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310S不銹鋼

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310S不銹鋼管高溫氧化問題概述

來源:至德鋼業 日期:2022-05-15 04:58:36 人氣:100

根據熱力學可知,金屬生成氧化物所需的的ΔG值越小,那么該金屬生成的氧化物就越穩定;從另一方面來看,說明該金屬越容易獲取O2并將其還原,還原該金屬氧化物為金屬也更難。因此將金屬表面首先形成一層致密氧化膜可以對內部基體起到保護作用,防止進一步受到氧化侵蝕。

金屬氧化物屬于離子晶體中的一種,它內部是由金屬離子、氧離子組合而成的,并在金屬晶體表面首先形核,然后逐漸長大成為新的晶粒。金屬氧化后表面形成氧化膜,因此氧離子以及參與反應的其他物質在氧化膜中的遷移、擴散速度和界面反應速度決定了氧化的進程,離子的遷移、擴散速度和界面反應速度是控制整體氧化進程中的重要因素。金屬置于易被氧化的氛圍中,首先發生反應的是表面,表面與氧接觸后迅速生成一層氧化膜,發生界面反應。隨著氧化膜的增厚,擴散作用便發揮了主導作用,,隨著時間延長,擴散過程控制了氧化過程,成為進一步氧化的關鍵。

事實上,310S不銹鋼管在高溫環境甚至是室溫條件下都可能發生金屬的氧化,而310S不銹鋼管表面所產生的氧化膜對不同的氧化進程的影響并不相同:有時可以產生阻止作用,防止高溫氧化進行,起到保護膜的作用;有時卻沒有任何防護效果,嚴重時甚至會加速氧化侵蝕的進程。因此尋求一種有效的高溫抗氧化防護措施刻不容緩。

高溫氧化的防護原理

具備優秀抗氧化性能的金屬有兩種,一種是貴金屬,其熱力學性能穩定,在高溫下不易發生氧化,如Au、Pt、Ag等;一種是金屬成分中含有親和氧能力的合金元素,這種合金元素會在氧化氣氛中首先與氧發生反應,在表面形成一層致密且具有保護性的氧化膜。從節約成本上考慮,一般會用后者的方式來提高高溫工況下下鋼材以及合金的抗氧化性能。其抗氧化機理主要有兩個方面:一方面,與氧親和力強的合金元素一般原子半徑比較大,會在氧化膜表面堵塞氧化的通道或“空穴”,類似―釘扎‖的效果,從而明顯阻礙離子擴散速率,增強氧化膜結合力;另一方面,這類合金元素可能在金屬表面生成尖晶石結構的氧化膜,尖晶石結構氧化膜是一種復合氧化物,尖晶石具有復雜致密的結構,能夠阻礙離子在氧化膜中的移動速度。

因此,從以下幾點可以判斷出310S不銹鋼管表面氧化膜的保護性較強:

1)氧化膜表面的致密度良好,無夾雜,表面電導率低,有效地阻止310S不銹鋼管表面被氧化侵蝕;

2)氧化膜能夠完好地覆蓋在310S不銹鋼管表面,并且無剝落現象;

3)氧化膜的具備高穩定性;

4)氧化膜的熱膨脹系數與基體材料相接近,熱穩定性強;

5)氧化膜中的應力值小,不易對氧化膜產生機械損傷。

綜上所述,可以對310S不銹鋼管進行表面改性處理,以形成一層含有特定元素的熱障保護層,進而提高表面在高溫環境下的抗氧化性能。

本文標簽:310S不銹鋼管 

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