎与酸的性质无关(除氢氟酸和高温磷酸外),而与酸的浓度有关。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。此外酸的黏度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度。例如,盐酸比同一浓度的硫酸黏度小,在同一时间内渗入材料的深度就大,其腐蚀作用也较硫酸强。同样,

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