Environment-Induced Cracking of Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Sergei A. Shipilov

出品人:

页数:1000

译者:

出版时间:2005-8

价格:265

装帧:HRD

isbn号码:9780080446356

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 环境腐蚀
• 开裂
• 力学性能
• 应力腐蚀
• 氢脆
• 腐蚀疲劳
• 材料失效
• 表面工程
• 耐久性

腐蚀与防护：面向严苛环境的材料失效机理与工程对策 本书导读： 在现代工程领域，材料的选择与服役环境的匹配是确保结构安全与长久可靠性的基石。然而，材料的性能并非恒定不变，它们在长期暴露于复杂和苛刻的运行条件下，会逐渐发生各种形式的退化与失效。本书《腐蚀与防护：面向严苛环境的材料失效机理与工程对策》，旨在深入剖析材料在极端温度、高压、腐蚀介质、机械载荷交变等复杂因素共同作用下所表现出的非传统失效模式，并系统性地介绍相应的防护技术与工程应用策略。 本书的撰写基于对材料科学、腐蚀科学以及结构完整性分析的跨学科理解，尤其侧重于那些在传统材料选择与评估标准下容易被忽视的、由环境因素主导的加速失效路径。我们相信，唯有深刻理解失效的微观机制，才能设计出更具韧性和环境适应性的工程系统。 --- 第一部分：严苛服役环境的界定与材料响应基础 本部分首先为读者构建一个理解材料在非理想环境下行为的理论框架。 第一章：工程环境的多维性与挑战 本章详细探讨了当前高技术领域中常见的几类严苛服役环境的特征，这些环境往往是多因素耦合的： 1. 高温高压系统： 聚焦于能源（核电、化石燃料燃烧）和化工过程中的高温高压工况。讨论了材料在热梯度和高静水压下的蠕变敏感性、相变动力学对机械性能的负面影响。 2. 侵蚀性化学介质： 深入分析酸、碱、盐溶液（如氯离子、硫化物）对金属和非金属材料的化学侵蚀机理。强调了局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的诱发条件与快速扩展特性。 3. 动态与循环载荷叠加： 讨论了材料同时承受机械应力循环和腐蚀介质作用的复杂情况，为后续章节讨论的疲劳和断裂问题奠定基础。 第二章：材料基础性能的退化路径 本章回顾并深化了材料在单一环境因素影响下的性能变化： 1. 热氧化与高温腐蚀： 详述了金属在氧化性或还原性气氛中形成的氧化层/硫化层（例如，硫化氢或熔盐环境）的生长动力学、粘附性及保护性失效机制。 2. 电化学腐蚀基础回顾： 简要回顾了腐蚀电位、极化曲线等基本概念，并引入了非水体系和生物膜诱导腐蚀（MIC）的特殊性。 3. 机械性能的基准衰减： 阐述了温度对晶体结构、位错运动的影响，以及残余应力对材料弹性极限和韧性的不利作用。 --- 第二部分：复杂耦合作用下的材料失效模式解析 本书的核心价值在于对多因素耦合导致的材料“非线性”失效模式的系统性阐述。 第三章：高温环境下的力学-腐蚀交互作用 本章重点关注材料在高温下，机械应力与腐蚀介质共同作用下的行为： 1. 高温应力腐蚀开裂（HSCC）： 探讨了高温合金和不锈钢在特定气氛中，裂纹萌生和扩展的速率与应力水平、温度的定量关系。重点分析了阴极/阳极溶解机制在高温下的变化。 2. 蠕变断裂与环境加速： 研究了在持续载荷下，腐蚀产物（如氧化物或硫化物）在晶界处的积累或剥落如何加速局部应变集中，从而显著降低材料的蠕变寿命。 第四章：机械载荷驱动的腐蚀损伤 本章聚焦于机械行为对腐蚀过程的反馈效应，特别是循环载荷的影响： 1. 腐蚀疲劳（Corrosion Fatigue）： 详细分析了腐蚀介质如何通过影响裂纹尖端钝化膜的再形成和破坏，加速疲劳裂纹的萌生和扩展速率。对比了在空气中和在腐蚀介质中疲劳裂纹扩展速率常数 $C$ 和指数 $m$ 的差异。 2. 摩擦腐蚀（Tribocorrosion）： 阐述了在相对运动和腐蚀介质共同作用下，材料表面材料损失的机制，尤其适用于泵、阀门和密封件等动态部件。 第五章：氢脆与氢致开裂的深度探究 氢，作为一种普遍存在于化工、冶金过程中的轻元素，是导致材料脆化的主要元凶之一。 1. 氢的吸入、扩散与富集： 分析了不同金属材料（特别是高强度钢和钛合金）对氢的溶解度、扩散系数的差异，以及在特定结构缺陷处（如夹杂物、晶界）的氢积累机制。 2. 氢致脆化机制： 深入比较了氢的内部应力理论（HISC）和氢-位错交互作用理论（HEDE）在解释高强度钢和镍基合金中的脆化现象中的适用性。 3. 延迟断裂现象： 阐述了在恒定载荷下，由氢脆引起的结构部件在数小时甚至数月后发生灾难性断裂的临界条件。 --- 第三部分：先进材料的失效与工程防护对策 本部分将视角转向高性能材料在严苛环境下的应用挑战，并提供系统性的防护策略。 第六章：先进功能材料的失效特性 随着新材料的应用，其失效模式也呈现出新的复杂性： 1. 复合材料的界面失效： 分析了纤维增强材料（如CFRC、GFRP）在湿热环境或电化学作用下，基体与增强相之间界面的水解、氧化或剥离机制。 2. 陶瓷与耐火材料的热震与化学侵蚀： 讨论了陶瓷材料在急剧温度变化下的热冲击损伤，以及在熔融盐或强酸中陶瓷保护层的溶解机制。 第七章：系统性的腐蚀与环境损伤防护技术 针对前述的各种失效模式，本书提出了多层次的工程防护体系： 1. 材料选择与合金设计： 强调了基于环境适应性的材料筛选流程，包括通过调整合金成分来提高钝化膜的稳定性（如提高Cr/Mo含量）或优化晶粒结构以抑制氢的扩散。 2. 表面工程技术： 详细介绍了用于提高表面耐磨、耐蚀性能的涂层技术。重点讨论了热障涂层（TBCs）在高温防护中的应用与界面粘结失效分析；以及梯度功能涂层（FGM）在应对热应力匹配方面的优势。 3. 阴极保护与缓蚀剂应用： 复习了传统电化学防护手段，并结合了先进的在线监测技术，实现了对防护效能的实时反馈控制。 4. 结构设计优化： 强调了从设计源头减少环境暴露风险的重要性，例如优化连接件设计以消除缝隙腐蚀区、控制应力集中点，以及采用合适的预拉伸/预应力技术来对抗环境致裂。 结语：面向未来的材料可靠性工程 本书的最后一部分展望了材料科学在应对未来极端工程挑战（如深海、太空、超临界流体反应器）中的发展方向，强调了计算模拟（如DFT、FEM）在预测复杂环境下材料行为中的不可替代的作用，以期指导下一代更安全、更长寿命的工程系统设计。 --- 目标读者： 本书适用于从事材料研究的工程师、结构设计人员、腐蚀控制专家，以及相关专业的高年级本科生和研究生。它既可作为一本深入的专业参考书，也可作为一本严谨的进阶教材。

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