金屬與合金的高溫氧化(編輯修改稿)
2025-03-20 09:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?? 合金氧化膜主要由圖下方合金元素的氧化物所組成 Δ Gθ—T平衡圖 ? 各直線：相變 ?? 熔化、沸騰、升華和晶型轉(zhuǎn)變 ?? 在相變溫度處，特別是沸點(diǎn)處，直線發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折 ——體系在相變時(shí)熵發(fā)生了變化 ? 直線的斜率： ΔSΘ ?? 氧化反應(yīng)熵值變化； ?? 氧是氣體，其熵值比凝聚相大 ?? ΔSΘ一般為負(fù)值，從而直線斜率為正值 ?? 溫度越高，氧化物的穩(wěn)定性越小。 Δ Gθ—T平衡圖 ?兩條特殊直線 – CO2的直線幾乎與橫坐標(biāo)平行，表明 CO2的穩(wěn)定性幾乎 不依賴于溫度 – CO的直線斜率為負(fù)， CO的穩(wěn)定新隨溫度升高而增大 ?周圍的幾條直線， O點(diǎn)、 H點(diǎn)和 C點(diǎn) Δ Gθ—T圖使用說(shuō)明 例： 由 Δ G0－ T圖比較 Al和 Fe在 600℃ 下發(fā)生氧化的可能性，并判斷一種金屬還原另一種金屬氧化物的可能性。 解： 從圖上讀出 600℃ 時(shí) Δ G0值均小于零，即均可被氧化 Δ G0600℃ （ Al ?Al2O3）＝ 928kJ0 Δ G0600℃ （ Fe ?FeO）＝ 417kJ0 Δ G0600℃ （ FeO ＋ Al ?Al2O3 ＋ Fe ） ＝ 511kJ0 ? 鋁對(duì)氧的親和力更大，鋁比鐵的氧化傾向更大 ? 氧化物膜中 FeO有可能被鋁還原 Δ Gθ—T圖使用說(shuō)明 例： 在 980℃ 時(shí)，銅和鐵在 20%H280%H2O 氣體中被腐蝕的可能性 ? 解： 980℃ 處作垂線，分別與 2Fe＋O2＝ 2FeO線和 4Cu＋ O2＝ 2Cu2O相交。從 H點(diǎn)分別與相應(yīng)的交點(diǎn)連線，并延長(zhǎng)交于 pH2/pH2O軸。 對(duì)于鐵， H2/H2O約為 2 對(duì)于銅， H2/H2O約為 108～ 104 所以鐵在此混合氣體中可能被氧化 （ H2O ?H2），而混合氣體中只要有 ％ 的 H2就足以使銅免于氧化 金屬高溫氧化的熱力學(xué)基礎(chǔ) 二、金屬氧化物的高溫穩(wěn)定性 1. Δ Gθ—T平衡圖 2. 金屬氧化物的蒸汽壓 蒸汽壓越低，穩(wěn)定性越高 3. 金屬氧化物的熔點(diǎn) 熔點(diǎn)越高，穩(wěn)定性越高 熔點(diǎn)低于金屬本身時(shí)，不但失去保護(hù)作用，而且加速腐蝕 金屬氧化膜 一、金屬氧化膜的形成 氧化過(guò)程取決于： (1)界面反應(yīng)速度 (2)物質(zhì)通過(guò)氧化膜的擴(kuò)散速度 金屬氧化膜 二、金屬氧化膜的生長(zhǎng) ◆氧化過(guò)程中金屬離子或氧離子擴(kuò)散形式 a. 金屬離子單向向外擴(kuò)散，在氧化膜氣體界面上進(jìn)行反應(yīng)，如銅的氧化過(guò)程 ，如鈦、鋯等金屬的氧化過(guò)程 c. 金屬離子向外擴(kuò)散，氧向內(nèi)擴(kuò)散，兩個(gè)方向的擴(kuò)散同時(shí)進(jìn)行，兩者在氧化膜中相遇并進(jìn)行反應(yīng)，如鈷的氧化 金屬氧化膜 二、金屬氧化膜的生長(zhǎng) ◆反應(yīng)物質(zhì)傳輸途徑 （ 1）通過(guò)晶格擴(kuò)散 （ 2）通過(guò)晶界擴(kuò)散 （ 3）同時(shí)通過(guò)晶格和晶界擴(kuò)散 金屬氧化膜 二、金屬氧化膜的生長(zhǎng) ◆內(nèi)生氧化過(guò)程 金屬氧化膜 三、氧化膜的 PB比 （
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