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耐热钢与高温合金的氧化过程你了解多少

厂家:上海炫纵实业 浏览量:发布时间:2021-10-30 15:29:30

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耐热钢与高温合金的氧化过程你了解多少耐高温钢和高温合金都是金属材料,但其高温下的气体腐蚀主要是氧化作用,所以高温合金耐热钢的氧化过程实质上是其与氧化介质反应生成氧化物的过程。氧化法是一种典型的化学腐蚀,其特征是介质与金属直接接触,反应产物可以附着于金属表面,反应过程不存在电流产生等化学腐蚀。当气体如氧、氧、氢

耐热钢与高温合金的氧化过程你了解多少

耐高温钢和高温合金都是金属材料,但其高温下的气体腐蚀主要是氧化作用,所以高温合金耐热钢的氧化过程实质上是其与氧化介质反应生成氧化物的过程。

氧化法是一种典型的化学腐蚀,其特征是介质与金属直接接触,反应产物可以附着于金属表面,反应过程不存在电流产生等化学腐蚀。当气体如氧、氧、氢、氧等气体与纯金属表面接触时,会使介质分子吸附于金属表面,分解为介质原子,然后与金属原子发生化合。这种反应可首先用于(针对耐热钢)钢而脱碳(用于耐热钢),然后使金属氧化(针对耐热钢和高温合金)。

Me+X=MeX(10.1)

在公式里,Me代表金属原子,X代表介质原子。

如腐蚀产物MeX为挥发性气体,或覆盖在金属表面上不完全,那么该介质就能继续与金属表面接触,并通过吸附、分解、化合过程使金属不断氧化。相反,如果腐蚀产物MeX可以完全覆盖在金属表面,并且要使氧化过程进一步进行,就必须使金属原子或金属离子与氧、氧离子的相互迎面扩散,然后再相交化为MeX,从而使氧化膜不断成长。

图10.1是金属氧化时金属原子或金属离子在氧化膜上与氧原子或氧离子在氧化膜上扩散生长,而对于氧化膜的产生区域附近,取决于金属原子或金属离子与氧原子或氧离子的扩散速率。

其离子半径小于对应金属的原子半径,且其离子半径大于对应氧化剂的原子半径。所以,在一般情况下,我们可以推测金属离子从内侧向外侧移动的主要是电子(而非原子),而由氧化剂中的阴离子从氧化膜表面向内移动。在此情况下,氧化剂是通过通过氧化膜输送到氧化膜表面的电子来实现离子化。从表10.1也可以看出,金属离子的半径明显小于氧离子的半径,这表明金属离子在互相迎面扩散时迁移速度很快,所以氧化膜主要在它们生长区的表面表面上生长。当然,关于化学腐蚀时离子扩散的假设并不排除原子平行扩散的可能性。

当氧化膜增厚时,金属离子与氧离子的扩散变得困难,此时所形成的氧化膜会抑制金属继续发生氧化反应。所谓的保护膜,是一种氧化膜,它能阻止金属继续氧化。在一定程度上氧化之后,金属是否能继续氧化,取决于氧化膜的性质。

从上面可以看出,氧化膜的形成是一个化学反应过程,氧化膜的增厚是一个扩散与化学反应的综合过程,金属是否具有抗氧化性则取决于氧化膜的性质。

耐热钢与高温合金的氧化过程你了解多少

高温合金

由前部金属氧化反应式可知,金属在反应向右方进行时会发生氧化,在反应向左进行时,金属不会产生氧化。根据氧气在空气中的分压力和氧化物的分解压力,来决定反应的左右方向:①如果氧化物的分解压力小于外部环境中氧分压的大小,当反应向右时,金属就发生了氧化;②若在外界环境下,氧化物的分解压力大于氧在外环境中的分压,金属就不会被氧化;③在人为地制造一种条件,以减少在气氛中氧的分解压力,使其低于金属氧化物的分解压力,那金属也不会被氧化。

②对于铁而言,由于氧在空气中的分压为0.2atm,在不同温度下,铁发生2FeO→2Fe+O2的分解压力,见表10.2。根据表10.2所示,铁氧体在不同温度下的分解压力均小于空气中氧分压,因此铁在高温下是不抗氧化的。

以上所述③是可以做到的,如在生产中进行真空热处理,在惰性气体中进行加热,或者在控制气氛中进行加热,以防止氧化。

上述压力分析仅涉及金属氧化的可能性,并未涉及氧化率问题。所以,我们可以想象,当金属发生氧化时,如果其氧化速度能够降低,那么这种金属就可以用于工业生产。

通常情况下,当氧化性介质为一定、合金成分相同时,金属的氧化速率主要取决于温度和时间。

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