不銹鋼高溫氧化性質(zhì)

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不銹鋼高溫氧化性質(zhì)
, N; h! ?! ~$ \+ s& w" ]- s! u2008-9-11 15:38
9 L* r6 I5 b1 Q2 a, R8 u* d+ a/ [, `高溫下，不銹鋼的氧化性能受到很大的影響,，其氧化層有結(jié)構(gòu)性的變化,。  
一、氧化膜,；
5 u) e! Z9 Z" l5 Z1 s& s/ T& n不銹鋼在室溫情況下,，表面只生成Fe3O4，F(xiàn)e2O3相二層結(jié)構(gòu),，當(dāng)溫度〉570度時(shí),，生成FeO層,，所以高溫環(huán)境，表面氧化膜為三層結(jié)構(gòu),。從高溫冷卻回的過程：FeO要分解,，氧化皮層中有相變。
0 _% W" b0 Q* J5 d# Q: c# d/ `% ]# \膜內(nèi)部電子環(huán)境考慮：
5 n) d! f/ ]6 c+ J4 K# i' C* l! K+ k       陽離子空位：P型半導(dǎo)體  如FeO ,，F(xiàn)e3O4膜
- Q, ~7 C+ O% Y/ n" Q       陰離子空位：N型半導(dǎo)體  如Fe2O3膜  
$ }' b/ {3 a7 Z
& j( [7 X" d: s0 h過程解釋：氧化過程的主要是氧離子和鐵離子（合金元素形成的離子）在氧化層中的擴(kuò)散,，同時(shí)也是電子傳導(dǎo)過程。這個(gè)氧化腐蝕的過程,，本質(zhì)上也是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過程,。這也是不銹鋼和耐熱鋼在理論上的共同基礎(chǔ)。
* Z, e; Y2 `$ o6 n1 W% [實(shí)際工件表面的氧化層,，還有以下性質(zhì)：
' s1 \6 u& z7 F* L3 f ①通過對(duì)氧化物體積和被氧化物體積的比較,，判斷氧化膜是否覆蓋工件表面；
9 E" i* [( a. Q/ |7 Q: X1 ~$ K   例：V(FeO)：V(Fe)=1.77,；V(Fe3O4)：V(Fe)= 2.09
1 ]3 v) H. t) C) H           V(Fe2O3)：V(Fe)=2.14
" ~& M0 P$ G% I          判定：大于1說明可以覆蓋表面,，考慮體積，比值,，層與層的應(yīng)力,，可以推斷出容易起皮。
②生成的氧化物結(jié)晶結(jié)構(gòu)和致密性,；
③和基體金屬的結(jié)合,。
二、氧化速度,；
氧化速度主要取決于化學(xué)反應(yīng)的速度和擴(kuò)散的速度,，溫度的升高，化學(xué)反應(yīng)的速度和擴(kuò)散速度將增加,，隨著時(shí)間的延長和膜的的增厚或膜的致密性的提高而減慢,，因此氧化速度可有下列三種情況：
6 Z0 Q9 X; u+ E& A3 O1）氧化膜不完整、不連續(xù)時(shí),，像氧化物比體積小的鎂,、鉀、鈣等,，他們的氧化膜增厚和時(shí)間的關(guān)系是樣：y=Kt+A,；
5 o! }! n$ d6 G6 U7 y5 _2）氧化膜是覆蓋在金屬表面的，膜層中可以進(jìn)行離子擴(kuò)散,。像鐵,、錳、鈷、鎳,、銅等的氧化膜,。膜層增厚的關(guān)系：y*y=kt+A；
2 \. G, R0 U) P7 l3）膜不僅覆蓋金屬表面,，而且膜層中離子擴(kuò)散困難。像鉻,、鋁,、硅等的氧化膜。膜層增厚為：y=lnKt（STS表面膜的狀態(tài)的解釋）  
三,、提高鋼氧化性能的途徑,。
①.加入合金元素降低氧化膜中的擴(kuò)散；
: ?0 X& Q. q/ k/ W  I6 H8 ^$ H% Y②加入合金元素,，提高氧化膜的穩(wěn)定性,；
③.加入合金元素，形成致密,，穩(wěn)定的合金氧化膜,。
高溫下工作的鋼件（包含STS），由于氧化有自發(fā)的趨勢(shì),，氧化是一定要發(fā)生的,。但是如前所述，氧化的速度,，繼續(xù)氧化問題是可以改變和控制的,，通過加入合金元素，改變氧化膜層的傳導(dǎo)性,，降低氧化膜中的擴(kuò)散,，提高氧化膜的穩(wěn)定性；形成致密穩(wěn)定的合金元素氧化膜,，提高膜的保護(hù)性,，從而提高鋼（STS鋼）的抗氧化性。（空氣中的考慮）
& M+ B, w# a" h% t四,、在高溫下不同環(huán)境下的腐蝕考慮（STS）
① 加入合金元素后,，基體金屬（A）、合金元素（B）在氧化時(shí)可能出現(xiàn)三種情況：1.形成A氧化物中有B離子2.形成的B的氧化物中含有A離子,；A,，B各自形成氧化物。
2 Z% P- V9 e, g# e, Q  c     在P型半導(dǎo)體（金屬離子空位）加入低價(jià)合金元素離子,；如NiO的氧化膜中溶進(jìn)一些一價(jià)Li離子,，所以Ni++通過空位的傳導(dǎo)性減弱。
     在N型半導(dǎo)體（陰離子空位）加入較高價(jià)的合金元素離子；
- E+ e: |6 w+ i! S2 i* _, N6 ]& C這樣會(huì)導(dǎo)致陰離子空位的降低,，使氧離子傳導(dǎo)削弱,，鋼的抗氧化性也將提高。
4 M' Z; T- c) l& P+ b' V② 加入合金元素,，提高氧化膜的穩(wěn)定性
/ k: n/ s* b$ j- |合金元素氧化物按點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),、離子半徑、電負(fù)性的條件的不同,，穩(wěn)定性不同,。Cr、Al,、Si的氧化物點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)接近Fe3O4,，它們的離子半徑比鐵小，易穩(wěn)定密度大的Fe3O4,，縮小FeO形成溫度,。Mn、Cu的離子半徑大于鐵,，易溶于疏松的FeO,，他們是FeO的穩(wěn)定劑，擴(kuò)大FeO的相區(qū),，降低FeO形成溫度,。  
0 A% {& [! s- d; C9 e( S; r$ S合金元素對(duì)FeO共析溫度的影響

STS上的解釋：在Cr、Ti,、Al含量高時(shí),，F(xiàn)eO相區(qū)會(huì)消失。
* s. F% R: x" c. D7 u( z' d ③加入合金元素,，形成致密,，穩(wěn)定的合金氧化膜
* P: S7 s7 q1 a  |- R當(dāng)鋼中加入合金元素Cr、Ti,、Al,、Si時(shí)，則在氧化的過程中,，由于鐵離子的消耗,，而鉻、鋁,、硅等氧化物的穩(wěn)定,，會(huì)使氧化物的底層逐漸富集為穩(wěn)定的氧化物的膜層，形成以Cr2O3,，Al2O3,、SiO2為主的氧化膜，這類氧化膜形成時(shí)，鐵,，氧通過膜的擴(kuò)散嚴(yán)重受阻,，氧化性顯著提高。

條件：高溫〉570度
, s) J! M! r2 w從左到右：
A.純鐵
B.12.23%Cr
C.25%Cr  

" t6 H; z1 P6 a4 l9 m4 N 不同Cr含量在相同溫度下對(duì)不銹鋼表面氧化的影響,。