Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Способы повышения жаростойкости металлов


Во многих химических процессах металлические конструкции и изделия эксплуатируются в жестких условиях, при повышенных температурах, больших давлениях, высокой агрессивности среды.

Чистые металлы, как правило, являются коррозионностойкими и требуют дополнительных мер защиты.

Современная техника противокоррозионной защиты располагает рядом эффективных способов для увеличения стойкости металлов и сроков их эксплуатации. Применительно к условиям газовой кор­розии одним из наиболее часто используемых способов является жаростойкое легирование с целью получения сплавов, обладающих повышенной коррозионной устойчивостью.

В настоящее время существует три наиболее обоснованные тео­рии жаростойкого легирования, которые не противоречат, а скорее дополняют друг друга.

Согласно первой теории, разработанной Вагнером и Хауффе, не­большая добавка легирующего элемента окисляется и, растворяясь в оксиде основного металла, уменьшает число дефектов в кристал­лической решетке основного металла. Это приводит к упорядочи­ванию структуры и снижает скорость диффузии ионов в защитной пленке.

Данная теория имеет довольно ограниченную область примене­ния. Если скорость окисления металла определяется не диффузией ионов или при легировании в оксидной пленке образуется новая фа­за, то изложенные выше предположения жаростойкого легирования неприменимы.

Согласно второй теории, разработанной А.А. Смирновым, Н.Д. То-машовым и др., на поверхности металла образуется защитный оксид легирующего элемента, который препятствует окислению основного металла.

Применительно к этой теории легирующий компонент должен обладать перечисленными ниже основными свойствами.

1. Оксид легирующего элемента должен удовлетворять условию сплошности, т.е. отношение объемов оксида и металла долж­но быть больше единицы: Vок/Vме > 1. В табл. 3.6 приведены обобщающие данные по некоторым свойствам оксидов хрома, алюминия и кремния. Эти элементы являются основными до­бавками для повышения жаростойкости железа. Как показыва­ют данные таблицы это условие для вышеназванных элементов выполняется.



2. Легирующий элемент должен образовывать оксид с высоким электрическим сопротивлением. Большое омическое сопротив­ление (низкая электропроводимость) является одним из основ­ных условий для формирования защитных свойств пленки, так как при этом движение ионов в слое оксида затрудняется.

3. Энергия образования оксида легирующего элемента должна быть больше энергии образования оксида основного металла, т.е.

где Me — легирующий компонент; Me — основной металл.

Это условие обеспечивает стойкость оксида легирующе­го компонента в присутствии основного металла. Оксид ком­понента добавки оказывается более устойчивым, чем оксид основного металла. Если это условие не соблюдается, то ок­сид легирующего элемента будет восстанавливаться основным металлом.

Приведенные в таблице 3.6 данные по теплотам образова­ния оксидов железа, AI2O3, Сr2О3 и SiO2 подтверждают сфор­мулированное выше правило. Более того, если первоначально образуется смешанный оксид, то в дальнейшем в соответствии с условиями термодинамического равновесия, он переходит в чистый оксид легирующего компонента.

Например, при окислении железа легированного алюминием, имеет место образование оксида железа FeO. Но далее возмо­жен процесс:


4. Размер ионов легирующего элемента должен быть меньше, чем размер иона основного металла (см. табл. 3.6). Это облегчает диффузию легирующего элемента к поверхности сплава, на котором
образуется защитная пленка.

5. Оксиды легирующих компонентов должны иметь высокие тем­пературы плавления и возгонки и не образовывать низкоплав­ких эвтектик. Это требование обеспечивает сохранение окси­да при высоких температурах в твердой фазе. Переход оксида в жидкое состояние облегчил бы протекание в нем диффузи­онных процессов. Частичная возгонка оксида увеличила бы пористость пленки, что способствует снижению ее защитных свойств.

6. Легирующий компонент и основной металл должны образовы­вать твердый раствор при данном составе сплава. Только при этом условии удается обеспечить сплошную пленку оксида ле­гирующего компонента по всей поверхности сплава.

Эта теория жаростойкого легирования находится в хорошем со­гласии с целым рядом практических данных.

Экспериментально было установлено наличие защитного слоя оксида, преимущественно образованного легирующим компонентом сплава (хрома или алюминия) для ряда жаростойких железных спла­вов. На рис. 3.19 показано значительное снижение скорости окисле­ния железа от концентрации легирующей добавки — алюминия.

Третья теория жаростойкого легирования основана на постула­те об образовании двойных оксидов, обладающих высокими защит­ными свойствами.

Эта теория применительно к сплавам железа была наиболее пол­но сформулирована В.И. Архаровым. Повышение жаростойких свойств железных сплавов может быть достигнуто при соблюдении двух условий:

• устранение при окислении железа на поверхности соединений со структурой вюстита;

• образование на поверхности сплава оксидов типа шпинели с возможно меньшими параметрами кристаллической решетки.

Как известно, при окислении железа образуются различные ок­сиды, отличающиеся по составу и защитным свойствам. Оксиды со структурой вюстита (FeO) обла­дают меньшим защитным дей­ствием при газовой коррозии, чем другие оксиды железа со структурой шпинели (Fe3O4, Fe2O3).

Пониженные защитные свой­ства вюстита объясняются тем, что в структуре FeO легко осу­ществляется диффузия ионов металла. Скорость окисления железа заметно возрастает при температурах 500-600 °С. Этот эффект совпадает с началом об­разования вюститной фазы.

Если в состав железа ввести легирующие элементы, способствующие образованию двойных ок­сидов типа FeCr2O4, FeAl2O4, NiFe2O4, NiCr2O4 и др., то возмож­ность возникновения вюститной фазы будет затруднена. Экспери­ментально это выражается в повышении температуры образования вюстита, фиксируемого рентгенографическими методами (табл. 3.7).



Данные таблицы показывают, что даже при низкопроцентном ле­гировании основные легирующие компоненты жаростойких желез­ных сплавов заметно повышают температуру начала появления вю­ститной фазы.

 
 

Более высокие защитные свойства наблюдают у оксидов Fe3O4 и γ~Fe2O3, характеризующихся структурой шпинели. Эта структура имеет более плотную решетку с меньшими расстояниями между от

дельными узлами и характеризуется отсутствием дефектов. Поэтому шпинельная структура препятствует диффузии ионов.

Установлено, что железо в пассивном состоянии, а также легиро­ванные стали имеют поверхностные слои с кристаллографической решеткой шпинельного типа.

Еще более высокими защитными свойствами обладают поверх­ностные сложные оксиды типа FeО.Мe2О3 или Fe2O3.MeO, если ле­гирующий компонент имеет меньший ионный радиус по сравнению с железом (см. табл. 3.6).

Отмечают закономерную связь между уменьшением параметров кристаллической решетки и эффектом повышения жаростойкости. Очевидно, что внедрение в структуру шпинели новых катионов с меньшим ионным радиусом будет уменьшать параметры решетки и затруднять диффузию ионов кислорода и основного металла.

Установлено, что слой оксидной пленки, примыкающий к поверх­ности высокохромистой стали, имеет состав FeО.Cr2О3, а внешний слой — a(Fe, Сr)2О3.

На хромоникелевых сплавах при высоких температурах образу­ется защитная пленка шпинельной структуры — NiО.Cr2О3, а на хромоалюминиевых железных сплавах — сложные оксиды: m(FeO· Cr2O3)+n(FeO.Al2O3).

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Влияние давления и состава газа | Коррозия в неэлектролитах

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 1316; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.005 сек.