Коррозия и защита металлов : газовая коррозия металлов
Покупка
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2013
Кол-во страниц: 56
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-87623-733-0
Артикул: 475584.02.99
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».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
- ВО - Магистратура
- 22.04.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.04.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
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);