液态金属和气相的相互作用.ppt

第一节 气体的来源与产生 第二节 气体在金属中的溶解 第三节 氧化性气体对金属的氧化 第四节 气体的控制措施 第一节 气体的来源与产生 一、焊接区内的气体来源 二、铸造过程中的气体来源 一、焊接区内的气体来源 焊接区的气体 1．有机物的分解和燃烧 2．碳酸盐和高价氧化物的分解 3．材料的蒸发 4、气体的分解 1．有机物的分解和燃烧 焊条药皮中的淀粉、 纤维素、糊精等有机物 （造气、粘接、增塑剂） 2．碳酸盐和高价氧化物的分解 碳酸盐（CaCO3、MgCO3 及 BaCO3 等）的分解 CaCO3 = CaO + CO2↑ MgCO3 = MgO + CO2↑ 表7-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分 低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”； 酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。 3．材料的蒸发 焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发生蒸发，形成相当多的蒸气。 金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn 氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF 后果： 合金元素的损失； 产生焊接缺陷； 增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。 4、气体的分解 简单气体（指N2、H2、O2、F2等双原子气体）的分解 ； 复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产物在高温下还可进一步分解和电离。 二、铸造过程中的气体来源 1．气体的来源 铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。 熔炼过程 气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。 第二节 气体在金属中的溶解 在焊接和熔铸过程中，与液态金属接触的气体可分为简单气体和复杂气体两大类。前者如H2、N2、O2等，后者如CO2、H2O、CO等。本节主要讨论 H2、N2 和 O2 在金属中的溶解规律。 一、气体的溶解过程 二、气体的溶解度 一、气体的溶解过程 原子或离子状态 → 直接溶入液态金属； 分子状态的气体 → 先分解为原子或离子之后再溶解到液态金属中。 双原子气体溶入金属液的两种方式： 吸附 — 分解 — 溶入 分解 — 吸附 — 溶入 双原子气体溶入金属液的两种方式 温度不够高或气体难以分解时 焊接温度下氢、氧等气体的溶解 二、气体的溶解度 溶解度 —— 在一定温度和压力条件下，气体溶入金属的饱和浓度。 1．温度和压力的影响 理想气体溶解度的平方根定律： Px 为气体分压， Px ↑ → 溶解度↑ Kx 为常数，取决于温度和金属的种类。 金属吸收气体为吸热反应，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应，溶解度随温度的上升而降低。 2、氮、氢、氧在金属中的溶解度 氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向 氮、氢在铁中的溶解度 3、合金成分对溶解度的影响 第三节 气体对金属的氧化 主要讨论O2、CO2、H2O等气体对金属的 氧化 一、金属氧化还原方向的判据 二、氧化性气体对金属的氧化 一、金属氧化还原方向的判据 在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，采用金属氧化物的分解压 Po2作为金属是否被氧化的判据。 2 MeO ? 2Me + O2 若氧在金属－氧－氧化物系统中的实际分压为{Po2}，则: {Po2} Po2 时，金属被氧化； {Po2} = Po2 时，处于平衡状态； {Po2} Po2 时，金属被还原。 金属氧化物的分解压是温度的函数，它随温度的升高而增加。 除了 Ni 和 Cu 外，在同样温度下，FeO的分解压最大，即最不稳定。FeO为纯凝聚相时，其分解压为： P o2 是液态铁中FeO的分解压；[FeO] 是溶解在液态铁中的 FeO 浓度；[FeO]max是液态铁中 FeO 的饱和浓度。 由上式可以看出，由于 FeO 溶于液态铁中，使其分解压减小，致使 Fe 更容易氧化。 二、氧化性气体对金属的氧化 1、 自由氧对金属的氧化 2、 CO2 对金属的氧化 3、 H2O 对金属的氧化 4、 混合气体对金属的氧化