Экология СПРАВОЧНИК

Окисление металла протекает в несколько стадий: 1) атомы кислорода, адсорбированные на поверхности металла, образуют зародыши окисла на локализованных участках; 2) зародыши окисла растут в стороны с образованием сплошной пленки на поверхности металла; 3) сплошная пленка растет в толщину [68, 88]. Утолщение пленки создается движением кислорода от поверхности раздела окисел—газ внутрь или перемещением катионов с поверхности раздела металл—окисел наружу. Так как скорость миграции обратно пропорциональна толщине пленки, то скорость окисления подчиняется параболическому закону. Процесс окисления большей части важнейших металлов, таких, как железо, никель, хром и кобальт, определяется миграцией катионов металла наружу. Подобная миграция может привести к сгущению вакансий на поверхности раздела металл—окисел и, как следствие, к ослаблению сцепления пленки с поверхностью металла.[ ...]

Когда сплав, содержащий несколько компонентов, подвергается воздействию окисляющей атмосферы при повышенной температуре, то первые образовавшиеся порции окисла, вероятнее всего, содержат зародыши всех окисных фаз пропорционально содержанию соответствующих металлических компонентов в сплаве. По мере того как поверхность сплава становится полностью покрытой слоем окисла, активность кислорода на поверхности раздела металл — окисел снижается до величины (определяемой упругостью диссоциации присутствующего окисла), при которой могут расти только термодинамически устойчивые окислы. Следовательно, скорость окисления определяется кинетикой диффузии наименее благородного компонента из массы сплава к поверхности раздела металл—окисел и скоростью диффузии кислорода в сплав. Скорость диффузии кислорода в свою очередь зависит от упругости диссоциации сцепленной окалины и от скорости переноса легирующих элементов наружу через окалину. Вуд [132] составил обзор возможных морфологических типов окислов в системах бинарных сплавов.[ ...]

Ускоренная коррозия в содержащих серу окислительных газах и солях щелочных металлов известна под названием «высокотемпературная коррозия». Высокотемпературная коррозия связана с образованием солей щелочных металлов Ма2504 и К2Э04, которые растворяют защитные окисные пленки, и в результате на металлах образуются незащитные окисные пленки £33]. Введение окиси ванадия, ванадия [6], хлоридов [100] и свободного углерода [60] в газовую среду увеличивает скорость высокотемпературной коррозии. Добавки алюминия и хрома к сплаву в общем повышают его стойкость к высокотемпературной коррозии.[ ...]

Скорость окисления большинства металлов и сплавов значительно выше в потоках газа, чем в неподвижных атмосферах [23], вследствие увеличенной скорости подведения окисляющих компонентов к поверхности металла. Эффект наиболее значителен в проточных сложных газовых смесях, в особенности в системах, в которых определяющая скорость ступень окисления находится на поверхности раздела окисел — газ. Важным следствием повышения скорости окисления является образование толстой окисной окалины на металле. С увеличением толщины пленки в ней возникают растягивающие напряжения, что ведет к растрескиванию пленки и в конечном итоге к ее отслаиванию [75].[ ...]

Аэродинамика газового потока может также влиять на парциальное давление различных компонентов сложной смеси газов. Так, например, поток газа может сместить равновесие реакции (8) вправо или влево и вызвать ускоренное окисление или сульфидирование металла соответственно. Следовательно, поток газа не только увеличивает скорость реакции, но также изменяет тип и структуру продуктов реакции. Локальные пульсации скорости газа могут вызвать два различных коррозионных процесса на одном и том же металле. Например, в углеродсодержащих атмосферах науглероживание происходит в зазорах и острых коленах трубопроводов, где поток газа ограничен, в то время как на остальном металле отмечалось ускоренное окисление [71].[ ...]

При высоких скоростях потока газа (>100 м/с в турбинах) в поверхностном слое металла могут возникнуть значительные срезающие и (или) нормальные напряжения (в зависимости от угла наклона газового потока по отношению к поверхности металла). Высокие напряжения способны удалить плохо сцепленную поверхностную пленку, и обнажившийся металл будет подвержен воздействию агрессивной среды в соответствии с механизмом, представленным на рис. 1. Под действием напряжений трения возможно распространение по поверхности жидких продуктов коррозии, например сульфидов металлов, или удаление их в форме капель и осаждение на других участках образца. Это явление оказывает ускоряющее действие на высокотемпературную коррозию [8]. Было также показано [125], что при превышении некоторого давления газа потери массы металла в потоке газа происходят вследствие локального расплавления и эрозии металла аэродинамическими силами.[ ...]

Частицы золы (3,57 мг/мм3), пластичный материал лопаток.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Возможные видоизменения механизма окисления вследствие присутствия в атмосфере С02 и НгО [5]. (Первоначально представлен на осеннем 150-м собрании Электрохимического общества, Лас-Вегас, шт. Невада.)

Модель основного потока частиц в первой ступени газовой турбины

Потери массы материала в результате эрозии, вызываемой ударами твердых частиц, в зависимости от расстояния вдоль оси для лопатки ротора

Взаимное влияние толщины окисной пленки и диаметра частиц на эрозионно-коррозионный процесс [34], а — толщина окисного елоя мала; 6 — толщина окисного слоя соизмерима с диаметром

Вернуться к оглавлению