材料腐蚀与防护(第二章).ppt

《材料腐蚀与防护(第二章).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章金属与合金的高温氧化2.1金属高温氧化的热力学基础2.2金属氧化膜2.3氧化膜离子晶体缺陷2.4高温氧化动力学2.5影响金属氧化的因素2.6合金氧化及抗氧化原理2.7高温热腐蚀金属高温腐蚀基本概念金属的高温腐蚀金属在高温下与环境中的氧、硫、氮、碳等发生反应导致金属的变质或破坏的过程。广义概念：金属失电子氧化过程硫化、卤化、氮化、碳化、液态金属腐蚀、混合气体氧化、水蒸气加速氧化、热腐蚀。狭义概念：金属与环境中的氧反应形成氧化物的过程。研究金属高温腐蚀的重要性涉及航空、航天、能源、动力、石油化工等高科技和工业领域化工高温过程：合成氨、炼油、煤化工金属加工：碳氮共渗、盐浴处理燃

2、烧过程：汽轮机的工作温度：300℃→630～650℃现代超音速飞机发动机的工作温度：1150℃核反应堆高温过程：低温堆（300℃）高温堆（800℃）航天高温过程：飞行器再入、发动机喷管金属高温腐蚀的分类根据腐蚀介质的状态分为三类：高温气态腐蚀高温液态腐蚀高温固体介质腐蚀高温气体腐蚀介质?单质气体分子：O2、H2、N2、F2、Cl2…?非金属化合物气态分子：H2O、CO2、SO2、H2S、CO…?金属氧化物气态分子：MoO3、V2O5…?金属盐气态分子NaCl、NaSO4…特点?初期为化学腐蚀，后期为电化学腐蚀高温液体腐蚀介质?单质气体分子：O2、H2、N2、F2、Cl2

3、…?液态溶盐－硝酸盐、硫酸盐、氯化物、碱…?低熔点的金属氧化物－V2O5…?液态金属：Pb、Sn、Bi、Hg…特点?电化学腐蚀（溶盐腐蚀）?物理溶解作用（熔融金属的腐蚀）高温固体腐蚀介质?高温下腐蚀性动态固态金属液态金属拉丝：熔融金属对喷嘴的腐蚀高温下腐蚀性非金属颗粒高温冲蚀、磨损燃煤锅炉的粉煤灰对炉壁及管道的腐蚀固体发动机Al2O3对喷管和发射装置的冲蚀2.1金属高温氧化的热力学基础•金属在高温环境中是否腐蚀？•可能生成何种腐蚀产物？•金属高温腐蚀的动力学过程比较缓慢，体系多近似处于热力学平衡状态——热力学是研究金属高温腐蚀的重要工具•金属在高温下工作的环境日趋复杂化：•单一气体

4、的氧化•多元气体的腐蚀（如O2-S2、H2-H2O、CO-CO2等）•多相环境的腐蚀（如固相腐蚀产物-液相熔盐-气相）2.1金属高温氧化的热力学基础一、金属高温氧化的可能性金属氧化的化学反应式Me（s）+O2（g）=MeO2（s）（2-1）根据范托霍夫（Van’tHoff）等温方程式，在温度T时上述反应的自由能变化为(2-2)其中K为反应平衡常数，2.1金属高温氧化的热力学基础Q为逸度商（活度商、分压商），、分别为MeO2、Me在T平衡时的活度，为T平衡时MeO2的分解压；、分别为MeO2、Me的活度，为气相中的O2分压。由于固体的活度为1，则（2-3）2.1金属高温氧化的热力学基础进

5、一步约解，则（2-4）由此可以判断金属氧化的可能性若PO2>P’O2,则ΔG>0，氧化物分解若P’O2=P’O2,则ΔG=0，氧化反应平衡若P’O2

6、，金属氧化反应的ΔGθ值ΔGθ—T平衡图ΔGθ值愈负，则该金属的氧化物愈稳定判断高温腐蚀热力学倾向?判断金属氧化物在标准状态下的稳定性?预示一种金属还原另一种金属氧化物的可能性?位于图下方的金属可以还原上方金属的氧化物C可以还原Fe的氧化物但不能还原Al的氧化物“选择性氧化”——合金表面氧化物的组成?合金氧化膜主要由图下方合金元素的氧化物所组成ΔGθ—T平衡图各直线：相变?熔化、沸腾、升华和晶型转变?在相变温度处，特别是沸点处，直线发生明显的转折——体系在相变时熵发生了变化直线的斜率：-ΔSΘ?氧化反应熵值变化；?氧是气体，其熵值比凝聚相大?ΔSΘ一般为负值，从而直线斜率为正

7、值?温度越高，氧化物的稳定性越小。ΔGθ—T平衡图两条特殊直线–CO2的直线几乎与横坐标平行，表明CO2的稳定性几乎不依赖于温度–CO的直线斜率为负，CO的稳定新随温度升高而增大周围的几条直线，O点、H点和C点ΔGθ—T图使用说明例：由ΔG0－T图比较Al和Fe在600℃下发生氧化的可能性，并判断一种金属还原另一种金属氧化物的可能性。解：从图上读出600℃时ΔG0值均小于零，即均可被氧化ΔG0600℃（Al￫Al2O3）＝-928kJ<0Δ