气体对金属的氧化

3、H2O对金属的氧化
H2O 气与 Fe 的反应式和平衡常数为： 的反应式和平衡常数为： H2O气＋[ Fe ] ＝ [ FeO ] ＋ H2 气
10200 lg K = − T + 5 .5
可见，温度越高， 的氧化性越强。 可见，温度越高，H2O 的氧化性越强。 在液态铁存在的温度， 在液态铁存在的温度，H2O 气的氧化性比 CO2 小。但 应注意， 气除了使金属氧化外， 应注意，H2O气除了使金属氧化外，还会提高气相中 H2 气除了使金属氧化外 的分压，导致金属增氢。 的分压，导致金属增氢。
气体对金属的氧化
主要讨论O 等气体对金属的氧化。 主要讨论 2、CO2、H2O等气体对金属的氧化。 等气体对金属的氧化
一、金属氧化还原方向的判据 二、氧化性气体对金属的氧化
一、金属氧化还原方向的判据
在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中， 在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中， 采用金属氧化物的分解压 Po2作为金属是否被氧化的判据。 采用金属氧化物的分解压 作为金属是否被氧化的判据。
2000 97.74 1.51 0.76
7.6 ×10-3 1.08 ×10-7
2200 93.94 4.04 2.02
2.02 ×10-2 1.35 ×10-6
2500 81.10 12.60 6.30
6.3 ×10-2 5.3 ×10-5
3000 44.26 37.16 18.58
18.58 ×10-2 －
3500 16.69 55.54 27.77
27.77 ×10-2 －
4000 5.92 62.72 31.36
31.36 ×10-2 －
纯CO2高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压 { Po2 } 随温度升高， 随温度升高，气相的氧化性增加。 温度高于铁的熔点以后， {Po2}远大于 o 远大于P' ， 当温度高于3000K时 气相的氧化性增加。P'o2 当温度高于3000K时，CO2的氧化性超过了空气。 高温下CO2对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂。 对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂。 高温下 温度高于铁的熔点以后的氧化性超过了空气。
低氢型焊条焊接时，气相中 的含量很少， 低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”； 焊接时 的含量很少 故称“低氢型” 酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。 酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。 焊接时氢含量均较高 纤维素型焊条的最大
金属氧化物的分解压是温度 的函数，它随温度的升高而 的函数， 增加。 增加。 除了 Ni 和 Cu 外，在同样 即最不稳定。FeO为纯凝聚 即最不稳定。 为 ， 分解压为
Lg pO2/ 101.3kPa ×××× Mo O
温度下， 的分解压最大， 温度下，FeO的分解压最大， 的分解压最大
lg p O 2
2、CO2对金属的氧化
温度/K 温度 CO2 气相成分 ( 体积分数 ) /％ ％ CO O2 气相中氧的分压{p 气相中氧的分压 O2} /×101.325kPa × P’O2 [FeO]max /×101.325kPa × 1800 99.34 0.44 0.22
2.2 ×10-3 3.81 ×10-9
26730 =− + 6 . 43 T
T/
7-14 氧化物分解压 温度的
通常情况下FeO溶于液态 铁中，这时其分解压为： 通常情况下 溶于液态 铁中，这时其分解压为：
p 'O 2 = p O 2
[ FeO ] [ FeO ] 2 max
2
2
式中 P‘o2 是液态铁中 是液态铁中FeO的分解压；[FeO] ‘o 很小， 的分解压； 的分解压 是溶解在液态铁 计算得知， 计算得知，在高于铁熔点的温度下 P‘o 很小，例
CO2与液态铁的反应式和平衡常数为： 与液态铁的反应式和平衡常数为： CO2 ＋ [ Fe ] ＝ CO ＋ [ FeO ]
11576 lg K = − + 6 . 855 T
温度升高时，平衡常数K增大，反应向右进行，促使铁氧化。 增大， 温度升高时，平衡常数 增大 反应向右进行，促使铁氧化。 计算表明， 计算表明，即使气相中只有少量的 CO2 ，对铁也有很大的氧 化性。因此， 作保护气体只能防止空气中氮的侵入， 化性。因此，用CO2作保护气体只能防止空气中氮的侵入， 不能避免金属的氧化。 不能避免金属的氧化。 作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。 用CO2 作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。
浓度； 的饱和浓度。 中的 FeO 浓度；[FeO]max是液态铁中 FeO 的饱和浓度。
二、氧化性气体对金属的氧化
1、 自由氧对金属的氧化 、 2、 CO2 对金属的氧化 、 3、 H2O 对金属的氧化 、 4、 混合气体对金属的氧化 、
1、自由氧对金属的氧化
氧化： 气相中 O2 的分压超过 P'o2 时，将使 Fe 氧化： [ Fe ] + ½ O 2 = FeO + 26.97 [ Fe ] + O = FeO + 515.76 kJ/mol kJ/mol
2 MeO ↔ 2Me + O2
若氧在金属－氧－氧化物系统中的实际分压为{Po2}，则: 若氧在金属－ 氧化物系统中的实际分压为 ，
{Po2} > Po2 时，金属被氧化； 金属被氧化； 处于平衡状态； {Po2} = Po2 时，处于平衡状态； {Po2} < Po2 时，金属被还原。 金属被还原。
由反应的热效应看，原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈。 由反应的热效应看，原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈。 除了铁以外， 除了铁以外，钢液中其它对氧亲和力比铁大的元素也会发 生氧化， 生氧化，如： [ C ] + ½ O 2 = CO↑ [ Si ] + O2 =（SiO2） （ [ Mn ] + ½ O 2 =（MnO） （ ）
表7-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分
药皮类型 CO 高钛型（ 高钛型（J421） ） 钛钙型（ 钛钙型（J422） ） 钛铁矿型（ 钛铁矿型（J423） ） 氧化铁型（J424） 氧化铁型（ ） 纤维素型（ 纤维素型（J425） ） 低氢型（ 低氢型（J427） ） 46.7 50.7 48.1 55.6 42.3 79.8 气相成分（体积分数） 气相成分（体积分数） /% CO2 5.3 5.9 4.8 7.3 2.9 16.9 H2 34.5 37.5 36.6 24.0 41.2 1.8 H2O 13.5 5.7 10.5 13.1 12.6 1.5 焊条在 110℃ ℃ 烘干2h 烘干 备注
不同气
焊对于 的 ) 4、混合气体对金属的氧化 (焊 H08Mn2Si Φ1.6mm 焊
∑O/g.(100g)-1 wO/%
∑O
气 成分的
∑O
Байду номын сангаасwO
。
焊接电弧空间的气相 是由多种气相成分混 和而成。对于不同的 和而成。 焊接 焊
焊接 气相 不同的 成。 成。
Ar CO2
，，，，
ΦCO2 ΦO2/% ΦO2/%
如温度为1800℃，液态铁中 [FeO] 的质量分数为 ％ ℃ 的质量分数为1％ 如温度为
由式（ =1.5×10-8 MPa， FeO 溶于液态铁中，使其分 溶于液态铁中， ， P'o2 ）可以看出， ， 时由式（7-15）可以看出，由于 说明气相中只要存在微 × 解压减小， 更容易氧化。 解压减小，致使 Fe 更容易氧化。 量的氧，即可使铁氧化。 量的氧，即可使铁氧化。