金属与合金的高温氧化
镍基合金的高温氧化涂层原理
镍基合金的高温氧化涂层原理
镍基合金的高温氧化涂层原理主要基于以下几个方面：
1. 合金元素的选择：镍基合金中的合金元素对氧化行为产生重要影响。
一些合金元素，如铬、铝和钛等，可以与氧形成致密的氧化膜，从而有效保护内部金属不受腐蚀。
2. 表面处理：在制备高温氧化涂层之前，通常需要对镍基合金表面进行预处理，如喷砂、酸洗等，以去除表面污染物并提高表面粗糙度。
3. 涂层材料：高温氧化涂层的材料通常包括陶瓷、金属氧化物等，这些材料具有优异的高温稳定性和抗氧化性能。
4. 涂层制备工艺：高温氧化涂层的制备工艺主要包括热喷涂、电镀、溶胶-凝胶法等。
这些工艺可以使涂层与基体结合牢固，同时保证涂层的致密性和耐久性。
5. 涂层结构：高温氧化涂层的结构通常为多层结构，各层之间相互配合，共同抵抗高温氧化环境对金属基体的腐蚀。
通过以上原理，镍基合金的高温氧化涂层能够显著提高材料在高温环境中的抗氧化性能和耐腐蚀性能，从而延长设备的使用寿命。
材料腐蚀的种类、危害及解决办法
材料腐蚀的种类、危害及解决方法康昆勇腐蚀是指材料受周围环境的作用，发生有害的化学变化、电化学变化或物理变化而失去其固有性能的过程。
通常环境介质对材料有各种不同的作用，其中有多种作用可导致材料遭受破坏，但只有满足以下两个条件，才称为腐蚀作用：①材料受介质作用的部分发生状态变化，转变成新相。
②在材料遭受破坏过程中，整个腐蚀体系的自由能降低。
材料腐蚀发生在材料外表。
按腐蚀反应进行的方式分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
前者发生在非离子导体介质中；后者发生在具有离子导电性的介质中，故可通过改变材料的电极电位来改变腐蚀速度。
按材料破坏特点分为均匀腐蚀、局部腐蚀和选择性腐蚀。
均匀腐蚀指材料外表各处腐蚀破坏深度差异很小，没有特别严重的部位，也没有特别轻微的部分。
局部腐蚀是材料外表的腐蚀破坏集中发生在某一区域，主要有孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。
选择性腐蚀是金属材料在腐蚀介质中，其活性组元产生选择性溶解，由金属材料合金组分的电化学差异所致。
按腐蚀环境又分为微生物腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、海洋腐蚀和高温腐蚀等。
金属材料以及由它们制成的结构物，在自然环境中或者在工况条件下，由于与其所处环境介质发生化学或者电化学作用而引起的变质和破坏，这种现象称为腐蚀，其中也包括上述因素与力学因素或者生物因素的共同作用。
某些物理作用例如金属材料在某些液态金属中的物理溶解现象也可以归入金属腐蚀范畴。
一般而言，生锈专指钢铁和铁基合金而言，它们在氧和水的作用下形成了主要由含水氧化铁组成的腐蚀产物铁锈。
有色金属及其合金可以发生腐蚀但并不生锈，而是形成与铁锈相似的腐蚀产物，如铜和铜合金外表的铜绿，偶尔也被人称作铜锈。
由于金属和合金遭受腐蚀后又回复到了矿石的化合物状态，所以金属腐蚀也可以说是冶炼过程的逆过程。
上述定义不仅适用于金属材料，也可以广义地适用于塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金属材料。
例如，涂料和橡胶由于阳光或者化学物质的作用引起变质，炼钢炉衬的熔化以及一种金属被另一种金属熔融液态金属腐蚀，这些过程的结果都属于材料腐蚀，这是一种广义的定义。
不锈钢高温氧化发黑表面成分
不锈钢高温氧化发黑表面成分不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的金属材料，常被用于高温环境中。
然而，在高温氧化条件下，不锈钢表面往往会出现发黑的现象。
这种发黑的过程与不锈钢表面的成分有着密切的关系。
不锈钢的主要成分是铁、铬、镍等元素的合金。
其中，铬元素是不锈钢中最重要的成分之一，它能够与氧气反应生成一层致密的氧化铬膜，从而防止氧气进一步侵蚀不锈钢表面。
然而，在高温氧化环境中，不锈钢表面的氧化铬膜往往会发生变化，导致不锈钢表面发黑。
高温氧化发黑的主要原因是不锈钢表面的氧化铬膜发生了变化。
在高温下，氧化铬膜的结构会发生相变，从而影响其光学性质。
这种相变过程与不锈钢表面的成分有关。
在不锈钢中，铬元素的含量越高，氧化铬膜的相变温度就越高，抵抗高温氧化的能力也就越强。
不锈钢表面的其他元素也会对高温氧化发黑起到一定的影响。
例如，镍元素能够提高不锈钢的抗氧化性能，从而延缓不锈钢表面的发黑过程。
而碳元素则会降低不锈钢的抗氧化性能，加速不锈钢表面的发黑过程。
除了不锈钢表面的成分，高温氧化发黑还与氧气的浓度、温度和时间等因素有关。
在高温氧化环境中，氧气与不锈钢表面发生反应，生成氧化产物。
随着氧气浓度的增加，不锈钢表面的发黑程度也会增加。
同时，高温环境下，反应速率也会加快，加速不锈钢表面的发黑过程。
为了减缓不锈钢表面的高温氧化发黑，可以采取一些措施。
例如，可以通过合金化改变不锈钢的成分，提高不锈钢的抗氧化性能。
此外，还可以采用表面处理技术，如镀层、喷涂等方法，在不锈钢表面形成一层保护层，防止氧气的进一步侵蚀。
不锈钢在高温氧化条件下，表面往往会发黑。
这种发黑与不锈钢表面的成分密切相关，尤其是铬、镍等元素的含量。
此外，氧气的浓度、温度和时间等因素也会影响不锈钢表面的发黑程度。
为了减缓不锈钢表面的高温氧化发黑，可以采取一些措施，如改变不锈钢的成分、采用表面处理技术等。
这些措施能够提高不锈钢的抗氧化性能，延缓不锈钢表面的发黑过程。
高温合金贫化层的形成原因
高温合金贫化层的形成原因
高温合金贫化层的形成原因可以从多个角度进行分析。
首先，
高温环境下，金属材料容易发生氧化反应，形成氧化物贫化层。
这
是因为在高温条件下，金属表面的氧化反应速率增加，导致氧分子
与金属表面发生化学反应，形成氧化物。
其次，高温环境中可能存
在其他气体或化合物，如硫化物、氯化物等，这些物质也会与金属
表面发生反应，形成相应的贫化层。
另外，高温合金在高温、高压
和腐蚀性气体的作用下，可能发生金属晶粒的析出、扩散和再结晶，从而形成贫化层。
此外，金属材料在高温条件下可能会受到机械应
力的影响，导致晶界和晶内的原子重新排列，形成贫化层。
总的来说，高温合金贫化层的形成是由于高温环境下金属表面的氧化、化
学反应、晶界扩散和机械应力等多种因素共同作用的结果。
要有效
减少贫化层的形成，可以通过合理设计合金成分、表面涂层保护、
控制工艺参数等方式来加以防范和处理。
铜材料的高温氧化行为研究与优化
铜材料的高温氧化行为研究与优化铜是一种常见金属材料，在许多领域都有广泛应用，例如电子、建筑、航空航天等。
然而，在高温环境下，铜材料容易发生氧化反应，导致其性能下降甚至损坏。
因此，研究铜材料的高温氧化行为并寻找优化方法变得尤为重要。
一、铜材料的高温氧化行为高温氧化指的是铜材料在高温条件下与氧气发生反应的过程。
铜在高温环境中会与氧气发生氧化反应，生成氧化铜。
氧化铜的产生不仅会导致铜材料的颜色变化，还会影响其物理性质和化学性质。
1. 氧化层形成过程在高温环境中，铜材料表面会出现一层氧化层。
氧气与铜发生反应，首先生成氧化亚铜（Cu2O），然后继续与氧气反应生成二氧化铜（CuO）。
氧化铜形成的速度与温度有关，温度越高，氧化层形成越快。
2. 影响因素铜材料的高温氧化行为受到多种因素的影响，包括温度、氧气浓度、气氛成分等。
温度是影响氧化层形成速度的主要因素，温度升高会加速氧化反应的进行。
氧气浓度越高，氧化层形成越厚。
此外，不同的气氛成分对铜材料的氧化行为也有影响，例如存在硫化物的气氛会加速铜的氧化。
二、铜材料高温氧化行为研究方法为了深入了解铜材料的高温氧化行为并寻找优化方法，研究人员采用了多种方法进行实验研究。
1. 热重分析热重分析是一种常用的实验手段，用于测量材料在不同温度下的质量变化。
通过热重分析，可以得到铜材料在高温下的氧化速率、氧化动力学参数等信息。
2. 电化学方法电化学方法是研究铜材料高温氧化行为的重要手段之一。
通过浸泡铜试样于电解液中，在一定电位下进行实验，可以得到铜材料的氧化电位、氧化电流等数据，从而推断出铜材料的氧化行为。
3. 表面分析技术表面分析技术包括扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等，可以观察铜材料表面的形貌和元素分布情况。
通过分析铜材料表面的微观结构，可以揭示其氧化行为的细节。
三、铜材料高温氧化行为的优化方法基于对铜材料高温氧化行为的研究，研究人员提出了一些优化方法，以延缓铜材料的氧化速度，提高其高温稳定性。
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；
金属和合金的腐蚀 金属材料在高温腐蚀条件下的热循环暴露氧化试验方法
金属和合金的腐蚀金属材料在高温腐蚀条件下的热循环暴露氧化试验方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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高温腐蚀与防护
高温腐蚀与防护高温腐蚀与防护引言：随着工业化进程的加速发展，高温腐蚀问题也日益突出。
高温环境下的腐蚀对于许多行业来说都是一个严重的问题，不仅会导致设备的损坏和寿命的缩短，还可能危及人员的安全。
因此，研究高温腐蚀问题以及防护措施变得尤为重要。
本文将就高温腐蚀的原因、分类和常见的防护方法进行探讨。
一、高温腐蚀的原因：高温腐蚀是指在高温条件下，金属或合金与工作环境中的化学物质发生反应，使金属发生化学变化，引起金属腐蚀。
高温腐蚀的主要原因有以下几点：1. 高温氧化：金属在高温条件下与氧气反应，形成金属氧化物，如金属氧化膜，可进一步加速金属的腐蚀速度。
2. 高温硫化：含硫化合物在高温条件下与金属反应，形成硫化物，如金属硫化膜，也是引起高温腐蚀的重要原因之一。
3. 高温盐腐蚀：金属与含有氯、氟和硝酸盐等营养盐的工作环境中发生反应，形成金属盐腐蚀产物。
4. 高温蒸汽腐蚀：金属与含有蒸汽或水的环境中发生反应，形成金属腐蚀产物。
二、高温腐蚀的分类：根据高温腐蚀的发生机理和类型，可以将高温腐蚀分为几种类型：1. 氧化腐蚀：主要发生在高温下与氧气接触的金属表面，形成金属氧化膜。
氧化腐蚀是高温腐蚀中最常见的一种类型。
2. 硫化腐蚀：主要发生在存在硫的环境中，形成金属硫化膜。
硫化腐蚀会导致金属表面的腐蚀速度加快。
3. 氯化腐蚀：主要发生在存在氯化物的环境中，形成金属盐腐蚀产物。
氯化腐蚀对金属的侵蚀能力非常强，容易引发严重的腐蚀问题。
4. 氢腐蚀：在高温下，金属与氢气发生反应，形成金属氢化物，从而引起氢腐蚀。
氢腐蚀对金属的强度、韧性和延展性都有很大的影响。
三、高温腐蚀的防护方法：为了保护金属在高温条件下免受腐蚀的影响，需要采取一系列的防护方法。
根据不同的腐蚀类型和工作环境，以下是几种常见的高温腐蚀防护方法：1.表面涂层：通过在金属表面涂上耐高温、抗腐蚀的涂层，来保护金属免受高温腐蚀的侵蚀。
常用的涂层材料有陶瓷涂层、金属涂层等。
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Me pO
2
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）， Q
2
' MeO
2
MeO 、 Me分别为MeO2、Me在T平衡时的活度，
pO2 为T平衡时MeO2的分解压；
' Me
p
' O2
' ' MeO2 、 Me
' 分别为MeO2、Me的活度，pO 为气相
Δ G0600℃（Al ￫Al2O3）＝-928kJ<0
Δ G0600℃（Fe ￫FeO）＝-417kJ<0 Δ G0600℃（ FeO ＋ Al ￫Al2O3 ＋Fe ）
＝-511kJ<0
• 铝对氧的亲和力更大，铝比铁的氧化倾向 更大 • 氧化物膜中FeO有可能被铝还原
第二章 金属与属氧化膜 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。
2
中的O2分压。
由于固体的活度为1，则
1 1 ΔGT RT ln RT ln ' pO2 pO2
（2-3）
2.1 金属高温氧化的热力学基础
进一步约解，则
ΔGT RT ln
pO2 p
' O2
（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
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…
������ ������ ������ 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）
Δ Gθ—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，从而直线斜率为正值 温度越高，氧化物的稳定性越小。
������ ������ ������ 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
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…
若P’O2 < P’O2 , 则ΔG<0，金属被氧化
2.1 金属高温氧化的热力学基础
二、金属氧化物的高温稳定性
1. Δ Gθ—T平衡图
Δ Gθ：金属氧化物的标准生成自由能
Δ Gθ=RT ln Po2 应的方向。
(2-5)
已知T 时的Δ Gθ,Po2，与P’o2比较，氧化反
Δ Gθ—T平衡图
������ 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？
Δ Gθ—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
Δ Gθ—T图使用说明
例：由Δ G0－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Δ G0值均小于零， 即均可被氧化
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’t Hoff）等温方程式，在温度 T时上述反应的自由能变化为
ΔGT RT ln K RT ln Q
其中K为反应平衡常数，
(2-2)
2
K
MeO
• 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）
1944年Ellingham一些氧 化物的Δ Gθ—T图 1948年Richardson和 Jeffes添加了pO2、 pCO/pCO2、pH2/pH2O三个辅 助坐标
直接读出在给定温度（T） 下，金属氧化反应的Δ Gθ值
Δ Gθ—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