过程装备腐蚀与防护(闫康平)(二版)_第3章_金属在某些环境中的腐蚀讲解.ppt

金属在高温气体中的氧化是一种普遍、重要的腐蚀形式， 了解金属氧化的机理及其规律 正确选用高温结构材料 防止（减缓）金属在高温气体中的腐蚀 金属氧化膜成长的扩散方式： 氧化膜具有保护性的条件： (ii)膜具有足够强度和塑性,与基体金属结合力强，膨胀系数相近。这是因为设备往往在热负荷波动，温度剧变，流体冲刷或承受变载荷下的工作。 (iii)膜内晶格缺陷浓度低。如FeO是P型金属离子不足氧离子过剩半导体，属岩盐(NaCl)立体结构，晶格中有许多金属离子空位，膜保护性差。磁性氧化铁Fe3O4具有尖晶石型的晶体结构，晶格缺陷浓度低，膜具有高的保护性。 二、 金属氧化的动力学规律 金属氧化速度规律 金属高温氧化腐蚀速度用氧化膜厚度变化与时间关系式表达，不同金属在不同条件下规律不同。 1. 合金化原理 为了提高金属的抗高温氧化性能，采用合金化途径。 （1）减小氧化膜的晶格缺陷浓度 金属离子过剩型氧化膜：原子价较高的金属离子 金属离子不足型氧化膜：原子价较低的金属离子 半导体氧化膜中间隙金属离子浓度、金属离子空位浓度或阴离子空位浓度愈高，氧化速度愈快。加入合金元素可减少间隙离子浓度或离子空位，可提高抗氧化性能。 2. 合金的抗氧化性 指在高温下合金表面迅速被氧化，氧化后形成一层连续而致密的、牢固地附着在金属表面的薄膜，从而使金属具有不再被氧化或氧化速度很小的特性。 提高钢的抗氧化性： 采用合金化途径，加入Cr、Al、Si及其他微量元素，选择氧化或生成复合氧化物新相 1. 氢腐蚀 钢材受高温高压的氢气作用，变脆甚至破裂的现象 氢腐蚀分为两个阶段： I：氢脆阶段（也称为氢腐蚀的孕育期）； II：氢侵蚀阶段 Fe3C +2H2→3Fe + CH4↑ Fe3C→ 3Fe + C C + 2H2→CH4 五、 耐热金属结构材料简介 抗氧化钢：高温下具有抗气体侵蚀能力的钢 Al、Si、 Cr 作为合金元素 高温下，不受压或压力较低的设备 耐热钢 热强钢： 在高温下具有足够强度的钢 Cr 、Mo、 W 、V、 Ti、 Nb作为合金元素 高温下，压力较高的设备（实例见教材P85） 耐热新钢种：10MoWVNb 12Cr2MVTiB、12Cr3MoVSiTiB 4Cr22Ni4N、3Cr24Ni7SiN 3Cr19Ni4SiN 金属在大气环境下发生的腐蚀称大气腐蚀 在金属表面上的薄层电解液膜中进行的电化学腐蚀 金属表面的水膜成分，是大气中的杂质溶解在水膜中形成的相应的电解质溶液 大气腐蚀过程遵循电化学腐蚀的一般规律 自身的特点 ：阴极以耗氧腐蚀为主； 腐蚀程度受大气的成分和湿度影响 势 势 势 如：Cr-Fe合金，氧化时Cr选择性氧化成Cr2O3,与FeO生成固溶体，其复合氧化物FeO·Cr2O3(尖晶石型)，综合结果提高钢的抗氧化性。 Fe-Si合金在1000℃以上高温氧化，生成橄榄石型2FeO·SiO2具有极好的抗氧化性。 Fe-Cr中加入Si，在700-900℃加热，Si在基体金属和氧化层界面浓缩发生内部选择氧化，形成非晶形的SiO2薄膜，阻碍Fe和Cr向外扩散，抗氧化性增高。 与温度、压力有关 提高钢的抗氢腐蚀性能：钢中加入强碳化物形成元素（Cr、Mo、W、V、Nb、Ti），使碳优先结合成稳定的碳化物 四、氢腐蚀和硫化 氢腐蚀是钢材受高温高压氢气作用变脆，破裂的现象称氢腐蚀。如合成氨、石油加氢等。 (1)过程分两阶段： (i)氢脆阶段：当氢的温度、压力较低或与钢材接触时间短，氢腐蚀不严重，只是韧性降低，材料变脆。 氢气与钢接触、吸附、分解为氢原子，扩散，但未发生化学反应，组织结构未遭受破坏。 通过加热或静置可去氢 (ii)氢浸蚀阶段：当氢气温度，压力较高或与钢材接触时间长，溶解在钢中氢与渗碳体发生脱碳反应： Fe3C＋2