《高温腐蚀二》PPT课件

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1、第9章高温腐蚀9.1高温腐蚀的类型9.2金属高温氧化的热力学基础9.3金属氧化膜的结构与性质（完整性和保护性）9.4金属高温氧化的动力学与机理9.5合金的氧化（耐热合金理论）9.6钢铁的气体腐蚀9.7金属材料的热腐蚀9.8液态金属腐蚀（低熔点金属致脆:教材7.6）9.5合金的氧化（耐热合金理论）9.5.1Hauffe-Wagner理论（1）耐热合金：在高温下具有足够的高温强度（热强度）和热稳定性（抗高温腐蚀），亦称高温合金。（2）合金化原则：保证合金表面在氧化过程中能生成保护性好的氧化膜。（3）Hauf

2、fe-Wagner理论前提(实际)：实际的氧化物均不是严格化学比的化合物，要么金属离子过剩，要么氧离子过剩（或金属离子不足）。按膜的导电性分类的氧化膜：（1）金属离子过剩型氧化物（n型半导体氧化物—自由电子导电）ZnO、CdO、BeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、PbO2、V2O5、MoO3、WO3、CdS、Cr2S3、TiS2（2）金属离子不足型氧化物（p型半导体氧化物—空穴导电）NiO、FeO、Cu2O、CoO、MnO、Cr2O3、Ag2O、Cu2S、SnS、Ag2S（1）ZnO中加入低价金属

3、离子Li+取代正常晶格上的Zn++，电中性驱使间隙Zn++增多，e-减少，增多的Zn++由金属基体补充，故氧化过程增强。（不利于抗氧化）（2）ZnO中加入高价金属离子Al+++取代正常晶格上的Zn++，电中性驱使间隙Zn++减少，e-增多，金属Zn基体氧化过程得到缓解。（利于抗氧化）Zn及合金390℃、1个大气压氧化结果(1)Zn:抛物线常数8×10-10g2/cm4·h(2)Zn+1.0(原子）%Li抛物线常数2×10-7(3)Zn+0.4（原子）%Al抛物线常数1×10-11（3）NiO中加入低价金

4、属离子Li+取代正常晶格上的Ni++，电中性驱使正离子空位减少，Ni+++增多，Ni++的扩散和产生受抑制，故氧化过程减缓。（利于抗氧化）（2）NiO中加入高价金属离子Cr+++取代正常晶格上的Ni++，电中性驱使正离子空位增加，Ni+++减少，Ni++的扩散和产生增强，故氧化过程加速。（不利于抗氧化）9.5.2托马绍夫-斯密尔诺娃理论（1）合金元素促进保护性氧化膜形成：1＜PBR＜2.5（2）合金元素生成高电阻氧化膜，阻碍离子扩散：1000℃：Al2O3、SiO2、NiO、Cr2O3、FeO的比电导分

5、别为：10-7、10-6、10-2、10-1、102Ω-1·cm-1。（3）合金元素原子半径小于基体金属元素，易于扩散到表面，并形成晶格参数小的致密氧化膜。（4）合金元素氧化物的生成热高于基体金属元素氧化物生成热（稳定性好）。例如：Al2O3和FeO的生成热分别为1678、272KJ/mol（5）合金元素的氧化物熔点和升华点高，分解压低，不与其他氧化物生成低熔共晶混合物。（6）合金为固溶体，保证均匀分布和氧化物的生成。9.5.3阿尔哈罗夫-尼克曼理论合金元素与基体金属元素共同形成尖晶石型双氧化物M´O·

6、M´´2O3（或M´M´´2O4），较单一氧化物具有更好的抗氧化性能。例如：FeCr2O4或NiFe2O4的抗氧化性能较FeO优异得多。此即高温合金的抗氧化原理。9.6钢铁的气体腐蚀钢铁的气体腐蚀：氧化、脱碳、氢腐蚀和含硫气体腐蚀等。9.6.1氧化：（1）氧化膜的组成9.6.1氧化：（2）氧化规律碳钢（0.6%C）在800℃的氧化规律（膜层无保护性）抛物线→直线9.6.2脱碳：钢在高温和/或高压下与O2、CO2、H2O、H2等接触Fe3C+O2→3Fe+CO2Fe3C+CO2→3Fe+2COFe3C+H

7、2O→3Fe+CO+H2Fe3C+2H2→3Fe+CH49.6.3防护方法（1）除去腐蚀介质；（2）选用耐热合金（3）使用高温防护涂层9.7金属材料的热腐蚀9.7.1热腐蚀现象：热腐蚀：是燃气蜗轮热端部件等在高温工作时与其表面沉积物质(如Na2SO4、K2SO4、V2O5等)相互作用而发生的一种高温腐蚀现象。热腐蚀使得防护性的氧化物破坏，形成一层疏松的、无保护性的氧化物，加速基体氧化过程的进行，造成灾难性氧化。热腐蚀在600～1000℃内表现剧烈。根据相对腐蚀率与温度的关系，可将热蚀分为两类：（1）低温

8、热腐腐蚀：600～850℃；（2）高温热腐蚀：＞850℃9.7.2热腐蚀机理：（1）含硫的燃料燃烧时生成SO2、SO3等气体，与环境中的O2、NaCl等可能发生下列反应，生成Na2SO4：2NaCl+SO2+1/2O2+H2O→Na2SO4+2HCl2NaCl+SO3+H2O→Na2SO4+2HCl（2）低熔点（600℃）Na2SO4使金属表面氧化膜破坏Na2SO4＝Na2O（碱性）＋SO3（酸性）Al2O3+3SO3→Al2(SO4)3A