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1 高温氧化基础1

1.1 概述1

1.2 高温氧化热力学3

1.2.1 热力学基本原理3

1.2.2 △G？-T 图4

1.2.3 金属与气体反应的平衡状态图10

1.3 高温氧化动力学30

1.3.1 动力学测量方法30

1.3.2 氧化的动力学规律36

1.3.3 循环氧化动力学40

参考文献41

2 氧化物的基本性质、结构与缺陷42

2.1 氧化物的基本性质42

2.1.1 氧化物的物理性质42

2.1.2 氧化物间的溶解与反应性47

2.2 氧化物的晶体结构48

2.3 氧化物中的缺陷52

2.3.1 化学计量的氧化物52

2.3.2 非化学计量的氧化物54

2.3.3 掺杂对氧化物缺陷性质的影响63

2.4 氧化物中的元素扩散67

2.4.1 扩散方程68

2.4.2 扩散系数71

2.4.3 扩散的微观机制74

2.4.4 杂质在氧化物中的扩散76

参考文献77

3 金属氧化基本理论79

3.1 氧化过程的一般描述79

3.2.1 扩散控制氧化的简化处理82

3.2 抛物线生长动力学理论82

3.2.2 瓦格纳理论83

3.3 莫特理论101

3.4 特殊气氛中的氧化108

3.4.1 稀薄气氛108

3.4.2 稀释气体109

参考文献110

4 纯金属的氧化111

4.1 生成单一氧化物膜的金属氧化111

4.1.1 与瓦格纳理想模型偏差的原因112

4.1.2 占优扩散质点的标定120

4.1.3 几种典型纯金属的氧化125

4.2 生成多层膜的金属氧化131

4.2.1 多层膜生长机制131

4.2.2 多层膜生长动力学的理论处理134

4.3 生成挥发性氧化物的金属氧化139

4.3.1 生成挥发性氧化物的金属分类139

4.3.2 铬的氧化140

4.3.3 硅的氧化143

4.4 具有较大氧溶解度的金属氧化145

4.4.1 同时发生氧溶解时金属的氧化机理146

4.4.2 钛的氧化148

4.4.3 锆的氧化151

4.5 单晶体金属的氧化151

4.5.1 铜的氧化152

4.5.2 镍的氧化153

4.5.3 铁的氧化153

参考文献154

5 合金的氧化156

5.1.1 贵金属基合金157

5.1 合金按反应类型分类157

5.1.2 贱金属基合金160

5.2 合金的内氧化164

5.2.1 合金内氧化的简化模型165

5.2.2 瓦格纳内氧化动力学模型167

5.2.3 外氧化和内氧化同时发生的动力学模型170

5.2.4 内氧化物析出形态172

5.2.5 从内氧化向外氧化的转变177

5.3 合金的外氧化180

5.3.1 初期氧化和过渡态氧化181

5.3.2 合金元素的选择性氧化182

5.3.3 保护性氧化膜的破坏与再生184

5.4 水蒸气对氧化行为的影响188

参考文献195

6 氧化膜力学性质196

6.1 薄氧化膜/合金体系的特点197

6.2 氧化膜内应力200

6.2.1 氧化膜内应力的产生201

6.2.2 氧化膜内应力的释放208

6.2.3 氧化膜内应力的测量210

6.3 氧化膜/金属界面结合强度222

6.3.2 界面结合强度的测试技术223

6.3.1 界面结合强度的表征223

6.4 氧化膜开裂和剥落227

6.4.1 氧化膜开裂和剥落机制227

6.4.2 氧化膜破裂的监测232

参考文献237

7 高温合金的氧化239

7.1 高温合金的组成240

7.1.1 基体金属240

7.1.2 合金元素241

7.2 高温合金的氧化243

7.2.1 常规高温合金243

7.2.2 单晶和定向凝固高温合金252

7.2.3 ODS 合金253

7.2.4 金属间化合物256

7.3 活性元素效应262

7.3.1 稀土添加和存在方式264

7.3.2 稀土作用机制266

7.4 氧化产物分析技术274

7.4.2 形貌观察275

7.4.1 相分析275

7.4.3 成分分析278

7.4.4 显微结构279

参考文献280

8 金属在混合气体中的反应282

8.1 高温混合气体环境的工业背景283

8.2 金属的硫化286

8.2.1 硫化物的一般性特点286

8.2.2 金属与硫的反应288

8.2.3 与含硫-氧混合气体的反应298

8.3 金属的碳化306

8.3.1 气氛中的碳活度307

8.3.2 金属的内碳化310

8.3.3 金属粉化313

8.4 金属的氮化及卤化316

8.4.1 氮化316

8.4.2 卤素气体的腐蚀318

参考文献320

9 多因素作用下的高温氧化322

9.1 高温氧化-冲蚀322

9.1.1 氧化膜的冲蚀机理323

9.1.2 氧化和冲蚀的交互作用328

9.1.3 氧化-冲蚀影响因素及实验方法335

9.1.4 氧化-冲蚀理论模型340

9.2 力学因素与氧化的交互作用349

9.2.1 合金的高温力学性能349

9.2.2 力学载荷对合金氧化行为的影响352

9.2.3 氧化环境对合金高温力学性能的影响366

参考文献371

10.1 热腐蚀概况373

10.1.1 热腐蚀的工业背景373

10 热腐蚀373

10.1.2 实验方法374

10.2 热腐蚀的热力学377

10.2.1 金属-硫-氧平衡状态图377

10.2.2 氧化物在熔盐中的溶解度379

10.3 热腐蚀机理382

10.3.1 硫化模型382

10.3.2 酸-碱熔融模型384

10.3.3 电化学机理模型386

10.4 金属热腐蚀及控制措施388

10.4.1 纯金属与合金的热腐蚀388

10.4.2 低温热腐蚀391

10.4.3 热腐蚀的影响因素398

10.4.4 热腐蚀的防止措施404

10.5 钒蚀405

参考文献409

11 高温氧化防护涂层410

11.1 涂层制备与性能411

11.1.1 涂层分类及制备技术411

11.1.2 涂层性能要求417

11.2.1 铝化物涂层420

11.2 典型高温防护涂层420

11.2.2 改性的铝化物涂层427

11.2.3 MCrAlY 涂层430

11.2.4 热障涂层432

11.3 涂层的退化435

11.4 表面处理提高合金抗氧化性438

11.4.1 预氧化处理439

11.4.2 表面细晶化439

11.4.3 电火花强化442

11.4.4 离子注入442

参考文献443