《高温氧化基础》ppt课件

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1、第一章高温氧化材料科学与工程学院金属材料系一、金属的高温氧化金属的氧化：金属与氧化性介质反应生成氧化物的过程。2aM+bO2=2MaOb含氧气体：空气，H2O,以及其他含氧气体含硫气体：SO2，SO3，H2S含碳气体：CO，CO2，CH4卤素：Cl2，HCl含氮气体：空气，NH3熔融盐：Na2SO4，K2SO4，NaCl，KCl，Na2CO4，K2CO4在它们的熔点以上灰份/沉积盐：V2O5，MoO3，Na2SO4（固态）液态金属：Al在660℃，Na在97.8℃以上狭义的氧化,广义的氧化,氧化与热腐蚀,高温腐蚀1.

2、1、高温氧化基础工业背景:工业设备或工艺规程腐蚀环境腐蚀现象使用的主要材料及表面处理燃气轮机航空发动机叶片发电机叶片蒸气涡轮叶片金属温度约1300K，燃气中含有CO、H2O、SO2等气体；硫酸钠系熔融灰分附着；离心力，热应力等负荷金属温度约1050K，燃气；钒化合物、Na2SO4系熔融灰附着；离心力，热应力等负荷高温高压水蒸气（约840K，24.6MPa）复杂气氛中高温氧化，高温硫化腐蚀，磨蚀复杂气氛中高温氧化，高温硫化腐蚀，钒腐蚀；磨蚀高温高压下水蒸气氧化；磨蚀镍基耐热合金、铬、铝等金属渗层镍基耐热合金、铬、铝等金

3、属渗层铁素体不锈钢锅炉过热器管（火焰侧面）过热管（蒸气侧面），空气预热管金属温度约880K，燃气（通过燃烧在锅炉内局部生成还原气氛）；钒化物、Na2SO4熔融灰附着（煤燃烧时常常是铁、钾的化合物）蒸气温度约840K；压力约25MPa，温度低于470K，硫酸冷凝复杂气氛中高温氧化、高温硫化腐蚀，钒腐蚀、渗碳；磨蚀水蒸气氧化；硫酸露点腐蚀铬-钼钢，奥氏体不锈钢低合金钢高温-金属在某一温度下发生了明显的氧化反应，那么这一温度对这种金属材料的氧化而言就属高温。高温是相对的，与材料的熔点和活性有关。-Fe，熔点15399℃

4、，450℃;Al，熔点667℃，200℃;-Ti，熔点1667℃，500℃;Nb，熔点2470℃，500℃;高温环境的工业背景汽车排气用加热反应器CO催化器温度约1370K、燃气（铅、磷、硫、氯、溴等化合物存在）；反应加热，冷却；振动温度约1120K复杂气氛中高温氧化；PbO引起加速腐蚀复杂气氛中高温氧化铁素体和奥氏体不锈钢；铬、铝等金属渗层铁素体和奥氏体不锈钢垃圾焚烧炉过热器燃烧室温度1020－1220K，燃气（少量SO2,HCl、Cl2显著增多，形成局部还原气氛）复杂气氛中高温氧化，特别由HCl、Cl2引起的加

5、速氧化，熔融碱盐引起的热腐蚀；磨蚀铬-钼钢；铬表面包覆石油化工石油精制，原油蒸馏接触改性接触分解氢化脱硫乙烯制造温度570－720K；常压或负压；含H2S、HCl气氛温度690－850K，压力1.5-5MPa；H2和碳氢化物气氛温度720－820K，常压，存在流动的催化剂温度470－770K，压力3.5-20MPa；H2、H2S温度970－1170K；压力0.2-0.5MPa；H2、H2O、C2H4及其他碳氢化物硫化氢蚀硫化，由催化剂引起的磨蚀硫化，氢蚀氧化，增碳损伤Cr-Mo钢，熔融镀铝Mo钢,Cr-Mo钢Cr-M

6、o钢,不锈钢Cr-Mo钢,不锈钢，Al、Cr金属渗层HK40,Incoloy800等原子反应堆热交换器轻水冷却液体金属冷却氦冷却温度530－570K；水和水蒸气温度670－970K；液态Na温度1020－1270K；不纯氦高温水引起的应力腐蚀脱碳、碱腐蚀氦中微量杂质引起氧化（内氧化），脱碳奥氏体系不锈钢；镍基合金奥氏体不锈钢Fe-Ni基耐热合金，镍基耐热合金煤的液化，气化液化温度约720K，气化温度约1300K，气氛中含有H2、H2O、CO、H2S；存在有固体微粒高温硫化；磨蚀Cr-Mo钢，不锈钢高温环境的工业背景内

7、在的因素：金属成分，金属微观结构，表面处理状态等外在的因素：温度，气体成分，压力，流速等。影响因素：热力学:高温环境中反应的可能性。动力学：氧化反应的规律与速度。研究方法：O2-O2-O2-O2O2氧化过程示意图二、高温氧化热力学2.1热力学基本原理M+O2=MO2G=G0+RTlnKG=G0-RTlnPO2当PO2PO2，G0，反应向生成MO2方向进行当PO2=PO2，G=0，反应处于平衡状态当PO2PO2，G0，反应向MO2分解方向进行VantHoff等温方程式2.2G0-T图½

8、M+H2O(g)=½MO2+H2(g)½M+CO2(g)=½MO2+CO(g)Ellingham-Richardson图(1)以1摩尔氧消耗量为标准(2)G0随T呈直线变化(3)PO2、PH2/PH2O和PCO/PCO2的辅助坐标(4)原点几点说明:M+O2（g）=MO2G0=H0-TS0，H0为标准状态下的焓变，S0为标准状态下的