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第一章 绪论1

1.1 引言1

1.2 高温腐蚀学科发展的概况与展望1

1.3 本书的主要内容4

参考文献4

第二章 高温腐蚀实验方法6

2.1 引言6

2.2 样品的制备6

2.2.1 金属材料的纯度6

2.2.2 样品的形状及尺寸8

2.2.3 表面处理9

2.3 反应气体10

2.4 反应速度和动力学的测量方法12

2.4.1 重量法12

2.4.2 容量法15

2.4.3 压力法15

2.4.4 其他方法16

2.4.5 工业氧化实验16

2.5 加热设备及其系统和温度测量18

2.6 腐蚀产物的观察与分析18

2.7 反应速度方程19

2.7.1 对数速度方程20

2.7.2 抛物线速度方程20

2.7.3 直线速度方程20

2.7.4 简单速度方程的组合21

2.7.5 反应速度数据的作图与分析22

参考文献23

第三章 高温腐蚀热力学25

3.1 热力学基本原理25

3.2 金属在单一气体中腐蚀的热力学27

3.3 氧化物固相的稳定性33

3.3.1 氧化物的熔点33

3.3.2 氧化物的挥发性34

3.3.3 挥发性物质热力学平衡图34

3.4 单元气体与金属及合金的相平衡39

3.5 金属在混合气氛中的优势区相图41

参考文献46

第四章 氧化物的结构与缺陷48

4.1 金属氧化物的晶体结构48

4.2 氧化物中的缺陷54

4.2.1 点缺陷的表示符号54

4.2.2 氧化物中的点缺陷类型55

4.3 点缺陷平衡的热力学56

4.4 氧化物中的缺陷平衡58

4.4.1 化学计量氧化物中的缺陷平衡58

4.4.2 非化学计量氧化物中的缺陷平衡59

4.5 掺杂离子对氧化物中缺陷平衡的影响63

4.5.1 化学计量氧化物63

4.5.2 非化学计量氧化物64

4.6 缺陷平衡的能带理论66

4.7 缺陷簇、扩展缺陷和无限自适应结构70

4.7.1 缺陷簇70

4.7.2 扩展缺陷：剪切结构72

4.7.3 无限自适应结构72

参考文献72

第五章 与缺陷相关的氧化物的性质74

5.1 氧化物中的扩散74

5.1.1 有关扩散的基本概念74

5.1.2 扩散的微观机制75

5.1.3 晶体扩散的原子描述76

5.1.4 在化学位梯度下的扩散79

5.1.5 电场对扩散的影响79

5.1.6 短路扩散80

5.2 氧化物的电导率81

5.3 氧化物的烧结83

5.4 扩散控制的氧化物蠕变84

5.5 典型氧化物与缺陷相关的性质86

5.5.1 钴的氧化物86

5.5.2 镍的氧化物88

5.5.3 铁的氧化物89

5.5.4 铬的氧化物91

5.5.5 铝的氧化物93

5.5.6 硅的氧化物94

参考文献94

第六章 金属氧化机理99

6.1 初期氧化机理99

6.1.1 氧在金属表面的吸附100

6.1.2 三维氧化物的生核与成长101

6.1.3 薄氧化膜的生长103

6.1.4 薄氧化膜生长机理105

6.2 Wagner氧化理论109

6.2.1 Wagner氧化理论的前提110

6.2.2 抛物线速度常数的推导111

6.2.3 抛物线速度常数与氧化物生长诸因素的关系112

6.2.4 离子导电为主的氧化膜115

6.3 抛物线氧化动力学规律的电化学模型116

6.4 电场和电流对抛物线氧化的影响117

6.5 多维缺陷对氧化动力学的影响119

6.5.1 氧化膜中的短路扩散119

6.5.2 氧化膜中的孔洞、孔隙和微观通道的形成122

6.5.3 氧化膜上反应产物的非平面生长125

6.6 氧化膜中的应力与松弛126

6.7 线性氧化理论130

6.7.1 受金属氧化膜界面过程控制的线性氧化规律130

6.7.2 氧化膜/气相界面过程控制的线性氧化规律131

6.8 抛物线-直线氧化133

参考文献135

第七章 纯金属的氧化139

7.1 生成单层氧化物膜139

7.1.1 形成p型氧化物膜的金属氧化139

7.1.2 形成n型氧化物膜的金属氧化140

7.1.3 形成离子导体氧化物膜的金属氧化140

7.1.4 受氧分子扩散控制的氧化141

7.2 生成多层氧化物膜142

7.2.1 多层氧化物膜的生长模型142

7.2.2 钴的氧化144

7.2.3 铜的氧化146

7.2.4 缺陷结构分层的氧化物膜147

7.3 氧在金属中的溶解149

7.3.1 氧在金属中的溶解的性质149

7.3.2 氧在金属中溶解的同时金属氧化膜的理论模型150

7.3.3 ⅣB族和ⅤB族金属的氧化151

7.4 伴随着蒸发过程的金属氧化152

7.4.1 影响氧化物蒸发的因素153

7.4.2 铬的氧化153

7.4.3 钨和钼的氧化155

7.4.4 铂族金属的氧化156

7.4.5 硅在低氧压环境中的氧化156

7.5 形成液态氧化物的金属氧化157

参考文献157

第八章 合金的氧化160

8.1 合金的内氧化160

8.1.1 内氧化的热力学条件160

8.1.2 内氧化动力学161

8.1.3 内氧化向外氧化的转变168

8.2 合金的外氧化168

8.2.1 合金的初期氧化和过渡态氧化169

8.2.2 合金组分的同时氧化169

8.3 合金选择氧化175

8.3.1 二元合金选择氧化的一般规律175

8.3.2 含贵金属的二元合金的选择氧化176

8.3.3 非贵金属的二元合金的选择氧化178

8.3.4 三元合金的选择氧化179

8.4 掺杂对选择性氧化动力学的影响182

8.4.1 离子导体氧化物中的掺杂作用182

8.4.2 n型半导体的氧化物中的掺杂作用183

8.4.3 p型半导体的氧化物中的掺杂作用184

8.5 多元合金的氧化184

8.6 合金的保护性氧化膜186

8.6.1 Cr2O3氧化膜的性质及生长机制187

8.6.2 Al2O3氧化膜的生长机制189

8.6.3 活性无素效应(REE)190

参考文献193

第九章 金属在混合气氛中的腐蚀197

9.1 引言197

9.2 金属-硫反应198

9.2.1 Fe-Cr、Co-Cr和Ni-Cr二元合金的硫化199

9.2.2 预硫化对氧化行为的影响202

9.3 金属和合金在SO2和SO2+O2/SO3混合气氛中的腐蚀203

9.3.1 热力学研究203

9.3.2 动力学研究206

9.3.3 纯金属与SO2和SO2+O2混合气体的反应209

9.3.4 合金在SO2及SO2+O2中的高温腐蚀行为217

9.3.5 预氧化层对金属及合金在含硫气体中反应行为的作用218

9.4 金属和合金在其他混合气氛中的腐蚀220

9.4.1 含碳气体中的腐蚀221

9.4.2 在低氧势复杂混合气氛中的腐蚀229

参考文献232

第十章 金属材料的热腐蚀238

10.1 引言238

10.1.1 现象、定义和特征238

10.1.2 热腐蚀研究发展概况240

10.2 热腐蚀热力学241

10.2.1 热腐蚀过程中熔盐的形成与沉积241

10.2.2 相稳定图242

10.2.3 氧化物在熔盐中的溶解度245

10.3 热腐蚀机理248

10.3.1 硫化-氧化模型249

10.3.2 酸-碱熔融机理模型250

10.3.3 热腐蚀机理的电化学研究253

10.3.4 热腐蚀机理的微电池模型256

10.3.5 低温热腐蚀机理260

10.4 高温合金的热腐蚀262

10.4.1 合金元素对高温合金的抗热腐蚀性能的影响262

10.4.2 高温合金的热腐蚀263

参考文献264

第十一章 耐高温腐蚀金属材料267

11.1 引言267

11.1.1 金属材料的高温力学性能267

11.1.2 高温合金的发展概况271

11.2 高温合金的强化理论273

11.2.1 固溶强化274

11.2.2 析出相强化276

11.2.3 晶界强化280

11.3 铁基高温合金283

11.3.1 碳化物强化的铁基高温合金284

11.3.2 金属间化合物强化的铁基高温合金292

11.4 镍基高温合金296

11.4.1 镍基高温合金的合金化297

11.4.2 镍基合金的热处理303

11.4.3 抗氧化镍基合金306

11.4.4 热强性镍基高温合金308

11.5 钴基高温合金313

11.5.1 钴的基本特性314

11.5.2 钴基合金的合金化314

11.5.3 钴基合金的成分及性能318

11.6 新型高温材料321

11.6.1 金属间化合物321

11.6.2 氧化物弥散强化合金330

11.6.3 定向和单晶高温合金332

参考文献336

第十二章 高温耐蚀涂层系统及原理339

12.1 引言339

12.2 涂层系统原理340

12.2.1 涂层系统分析340

12.2.2 涂层性能的限制因素341

12.3 高温涂层的基本类型343

12.3.1 扩散型涂层343

12.3.2 覆盖型涂层348

12.3.3 覆盖、扩散混合型涂层348

12.3.4 表面结构改性涂层350

12.3.5 热障涂层350

参考文献351