Materiālu ķīmiskās stabilitātes noteikšanu var veikt no šādiem aspektiem:
I. Teorētiskā analīze
1. Ķīmiskā sastāva analīze
– Materiālu ķīmiskā sastāva izpratne ir pamats, lai novērtētu to ķīmisko stabilitāti. Piemēram, metāla materiāliem tīru metālu ķīmiskā stabilitāte parasti saistīta ar to atrašanos metālu aktivitāšu rindā. Dārgmetāli, piemēram, zelts (Au) un platīns (Pt), parasti ir ķīmiski stabili, jo tie atrodas metālu aktivitāšu rindas beigās un nav tendence reaģēt ar parastajām skābēm, bāzēm un sāļiem. Metāli, piemēram, dzelzs (Fe) un cinks (Zn), ir salīdzinoši aktīvi un to ķīmiskā stabilitāte ir nedaudz zemāka.
– Polimēru materiāliem to ķīmiskā stabilitāte ir saistīta ar molekulāro ķēžu struktūru un sastāvu. Polimēru materiāli, kuros ir vairāk nesaturētu saitju (piemēram, oglekļa-oglekļa dubultsaits), var būt ļoti mazāk ķīmiski stabili, jo nesaturētās saites ir uzņēmīgas pret pievienošanās, oksidācijas un citām reakcijām. Piemēram, dabiskais gumijas materiāls satur lielu skaitu oglekļa-oglekļa dubultsaite un viegli oksidējas ar skābekli, kas izraisa gumijas vecošanos.
2. Kristālstruktūras analīze (kristāliskiem materiāliem)
– Materiālu kristālstruktūra var ietekmēt to ķīmisko stabilitāti. Piemēram, metālu kristālos cieši pakārtas kristālstruktūras (piemēram, sejcentrētā kubiskā pakārtojuma un sešstūrveida cieši pakārtas struktūras) parasti ir stabiles nekā metālu kristāli ar ķermenī centrētu kubisko struktūru. Tas ir tāpēc, ka cieši pakārtā struktūra nodrošina tuvākas atomu saites un padara grūtāku ārējo vielu iekļūšanu un reakciju.
– Iona kristāliem režģa enerģijas lielums var atspoguļot arī to ķīmisko stabilitāti. Iona kristāliem ar augstu režģa enerģiju (piemēram, magnija oksīds MgO) ir salīdzinoši augsta ķīmiskā stabilitāte, jo jonu saites ir stipras un, lai šīs jonu saites pārtrauktu, nepieciešams salīdzinoši liels enerģijas daudzums, tādējādi kristāliem normālos apstākļos ir mazāka varbūtība notikt ķīmiskām reakcijām.
II. Eksperimentālie testi
1. Korozijas izturības testi
Sāls miglas tests: Tas ir plaši izmantots testēšanas paņēmiens metāla materiāliem un materiāliem ar aizsargpārklājumiem. Materiāla paraugi tiek novietoti sāls miglas testa kamerā, kur uz tiem tiek pulverizēts nātrija hlorīda šķīdums (piemēram, neitrālā sāls miglas testā tiek izmantots nātrija hlorīda šķīdums ar koncentrāciju 50 g/L un pH vērtību no 6,5 līdz 7,5), lai simulētu sāļu vidi, piemēram, okeāna vai piekrastes apgabalos. Novēro, vai noteiktā laika periodā (piemēram, 24 stundas, 48 stundas, 72 stundas utt.) materiāla virsmā rodas rūsa, korozija, pūslīšu veidošanās vai citi parādības. Ja materiāls salīdzinoši īsā laikā rāda acīmredzamu koroziju, tas norāda uz tā zemu ķīmisko stabilitāti.
– Iegremdēšanas tests: Izvēlieties atbilstošo iegremdēšanas šķīdumu, pamatojoties uz materiāla lietošanas vidi. Piemēram, materiāliem, kas var tikt izmantoti skābā vidē, tos var iegremdēt noteiktas koncentrācijas skābes šķīdumā (piemēram, sērskābē, sālsskābē uc.); materiāliem, kas tiek izmantoti bāziskā vidē, tos iegremdē bāziskā šķīdumā (piemēram, nātrija hidroksīda šķīdumā). Novērojiet materiāla masas izmaiņas un virsmas morfoloģijas izmaiņas iegremdēšanas laikā. Ja iegremdēšanas laikā materiāls zaudē ievērojamu masu un tā virsmā parādās korozijas bedrītes, tas norāda, ka tā ķīmiskā stabilitāte nav laba.
2. Termiskās stabilitātes testi
Termogravimetriskā analīze (TGA): Programmatūras kontrolētā temperatūrā mēra materiāla masas un temperatūras attiecību. Kad materiāls tiek uzkarsināts, ja salīdzinoši zemā temperatūrā notiek redzama masas zuduma parādīšanās, tas var būt saistīts ar materiāla sadalīšanos, oksidāciju un citām ķīmiskām reakcijām. Piemēram, daži organiskie polimērie materiāli augstās temperatūrās pakļaujas termiskai sadalīšanai, un, izmantojot TGA, var noteikt termiskās sadalīšanās temperatūru, lai novērtētu to ķīmisko stabilitāti augstas temperatūras vidē.
– Diferenciālā skenējošā kalorimetrija (DSC): tā var izmērīt materiāla siltuma izmaiņas, kad materiāls tiek uzkarsēts vai atdzistināts. Ja materiālam uzkarsēšanas procesā parādās endotermiskas vai eksotermiskas virsotnes, tas var būt saistīts ar fāžu pārejām, ķīmiskām reakcijām utt. Analizējot šo virsotņu atrašanās vietu un lielumu, var novērtēt materiāla ķīmisko stabilitāti. Piemēram, noteikti sakausējumi fāžu pāreju piedzīvo noteiktās temperatūrās, un šī fāžu pāreja var ietekmēt materiāla ķīmisko stabilitāti.
3. Oksidācijas stabilitātes pārbaudes. Paātrinātā oksidācijas pārbaude: Materiāliem, kas ir uzņēmīgi pret oksidāciju (piemēram, metāliem, taukiem uc), oksidācijas stabilitāti var novērtēt, veicot paātrinātu oksidācijas pārbaudi. Piemēram, augstas temperatūras un augsta skābekļa koncentrācijas vidē novēro materiāla oksidācijas ātrumu. Metālu materiāliem oksīda plēves biezuma pieaugumu un masas pieaugumu var izmērīt, lai novērtētu to oksidācijas stabilitāti. Taukiem oksidācijas pakāpi var noteikt, mērot rādītājus, piemēram, peroksīda vērtību. Ja materiālam paātrinātās oksidācijas pārbaudē ir augsts oksidācijas ātrums, tas norāda uz zemu tā ķīmisko stabilitāti.
4. Reaktivitātes pārbaudes ar citām vielām – materiālam var veikt kontaktu pārbaudi ar citām vielām, ar kurām tas var saskarties (piemēram, šķīdinātājiem, citiem materiāliem utt.). Piemēram, iepakojuma materiāliem jāpārbauda reaktivitāte ar pārtikas sastāvdaļām (piemēram, taukiem, skābēm, sārmiem utt.). Materiāls tiek saskarināts ar pārtikas imitācijas vielām, un, nosakot, vai notiek vielu migrācija un vai materiāls ir mainījies, var novērtēt tā ķīmisko stabilitāti. Kompozītmateriāliem jāpārbauda, vai starp dažādajiem materiāliem notiks ķīmiskas reakcijas, kas var ietekmēt materiāla kopējo veiktspēju.
EN