Высокотемпературное окисление металлов

ВВЕДЕНИЕ 8 1. СТАДИИ ПРОЦЕССА ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ 10 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ 11 2.1. Определение изменения энергии Гиббса в реакциях окисления металла 11 2.2. Определение возможности газовой коррозии по изменению стандартного изобарно-изотермического потенциала ΔG_T^0 13 2.3. Расчет изменения стандартного изобарно-изотермического потенциала ΔG_T^0 13 2.4. Сравнение термодинамической устойчивости продуктов коррозии 16 3. АДСОРБЦИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ НА МЕТАЛЛАХ 18 3.1. Энергетика адсорбции кислорода на металлах 18 3.2. Кинетика адсорбции кислорода на металлах 20 3.3. Превращение адсорбированного слоя кислорода в оксид 22 3.4. Адсорбция кислорода на полупроводниках 22 4. НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА 25 4.1. Образование оксидных зародышей 25 4.2. Образование оксидных пленок 26 5. КЛАССИФИКАЦИЯ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК И ИХ СВОЙСТВА 28 5.1. Классификация пленок по толщине 28 5.2. Условие сплошности пленки 28 5.3. Разрушение пленки на металлах 30 6. МЕХАНИЗМ ОКИСЛЕНИЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ 32 6.1. Образование тонких оксидных слоев 32 6.2. Электрохимическая теория окисления металлов 33 7. МАССОПЕРЕНОС ПРИ ОКИСЛЕНИИ МЕТАЛЛОВ 36 7.1. Дефектообразование и диффузия в оксидах 36 7.2. Массоперенос в газовой фазе 39 8. КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 41 8.1. Рост пористой (незащитной) оксидной пленки 41 8.2. Рост сплошных (защитных) оксидных пленок 43 8.3. Кинетика формирования тонких оксидных пленок 53 9. ОКИСЛЕНИЕ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ 60 9.1. Железо 60 9.2. Медь 65 9.3. Никель, кобальт, марганец 66 9.4. Хром 69 9.5. Окисление молибдена и вольфрама 69 9.6. Сводные данные о механизмах и кинетике окисления металлов 70 10. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВОВ 72 10.1. Теория Вагнера – Хауффе 73 10.2. Возможные случаи окисления сплавов 75 10.2.1. Первая группа сплавов. Окисление одного элемента с образованием АО или ВО 75 10.2.2. Одновременное окисление элементов А и В с образованием оксидов АО и ВО 78 10.3. Внутреннее окисление бинарных сплавов 81 11. ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВОВ 85 11.1. Сплавы никеля 11.1.1. Никель – хром 85 11.1.2. Сплавы Ni – Al 87 11.1.3. Сплавы Ni – W и Ni – Mo 88 11.1.4. Другие сплавы Ni 88 11.2. Окисление сплавов кобальта 89 11.3. Окисление сплавов титана 90 11.3.1. Окисление сплавов титана с алюминием 91 11.3.2. Сплавы титана с ниобием или танталом 92 11.3.3. Сплавы титан – кремний 93 11.4. Окисление сплавов железа 93 11.4.1. Сплавы железо – никель, железо – медь, железо – кобальт 93 11.4.2. Окисление сплавов железо – хром, железо – алюминий, железо – кремний 94 12. ОКИСЛЕНИЕ СТАЛЕЙ 98 12.1. Углеродистые стали 98 12.2. Жаростойкие стали 100 12.2.1. Легирующие элементы и их свойства 100 12.2.2. Принцип жаростойкого легирования сталей 101 12.2.3. Теории жаростойкого легирования 103 12.2.4. Жаростойкость легированных сталей 107 13. ОКИСЛЕНИЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ 112 14. КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ 116 15. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ 119 15.1. Температура 119 15.2. Давление газовой среды 123 15.3. Состав газовой среды 126 15.3.1. Водородная коррозия 127 15.3.2. Газовые среды, содержащие серу 128 15.3.3. Окисление в хлоре 130 15.3.4. Водяной пар и углекислый газ 131 15.3.5. Окисление металлов в смешанных газовых средах 134 15.3.6. Продукты горения углеводородных топлив 137 15.4. Структура металлов 138 15.5. Химическая коррозия металлов в жидких средах 141 16. ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ 142 16.1. Физические и химические закономерности растворения твердых металлов в жидкометаллических теплоносителях 142 16.2. Взаимодействие твердого металла с примесями, содержащимися в жидких металлах 145 16.3. Растворимость металла в изотермических условиях 146 16.4. Кинетика коррозии твердых металлов в жидких металлических теплоносителях 146 16.5. Выбор материалов для работы в жидких металлических теплоносителях 147 17. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ 149 17.1. Жаростойкое легирование металлов 149 17.2. Жаростойкие защитные покрытия 153 17.2.1. Горячий метод 153 17.2.2. Электролитические и гальванические покрытия 154 17.2.3. Металлизация распылением 155 17.2.4. Плазменное напыление 155 17.2.5. Плакирование 157 17.2.6. Вакуумная металлизация 157 17.2.7. Термодиффузионные покрытия 157 17.2.8. Неметаллические жаростойкие покрытия 160 17.3. Защитные атмосферы 162 17.3.1. Защитные атмосферы для сталей 163 17.3.2. Защитные атмосферы для цветных металлов 166 17.3.3. Способы получения защитных газовых атмосфер 169 17.3.4. Специальные добавки к защитным атмосферам 170 18. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 172 18.1. Термогравиметрический метод 173 18.2. Манометрический метод 174 18.3. Электрометрический метод 175 18.4. Оптические методы 177 18.4.1. Фотометрический метод 177 18.4.2. Интерференционный метод 177 18.4.3. Эллипсометрический метод 180 19. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ 183 19.1. Способы представления экспериментальных данных 183 19.2. Определение закона окисления металла 184 19.3. Константа скорости окисления и ее зависимость от температуры 191 20. ПОГРЕШНОСТИ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ 197 20.1. Классификация ошибок измерения 197 20.2. Оценка случайных погрешностей 198 20.3. Функция распределения случайной величины 200 20.4. Законы распределения ошибок 202 20.4.1. Распределение Гаусса 202 20.4.2. Распределение Стьюдента 203 20.5. Косвенные измерения 204 20.6. Алгоритмы расчета ошибок измерения 205 20.6.1. Прямые многократные измерения 205 20.6.2. Оценка погрешности при косвенных измерениях 205 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 206