第5章—高温腐蚀二.ppt

第9章 高温腐蚀 9.1 高温腐蚀的类型9.2 金属高温氧化的热力学根底9.3 金属氧化膜的构造与性质完好性和保护性9.4 金属高温氧化的动力学与机理9.5 合金的氧化耐热合金理论9.6 钢铁的气体腐蚀9.7 金属材料的热腐蚀9.8 液态金属腐蚀低熔点金属致脆:教材7.69.5 合金的氧化耐热合金理论 9.5.1 Hauffe-Wagner理论1耐热合金：在高温下具有足够的高温强度热强 度和热稳定性抗高温腐蚀，亦称高温合金2合金化原那么：保证合金外表在氧化过程中能生成保 护性好的氧化膜3 Hauffe-Wagner理论 前提(实际)：实际的氧化物均不是严格化学比的化 合物，要么金属离子过剩，要么氧离子过剩或金 属离子缺乏按膜的导电性分类的氧化膜：1金属离子过剩型氧化物n型半导体氧化物自由电子导电ZnO、CdO、BeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、PbO2、V2O5、MoO3、WO3、CdS、Cr2S3、TiS2 2金属离子缺乏型氧化物p型半导体氧化物空穴导电 NiO、FeO、Cu2O、CoO、MnO、Cr2O3、Ag2O、Cu2S、SnS、Ag2S 1ZnO中参加低价金属离子Li+取代正常晶格上的Zn+，电中性驱使间隙Zn+增多，e-减少， 增多的Zn+由金属基体补充，故氧化过程增强。

不利于抗氧化2ZnO中参加高价金属离子Al+取代正常晶格上的Zn+，电中性驱使间隙Zn+减少，e-增多，金属Zn基体氧化过程得到缓解利于抗氧化Zn及合金390、1个大气压氧化结果(1) Zn: 抛物线常数 810-10 g2/cm4h(2) Zn + 1.0(原子% Li 抛物线常数 210-7(3) Zn+0.4原子%Al 抛物线常数 110-113NiO中参加低价金属离子Li+取代正常晶格上的Ni+，电中性驱使正离子空位减少，Ni+增多， Ni+的扩散和产生受抑制，故氧化过程减缓利于抗氧化2 NiO中参加高价金属离子Cr+取代正常晶格上的Ni+，电中性驱使正离子空位增加，Ni+减少， Ni+的扩散和产生增强，故氧化过程加速不利于抗氧化 9.5.2 托马绍夫-斯密尔诺娃理论1合金元素促进保护性氧化膜形成：1PBR2.52合金元素生成高电阻氧化膜，阻碍离子扩散：1000：Al2O3、SiO2、 NiO、 Cr2O3、FeO的比电导分别为：10-7、10-6、10-2、10-1、102-1cm-13合金元素原子半径小于基体金属元素，易于扩散到外表，并形成晶格参数小的致密氧化膜4合金元素氧化物的生成热高于基体金属元素氧化物生成热稳定性好。

例如：Al2O3和FeO的生成热分别为1678、272KJ/mol5合金元素的氧化物熔点和升华点高，分解压低，不与其他氧化物生成低熔共晶混合物6合金为固溶体，保证均匀分布和氧化物的生成 9.5.3 阿尔哈罗夫-尼克曼理论 合金元素与基体金属元素共同形成尖晶石型双氧化物MOM2O3或MM2O4 ，较单一氧化物具有更好的抗氧化性能 例如：FeCr2O4或NiFe2O4的抗氧化性能较FeO优异得多此即高温合金的抗氧化原理9.6 钢铁的气体腐蚀 钢铁的气体腐蚀： 氧化、脱碳、氢腐蚀和含硫气体腐蚀等9.6.1 氧化：1氧化膜的组成9.6.1 氧化：2氧化规律碳钢0.6%C在800的氧化规律膜层无保护性 抛物线 直线9.6.2 脱碳： 钢在高温和/或高压下与O2、CO2、H2O、H2等接触 Fe3C + O2 3Fe +CO2 Fe3C + CO2 3Fe +2CO Fe3C + H2O 3Fe + CO + H2 Fe3C + 2H2 3Fe +CH49.6.3 防护方法1除去腐蚀介质；2选用耐热合金3使用高温防护涂层9.7 金属材料的热腐蚀9.7.1 热腐蚀现象： 热腐蚀：是燃气蜗轮热端部件等在高温工作时与其外表沉积物质(如Na2SO4、 K2SO4 、V2O5等)互相作用而发生的一种高温腐蚀现象。

热腐蚀使得防护性的氧化物破坏，形成一层疏松的、无保护性的氧化物，加速基体氧化过程的进展，造成灾难性氧化 热腐蚀在6001000内表现剧烈 根据相对腐蚀率与温度的关系，可将热蚀分为两类：1低温热腐腐蚀：600850；2高温热腐蚀：8509.7.2 热腐蚀机理： 1含硫的燃料燃烧时生成SO2 、SO3 等气体，与环境中的O2、NaCl 等可能发生以下反响，生成Na2SO4： 2NaCl + SO2 + 1/2O2 +H 2O Na2SO4 + 2HCl 2NaCl + SO3 + H2O Na2SO4 + 2HCl 2低熔点600 Na2SO4使金属外表氧化膜破坏 Na2SO4 Na2O碱性SO3酸性 Al2O3 + 3SO3 Al2(SO4)3 Al2O3 + Na2O 2NaAlO2 9.7.3 热腐蚀的控制：热腐蚀失效可以通过下述技术途径加以控制：1控制和调整合金的化学成份，改善其抗热腐蚀的性能；2选择适宜的高温保护涂层；3减少燃料中的有害杂质的含量；4燃气蜗轮进气口加过滤装置，净化进入的空气此方法仅适用于地面和船用燃气蜗轮；5定期用水冲洗发动机，以去除沉积在蜗轮叶片上的盐及其它杂质。

9.8 液态金属腐蚀液态金属腐蚀现象： 具有较高熔点的金属与液态金属接触，使其外表形成力学性能较低的固溶体、金属间化合物或溶解在液态金属中如铝合金汞剂化即Al溶解在液态Hg中，粉末化或板穿孔 液态Cd导致九级压气机盘破坏第8章 金属在自然环境中的腐蚀 8.1 大气腐蚀8.4 微生物腐蚀8.1 大气腐蚀8.1.1 现象： 在大气环境下的化学或电化学反响引起的金属材料及其制品的变质或破坏称为大气腐蚀 飞机腐蚀实为水膜下的大气电化学腐蚀 纯洁的大气：氮气75%、氧气23%、水分和少量惰性气体Ar、He、Xe、Ne、Kr等 污染介质：SO2、SO3、H2 、Cl2、HCl 、NO、NO2、NH3、HNO3 、CO、CO2 、 NaCl、CaCO3 、氧化物、粉煤灰 等 湿度是影响大气腐蚀的重要因素8.1.2 分类及特点：1分类： a干的大气腐蚀； b潮的大气腐蚀； c湿的大气腐蚀 2特点： 1干的大气腐蚀 在空气非常枯燥的条件下，金属外表不存在水膜时的腐蚀称为干大气腐蚀，形成一层保护性氧化膜1nm10nm，并常常伴随金属外表的失泽 如铜、银被硫化物污染的空气腐蚀所造成的失泽现象化学腐蚀I水膜厚度=1nm10nm; II=10nm1mm;III=1mm1mm;IV 1mm2潮的大气腐蚀 大气的相对湿度在100%以下，金属外表存在着肉眼不可见的薄水膜10nm1mm时所发生的腐蚀称为潮的大气腐蚀。

例如，铁在大气中没被雨雪淋到时的生锈即属于潮的大气腐蚀电化学腐蚀电解质增多3湿的大气腐蚀 水分在金属外表已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层1mm1mm时所发生的腐蚀称为湿的大气腐蚀当空气中的相对湿度在100%左右或者当雨、雪、霜及水沫等直接落在金属外表上时，就发生这种腐蚀电化学腐蚀氧量较少 I水膜厚度=1nm10nm; II=10nm1mm;III=1mm1mm;IV 1mm8.1.3 机理：在潮和湿的大气条件下，金属的大气腐蚀过程具有电化学腐蚀的本质，是电化学腐蚀的一种特殊形式 1阴极过程 ：在中性或碱性介质中发生如下反响： O2 + 2H2O +4 e 4OH 在酸性介质如酸雨中那么发生如下的反响： O2 + 4H+ + 4e 2H2O2阳极过程 ：M + H2O Mn+H2O + ne 水膜厚度影响O2的供给，因此影响腐蚀过程8.1.3 影响因素：1气候条件 ： 湿度水膜厚度、温度、日照、风力等2大气污染状况 ：铁的大气腐蚀与空气相对湿度和空气中SO2杂质的关系1-纯洁空气；2-含0.01%SO2的空气；3-含0.01%SO2和碳粒的空气8.1.4 控制方法：1进步金属材料自身的耐蚀性合金化处理2采用覆盖保护层 3控制环境 1充氮封存 ； 2) 采用吸氧剂 ； 3) 枯燥空气封存 RH35%； 4减小大气污染等4使用气相缓蚀剂 8.4 微生物腐蚀8.4.1 现象： 微生物腐蚀：指由微生物生命活动参与下所发生的腐蚀过程。

微生物腐蚀是促进金属材料的破坏，往往和电化学腐蚀同时发生 实 例：飞机整体油箱内部环境水油界面处，发电厂、化工厂大量使用的水冷管道，输油、储油装置，大型船舶，纸浆处理设备等都很适于细菌的寄生和生存，为微生物腐蚀创造了条件 飞机整体油箱底部微生物腐蚀形貌8.4.2 机理1微生物细菌生命活动产物具有腐蚀性： 2S3O22H2O 2H2SO42生命活动产物降低阴极极化如硫酸盐复原菌3改变环境腐蚀性： pH值、氧浓度、盐浓度、浓差电池形成等4破坏金属外表有机涂层的保护性 8.4.3 控制方法1采用杀菌剂或抑制剂 可以杀死微生物的药剂为“杀菌剂，只能使微生物处于不活动或不生长状态的药剂为“抑制剂根据有效性、经济性、环保性等因素合理地使用2改善环境条件，控制细菌的生长 减少细菌的有机物营养源或者除去代谢物质例如，切断硫化物矿石中硫的来源将阻止硫杆菌产生硫酸；控制介质的pH值在5.59范围以外可以抑制SRB3使用外表涂镀层 采用金属镀层如电镀铬与涂层如涂锌或非金属涂层如环氧树脂漆、聚乙烯涂层、煤焦油沥青涂层等不仅可以隔离金属制品与腐蚀环境，而且可以使金属制品外表光滑，以减少细菌的聚集4阴极保护 将阴极保护与涂镀层结合使用，同样可以到达控制微生物腐蚀的目的。

假设恰当地将电位控制在使阴极外表附近呈碱性环境，还可以到达抑制细菌活动的目的 第13章 机电装备的腐蚀与控制 13.1 航空器的腐蚀与控制 一、 航空器构造特点二、 航空器腐蚀环境及特点三、 航空器的腐蚀类型、部位及级别四、 飞机机体构造的腐蚀与控制五、 飞机机翼整体油箱的腐蚀与控制 六、 飞机起落架的腐蚀与控制 七、 发动机构造的腐蚀与控制一、 航空器构造特点1.1 航空器种类：飞行器：航空器、航天器、火箭、导弹、鱼雷等 1. 2 飞机的典型构造 大多数飞机都是由机身、机翼、尾翼、起落装置和动力装置等五个主要部分组成的 法国“阵风战斗机的主要组成 大型飞机机身还可分为机头、前机身、机身中段、后机身、机身尾段 1.3发动机的典型构造航空发动机类型：活塞式发动机、火箭式发动机和空气喷气发动机空气喷气发动机又分为冲压式喷气发动机和燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机主要包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴等发动机 涡轮喷气发动机示意图1-进气道；2-压气机；3-燃烧室；4-涡轮；5-尾喷管 1.3发动机的典型构造涡轮风扇发动机示意图1-进气道；2-压气机；3-燃烧室；4-涡轮；5-风扇；6-尾喷管1.3 发动机的典型构造压气机转子叶片的几种安装方法 1.4 航空器构造与受载特点 构造特点：1设计平安系数小，构造大都承受很大载荷。

由此易促进应力作用下腐蚀破坏的发生 平安系数：锅炉810；飞机构造1.52比强度高材料的普遍应用，使耐蚀性能降低 飞机绝大部分构造材料选用比强度高的铝合金、钛合金、镁合金、超高强度钢等，这些材料要么耐蚀性低，要么对应力作用下的腐蚀敏感3飞机大部分为薄壁构造，面积大、厚度小，细微腐蚀便对构造强度有很大的影响1.4 航空器构造与受载特点 构造特点：4为充分利用各种材料的性能，飞机使用的材料品种多， 异类金属材料接触易因电偶作用而产生电偶加速腐蚀5为求构造的“轻、强、刚组合，并充分利用有限空 间，飞机构造比较复杂，内部不开敞，通风不良，易引 起水分积聚，促进腐蚀1.4 航空器构造与受载特点 受载特点：分 类类受 载载 情 况飞飞行载载荷平衡机动动，俯仰机动动，对对称垂直突风风，鸟鸟撞滚转滚转 机动动，不对对称垂直突风风，偏航机动动，发动发动 机失效偏航，横向突风风，发动发动 机扭矩，发动发动 机侧侧向、陀螺力矩，增压舱压舱着陆载陆载荷水平最大垂直，水平最大起转转，水平最大回弹弹，尾沉着陆陆，单轮单轮 着陆陆，侧侧向载载荷，回跳着陆陆，应应急着陆陆地面操作载载荷飞飞滑跑。