金属高温腐蚀介绍.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 金属高温腐蚀概述 SUMMARY OF CORROSION AT HIGH TEMPERATURE 学院名称： 化学化工学院 专业班级： 应化1201 学生姓名： 李筱芸 学生学号： 3121304008 任课教师： 蒋银花 2015 年 6 月 金属高温腐蚀概述 摘要 本文着重描述了金属高温氧化过程，分析其热力学条件和动力学规律，讨论氧化机理及氧化膜的结构形态，据此提出相应防护措施，并简单介绍部分耐热金属材料，此外还提及了广义高温腐蚀中的氢腐蚀和高温硫化。 关键词：高温氧化 晶格缺陷 耐热金属 腐蚀防护 SUMMARY OF CORROSION AT HIGH TEMPERATURE Abstract Process of metals oxidation at high temperature is concentrated on in this paper. With analysis of thermodynamic conditions and reaction kinetics pattern in the corrosion, oxidation mechanism and configuration or morphology of the metallic oxide film are discussed,according to which corresponding protective measures are put forward and part of heat resistance metal materials are introduced.In addition,hydrogen corrosion and sulfuration at high temperature in generalization are also mentioned in brief.背景 在化工生产及相关领域，许多设备处于高温气体环境中，金属在此条件下的氧化是一种很普遍且重要的腐蚀形式，有的甚至已经影响到了设备运行的安全性和经济性。譬如许多大型电厂锅炉出现了水冷壁高温腐蚀[]，造成管壁减薄进而爆管等事故，严重影响机组的安全运行；当秸秆燃烧炉壁温＞500℃时[]，钠钾硫酸盐对管壁的侵蚀造成了严重的经济损失；航天地面试验系统中，蠕变-热疲劳-氧化的交互作用使不锈钢表面产生严重的破坏，导致燃气发生器和喷管力学性能降低，工作寿命缩短。因此，了解金属高温氧化的行为、规律和机理，研究防护和减缓高蚀的方法，正确选用高温结构材料在化工设备的生产设计中有着重要的意义。 此处高温是指在金属表面不致凝结出液膜，又不超过金属表面氧化物熔点的温度。 狭义的氧化是指金属与环境介质中的氧化合而生成金属氧化物的过程，在反应中，金属原子失去电子变成金属离子，同时氧获得电子成为氧原子。可用下式表示： 广义的氧化是指金属与介质作用失去电子的过程，获取电子的可以是氧、硫、卤素或其他可接受电子的原子或原子团。可用下式表示： 本文将着重探讨金属在高温环境中较为常见的狭义氧化过程，将涉及部分氢腐蚀及硫化等局部热腐蚀形态。 部分高温腐蚀形貌如下： 2.2高温氧化的热力学条件 对金属的狭义氧化，即反应而言，根据Van’t Hoff等温方程（）及反应平衡方程（)可知:在给定温度下，如果氧的分压高于氧化物的分解压力（），则金属氧化反应自发进行反之则不被氧化。 根据不同温度下，各种金属氧化物的分解压力数值可知：金属氧化物的分解压力随温度升高而急剧增加，即金属氧化的趋势随温度的升高而降低。在合金中，当金属发生氧化时，氧化物的形成通常是受金属组分的活度、气体中氧的压力以及金属元素对氧的相对亲和力控制。合金元素之间相对地竞争的结果，金属最终趋于被热力学最稳定的氧化物所覆盖。因此，只有剧烈地降低氧的分压，例如将金属转移到无氧的或还原性气氛中，金属才不会发生氧化反应。 金属被高温氧化时，所生成的氧化物的形态和性质对氧化速度有着直接的影响。金属氧化物有三种可能形态：固态、液态和气态。例如，在1093℃的空气中，Cr、V、Mo被氧化时，分别生成Cr2O3（固体）、V2O5（液体）和MoO3（气体）。显然，当氧化物为固态或气态时，生成后即流失或散逸，金属不断暴露出新鲜表面而以一定速度继续腐蚀。当腐蚀产物为固态时，则将留在金属表面形成一层膜，它不一定有保护作用，但随着氧化膜的结构和性质不同，金属氧化速度将