腐蚀与防护概论 第一章 高温腐蚀.pptVIP

腐蚀与防护概论;什么叫高温腐蚀？;高温腐蚀的类型;高温腐蚀;多高的温度算高温？;例如：碳钢从570℃开始，氧化速度明显增大，所以钢铁材料的高温氧化是指570℃以上的空气介质中的氧化。;高温腐蚀的严重后果：

1、高温腐蚀锈皮的生成造成了金属材料的直接损失；减少了金属材料横截面积，使金属的机械负荷加重了。

2、金属部件的高温腐蚀破坏了设备的使用性能，影响生产装备运行的平安性和可靠性。

3、在金属加工过程中为了消除锈皮，在生产中要增加许多工艺设备，延长了生产周期，降低了生产效率。;第一节高温氧化热力学;金属氧化过程常以下述方程式表示：

Me〔金属〕＋O2＝MeO2〔氧化物〕

Po2平衡——给定温度下氧化物的分解压P分解可查表得到

Po2氧分——体系的氧分压，常压条件下=0.21×101.325kPa;因此，在一定的温度下，当：

Po2氧分=P分解，即△G=0，反响到达平衡；

Po2氧分＞P分解，即△G0，反响朝生成氧化物〔MeO〕的方向进行；

Po2氧分P分解，即△G0，那么反响就朝着氧化物分解的方向进行。;;一些金属氧化物在1000℃时的△G0值;FeO在不同温度下的分解压P分解/101.325kPa;由此可知：

1、常压下，绝大多数金属氧化物的分解压远小于大气中氧分压，即Po2氧分P分解，也就是说在此状态下氧化反响的△G0，金属都有自发氧化的趋势。;2、随着温度的升高，金属氧化物的分解压增大，即金属自发氧化的趋势减小〔△G–T图中直线均具有正斜率〕。但是，对于常用金属如铁、钴、镍、铝、铬等来说，在空气中仍然有Po2氧分＞Po2分解，即△G0。因此，这些金属在高温下仍然很容易氧化。;问题：为什么在空气中许多金属没有完全变成氧化物？;;第二节金属氧化膜的结构与性质;一、Piling-bedworth原理;根据Piling-bedworth原理，可得到氧化膜完整的判据，简称PBR比值。

假设金属摩尔质量为m，密度为ρ，金属氧化物摩尔质量为M，一个氧化物分子中有Z个金属原子，其密度为D，那么：;PBR＞1只是氧化膜具有保护性的必要条件。因为PBR过大〔如大于2〕，膜的内应力过大，易使膜破裂，也会失去保护性或保护性很差。

实践证明，保护性较好的氧化膜的PBR值应为1＜PBR＜2.5。;一些金属氧化膜的PBR比值;高温下氧化膜具有保护作用必须满足以下要求：

〔l〕膜的完整性，膜的PBR值在1~2.5。

〔2〕膜的致密性，金属和O－在其中的扩散系数小。

〔3〕膜的稳定性，难熔、不挥发、不易与介质作用而破坏。

〔4〕膜的附着性，有与基体有相近的膨胀系数，不易剥落。

〔5〕膜的力学性，有足够的强度和塑性。;二、金属氧化膜的结构类型;〔1〕离子型化合物氧化膜：

典型的离子晶体化合物如氯化钠NaCl，其组分是当量化合的，即晶体内不仅保持电中性，而且组分的离子当量也是等同的。MgO、CaO、ThO2、VO、TiO等金属氧化物都属于离子化合物晶体。

Na+Cl-Na+Cl-Na+

Cl-Na+Cl-Na+Cl-

Na+Cl-Na+Cl-Na+

Cl-Na+Cl-Na+Cl-;;〔2〕尖晶石型氧化膜

尖晶石具有复杂致密的结构，它是金属基体氧化物与合金元素氧化物组合在一起的产物。

例如，在金属Fe或Ni中参加10％的Cr后，在高温氧化时所形成的连续氧化膜FeCr2O4和NiCr2O4都属于尖晶石类氧化膜。;〔3〕刚玉型氧化膜

Al2O3、Cr2O3等为典型刚玉结构。氧离子作近似紧密六方排列，其中2／3的八面体间隙为铝离子所填充。这些氧化物结构致密、高温稳定性好，具有较好的保护作用。;;〔4〕半导体型化合物：

绝大多数金属氧化物是非当量化合的离子晶体，具有离子-金属键性质。因化学组分的偏差，它们会呈现过剩阳离子〔如金属离子〕或过剩阴离子〔如氧离子〕。因此，根据晶体缺陷特点，可把这类化合物分为P和N型两类。;N型半导体氧化膜〔金属离子过剩〕：

过剩的Zn2+同称为间隙离子，当量的过剩电子e称为间隙电子。;P型半导体氧化膜〔金属离子缺乏〕：

金属离子空缺称为阳离子空穴，为维持电中性形成的高价阳离子称为电子空穴。;研究发现，如果在氧化物晶格中参入某种少量金属元素，会使氧化物晶格缺陷受到相