不銹鋼高溫氧化性質(zhì)

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不銹鋼高溫氧化性質(zhì)
" `3 Y1 T/ w3 m9 n2 S2008-9-11 15:38
* |- {( M4 D( c+ m+ Q; W1 B7 N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；
1 b$ L9 K' l$ j3 G+ V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。
( ]7 G  e- A+ B- M' |" ]# [膜內(nèi)部電子環(huán)境考慮：
       陽(yáng)離子空位：P型半導(dǎo)體  如FeO ,，F(xiàn)e3O4膜
$ [( y6 [5 h& e5 [       陰離子空位：N型半導(dǎo)體  如Fe2O3膜  

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)。
3 \* D; T2 q% F* m實(shí)際工件表面的氧化層,，還有以下性質(zhì)：
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,；
   例：V(FeO)：V(Fe)=1.77,；V(Fe3O4)：V(Fe)= 2.09
( j4 Y  L9 ?: m% }- `5 U3 W7 R7 ?' g' t           V(Fe2O3)：V(Fe)=2.14
( R: i3 f- K: Q" V/ z# H! c$ d          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,。
7 N0 r* r: ]& u7 {) t: B) B9 Y②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,；
' d9 _9 ]0 b, T" d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(zhǎng)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：
1）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,；
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,；
7 z% S0 w  [  D7 u8 g% _3）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,。
. G1 ]  z* B0 T* M. [①.加入合金元素降低氧化膜中的擴(kuò)散；
8 L% I( Y, j' l3 F" F5 p" [9 f( b②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,。
' Y( N% r1 O' }" Y$ ^" y* k+ B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）
四、在高溫下不同環(huán)境下的腐蝕考慮（STS）
5 c5 y" K$ }0 O+ _7 _. j) J① 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,。
) t8 i# d- ~* B     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；
0 @+ C) d+ d, u3 y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。
② 加入合金元素,，提高氧化膜的穩(wěn)定性
4 D- e& H! r8 b. o  d6 e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,。  
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,。
  y. B/ Y' y" J. e: `/ } ③加入合金元素,，形成致密,，穩(wěn)定的合金氧化膜
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
從左到右：
A.純鐵
B.12.23%Cr
' I: s& c7 p" B3 ]/ M9 b$ cC.25%Cr  

不同Cr含量在相同溫度下對(duì)不銹鋼表面氧化的影響,。