如何提高钢的抗氧化性?

日期: 2016-06-28  来源:51模材网  点击数:  

  在高温下工作的钢件,由于氧化具有自发性,所以氧化是一定要发生的。但是氧化速度、继续氧化问题是可以改变和控制的,其主要途径有以下几方面。

  (1)加入合金元素降低氧化膜中各种元素的扩散

  加入不同的合金元素会改变钢表面氧化膜的结构和性能。当加入合金元素后,基体金属A及合金元素B在氧化时可能出现以下三种情况:

  ①形成A的氧化物中含有B离子;

  ②形成B的氧化物中含有A离子;

  ③A、B各自形成氧化物。

  这些不同结构的氧化物形成时,氧化膜中的空位也同时发生变化。如在P型半导体中(金属离子空位)加入低价合金元素离子,由于低价元素对静电场的平衡贡献少,可由更多的金属离子注入空位,使氧化膜中金属离子空位浓度被降低,因此通过空位的传导被减弱,金属抗氧化性将提高。如NiO的氧化膜中溶进一些二价Li2+离子,则Ni2+空位浓度降低,Ni2+的空位传导减弱,阻止继续氧化。

  (2)加入合金元素提高氧化膜的稳定性

  根据Fe-O相图可知,当FeO的开始形成温度升高时(即Fe3O4+α相区扩大,Fe3O4稳定),钢的抗氧化性提高,使用温度亦提高。合金元素氧化物的点阵结构、离子半径、电负性的条件不同,稳定性也不同。Cr、Si、Al元素使FeO形成温度显著提高,当它们含量高时,FeO区消失;当这些元素溶入氧化膜,形成固溶体时,氧化膜会获得固溶强化效果,因而固溶强化也会降低氧化膜中的传导,增加氧化膜的稳定性。

  (3)加入合金元素形成致密稳定的合金氧化膜层

  当钢中加入Cr、Ti、Si、Al元素时,则在氧化过程中,由于铁离子氧化消耗,而Cr、Al、Si等氧化物稳定,会使氧化膜底层逐渐富积为稳定氧化物的膜层,形成以合金氧化物为主的氧化膜,如Al2O3、Cr2O3、SiO2等。当这些氧化膜形成时,Fe、O通过氧化膜的扩散严重受阻,钢的抗氧化性显著提高。在实际应用中,Cr、Al、Si等元素复合加入,形成互溶的氧化物或复杂的尖晶石结构,则抗氧化性更佳。

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