第九章-高温腐蚀...ppt

1、高温腐蚀，1。金属高温氧化的热力学基础2。金属氧化膜的性质，3 .金属氧化的动力学和机理4。影响金属氧化速度的因素，在高温条件下，金属和环境介质中的气相或凝聚相物质化学反应发生破坏的过程称为高温氧化。、金属的高温腐蚀在国民经济的各个领域(1)化学工业的高温过程：生产氨水、石油化工等领域发生的氧化。(2)金属生产和加工过程，例如热处理过程中的碳氮渗透和盐浴处理，包括碳增加、氮化损伤和熔盐腐蚀(3)燃烧过程，如引擎、燃气轮机、焚烧炉等引起的复杂气氛高温氧化、高温高压水蒸气氧化、熔盐腐蚀(4)反应堆操作领域，煤的气化和熔盐腐蚀19451975年，高温合金大幅发展，涡轮进口温度平均每年上升15C(涡轮

2、前温度每上升100C，发动机推力就增加15)。镍基铸造合金的高温强度高，组织比较稳定，热疲劳性能好，是制造涡轮工作叶和导叶的理想材料。从60年代初期开始开发定向凝固铸造涡轮叶片后，垂直于应力方向的横晶系被移除，叶片的热疲劳寿命约为8倍，蠕变破裂寿命2倍以上，可塑性提高了4倍以上。在定向凝固单晶中，涡轮叶片完全去除了晶系，与普通铸造涡轮叶片相比，工作温度上升了近100。轸10发动机涡轮叶片、高温腐蚀分类、(1)根据腐蚀介质的状态，高温气体腐蚀、高温液体腐蚀、高温固体介质腐蚀、(2)根据环境介质的状态，研究高温氧化、高温气体腐蚀、干燥腐蚀、燃气腐蚀、(1)研究各种金属及其合金在高温下徐璐其他介质中

3、腐蚀的行为。(2)有助于掌握腐蚀产物的金属性能破坏规律。(3)成功设计了腐蚀性合金。1 .根据金属高温氧化的热力学基础1、高温氧化的热力学可能性和方向性1、高温氧化可能性(1)热力学可能性标准G判定反应的方向。(G)T，P 0 (G)T，P 0 (G)T，P 0，P 0，自发过程平衡过程非自愿过程，RTln，(2)高温可氧化性判定M O2MO2(高温)=4.55通过热力学数据计算。在给定温度下氧化反应的标准自由能变化和分压之间存在以下关系。给定温度T的G，PO 2，G T度，(4)，也就是说，图的中线位置越低，氧化物越稳定。可以预测一种金属还原另一种金属氧化物的可能性。，Al2O3稳定性FeO

4、、Al、Cr、Si耐热钢的主要合金元素氧化膜的FeO可通过Al还原生成Al2O3、TG，添加平衡氧压力，在1000中金属Mg的平衡氧压力，在1l中添加金属Al，可以判断金属氧化物在标准状态下的稳定性，一种金属物质在一定温度下有一定的蒸气压。金属氧化物的蒸发热越大，蒸气压越小，固体氧化物就越稳定。(MoO3)某些金属的熔点高，但氧化物的熔点低，温度超过氧化物的熔点时，氧化物在液体中，没有保护性。有时金属的腐蚀也会加速。(V2O5)，2。金属氧化膜的性质1，金属表面的膜金属高温氧化后，表面形成氧化膜，通常称为氧化皮或铁锈皮。其厚度可以在很大的范围内变化。根据膜的厚度，将金属氧化膜分为三类茄子：厚膜

5、：膜厚500nm，肉眼可见。Fe在900空气中高温氧化中间厚度的膜：厚度为40500nm时，通过金属表面的干涉颜色可以表示薄膜(不可见，膜厚度为40nm)。像往常一样，在干燥的空气中，Fe形成的膜，2，金属氧化膜的完整性和保护，金属氧化膜生长过程中氧化膜和金属气体之间发生应力，氧化膜破裂，破坏保护性能。应力的来源：氧在金属中溶解的作用；氧化物和金属的体积比；氧化物的生长机制和样品的几何等。、1，完整性必备条件：氧化时形成的金属氧化膜的体积(VOX)大于VOX/VM 1(用于生成牙齿氧化膜的金属体积(VM)。牙齿比率称为P-B比率。(2)r 1，金属氧化膜拉伸应力，保护性或保护性差(MgO)，氧

6、化物和金属的体积比(P-B郑智薰)，2，氧化膜的保护氧化膜保护性取决于以下因素：薄膜的完整性蒸汽压具有底膜的附着力：附着力好，不易剥落的膨胀系数：膜和气体的膨胀系数越近越好。膜的应力很小。3。金属氧化的动力学和机制，1，金属高温氧化的基本过程，(1)第一阶段：气体吸附在金属表面，即氧化反应的继续：反应能否继续进行，这是两个茄子因素，介面反应速度，即金属氧化物和氧，货物气体两个界面的反应速度，参与反应的物质通过氧化膜的扩散和移动速度，通过金属氧化反应的主要过程。像Cu的氧化一样，氧气向内扩散，对氧化膜-气体界面做出反应。Ti，Zr的氧化，金属离子向外扩散，氧气向内扩散，在氧化膜中相遇并反应。Co

7、的氧化，2，金属氧化的力学定律：1，氧化速度的表示：(1)单位面积的体重增加W (mgcm2)。(2)表示氧化膜厚度y的变化。氧化膜的生长速度，即单位时间内氧化膜的生长厚度可以用dydt表示。2，氧化动力学定律：金属氧化膜的动力学定律与金属的种类、温度、氧、化时间有关。，恒温动力学曲线：在一定温度下，在氧化过程中测量氧化膜重量W或厚度Y与氧化时间T的关系曲线。膜厚时间的变化(1)直线定律纯镁在氧中氧化的直线定律，对表面氧化膜多孔、不完全、金属进一步氧化没有抑制作用。或者，在反应器中，可以制造气相或液体产物，离开金属表面。Mg，Mo，V等金属及其合金的氧化产生直线法，(2)抛物线法，金属高温氧化

8、时表面致密的固体氧化膜。氧化速度与膜的厚度成反比。k抛物线速度常数；C积分常数，反映氧化初期对抛物线定律的偏差。氧化膜具有保护性，氧化反应的主要控制因素是离子在固体、状态膜中的扩散过程。在中等温度范围内，大多数金属(例如Fe、Ni、Cu、Ti)的氧化符合简单抛物线定律。LG，/，2，2，/，300，250 200，150，100，50，0，100，500，1000，增量，重量，(，米L g小时(分钟)铁在空气中氧化的抛物线定律，双对数坐标这种膜的生长符合代数或反数定律。氧化的对数或相反数定律只有在氧化膜相当薄时才一致，其氧化过程远大于抛物线关系的阻塞。室温Mg，Al，Cu；100-200 Zn、Fe、Ni等金属的氧化是对数定律。100-200，al，tar等金属的氧化服从反水定律。积分，4。影响金属氧化速度的因素1，温度的影响温度升高，金属氧化速度明显提高。氧化速度取决于介面反应速度或反应物通过膜的扩散速度。温度和Arrhenius方程，与A常数一致。q金属氧化活化能，q=(2.121) 104j/mol，)，q rt，dy dt，=a exp(，v=