《材料腐蚀与防护概论》课件—01金属的高温腐蚀与防护.pptVIP

图１-３８　合金的选择氧化与温度和铝含量的关系 铝合金阳极氧化应该注意温度不宜太高；若溶铝量达到一定平衡水平，化学抛光的温度要高些。随着溶铝量的增加，要维持一定的抛光效率就要增加的温度。一旦的温度超过设定的上限温度105℃，仍不能达到满意的光亮度，铝合金阳极氧化通常则需要调整浓度或调整与浓度直接相关的相对密度。  (1)铝化物涂层　铝化物涂层主要通过热扩散的方式获得，在镍基、钴基、铁基合金表面分别形成NiAl、CoAl、FeAl为主的金属间化合物渗层。　　 (2)覆盖型合金涂层　 图１-３９　成分对铝化物涂层和MCrAlY涂层的抗氧化和抗热腐蚀性能的影响 为了克服扩散型铝化物涂层存在的涂层与基体的相互制约，涂层组织受扩散反应限制等弱点，提高涂层的综合性能，发展了覆盖型合金涂层。 (3)表面结构改性涂层　 不改变合金表面的成分，仅仅改变合金表面的组织结构，就可以使合金的抗高温腐蚀性能得到大幅度的提高。  (4)陶瓷涂层　 图１-４０　热障涂层的典型截面结构 上述涂层是通过改变合金表面的成分、组织和结构，使合金在高温环境中表面形成保护性氧化膜，来实现抗高温腐蚀的。 (1)涂层与基体的互反应　涂层系统的有限寿命往往是基于高温腐蚀动力学计算的理论寿命的一小部分。 (2)涂层中的缺陷　(3)合金与涂层体系的力学性能　合金与涂层体系的力学性能呈现如下基本规律： 沿合金基体—涂层—氧化膜顺序， 塑性下降， 脆性增大， 热膨胀系数减小， 强度下降。 图１-４１　典型的涂层脆塑转变曲线 1.3.2.1　极薄氧化膜1.3.2.2　薄氧化膜 1)氧化膜为离子导体时，在强电场的作用下，金属离子在氧化膜中较易迁移，而电子的迁移较困难，成为金属氧化的控制步骤。 图１-１６　在强电场下的势垒曲线(虚线表示无电场的情况) 图１-１７　在室温银、铝、铁、铜的氧化规律 图１-１８　氧化膜的双电层机构a)固相/氧界面的双电层　b)Mott电容器型双电层 2)氧化膜为电子导体时，离子的迁移阻力大于电子的迁移阻力，因此离子的迁移成为金属氧化的控制步骤。 1.3.3.1　Wagner金属氧化理论 1.3.3.2　缺陷对氧化动力学的影响1.3.3.3　多层氧化膜的生长1.3.3.4　伴随蒸发过程的金属氧化 (1)金属氧化的控制步骤　当生成的氧化膜为半导体时，电子的迁移数te≈１，则氧化速度常数k的大小主要取决于离子迁移数tc＋ta的大小，即离子的迁移为金属氧化的控制步骤；当生成的氧化膜为离子导体时，离子的迁移数tc＋ta≈1，则氧化速度常数k的大小主要取决于电子迁移数的大小，即电子的迁移过程为金属氧化的控制步骤。(2)缺陷种类及氧分压　以金属过剩氧化物和金属不足氧化物为例，设生成的点缺陷分别为Ｍ2·和V２′，根据氧化物的结构与缺陷一节的分析，两种氧化物的电导率分别有σi∝和σV∝。(3)粒子的扩散系数　根据Nernst—Einstein公式中(１-５４)，粒子的扩散系数与其电导率成正比，则抛物线氧化速度常数与粒子的扩散系数成正比关系。 (4)温度的影响 图１-１９　金属氧化的电池模型a)及其等效电路b) 图１-２０　FAl表面微晶化处理后的氧化动力学 晶体中原子在表面、晶界、位错处的扩散速度比原子在晶内扩散的速度要快，因此称原子在表面、晶界、位错处的扩散为短路扩散。 由于表面、晶界、位错占的体积份额很小，所以只有在低温时（晶内扩散十分困难）或晶粒非常细小时，短路扩散的作用才起主要作用。 图１-２１　金属同时生成O和O两层氧化膜的模型 在氧气气氛中合金生成内外两层氧化膜,外层氧化膜主要为Fe2O3和Fe3O4,内层氧化膜主要为(Fe、Cr)3O4;随氧化时间延长和氧化温度升高,氧化膜厚度不断增加,但内层与外层氧化膜之间的结合力以及内层氧化膜与顶头基体之间的结合力,不随氧化膜厚度的增加而增大,当氧化时间和温度超过个某个范围后,所生成氧化膜间的结合力反而降低。 图１-２２　在900～１０５０°C铜的抛物线氧化速度常数与氧分压的关系 物相组成和分布与成膜时间及膜的深度无关;氧化膜的硬度随着氧化时间的增加而增加 视生成挥发性氧化物蒸气压的大小，蒸发过程对金属氧化可造成不同程度的影响。当蒸发过程较快时，无法形成保护性的氧化膜，金属将发生灾难性的氧化，例如W和Mo的氧化，因此灯泡中的钨丝必须在惰性气体保护下才能工作。当蒸发过程较慢时，金属表面同时存在着由于离子扩散氧化膜不断增厚和氧化膜生成挥发物质而变薄这两种作用。 1.3.4.1　氧化膜的生长应力1.3.4.2　氧化膜的热应力1.3.4.3　氧化膜中应力的松弛 1.3.4　氧化膜中的应力与应力松弛 图１-２３　铜在500°C的氧化曲线(虚线表示氧化膜不发生破坏的情况)