Газовая коррозия железа, стали и чугуна

Железо, чугун, углеродистые и низколегированные стали при нагреве окисляются, особенно при температурах свыше 600°С. Продукт газовой коррозии называется окалиной.

Окалина на железе, чугуне и сталях, образовавшаяся на воздухе при температурах >5750C состоит из слоев оксидов FeO, Fe2O3, Fe3O4, строение которой определяется диаграммой состояния Fe – O (рис. 2.13). Близлежащим к металлу слоем является закись железа FeО (вюстит) с г.ц.к. решет­кой, содержащей в элементарной ячейке по четы­ре иона Fe2+ и О2-. Вюстит устойчив при тем­пературах свыше 575°С, а при медленном охлажде­нии окалины с вы­соких температур распа­дается: 4FeO → Fe3O4 + Fe. Кислорода в вюстите обычно больше стехиометрического состава, и избыточный растворенный О2 отбирает электроны у части катионов Fe2+, окисляя их до Fe3+. Образующиеся анионы О2- занимают анионные узлы решетки, а часть катионных узлов оказывается незанятой с образованием вакансий. Образовавшиеся вакантные ка­тионные места и эквива­лентное количество элект­ронных дефектов в виде ионов Fe3+ (движение дефектов Fe2+→Fe3+→Fe2+), обеспечи­вают хорошую ионную и электронную проводи­мость вюстита. Cлои оксида FeO из-за высокой дефектности имеют низкие защитные свойства.

Рис.2.13. Диаграмма состояния Fe-O и схема слоев окалины на железе.

 

Средний слой окалины, закись-окись железа Fe3О4 (магнетит), стоек при температурах до tпл.=15380С, облада­ет ферромагнитными свойствами (немагнитен при >500oC), и имеет кристаллографическую решетку типа шпинели (М1М2)2О4, содержащую 8 ионов Fe2+, 16 ионов Fe3+ и 32 иона О2-. Чередование ионов Fe2+ и Fe3+ облегчает передвижение электронов и, соответственно, высокую электронную р - проводимость. Характерная для шпинелей низкая ионная проводимость обуславливает невысокую диффузионную подвижность и существенно более высокие защитные свойства Fe3O4, имеющей структуру шпинели. (Окисление низколегированных сталей и чугуна на воздухе или в перегретом паре при низких температурах приводит к образованию плотной пленки оксидов, преимущественно состоящих из Fe3O4, используется как способ получения покрытий - воронение – используемый для защиты от электрохимической коррозии).

Внешний слой окалины состоит из окиси железа, α–Fe2O3 (гематит), имеет ромбическую кристаллографическую решетку типа корунда с 4 ионами Fe3+ и 6 ионами О2-, и является оксидом с n-проводимостью, рост которого наружу происходит вследствие передвижения анионов кислорода внутрь по вакантным анионным местам. При температуре свыше 11000С диссоциирует.

Окисление Fe и сплавов при нагреве на воздухе происходит в несколько стадий:

1) при t 200oC по логарифмическому закону происходит рост пленки γ-Fe2O3 (псевдоморфная переходная от Fe3O4 к α–Fe2O3 структура);

2) при 200 – 4000С происходит переход γ-Fe2O3→ α–Fe2O3, сопровождающийся утолщением оксидной пленки;

3) при 400 - 4750С под слоем α–Fe2O3 начинается рост Fe3O4;

4) свыше 5750С образуются три слоя: FeO, Fe3O4, α–Fe2O3 и окисление ускоряется по параболической зависимости.

Зависимость изменения скорости окисления от температуры дает изменения наклона семейства прямых в координатах lgK=f lg(1/Т), (рис. 2,10,б), в соответствии с изменениями в металле (эвтектоидное, магнитное и аллотропическое превращения) и прилегающем слое окалины. С учетом этого законы окисления приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Схема процесса образования окалины

 

Интервал температур Стадии процесса в окалине и металле Закон окисления
от комнат­ной до 200°С образование пленки γ-Fe2О3 логарифми­ческий
от 200 до 400°С образование наружного слоя α-Fe2О3 на внешней стороне окалины - “-
от 400 до 575°С образование подслоя Fе3О4 на внутренней стороне окалины степенной, n > 2
от 575 до 730°С образование подслоя FeO на внут­ренней стороне окалины -“-
от 730 до 780°С магнитное (α-Fe → β-Fe) и эвтектоидное (перлит → аустенит) превращения в стали параболичес­кий
от 850 до 900°С Аллотропическое превращение в ста­ли (β-Fe → γ -Fe) -“-
выше 1100°С Частичная диссоциация Fe2О3 Квадратное уравнение

 






Дата добавления: 2017-02-13; просмотров: 2445; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.02 сек.