第5章高温腐蚀二课件.ppt
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- 高温 腐蚀 课件
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1、9.5 合金的氧化(耐热合金理论)合金的氧化(耐热合金理论) 9.5.1 Hauffe-Wagner理论理论(1)耐热合金耐热合金:在高温下具有足够的高温强度(热强: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。度)和热稳定性(抗高温腐蚀),亦称高温合金。(2)合金化原则合金化原则:保证合金表面在氧化过程中能生成保:保证合金表面在氧化过程中能生成保 护性好的氧化膜。护性好的氧化膜。(3) Hauffe-Wagner理论理论 前提前提(实际实际):实际的氧化物均不是严格化学比的化: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(或金合物,
2、要么金属离子过剩,要么氧离子过剩(或金 属离子不足)。属离子不足)。按膜的导电性分类的氧化膜:按膜的导电性分类的氧化膜:(1)金属离子过剩型氧化物)金属离子过剩型氧化物(n型半导体氧化物型半导体氧化物自由电子导电)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)金属离子不足型氧化物(p型半导体氧化物型半导体氧化物空穴导电)空穴导电) NiO、FeO、Cu2O、CoO、MnO、Cr2O3、Ag2O、Cu2S、SnS、Ag2S (1)ZnO中加入中加入低价低价金属离子金属离子Li
3、+取代正常晶格上的取代正常晶格上的Zn+,电中性驱,电中性驱使间隙使间隙Zn+增多,增多,e-减少,减少, 增多的增多的Zn+由金属基体补充,故氧化过程由金属基体补充,故氧化过程增强。增强。(不利于抗氧化)(不利于抗氧化)(2)ZnO中加入中加入高价高价金属离子金属离子Al+取代正常晶格上的取代正常晶格上的Zn+,电中性驱,电中性驱使间隙使间隙Zn+减少,减少,e-增多,金属增多,金属Zn基体氧化过程得到缓解。基体氧化过程得到缓解。(利于抗(利于抗氧化)氧化)Zn及合金及合金390、1 1个大气压氧化结果个大气压氧化结果(1) Zn: (1) Zn: 抛物线常数抛物线常数 8 81010-10
4、 -10 g g2 2/cm/cm4 4hh(2) Zn + 1.0(2) Zn + 1.0(原子)原子)% Li% Li 抛物线常数抛物线常数 2 210-7(3) Zn+0.4(原子)(原子)%Al 抛物线常数抛物线常数 110-11(3)NiO中加入中加入低价低价金属离子金属离子Li+取代正常晶格上的取代正常晶格上的Ni+,电中性驱使,电中性驱使正离子空位减少,正离子空位减少,Ni+增多,增多, Ni+的扩散和产生受抑制,故氧化过程的扩散和产生受抑制,故氧化过程减缓。减缓。(利于抗氧化)(利于抗氧化)(2) NiO中加入中加入高价高价金属离子金属离子Cr+取代正常晶格上的取代正常晶格上的
5、Ni+,电中性驱使,电中性驱使正离子空位增加,正离子空位增加,Ni+减少,减少, Ni+的扩散和产生增强,故氧化过程加的扩散和产生增强,故氧化过程加速。速。(不利于抗氧化)(不利于抗氧化) 9.5.2 托马绍夫托马绍夫-斯密尔诺娃理论斯密尔诺娃理论(1)合金元素促进保护性氧化膜形成合金元素促进保护性氧化膜形成:1PBR2.5(2)合金元素生成高电阻氧化膜,阻碍离子扩散合金元素生成高电阻氧化膜,阻碍离子扩散:1000:Al2O3、SiO2、 NiO、 Cr2O3、FeO的比电导分别为:的比电导分别为:10-7、10-6、10-2、10-1、102-1cm-1。(3)合金元素原子半径小于基体金属元
6、素合金元素原子半径小于基体金属元素,易于扩散到表,易于扩散到表面,并形成晶格参数小的致密氧化膜。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)成热(稳定性好)。例如:。例如:Al2O3和和FeO的生成热分别为的生成热分别为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。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。合金为固溶体,保证均匀分布和氧化物的生成。
7、 9.5.3 阿尔哈罗夫阿尔哈罗夫-尼克曼理论尼克曼理论 合金元素与基体金属元素共同形成合金元素与基体金属元素共同形成尖晶石型尖晶石型双氧化物双氧化物M OM2O3(或(或M M2O4 ),较单一氧化物具有,较单一氧化物具有更好的抗氧化性能。更好的抗氧化性能。 例如:例如:FeCr2O4或或NiFe2O4的抗氧化性能较的抗氧化性能较FeO优异得多。此即优异得多。此即高温合金的抗氧化原理。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 钢铁的气体腐蚀:钢铁的气体腐蚀: 氧化氧化、脱碳脱碳、氢腐蚀氢腐蚀和和含硫气体腐蚀含硫气体腐蚀等。等。9.6.1 氧化:氧化:(1)氧化膜的组成)氧化
8、膜的组成9.6.1 氧化:氧化:(2)氧化规律)氧化规律碳钢(碳钢(0.6%C)在)在800的氧化规律(膜层无保护性)的氧化规律(膜层无保护性) 抛物线抛物线 直线直线9.6.2 脱碳:脱碳: 钢在高温和钢在高温和/或高压下与或高压下与O2、CO2、H2O、H2等接触等接触 Fe3C + O2 3Fe +CO2 Fe3C + CO2 3Fe +2CO Fe3C + H2O 3Fe + CO + H2 Fe3C + 2H2 3Fe +CH49.6.3 防护方法防护方法(1)除去腐蚀介质;)除去腐蚀介质;(2)选用耐热合金)选用耐热合金(3)使用高温防护涂层)使用高温防护涂层9.7 金属材料的热腐
9、蚀金属材料的热腐蚀9.7.1 热腐蚀现象:热腐蚀现象: 热腐蚀:热腐蚀:是燃气蜗轮热端部件等在高温工作是燃气蜗轮热端部件等在高温工作时与其表面沉积物质时与其表面沉积物质(如如Na2SO4、 K2SO4 、V2O5等等)相互作用而发生的一种高温腐蚀现象。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。程的进行,造成灾难性氧化。 热腐蚀在热腐蚀在6001000内表现剧烈。内表现剧烈。 根据相对腐蚀率与温度的关系,可将热蚀分根据相对
10、腐蚀率与温度的关系,可将热蚀分为为两类两类:(1)低温热腐腐蚀)低温热腐腐蚀:600850;(2)高温热腐蚀)高温热腐蚀:8509.7.2 热腐蚀机理:热腐蚀机理: (1)含硫的燃料燃烧时生成)含硫的燃料燃烧时生成SO2 、SO3 等气体,与环境等气体,与环境中的中的O2、NaCl 等可能发生下列反应,生成等可能发生下列反应,生成Na2SO4: 2NaCl + SO2 + 1/2O2 +H 2O Na2SO4 + 2HCl 2NaCl + SO3 + H2O Na2SO4 + 2HCl (2)低熔点()低熔点(600) Na2SO4使金属表面氧化膜破坏使金属表面氧化膜破坏 Na2SO4 Na2
11、O(碱性)(碱性)SO3(酸性)(酸性) Al2O3 + 3SO3 Al2(SO4)3 Al2O3 + Na2O 2NaAlO2 9.7.3 热腐蚀的控制:热腐蚀的控制:热腐蚀失效可以通过下述技术途径加以控制:热腐蚀失效可以通过下述技术途径加以控制:(1)控制和调整合金的化学成份,改善其抗热腐蚀的性能;)控制和调整合金的化学成份,改善其抗热腐蚀的性能;(2)选择合适的高温保护涂层;)选择合适的高温保护涂层;(3)减少燃料中的有害杂质的含量;)减少燃料中的有害杂质的含量;(4)燃气蜗轮进气口加过滤装置,净化进入的空气(此方法仅)燃气蜗轮进气口加过滤装置,净化进入的空气(此方法仅适用于地面和船用燃
12、气蜗轮);适用于地面和船用燃气蜗轮);(5)定期用水冲洗发动机,以去除沉积在蜗轮叶片上的盐及其)定期用水冲洗发动机,以去除沉积在蜗轮叶片上的盐及其它杂质。它杂质。9.8 液态金属腐蚀液态金属腐蚀液态金属腐蚀现象:液态金属腐蚀现象: 具有较高熔点的金属与液具有较高熔点的金属与液态金属接触,使其表面形成态金属接触,使其表面形成力学性能较低的力学性能较低的固溶体固溶体、金金属间化合物属间化合物或溶解在液态金或溶解在液态金属中。如铝合金汞剂化即属中。如铝合金汞剂化即Al溶解在液态溶解在液态Hg中,粉末化或中,粉末化或板穿孔。板穿孔。 液态液态Cd导致九级压气机盘破坏导致九级压气机盘破坏第第8章章 金属
13、在自然环境中的腐蚀金属在自然环境中的腐蚀 8.1 8.1 大气腐蚀大气腐蚀8.4 8.4 微生物腐蚀微生物腐蚀8.1 大气腐蚀大气腐蚀8.1.1 现象:现象: 在大气环境下的化学或电化学反应引起的金属材料及其制品在大气环境下的化学或电化学反应引起的金属材料及其制品的变质或破坏称为的变质或破坏称为大气腐蚀大气腐蚀。 飞机腐蚀实为水膜下的大气电化学腐蚀。飞机腐蚀实为水膜下的大气电化学腐蚀。 纯净的大气纯净的大气:氮气(:氮气(75%)、氧气()、氧气(23%)、水分和少量惰)、水分和少量惰性气体(性气体(Ar、He、Xe、Ne、Kr)等。)等。 污染介质污染介质:SO2、SO3、H2 、Cl2、H
14、Cl 、NO、NO2、NH3、HNO3 、CO、CO2 、 NaCl、CaCO3 、氧化物、粉煤灰、氧化物、粉煤灰 等。等。 湿度是影响大气腐蚀的重要因素。湿度是影响大气腐蚀的重要因素。%100HR最大水蒸气含量该温度下空气所容纳的空气中水蒸气的含量)相对湿度(8.1.2 分类及特点:分类及特点:(1)分类:)分类: a)干的大气腐蚀;)干的大气腐蚀; b)潮的大气腐蚀;)潮的大气腐蚀; c)湿的大气腐蚀)湿的大气腐蚀 (2)特点:)特点: (1)干的大气腐蚀)干的大气腐蚀 在空气在空气非常干燥非常干燥的条件下,的条件下,金属表面金属表面不存在水膜不存在水膜时的腐蚀称时的腐蚀称为干大气腐蚀,形
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