不锈钢高温氧化性质

1、高温下，不锈钢的氧化性能受到很大的影响，其氧化层有结构性的变化一、氧化膜；不锈钢在室温情况下，表面只生成 Fe3O4 Fe2O3ffi二层结构，当温度570度时，生成FeO层，所以高温环境，表面氧化膜为三层结构。从高温冷却回的过程：FeO要分解，氧化皮层中有相变。膜内部电子环境考虑：阳离子空位：P型半导体 如FeO , Fe3O4膜阴离子空位：N型半导体如Fe2O3膜FeEfiPFe3O4Fe2O3Fe+>Fei 1 1通过-通过通过阳J。-空i Fe4-F离子空位F1空位A.位Ja.2e壁子空位电于空位过剩电子p导体p导体 "N导体2e- I 202过程解释：氧化过程的主要是

2、氧离子和铁离子(合金元素形成的离子)在氧化层 中的扩散，同时也是电子传导过程。这个氧化腐蚀的过程，本质上也是一个电化 学腐蚀过程。这也是不锈钢和耐热钢在理论上的共同基础。实际工件表面的氧化层，还有以下性质： 通过对氧化物体积和被氧化物体积的比较，判断氧化膜是否覆盖工件表面；例：V(FeO): V(Fe)=1.77 ; V(Fe3O4): V(Fe)= 2.09V(Fe2O3):V(Fe)=2.14判定：大于1说明可以覆盖表面，考虑体积，比值，层与层的应力,可以推断出容易起皮。 生成的氧化物结晶结构和致密性； 和基体金届的结合。二、氧化速度；氧化速度主要取决于化学反应的速度和扩散的速度，温度的升

3、高，化学反应的速 度和扩散速度将增加，随着时间的延长和膜的的增厚或膜的致密性的提高而减慢， 因此氧化速度可有下列三种情况：1）氧化膜不完整、不连续时，像氧化物比体积小的镁、钾、钙等，他们的氧化 膜增厚和时间的关系是样：y=Kt+A；2） 氧化膜是覆盖在金届表面的，膜层中可以进行离子扩散。像铁、铤、钻、锐、 铜等的氧化膜。膜层增厚的关系：y*y=kt+A ；3）膜不仅覆盖金届表面，而且膜层中离子扩散困难。像铭、铝、硅等的氧化膜。膜层增厚为：y=lnKt （STS表面膜的状态的解释）三、提高钢氧化性能的途径。 .加入合金元素降低氧化膜中的扩散； 加入合金元素，提高氧化膜的稳定性； .加入合金元素，

4、形成致密，稳定的合金氧化膜。高温下工作的钢件（包含STS ,由于氧化有自发的趋势，氧化是一定要发生的。但是如前所述，氧化的速度，继续氧化问题是可以改变和控制的， 通过加入合金 元素，改变氧化膜层的传导性，降低氧化膜中的扩散，提高氧化膜的稳定性；形 成致密稳定的合金元素氧化膜，提高膜的保护性，从而提高钢（ STS钢）的抗氧 化性。（空气中的考虑）四、在高温下不同环境下的腐蚀考虑（STS 加入合金元素后，基体金届（A）、合金元素（B）在氧化时可能出现三种情 况：1.形成A氧化物中有B离子2.形成的B的氧化物中含有A离子；A, B各自 形成氧化物。在P型半导体（金届离子空位）加入低价合金元素离子；如

5、 NiO的氧化膜 中溶进一些一价Li离子，所以Ni+通过空位的传导性减弱。在N型半导体（阴离子空位）加入较高价的合金元素离子；这样会导致阴离子空位的降低，使氧离子传导削弱，钢的抗氧化性也将提高。 加入合金元素，提高氧化膜的稳定性合金元素氧化物按点阵结构、离子半径、电负性的条件的不同，稳定性不同。Cr、Al、Si的氧化物点阵结构接近Fe3O4它们的离子半径比铁小，易稳定密度大的 Fe3O4缩小FeO形成温度。Mn Cu的离子半径大丁铁，易溶丁疏松的 FeQ他 们是FeO的稳定剂，扩大FeO的相区，降低FeO成温度。合金元素对FeO共析温度的影响合金成分纯秩l.Q3%Cr1.5%CrL14%Si膜

6、中出现匚我 下眼混度570JK600650750800350STS上的解释：在Cr、Ti、Al含量高时，FeO相区会消失。 加入合金元素，形成致密，稳定的合金氧化膜当钢中加入合金元素Cr、Ti、Al、Si时，则在氧化的过程中，由丁铁离子的消 耗，而铭、铝、硅等氧化物的稳定，会使氧化物的底层逐渐富集为稳定的氧化物 的膜层，形成以Cr2O3 Al2O3、SiO2为主的氧化膜，这类氧化膜形成时，铁， 氧通过膜的扩散严重受阻，氧化性显著提高。Fe3O4次屈J外足FeO3何琪过理Qd_%ci.izcr金牌家 知23.32*aCr条件：高温570度 从左到右:A. 纯铁B. 12.23%CrC. 25%Crw c*10&'3O£ TQ5 -5。-60 -70Hour& of cyclk; exposure al f