Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Коррозия и защита металлов : газовая коррозия металлов

Покупка
Артикул: 475584.02.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Приведены основы термодинамики и кинетики газовой коррозии металлов и сплавов при различных температурах и парциальных давлениях кислорода, классификация оксидных пленок по толщине и типу проводимости. Даны закономерности и особенности процесса высокотемпературного окисления сплавов в газовой среде и основной принцип жаростойкого легирования. Приведены многочисленные примеры жаростойких сплавов, бескислородной керамики и композиционных материалов на углеродной основе. Указаны принципы создания новых жаростойких материалов. Содержание соответствует программе курса «Коррозия и защита металлов». Предназначен для студентов металлургических и материаловедческих специальностей, обучающихся по направлениям 150400 «Металлургия», 150100 «Материаловедение и технология материалов», 150700 «Физическое материаловедение» по специальности 150701 «Физико-химия процессов и материалов» и 150702 «Физика металлов».
Ракоч, А. Г. Коррозия и защита металлов : газовая коррозия металлов : курс лекций / А. Г. Ракоч, Ю. А. Пустов, А. А. Гладкова. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2013. - 56 с. - ISBN 978-5-87623-733-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1222900 (дата обращения: 22.11.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2343 

Кафедра защиты металлов и технологии поверхности

А.Г. Ракоч 
Ю.А. Пустов 
А.А. Гладкова 

Коррозия и защита металлов

Газовая коррозия металлов 

Курс лекций 

Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
150400 – Металлургия 

Москва  2013 

УДК 620.193 
 
Р19 

Р е ц е н з е н т ы :  
д-р техн. наук, проф. А.В. Кудря; 
д-р хим. наук Ю.В. Лахоткин (ИФХЭ РАН) 

Ракоч, А.Г. 
Р19  
Коррозия и защита металлов : газовая коррозия металлов : курс лекций / А.Г. Ракоч, Ю.А. Пустов, А.А. Гладкова. – 
М. : Изд. Дом МИСиС, 2013. – 56 с. 
ISBN 978-5-87623-733-0 

Приведены основы термодинамики и кинетики газовой коррозии металлов 
и сплавов при различных температурах и парциальных давлениях кислорода, 
классификация оксидных пленок по толщине и типу проводимости. Даны закономерности и особенности процесса высокотемпературного окисления сплавов в газовой среде и основной принцип жаростойкого легирования. Приведены многочисленные примеры жаростойких сплавов, бескислородной керамики 
и композиционных материалов на углеродной основе. Указаны принципы создания новых жаростойких материалов. 
Содержание соответствует программе курса «Коррозия и защита металлов». 
Предназначен для студентов металлургических и материаловедческих 
специальностей, обучающихся по направлениям 150400 «Металлургия», 
150100 «Материаловедение и технология материалов», 150700 «Физическое 
материаловедение» по специальности 150701 «Физико-химия процессов 
и материалов» и 150702 «Физика металлов». 

УДК 620.193 

ISBN 978-5-87623-733-0 
© А.Г. Ракоч,  
Ю.А. Пустов,  
А.А. Гладкова, 2013 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................4 
1. Термодинамика  газовой коррозии материалов.................................6 
2. Массоперенос  в сплошных оксидных  пленках и их 
классификация ........................................................................................13 
2.1. Массоперенос в сплошных пленках ..........................................13 
2.2. Классификация оксидных пленок  по толщине и типу 
проводимости......................................................................................15 
3. Кинетика высокотемпературного окисления металлов..................19 
3.1. Основные кинетические  законы окисления металлов ............19 
3.1.1. Линейный закон...............................................................................19 
3.1.2. Параболический закон окисления................................................21 
3.1.3. Кинетические закономерности  роста тонких  
оксидных пленок........................................................................................23 
3.1.4. Другие кинетические  законы окисления материалов..............24 
3.2. Влияние внешних факторов  на газовую  
коррозию материалов.........................................................................28 
3.2.1. Влияние температуры  на процесс окисления  
материалов...................................................................................................28 
3.2.2. Влияние парциального давления  кислорода  
на скорость роста пленок..........................................................................31 
3.2.3. Влияние состава газовой среды  на высокотемпературное 
окисление  металлических материалов..................................................34 
4. Закономерности и особенности процесса  
высокотемпературного окисления сплавов в газовой  среде  
и основной принцип  жаростойкого легирования ...............................36 
4.1. Избирательное  или предпочтительное окисление сплавов ....36 
4.2. Внутреннее окисление сплавов..................................................37 
4.3. Влияние небольших добавок  легирующего элемента 
или примесей  на скорость окисления основного металла.............39 
5. Основные методы защиты металлов от газовой коррозии.............43 
5.1. Основной принцип  жаростойкого легирования ......................43 
5.2. Жаростойкие сплавы ...................................................................46 
5.3. Защитные покрытия ....................................................................48 
5.4. Защитные атмосферы..................................................................50 
6. Неметаллические  жаростойкие материалы.....................................53 
6.1. Жаростойкая конструкционная керамика .................................53 
6.2. Графит и жаростойкие композиции  на графитовой  
основе (Me–MeC–C)...........................................................................53 
Библиографический список...................................................................55 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Газовая коррозия – самопроизвольное окисление металлов в газовой среде при высоких температурах. 
Первопричина окисления материалов в газовой среде – их термодинамическая неустойчивость при данном парциальном давлении 
окислителя и температуре. 
Газовая коррозия имеет место при работе многих изделий и конструкций: детали газовых турбин, двигателей, нагревательные элементы электросопротивления, клапаны двигателей внутреннего сгорания, лопатки и клапаны паровых турбин, горелок, огнеупоры для 
различных промышленных печей, топок и аппаратов, работающих 
в металлургической, нефтехимической, цементной, машиностроительной и других отраслях промышленности, тигли, чехлы термопар, 
завесы, каналы для прохождения высокотемпературных газов, теплообменники, детали лазерной техники, сопловые и рабочие лопатки, 
сопловые аппараты, жаровые трубы камер сгорания, рули ракетных 
сопел и сопел другого назначения (спецтехники), электроды для металлургической промышленности, изделия и конструкции для ядерных реакторов и других устройств. 
Газовая коррозия имеет место и при проведении многочисленных 
процессов обработки металлов и сплавов при высоких температурах: горячей обработки давлением и термической обработки, проводимой 
для получения требуемых объемных или только поверхностных физикохимических и механических свойств у металлического материала. Возможность применения какого-либо материала для изготовления деталей и 
конструкций, которые успешно бы функционировали при высоких температурах в окислительных газовых средах, оценивают, в первую очередь, по характеристикам: жаростойкости, жаропрочности. 
Жаростойкость – способность материала сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах. 
Жаропрочность – способность материала сохранять при высоких 
температурах механические свойства: длительную прочность и сопротивление ползучести. 
В некоторых случаях жаропрочные и жаростойкие материалы 
и системы (основной материал – покрытие) при изотермических условиях имеют низкую стойкость при изменении температуры во 
время их эксплуатации. Стойкость материалов и систем к изменению 
температуры (термостойкость) оценивают по их способности выдер
живать определенное число циклов нагревов и охлаждений или колебаний температуры в агрессивных средах без их разрушения 
или появления первых видимых трещин. 
Детали и конструкции должны быть изготовлены из материалов, 
которые должны сочетать удовлетворительную жаропрочность с высокой жаростойкостью и стойкостью к теплосменам. 
Экспериментально определенные скорости окисления и стойкость 
к тепловым ударам образцов, одной и той же геометрической формы 
и размеров, изготовленных из какого-либо материала, не указывают 
однозначно на то, что изделия, полученные из этого же материала, 
но более сложной геометрической формы будут характеризоваться 
той же жаростойкостью и стойкостью к тепловым ударам. Необходимо проводить специальные (стендовые) испытания в условиях, 
максимально имитирующих работу этих изделий при высоких температурах в газовой среде. 

1. ТЕРМОДИНАМИКА  
ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ МАТЕРИАЛОВ 

Принципиальная возможность или невозможность самопроизвольного протекания процесса окисления материалов в газовой среде 
определяется по знаку изменения энергии Гиббса (ΔGТ). По абсолютной величине этого изменения определяется величина движущей 
силы этого процесса. При данных условиях (температуры и парциального давления окислителя) процесс окисления металлического 
материала возможен, если хотя бы для одного компонента, содержащегося в материале, выполняется условие 

 
ΔGТ < 0, 

и невозможен, если 

 
ΔGТ > 0,  

и система материал–окислитель–оксид находится в равновесии, 
если 

 
ΔGТ = 0. 

Для наиболее распространенного процесса газовой коррозии реакция окисления компактного металла кислородом с образованием 
твердофазной оксидной пленки 

 
(Т)
2(г)
(Т)
2
Me
O
Me O
4
m
mn
mn
m
+
=
, 
(1.1) 

изменение энергии Гиббса определяется следующим образом: 

2
2

2

2

0
P

4
4
O
O

O
равн

O

1
1
ln
ln
ln

(
)
2,303
lg
,
4

T
T
mn
mn
G
RT
RT
K
RT
G

P
P

P
RTmn
P

Δ
=
−
=
+ Δ
=

=

 

где 
0
T
G
Δ
 – стандартное изменение энергии Гиббса (
T
G
Δ
 при 

2
O
P
 = 1 атм), 

Дж/моль; 
R – газовая постоянная, 8,314 Дж/(К·моль); 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину