1。3。2  不锈钢高温氧化研究现状

1。3。3 不锈钢高温氧化类型

高温氧化腐蚀涉及的范围比较广。通常情况下，当环境温度达到很高的时候，主 要分成大气与液体两种。液体主要指的是超临界水与酸性介质。大气高温腐蚀主要是 以下三种：

1。 金属材料在一般氧气环境中即没有任何介质条件下的氧化行为的研究。李东 升[12]等人研究了 Cr18Ni3Mn11Cu3NbN 在高温条件下的一般氧气环境中的氧化反应 具体行为。研究最后发现含锰较高的奥氏体不锈钢在试样温度达到 800 度时，氧化膜

开始出现脱落，直至氧化膜全部脱落。当温度达到 900 度时，氧化膜完全脱落材料因 此失去了保护。钢材表面所形成的氧化物薄膜不是层状排列的，然而基体表面形成了 很少元素的薄膜。在试验温度慢慢变高的过程中，氧气与薄膜产生反应消耗了氧化膜， 因此一开始的金属氧化物就会因此脱落失去保护作用，从而使钢在高温下失效。龙剑 平[13]等人研究了 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢在高温时的氧化过程。通过研究发先钢材 高温下的氧化是以点蚀为主要失效的形式的，氧化反应产生了 NiCr2O4，该物质是尖 晶石结构。当温度慢慢变高，钢材表面的氧化膜会逐渐脱落最后完全脱离从而使钢材 失去了保护。

2。含有两种氧化剂的混合气氛环境中的氧化研究。黄亚敏[14]等人研究了高 Si 含量的奥氏体不锈钢在超高温下煤气介质中的氧化行为。得出结论表明与常规氧化条件 相比较，不锈钢在该条件下呈严重剥离状腐蚀，主要的腐蚀类型是晶间腐蚀。因为此 种不锈钢 Si 含量比较高，会在氧化层中形成以 SiO2 氧化产物为主的夹层，因此，不 锈钢的高温抗氧化性能得到了改善。

3。 不锈钢在高温水蒸气中的氧化行为。比如锅炉内壁[15]的抗腐蚀和火箭发射气 体材料的发展[16]。耐热不锈钢可以制成高温发射器的各种部件，各种高温破坏条件等 因素会影响这些材料表面的氧化腐蚀程度。由于燃气中通常含有大量的水蒸气，水蒸 气在高温条件下氧化性是非常强的，对不锈钢的氧化腐蚀作用非常严重。比起空气中 的氧化，水蒸气的存在直接导致在不锈钢的表面产生多层疏松的氧化层，这样，不锈 钢的壁厚减小甚至出现开裂现象。造成这种现象的主要原因是不锈钢在含有水蒸气的 环境中很难形成具有保护作用 Cr2O3 氧化膜。不锈钢材在水蒸气与温度较高的环境中 发生氧化反应时，在水蒸气环境中发生氧化反应的速度要比在空气中快很多。郭立丰 [17]通过对 TP304H 奥氏体不锈钢在水蒸气与温度较高的环境中所产生氧化反应的具 体过程发现该种不锈钢氧化腐蚀过后表面会生成具有内外双层结构的氧化膜，并且会 在内外层之间分布着较多的细小孔洞缺陷，这些孔洞组成了一个很宽的缝隙，因此使 得外层与基体有分离并剥落的倾向。YAMAUCHI A[18]等学者研究了 SUS430 铁素体 不锈钢在高温 N2-O2-H2O 条件下的逐渐产生氧化物薄膜。实验通过研究发现。在水蒸 气环境中，Cr2O3 增大得很异常，从而导致了钢材开始时的氧化速率比在纯氧中的速 率要大很多。因为在水蒸气的环境中会导致表面氧化膜分层，氧化膜内外层的厚度随 着水蒸气浓度的增加而增加。不锈钢在含有水蒸气环境时会形成内腐蚀层的重要原因 是外层氧化膜的疏松多孔。

1。3。4   高温氧化热力学

由于金属高温腐蚀的动力学过程往往是比较缓慢的，所以该体系多处于热力学平 衡状态，因此热力学分析成为金属高温腐蚀的重要工具。当金属发生氧化时，氧化物 的形成通常是受金属组分的活度、气体中氧的压力以及金属元素对氧的相对亲和力控 制。由于合金元素之间相对竞争的结果，导致金属最终趋于被热力学最稳定的氧化物 所覆盖。