Свойства веществ и материалов в основных физико-химических процессах

Свойства материалов

К основным свойствам материалов относятся: физические, механические, электрические, технологические, потребительские. Они характеризуют функциональную пригодность материалов в изделии, позволяют судить об их технологичности как в производстве, так и при применении.

Физические свойства

Физические свойства, определенные стандартными методами с указанием состава, строения и структуры представляют собой стандартные справочные данные веществ и материал.

Физические свойства - внутренние, присущие данному материалу или веществу особенности, обусловливающие его различие или общность с другими веществами или материалами проявляющиеся как ответная реакция на воздействия внешних физических полей или сред.

Основные виды физических свойств приведены в табл.

Механические свойства

К основным механическим свойствам относятся: упругость, жесткость, пластичность, прочность, хрупкость, вязкость и твердость. При механических воздействиях происходит деформация материального объекта.

Механические свойства проявляются как способность материала сопротивляться всем видам внешних механических воздействий.

Свойства веществ и материалов в основных физико-химических процессах

Старение обычно обусловлено недостаточно стабильным состоянием материала и постепенным его переходом в стабильное. Старение материала может приводить как к улучшению, так и к ухудшению отдельных свойств материалов. Во многих случаях технологическими процессами предусматриваются операции искусственного старения материалов с целью улучшения их свойств.

Наука, изучающая процессы изнашивания с учетом свойств материалов, в том числе в присутствии смазочных материалов, называется трибология.

Результат изнашивания, определяемый в установленных единицах, называется износ. Значение износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др.

В технике следует различать моральный и физический износ. Морально устаревшими считаются машины, конструкции, материалы, если они в результате общего технического прогресса оказываются малопригодными для удовлетворения нужд производства, хотя еще вполне работоспособны.

Изнашивание материалов (изделия) может происходить при скольжении, ударе, качении, скольжении с качением и др., а также под воздействием среды (жидкость, газ и др.).При изнашивании внутри нагруженных областей поверхностного слоя материала возбуждается целый ряд физико-химических процессов.

При этом изменяются структура и химический состав материала, а следовательно, и его свойства. В нагруженных областях происходит накопление энергии и могут возникнуть трещины, которые развиваются и приводят к разрушению материала. Основными видами изнашивания (табл.6.3) являются: механическое, коррозионно-механическое и молекулярно - механическое.

Старение - изменение физико-химических свойств материала, протекающее либо самопроизвольно, в процессе достаточно длительной выдержки при комнатной температуре (естественное старение), либо при нагреве (искусственное старение).

Изнашивание - процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела (детали).

Различные виды изнашивания могут действовать как одновременно, так и последовательно; при взаимодействии один из них может задерживать или активизировать другие виды изнашивания. Характеристикой изнашивания служит износостойкость. Износостойкость определяется сочетанием свойств трущихся материалов; качеством контактирующих поверхностей (чистота поверхности, смазка); характером движения (скольжение, качение, удары, течение); скоростью взаимного перемещения; уровнем нагрузки; отводом отделяющихся частиц (продуктов износа) или присутствием частиц какого-либо другого материала, осложняющего трение.

Диффузия - движение частиц среды, приводящее к необратимому переносу вещества или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. С процессом диффузии связаны структурные изменения в материалах, которые могут ухудшать их физические и механические свойства. Диффузия в значительной степени определяет кинетику физико-химических процессов, обусловливающих разрушение материалов, ползучесть, старение, коррозию и др. Адсорбция газов или жидкостей из внешней среды приводит к ухудшению диэлектрических свойств изоляционных материалов, понижает прочность металлов и изменяет другие свойства. Коррозионному разрушению подвержены металлы, бетон, строительный камень, дерево, некоторые пластмассы и другие конструкционные и строительные материалы. Среду, разрушительно действующую на материал, принято называть агрессивной. Специфической особенностью коррозии является то, что она может происходить как при функционировании, так и при хранении изделий. Важнейшими характеристиками коррозии являются ее скорость и коррозионная стойкость материалов.

Скорость коррозии - масса вещества, превращенная в продукты коррозии, с единицы поверхности материала в единицу времени. Коррозионная стойкость - способность вещества сопротивляться химическому и электрохимическому воздействию среды, т.е.разъеданию или частичному растворению. Коррозионная стойкость материала определяется по величине скорости его коррозии. Для обеспечения коррозионной стойкости используют в основном два метода: отделение материала от агрессивной среды и придание нужных антикоррозийных свойств среде. К конструктивным мероприятиям по повышению коррозионной стойкости относятся способы предохранения от проникновения агрессивных сред, а также способы электрохимической защиты. К существующим технологическим методам повышения коррозионной стойкости относятся защитные покрытия, упрочнение поверхности, использование ингибиторов (веществ, исключающих или замедляющих коррозию) и др.

Защитные покрытия наносят на поверхность изделий из различных материалов для предотвращения коррозии, придания им декоративного вида, создания специальных поверхностных свойств (электропроводности, теплопроводности, электроизоляционных свойств, светоотражающей и свето-поглощающей способности, износостойкости и др.).

Покрытия могут быть металлическими, неметаллическими неорганическими (оксидные, фосфатные и др.) и органическими, лакокрасочными и др.

Износостойкость (износоустойчивость) - свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Адсорбция - поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости.

Коррозия - самопроизвольное разрушение веществ, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на их поверхности, при взаимодействии с внешней средой.