金属热腐蚀
热腐蚀机理
热腐蚀机理热腐蚀是一种高温环境下发生的腐蚀现象，长期以来一直是工业生产中的一个重要的问题。
热腐蚀会破坏材料表面的保护层，导致材料的机械性能、热学性能和耐腐蚀性能下降，从而影响设备的安全运行和寿命，给生产带来不良的经济效益。
因此，了解热腐蚀的机理，可以为工程技术员提供科学有效的防腐措施，以保障设备的安全稳定运行。
热腐蚀涉及到多种因素，主要包括材料的化学成分、结构及其表面状态、高温气氛的化学性质和温度、气氛中的氧化态、参与反应物的浓度、氧化物的稳定性、杂质的含量等，这些因素交织在一起，构成了复杂的反应体系。
下面将从三个方面简单介绍热腐蚀的机理。
一、化学反应机理热腐蚀一般为气体—金属表面反应所致，其中气体本身或经过化学反应产生的氧化物与金属表面反应，并在表面形成新物质，导致材料的腐蚀。
热腐蚀涉及的金属材料多种多样，因此腐蚀物质对各种金属材料的化学反应机理都不同，但总的来说，热腐蚀的基本反应类型包括氧化、硫化、氯化和蒸汽碳化等。
热腐蚀中最常见的一种氧化反应是金属表面被氧化物转化生成金属氧化物的过程。
金属表面在高温气氛中形成了一层氧化物，这层氧化物在继续和气氛中的氧化物反应时将逐渐增厚，进而破坏材料表面的保护层，使金属裸露在外，容易被进一步氧化。
硫化是热腐蚀的另一种重要反应类型。
硫在热腐蚀过程中通常是杂质元素，但有时也是用来加工金属材料的脱脂剂和冷却剂。
热腐蚀气氛中含有一定的硫化物，如H2S、SO2等，这些硫化物会与表面的金属反应，形成金属硫化物。
当硫量越来越多时，硫化物尺寸增大，破坏了材料表面的保护层，形成新的腐蚀源。
热腐蚀气氛中的氟化物、氯化物、溴化物等离子体可以造成金属腐蚀。
这些离子会在金属表面脱去其氢离子，被还原为原子或离子，进而与金属原子的电子发生化学结合，从而形成新物质。
氯化反应可分为两类：一类为金属表面受重氯污染造成的原位腐蚀，另一类为由于氧化物对气氛中氯的促进作用所致的间接腐蚀。
蒸汽碳化是热腐蚀中的另一种类型。
腐蚀与防护-第十一章 高温腐蚀
• 抛物线规律：
多数金属和合金的氧化动力学曲线为抛 物线。原因是生成致密的氧化膜，氧化速率 与膜厚成反比，反应受扩散控制
y kt C
n
(n 2)
n<2，氧化的扩散阻滞并非与膜厚的增长成 正比，如：应力、孔洞、晶界对扩散的影响 n>2，扩散阻滞作用比膜增厚所产生的阻滞 更严重，如：掺杂等
• 增强氧化物膜与基体金属表面的粘附力
（4）铁和耐热合金钢的抗氧化性
• 铁的高温氧化
200～300℃出现可见的氧化膜 570℃以下，氧化物为Fe3O4和Fe2O3，抗氧化性强 超过570℃时，在氧化膜内层生成FeO，结构疏散，
抗氧化性差
• 耐热钢的抗高温氧化性
加入Cr、Al、Si，提高抗氧化性；但过大则加工性恶化。 加入Mo、W、V、Nb、Ti等，提高热强性 合金元素的大量加入往往使钢的组织发生变化，奥氏体 钢耐热性最好
煤、油等各种燃料燃烧后产生的混合气氛中常 含有少量的硫及其它一些杂质，如低熔点的盐类 Na2SO4、K2SO4和低熔点的氧化物V2O5等，它们 沉积于被氧化的金属表面，形成熔盐，使原来金属 表面的保护性氧化膜破坏，从而造成对基体金属材 料加速腐蚀的现象。 这种高温腐蚀破坏过程不同于单纯的高温氧化， 故称为热腐蚀
金属氧化膜的结构和性质
（1）金属氧化物的类型
• 严格化学计量比组成的化合物
有晶格缺陷，占化合物总数较少，如：MgO、CaO、
ThO2等
• 非化学计量比的化合物
① 金属离子过剩型氧化物（n型半导体），电子导电 ② 金属离子不足型氧化物（p型半导体），空穴导电
（2）金属氧化物的组成和晶体结构
• 组成
• 立方规律：
在一定温度范围内，某些金属的氧化 服从立方规律
热处理对金属材料的高温腐蚀的影响
热处理对金属材料的高温腐蚀的影响在工业生产和科研领域中，金属材料常常需要承受高温环境下的腐蚀作用。
为了提高金属材料的耐腐蚀性能，热处理技术成为一种重要的手段。
本文将探讨热处理对金属材料高温腐蚀行为的影响。
热处理是指通过加热和冷却工艺，改变金属的晶体结构和力学性能。
它可以分为时效处理、固溶处理、淬火和回火等多种方式。
热处理技术不仅可以提高金属材料的强度和硬度，还可以改善其抗腐蚀性能。
首先，热处理可以改变金属材料的晶体结构。
在高温腐蚀环境下，金属晶体结构的细致性和稳定性对腐蚀行为起着决定性的作用。
通过热处理，可以使金属材料的晶粒尺寸变细，晶界清晰，消除或减少晶界的缺陷和杂质，从而提高金属的抗腐蚀性能。
其次，热处理可以改变金属材料的化学成分和相组成。
金属材料的成分和相组成与其耐腐蚀性能密切相关。
通过热处理，可以使金属材料中的一些有害成分减少或形成更稳定的相结构，从而降低了腐蚀的可能性。
例如，通过固溶处理可以溶解金属中的一些不稳定相，改善金属的均一性，提高其耐腐蚀能力。
另外，热处理还可以改变金属材料的亚表面应力分布。
应力是影响金属腐蚀的重要因素之一。
热处理可以调控金属材料的应力分布，使其在高温环境下更加均匀和稳定。
这些调控后的应力分布可以阻碍腐蚀的发生，延缓金属的腐蚀速率。
此外，热处理还可以提高金属材料的表面质量和光洁度。
金属材料的表面状态对其腐蚀行为有着重要的影响。
热处理可以去除金属表面的氧化物和其他杂质，提高金属的表面质量。
良好的表面质量和光洁度可以减少腐蚀介质在金属表面的附着，从而降低金属的腐蚀程度。
总结起来，热处理对金属材料的高温腐蚀行为具有重要影响。
通过改变金属的晶体结构、化学成分和相组成，调控金属的应力分布，提高金属的表面质量和光洁度，热处理可以显著提高金属材料的耐腐蚀性能。
然而，不同金属材料和高温腐蚀环境下的具体情况是复杂多样的，因此在实际应用中需要根据具体情况进行合理选择和调整热处理工艺。
金属才热变冷过程中容易生锈的原因
金属才热变冷过程中容易生锈的原因
金属在才热变冷的过程中更容易生锈的原因与铁和氧化反应有关。
以下是可能的原因：
1. 铁和氧气：当铁处于高温状态时，铁分子和氧气分子的碰撞速度会增加，使得化学反应更容易发生。
因此，在高温下，铁更容易被氧化，生成铁的氧化物。
2. 温度变化：当金属从高温状态冷却下来时，金属表面可能会形成微小的裂缝或孔洞，这些裂缝和孔洞会为空气中的氧气和水分子提供通道，使得铁与氧气更容易接触，从而加速氧化反应。
3. 水分：当金属表面存在水分时，水分子会吸附在金属表面，形成一层水膜。
这层水膜的存在可以促进铁与氧气之间的反应，因为水分子可以作为反应的媒介。
4. 二氧化碳：空气中的二氧化碳也会与铁发生反应，生成铁的碳酸盐，这也可以加速铁的腐蚀过程。
综上所述，金属在加热和冷却过程中更容易生锈的原因主要与铁和氧气的反应、温度变化、水分以及二氧化碳的存在有关。
为了减缓金属的生锈过程，可以采取相应的保护措施，如涂层保护、电镀等。
热腐蚀过程氧与高温合金元素反应及其扩散 关键技术
热腐蚀过程氧与高温合金元素反应及其扩散关键技术全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：热腐蚀是指高温下金属材料与气体中的腐蚀物质发生反应，导致金属材料表面遭受腐蚀的一种现象。
热腐蚀引起了高温合金元素与氧气之间的反应及其扩散，对于高温合金材料的应用和性能有着重要的影响。
本文将对热腐蚀过程中氧与高温合金元素的反应及其扩散的关键技术进行探讨。
在高温环境下，金属材料容易与氧气发生氧化反应，形成氧化物。
高温合金材料中常用的元素如镍、钴、铬等，容易与氧气发生化学反应，形成氧化物，在高温下则容易发生热腐蚀。
热腐蚀主要是由氧化物的形成和扩散过程引起的。
氧与高温合金元素的反应及其扩散是研究热腐蚀行为和机制的重要内容。
氧化物的形成是热腐蚀过程中的第一步。
当金属表面暴露在氧气环境中时，金属表面的原子会与氧气中的氧原子结合形成氧化物。
氧化物主要包括氧化镍、氧化钴、氧化铬等。
氧化物的形成会导致金属表面的化学成分发生变化，使金属表面逐渐失去原有的性能，导致金属材料的腐蚀和损坏。
氧与高温合金元素的反应是热腐蚀过程中的关键环节。
高温合金材料中的元素与氧气发生反应的速率取决于反应的速率常数和反应的能垒。
在高温条件下，元素原子在金属表面迁移的活动性增加，促使元素与氧气更容易发生反应。
氧与高温合金元素反应生成氧化物的过程是一个复杂的物理化学过程，涉及到原子的迁移、电子的转移等多种机制。
氧与高温合金元素的扩散是导致热腐蚀的另一个重要因素。
氧化物在金属表面形成后，会向金属内部扩散，使得金属材料整体遭受腐蚀。
氧与高温合金元素的扩散速率取决于氧化物的溶解度、原子扩散速率等因素。
扩散过程中，氧化物颗粒会沿晶界、孔隙等通道向金属内部扩散，导致金属内部也受到腐蚀。
针对氧与高温合金元素的反应及其扩散过程，研究人员提出了一系列关键技术来控制和减缓热腐蚀的发生。
首先是合金设计技术，通过改变高温合金材料的成分和结构，提高其抗氧化性能和抗腐蚀性能，减少氧化物的形成和扩散。
热腐蚀
二、热腐蚀机制
M+S→MS
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
M+MS→M· MS(共晶)
式中，R表示某还原性的组分；M· MS为金属和金属硫化物共晶，如Ni· NiS。 (2) M· MS共晶被穿过盐膜的氧分子所氧化，而释放出硫化物。这些硫化物可再次 与金属基体的组元形成共晶，即 M· MS+O2 →MO+MS M+MS→M· MS(共晶) 上述各个过程的不断进行，便导致了金属的严重损耗。
二、热腐蚀机制
3．电化学模型
引起热腐蚀的表面熔融沉积盐是电解质，热腐蚀本质上是一个电化学过程，认为在 热腐蚀中存在阴阳极反应。
阳极为金属的溶解反应：
M → Mn++ ne
阴极为多种氧化剂的还原，如O2、 SO3或S2O72- 等
SO3+2e→SO2+O2-→SO32-
S2O72-+ e→SO42-+ SO3SO3- + e→S02+O2上述反应将显著影响熔盐层的酸碱度，为形成疏松氧化物提供必要条件。
一、热腐蚀及特征
热腐蚀通常表现出如下的特征：
在覆盖着熔融的硫酸盐或其他化合物薄层下进行的高温腐蚀
热腐蚀分为两个阶段：孕育期和加速腐蚀期。 由于熔盐的生成和存在有一定的温度界限，热腐蚀发生也有一定的温度区间。 在腐蚀形态上，热腐蚀的表面层为疏松多孔的、无附着力的氧化物和硫化物的混
合物，在合金的内部则往往存在着沿晶界分布的硫化物。
二、热腐蚀机制
4．低温热腐蚀
一般高温合金产生热腐蚀的温度范围大约为800 ~ 1 000℃，但是在燃气中有SO3 存在的条件下，由于SO3与构件表面上的金属氧化物反应生成硫酸盐与Na2SO4组成了 低熔点共晶体，这样，在硫酸钠熔点(884℃)以下，约为600~ 750℃温度区间，也能 导致严重的热腐蚀，此现象称为低温热腐蚀。
金属的热喷锌(铝)防腐、有机涂料防腐、热浸镀锌防腐的工艺性能及经济效益比较
金属的热喷锌(铝)防腐、有机涂料防腐、热浸镀锌防腐的工艺性能及经济效益比较传统的防腐技术是在防护对象表面刷（或喷）一层涂料（油漆、树脂等）。
随着表面防腐工程技术的发展，尤其是随着热喷涂技术的发展，这种新型的防腐技术逐步显示出其强大的生命力。
从多年的施工实践和建设单位反馈的信息及相关的理论研究表明，大型钢结构的长效防腐，就目前的表面工程防腐蚀技术来看，热喷涂技术是最佳的选择。
•工艺性能比较（见表）方法特点金属热喷涂(Al或Zn)有机涂料热浸镀(Zn或Al)防护期一般30-40年,最长60年一般3-5年,最长15年与基体结合力十分牢固不牢固,易脱落比较牢固老化与变质一般不会老化变质易老化变质一般不会老化变质涂层耐磨与冲刷性好差好施工周期不存在固化干燥期,施工周期短,现场施工方便需固化干燥期,施工周期长,现场施工较繁施工周期短,表面色不均匀使用温度喷Al一般可在550℃下使用,经扩散处理可在900℃下使用一般不超过120℃400℃下使用施工报价(一次性投资) 100－150元/m2 5－30元/m2 1800-2000元/T另喷锌(或铝)与热镀锌在工艺性能上存在差别的原因分析：１、镀（或喷）前钢结构表面处理喷锌采用喷砂处理，粗糙度一般40-60um；镀锌采用酸洗，钢表面基本没有粗糙度，而且钢表面还将残留有害离子，影响镀锌层与基体结合力。
理论研究表明，锌层与钢结构结合力与钢表面粗糙度成正比，拉力实验证明喷锌层与钢结构结合力比热镀锌要高。
２、镀层厚度浸镀锌层易流挂，镀层薄厚不均，热喷锌（或铝）一般不存在这种现象。
３、外观色泽浸镀锌由于镀槽温度、浸镀时间、浸镀批数不易控制，外观色泽深浅不一，每批不同部位，批与批都不一样，而热喷锌（或铝）则色泽一致。
４、对钢结构内部的影响热镀锌由于镀液温度高（大量液体锌包容），易使钢结构变形，破坏其内部组织结构，影响钢结构使用性能。
热喷锌是液体锌直接喷到钢结构表面，钢结构温度较低，对钢结构内部力学性能没有影响。
金属材料的高温氧化与热腐蚀机理
金属材料的高温氧化与热腐蚀机理金属材料在高温环境下容易发生氧化和热腐蚀，导致材料性能降低，进而给工业制造带来巨大的挑战。
因此，研究高温氧化和热腐蚀机理对材料的使用和应用具有重要意义。
本文将就这一主题进行深入探讨。
I. 高温氧化机理氧气可以与许多金属化合，形成金属氧化物。
在高温环境下，一些金属在氧气的作用下，其表面会生成一层金属氧化物。
然而，这个过程并不是简单的化学反应。
相反，它涉及材料表面的一系列物理和化学变化。
一些学者认为，高温氧化过程可以分为三个步骤。
首先，氧分子从气相中吸附到金属表面，形成化学吸附物种。
其次，氧分子解离成原子氧，并与金属表面的金属原子结合，产生金属氧化物。
最后，产生的金属氧化物长成一层致密的氧化膜，保护金属表面不再进一步氧化。
然而，在实际应用中，氧化膜并不总是保护性的。
一些材料，在遇到高温氧化时，氧化膜形成缓慢，甚至完全没有形成。
在这种情况下，金属就会持续地被氧化，导致材料严重损坏。
II. 热腐蚀机理热腐蚀指的是金属在高温和腐蚀性环境下发生的化学反应。
这种反应可能会导致表面的金属由于氧化或化合而失去其强度和机械性能。
这种腐蚀过程可以被分为氧化和腐蚀两种类型。
氧化腐蚀是指金属表面的氧化物在高温下遇到腐蚀物质而发生的反应。
在这种情况下，金属会被腐蚀并失去其机械性能。
水分可能会促进这种化学反应，因为水具有催化氧化的作用。
另一方面，热腐蚀还可以由酸性或碱性物质引起。
在这种情况下，物质直接腐蚀金属表面，从而导致材料的化学性能下降。
此外，金属表面也可以被氯和氟化物等有毒物质腐蚀。
III. 防止高温氧化与热腐蚀虽然高温氧化和热腐蚀对材料是极具挑战性的问题，但是有一些方法可以减轻其影响。
以下是一些方案：1. 维持材料表面维持金属表面光滑和干净，可以减少氧化和腐蚀的可能性。
材料表面的氧化膜对材料性能的影响取决于膜的厚度和性质。
如果维持表面干净和无氧化物，可以有效地减轻这种影响。
2. 使用保护层应用一层保护层可以减少材料氧化和腐蚀的风险。
材料腐蚀与防护-高温热腐蚀(7)
主要涉及的方面： (1)在化学工业中存在的高温过程. 如:生产氨水和石油化工等领域产生的氧化。 (2)在金属生产和加工过程中. 如:在热处理中碳氮共渗和盐浴处理易于产生增 碳、氮化损伤和熔融盐腐蚀。 (3)含有燃烧的各个过程. 如:柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的 复杂气氛高温氧化高温高压水蒸气氧化及熔融碱盐腐蚀。 (4)核反应堆运行过程中． (5)在航空航天领域。 如：宇宙飞船返回大气层过程中的高温氧化和高 温硫化腐蚀，以及航空发动机叶片受到的高温氧化和高温硫 化腐蚀。
例如：铜、镍等
3.立方规律 特点：低温氧化，薄的氧化膜 。
表示方式：
有人认为这可能与通过氧化物空间电荷区的金属离子的 输送过程有关。
例如： Cu（100-300℃）、镍（400 ℃ ）等
4.对数与反对数规律 特点：许多金属在温度低于300-400℃氧化时，其 反应一开始很快．但随后就降到其氧化速度可以 忽略的程度。在氧化膜相当薄时才适用。 表示方式：
• 氧化速度参数的表征：
1）金属的消耗量 2）氧的消耗量 3）生成的氧化物量
重量法和容量法测定氧化动力学的典型试验装置
5.2
恒温氧化动力学规律
测定氧化过程的恒温氧化动力学曲线
影响氧化动力学规律的因素： *氧化温度；
*氧化时间；
*氧的压力；
*金属表面状况以及预处理条件(它决定了合
金的组织)。
• 同一金属在不同条件下，或同一条件下不同金属的氧化规 律往往是不同的。 • 金属氧化的动力学曲线大体上可分为： 直线、抛物线、立方、对数及反对数规律五类，如图所示：
3.2 氧化膜的生长方式：
在氧化膜的生长过程中，反应物质传输的形式有三种： a）.金属离子单向向外扩散，在氧化膜-气体界面上 进行反应，如铜的氧化过程； b）氧单向向内扩散，在金属-氧化膜界面上进行反应， 如钛的氧化过程；
热处理对金属腐蚀性能的影响
03
热处理对金属腐蚀性 能的影响
热处理过程中的金属腐蚀
01
02
03
氧化
金属在加热过程中与空气 中的氧气反应，形成氧化 膜，这可能会影响金属的 外观和性能。
脱碳
在高温下，金属表面的碳 原子会与气氛中的气体反 应，导致金属表面脱碳， 降低其硬度和耐磨性。
热疲劳
金属在反复加热和冷却过 程中，由于温度变化引起 的内部应力会导致金属开 裂或剥落。
热处理对金属腐蚀 性能的影响
汇报人：可编辑 2024-01-06
目 录
• 热处理工艺简介 • 金属腐蚀的基本原理 • 热处理对金属腐蚀性能的影响 • 热处理后金属防腐措施 • 热处理和金属防腐的未来发展
01
热处理工艺简介
热处理的定义和目的
热处理定义
热处理是通过加热、保温和冷却 金属材料，改变其内部组织结构 ，以达到改善其机械性能、物理 性能和腐蚀性能的过程。
加热温度
过高的加热温度会导致金 属表面严重氧化和脱碳， 降低其耐腐蚀性。
加热速度
快速的加热速度可能导致 金属内部产生较大的热应 力，增加开裂和剥落的风 险。
冷却速度
适当的冷却速度可以促进 金属内部组织的均匀分布 ，提高其耐腐蚀性。
04
热处理后金属防腐措 施
表面涂层和镀层
表面涂层和镀层是常用的防腐措施，通过在金属表面涂覆或镀覆耐腐蚀的涂层， 如油漆、镀锌、镀铬等，可以有效地隔离金属与腐蚀介质，降低腐蚀速率。
正火
正火是将金属加热到奥氏体化温度以上，保持一 定时间，然后快速冷却至室温。正火的主要目的 是细化金属的晶粒，提高其强度和韧性。
回火
回火是将淬火后的金属加热到低于奥氏体化温度 ，保持一定时间，然后缓慢冷却至室温。回火的 主要目的是消除淬火过程中产生的内应力，提高 金属的韧性和稳定性。
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热腐蚀
低熔点的盐类如；Na2SO4、K2SO4和低熔点的 氧化物它们沉积于被氧化的金属表面形成熔盐使来 金属表面的保性氧化膜破坏从而造成对基体金属 材料加速腐蚀的现象。这种高温腐蚀破坏过程称为 热腐蚀
热腐蚀的特征
1.在覆盖着熔融的硫酸盐或其他化合物薄层下进行的 高温腐蚀 2.热腐蚀分为两个阶段：孕育期和加速腐蚀期。 3.由于熔盐的生成和存在有一定的温度界限，热腐蚀
发生也有一定的温度区间。
4.在腐蚀形态上，热腐蚀的表面层为疏松多孔的、无 附着力的氧化物和硫化物的混合物
两种机制；
1.认为硫化物沉积在金属的表面，会加速氧化现象 即硫化-氧化机制 2.熔融盐中保护性氧化膜的溶解以及随后的氧化物 粒子在熔盐气体界面出得以析出即酸碱熔盐腐蚀机 制
硫化模型
酸碱熔融模型