材料腐蚀与防护第二章优秀PPT.ppt
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1、材料腐蚀与防护第二章你现在浏览的是第一页,共46页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。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。你现在浏览的是第二页,共46页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:300630650 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(
2、300 )高温堆(800 )航天高温过程:飞行器再入、发动机喷管你现在浏览的是第三页,共46页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 高温固体介质腐蚀你现在浏览的是第四页,共46页高温气体腐蚀 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 特点 初期为化学腐蚀,后期为电化学腐蚀你现在浏览的是第五页,共46页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
3、V2O5 液态金属:Pb、Sn、Bi、Hg特点电化学腐蚀(溶盐腐蚀)物理溶解作用(熔融金属的腐蚀)你现在浏览的是第六页,共46页高温固体腐蚀 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你现在浏览的是第七页,共46页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?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
4、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)你现在浏览的是第八页,共46页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金属氧化的化学反应式 Me(s)+O2(g)=MeO2(s)(2-1)根据范托霍夫(根据范托霍夫(Vant Hoff)等温方程式,在温度)等温方程式,在温度T时时上述反应的自由能变化为上述反应的自由能变化为 (2-2)其中其中K为反应平衡常数,为反应平衡常数,你现在浏览的是第九页,共46页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),为逸度商(
5、活度商、分压商),、分别为分别为MeO2、Me在在T平衡时的活度,平衡时的活度,为为T平衡时平衡时MeO2的分解压;的分解压;、分别为分别为MeO2、Me的活度,的活度,为气相中为气相中的的O2分压。分压。由于固体的活度为由于固体的活度为1,则,则 (2-3)你现在浏览的是第十页,共46页2.1 金属高温氧化的热力学基础进一步约解,则进一步约解,则 (2-4)由此可以判断金属氧化的可能性由此可以判断金属氧化的可能性 若若PO2 PO2,则则G0,氧化物分解,氧化物分解 若若PO2=PO2,则则 G=0,氧化反应平衡,氧化反应平衡 若若PO2 PO2,则则G0,金属被氧化,金属被氧化你现在浏览的
6、是第十一页,共46页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.GT平衡图 G:金属氧化物的标准生成自由能 G=RT ln Po2 (2-5)已知T 时的G,Po2,与Po2比较,氧化反应的方向。你现在浏览的是第十二页,共46页GT平衡图 1944年年Ellingham一些氧化一些氧化物的物的GT图图 1948年年Richardson和和Jeffes添加了添加了p pO2、p pCO/p pCO2、p pH2/p pH2O三个辅助坐标三个辅助坐标 直接读出在给定温度(直接读出在给定温度(T)下,金属氧化反应的下,金属氧化反应的G值值你现在浏览的是第十三页,共46页GT平衡图
7、G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 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你现在浏览的是第十四页,共46页GT平衡图 各直线:相变各直线:相变 熔化、沸腾、升华和晶型转变熔化、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体系在相变时熵发生了变化 直线的斜率:直线的斜率:-S
8、 氧化反应熵值变化;氧化反应熵值变化;氧是气体,其熵值比凝聚相大氧是气体,其熵值比凝聚相大 S一般为负值,从而直线斜率为正值一般为负值,从而直线斜率为正值 温度越高,氧化物的稳定性越小。温度越高,氧化物的稳定性越小。你现在浏览的是第十五页,共46页GT平衡图 两条特殊直线两条特殊直线 CO2的直线几乎与横坐标平行,表明的直线几乎与横坐标平行,表明CO2的稳定性几乎的稳定性几乎不依赖于温度不依赖于温度 CO的直线斜率为负,的直线斜率为负,CO的稳定新随温度升高而增大的稳定新随温度升高而增大 周围的几条直线,周围的几条直线,O点、点、H点和点和C点点你现在浏览的是第十六页,共46页GT图使用说明例
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