第pan>論 1.pan>概述 核工程材料腐蝕與防護學科內容涵蓋重大核工程及其繫統括各類核工程繫統選用的主要的關鍵的材料及其要求；相關材料腐蝕的概念、定義及其分類；發生腐蝕的過程和機理、材料腐蝕與防護研究現狀。該學科研究核燃料及核工程材料在各種環境中的腐蝕行為及防護技術。 材料腐蝕與防護是20世紀30年代發展起來的綜合性技術科學，目前已成為一門獨立的學科，並不斷發展。腐蝕學科的概念也在不斷發展和變化。20世紀五六十年代以前，腐蝕是指金屬材料由化學、電化學作用引起的損壞。這裡顯然括非金屬材料的損壞，也括物理因素的作用。上述腐蝕的概念是比較狹義的。 現在將腐蝕定義為材料在各種環境作用下發生的破壞和變質，其含義更廣泛，內容更豐富，反映了人們對材料腐蝕普遍性和嚴重性的關注，得到了腐蝕研究工作者的廣泛認可。但是，關於材料腐蝕的這一定義或許有概念延伸過廣之嫌。因為關於環境這一概念，其含義很廣，材料所處的固體、液體、氣體甚至真空介質都是一種環境，材料所受的日曬雨淋、溫度和壓力以及應力變化、流體衝刷、衝擊、輻射作用等也屬於各種環境作用，將它們的作用所引起的破壞和變質都說成腐蝕並不恰當。將有些環境作用引起的破壞和變質歸為其他學科的研究對像更為合適，比如真空或情性氣體環境中，應將單純由溫度升高導致的材料強度下降、破壞甚至融化等歸結為材料物理機械性能損壞。類似地，還有應力或衝擊力過大引起材料破壞的現像。故將材料腐蝕定義為材料在各種環境作用下引起的化學破壞和變質或許更一些。化學作用多種多樣，可以是單獨的化學作用，比如燃煤鍋爐外壁鐵合金的高溫氧化；也可以是物理化學、電化學、核化學、光化學或輻射化學、生物化學的化學作用，比如核反應堆中鋁合金、鋯合金和不鏽鋼等材料的電化學腐蝕及輻照腐蝕；括物理因素加諫化學、電化學作用等現像，比如應力腐蝕破裂、疲勞、磨損或流速加速化學腐蝕作用等。 材料腐蝕的自發性和普遍性的特點決定了腐蝕過程的巨大危害性。在自然界中自由能處於低的、穩定的金屬和素很少，隻有鉑、金等貴金屬。由這些金屬制成的器件在日常生活環境中可長期穩定地使用。絕素都是以自由能較低的氧化物、碳化物等化合物形式存在，比如氧化鐵、氧化硅等，但是它們的應用範圍受限，隻能用作塗料的填料、著色劑等。而將它們還原成鐵、硅或制成合金，其應用範圍將極為廣泛。但還原之後，其自由提高，處於不穩定狀態，有向自由能低的氧化態轉化的趨向，即被腐蝕的趨向。就像水向低處流一樣，高自由能狀態向低自由能狀態轉化是不以人的意志為轉移的客觀規律。人們為發展經濟而開發出鐵、銅、鋁、鎳、鉻、硅等一繫列金屬和非金屬材料。這是一種逆自發過程，是靠外力作用，施加以能量，提高自由能，使之轉化。例如，通過冶金或電鍍方法，或獲得某種目的的應用，或獲得某種金屬或用其制成的設備。其後這些金屬、非金屬材料在自然環境或人工環境作用下又開始向穩定的低自由能的化合物狀態轉化的腐蝕過程。從某種意義上講，腐蝕過程可看作是環境和人的智慧、意志之間的較量。一方面，人們施以各種手段括改變環境條件，使腐蝕過程減緩，達到減少損失、獲取大效益的目的；另一方面提利用繫數和工藝參數使環境惡化，這又加速了材料向低自由能狀態轉化的腐蝕過程。 由於環境條件（天然的或人工的）的多性和工農業生產、交通運輸、日常生活對材料需求的多樣性，腐蝕過程的普遍性是不言而喻的，無腐蝕的行業很難找。在核工業中更伴隨著復雜、多樣的腐蝕問題，既有惡劣的介質（高溫，高壓，高濃度酸、堿和鹽等），又有惡劣的條件（機構復雜、振動、衝刷、應力及疲勞作用或各類強輻射作用等）。核工程材料的腐蝕既有普遍性，又有特殊性。 ……
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