金屬與合金的高溫氧化-wenkub.com
2025-02-18 09:34 本頁面
【正文】 對合金元素的要求是必須固溶于基體中，合金元素和基體元素對氧的親和力相差不太懸殊，而且合金元素的原子尺寸應(yīng)盡量小，此時(shí)形成的尖晶石氧化物均勻、致密，能有效地阻擋氧和金屬離子的擴(kuò)散。 影響金屬氧化的因素 二、溫度對氧化速度的影響 由 G0T圖知道，隨著溫度的升高，金屬氧化的熱力學(xué)傾向減小，但絕大多數(shù)金屬在由 仍為負(fù)值。 對于鐵， H2/H2O約為 2 對于銅， 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 氧化過程取決于： (1)界面反應(yīng)速度 (2)物質(zhì)通過氧化膜的擴(kuò)散速度 金屬氧化膜 二、金屬氧化膜的生長 ◆氧化過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)，如銅的氧化過程 ，如鈦、鋯等金屬的氧化過程 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 ◆反應(yīng)物質(zhì)傳輸途徑 （ 1）通過晶格擴(kuò)散 （ 2）通過晶界擴(kuò)散 （ 3）同時(shí)通過晶格和晶界擴(kuò)散 金屬氧化膜 二、金屬氧化膜的生長 ◆內(nèi)生氧化過程 金屬氧化膜 三、氧化膜的 PB比 （ Pilling和 Bedworth） ◆氧化膜的內(nèi)應(yīng)力 ★氧化反應(yīng)機(jī)制，包括溶解在金屬中的氧的作用 ★氧化物與金屬的體積比 ★氧化物的生長機(jī)制 ★樣品的幾何形狀等 ◆ PB比（畢林 彼得沃爾斯原理） 金屬氧化膜的體積 VMO與所消耗金屬的體積 VM之比 金屬氧化膜 ◆ PB＝ VMO/VM ? PB比 1：氧化膜中受到壓應(yīng)力，可能生成保護(hù)性氧化膜 ? PB比 l：氧化膜中受到拉應(yīng)力，無法生成保護(hù)性氧化膜 堿金屬和堿土金屬， PB l， 氧化膜發(fā)生開裂，呈線性氧化規(guī)律 ?PB比 1：膜脆易破裂，喪失保護(hù)性 ,難熔金屬氧化膜 :WO3,MOO3 ? PB比引起的生長應(yīng)力還與氧化膜的生長機(jī)制有關(guān) 新的氧化物在金屬／氧化膜界面生成， PB比可以產(chǎn)生生長應(yīng)力 新的氧化物在氧化膜／氣相界面生成，不能因 PB比產(chǎn)生生長應(yīng)力 金屬氧化膜 金屬氧化膜 ◆ 氧化膜真正具有保護(hù)作用的充分條件 ?保護(hù)性好的氧化膜 PB比稍大于 1，如 Al（ ）、 Ti（ ） ?PB比大于 1是氧化膜具有保護(hù)作用的必要條件，非充分條件。 Δ Gθ—T平衡圖 ? 1944年 Ellingham一些氧化物的 Δ Gθ—T圖 ? 1948年 Richardson和Jeffes添加了 pO pCO/pCO
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