310S不锈钢

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310S不锈钢管高温氧化问题概述

来源:至德钢业 日期:2022-05-15 04:58:36 人气:89

根据热力学可知,金属生成氧化物所需的的ΔG值越小,那么该金属生成的氧化物就越稳定;从另一方面来看,说明该金属越容易获取O2并将其还原,还原该金属氧化物为金属也更难。因此将金属表面首先形成一层致密氧化膜可以对内部基体起到保护作用,防止进一步受到氧化侵蚀。

金属氧化物属于离子晶体中的一种,它内部是由金属离子、氧离子组合而成的,并在金属晶体表面首先形核,然后逐渐长大成为新的晶粒。金属氧化后表面形成氧化膜,因此氧离子以及参与反应的其他物质在氧化膜中的迁移、扩散速度和界面反应速度决定了氧化的进程,离子的迁移、扩散速度和界面反应速度是控制整体氧化进程中的重要因素。金属置于易被氧化的氛围中,首先发生反应的是表面,表面与氧接触后迅速生成一层氧化膜,发生界面反应。随着氧化膜的增厚,扩散作用便发挥了主导作用,,随着时间延长,扩散过程控制了氧化过程,成为进一步氧化的关键。

事实上,310S不锈钢管在高温环境甚至是室温条件下都可能发生金属的氧化,而310S不锈钢管表面所产生的氧化膜对不同的氧化进程的影响并不相同:有时可以产生阻止作用,防止高温氧化进行,起到保护膜的作用;有时却没有任何防护效果,严重时甚至会加速氧化侵蚀的进程。因此寻求一种有效的高温抗氧化防护措施刻不容缓。

高温氧化的防护原理

具备优秀抗氧化性能的金属有两种,一种是贵金属,其热力学性能稳定,在高温下不易发生氧化,如AuPtAg等;一种是金属成分中含有亲和氧能力的合金元素,这种合金元素会在氧化气氛中首先与氧发生反应,在表面形成一层致密且具有保护性的氧化膜。从节约成本上考虑,一般会用后者的方式来提高高温工况下下钢材以及合金的抗氧化性能。其抗氧化机理主要有两个方面:一方面,与氧亲和力强的合金元素一般原子半径比较大,会在氧化膜表面堵塞氧化的通道或“空穴”,类似―钉扎‖的效果,从而明显阻碍离子扩散速率,增强氧化膜结合力;另一方面,这类合金元素可能在金属表面生成尖晶石结构的氧化膜,尖晶石结构氧化膜是一种复合氧化物,尖晶石具有复杂致密的结构,能够阻碍离子在氧化膜中的移动速度。

因此,从以下几点可以判断出310S不锈钢管表面氧化膜的保护性较强:

1)氧化膜表面的致密度良好,无夹杂,表面电导率低,有效地阻止310S不锈钢管表面被氧化侵蚀;

2)氧化膜能够完好地覆盖在310S不锈钢管表面,并且无剥落现象;

3)氧化膜的具备高稳定性;

4)氧化膜的热膨胀系数与基体材料相接近,热稳定性强;

5)氧化膜中的应力值小,不易对氧化膜产生机械损伤。

综上所述,可以对310S不锈钢管进行表面改性处理,以形成一层含有特定元素的热障保护层,进而提高表面在高温环境下的抗氧化性能。

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