Scan011520104535

240

240

i

___

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Wyjaśnienie liniowego wzrostu masy jest bardziej skomplikowane. Zasadniczo jego powodem jest rozwój pęknięć lub częściowe odstawanie od materiału warstewki tlenkowej, w miarę jak rośnie jej grubość, tak że bariera jaką ona stwarza dla materiału staje się nieefektywna w czasie dalszego utleniania. Na rysunku 21.5 pokazano jak to się dzieje. Jeśli objętość tlenku jest dużo mniejsza aniżeli materiału, z którego się utworzył, tlenek ten będzie pękał zmniejszając odkształcenia własne (warstwy tlenkowe są zwykle kruche). Jeżeli zaś objętość tlenku jest znacznie większa, będzie on wykazywał tendencję do zmniejszania energii odkształcenia przez zerwanie adhezji z materiałem podłoża i będzie się łuszczył i odpryskiwał. Dobrą ochronę dają więc warstewki tlenkowe, które ani nie mają zbyt małej objętości i nie tworzą otwartych szczelin (jak kora na jodle), ani nie mają zbyt dużej objętości i nie

> ,• i' ,\V'-

marszczą się (jak skóra nosorożca). Wtedy i tylko wtedy uzyskamy ochronny, paraboliczny wzrost masy.

V/ 77771		77777 77777
1	\
rrrrm

Objętość tlenku « objętość materiału

Objętość tlenku » objętość materiału Przykłady: Ta, Nb

Rys. 21.5. Pękanie warstewek tlenkowych prowadzące do liniowej zależności utleniania

Y

\

A ■NME

f Ą

• >r^{.

irAia * ^c,

W następnym rozdziale wykorzystamy to wyjaśnienie do analizy i projektowania materiałów odpornych na utlenianie.

Literatura uzupełniająca

J.P. Chilton: Principles of Metallic Corrosion. 2nd edition. The Chemical Society, 1973, rozdz. 2.

M.G. Fontana, N.D. Greene: Corrosion Engineering. McGraw Mili, 1967, rozdz. 11.

J.C. Scully: The Fundamentals of Corrosion. 2nd edition, Pergamon Press, 1975, rozdz. 1. O. Kubaschewski, B.E. Hopkins: Oxidation of Metals and Alloys, 2nd edition, Butter-worths, 1962.

⁷    A ", V»

C.J. Smithells: Metals Reference Book. 5th edition, Butterwortlis, 1976 (dla danych liczbowych) .

Literatura uzupełniająca w języku polskim

S. Mrowec, T. Werber: Korozja gazowa metali. Wyd. Śląsk, 1975.

S. Mrowec, T. Werber: Nowoczesne tworzywa żaroodporne. WNT, Warszawa, 1968.

H.Ii. Uhlig: Korozja i jej zapobieganie, WNT, Warszawa 1976.

CMXt

jk-Ji i

$

H

PRZYKŁADY UTLENIANIA W SUCHYCH

GAZACH

lAPOTtP^ia tri Kjfrft

Wstęp

W tym rozdziale przyjrzymy się najpierw ważnej grupie stopów zaprojektowanych specjalnie w celu zwiększenia ich odporności na korozję, a mianowicie stalom odpornym na korozję. Następnie rozważymy bardzo złożony problem zabezpieczania przed korozyjnym działaniem gazu łopatek turbin gazowych, reprezentujący najnowsze osiągnięcia techniczne. Podstawą zabezpieczania jest w obu przypadkach pokrycie powierzchni stali lub łopatki stabilnym materiałem ceramicznym: zwykle jest to Cr₂0₃ lub A1₂0₃. Ale sposoby jakimi się to robi różnią się znacznie. Najbardziej skuteczne jest wytwarzanie warstewki ceramicznej, która sama się odnawia, gdy zostanie uszkodzona, co będzie opisane dalej.

Przykład 1: Wytwarzanie stopów odpornych na korozję

Zwykła stal miękka jest doskonałym materiałem konstrukcyjnym - tania, łatwo dająca się kształtować i wytrzymała mechanicznie. Ale w niskich temperaturach rdzewieje, a w wysokich - utlenia się szybko. Z tego względu dla wielu zastosowań, począwszy od zlewów kuchennych poprzez reaktory chemiczne aż do rur przcgrzewaczy, pojawiło się zapotrzebowanie na stale odporne na korozję. W odpowiedzi na to opracowano szereg nierdzewnych i odpornych na korozję żeliw i stali. Gdy zwykła stal poddana jest działaniu gorącego powietrza, utlenia się szybko tworząc FeO (lub wyższe tlenki). Ale jeżeli w stali zostanie rozpuszczony jeden z pierwiastków wymienionych na początku tabl. 21.1, wykazujących wysoką energię utleniania, będzie on się wybiórczo utleniał (ponieważ jego tlenek jest bardziej stabilny niż FeO), tworząc warstewkę swojego tlenku na powierzełmi. A jeżeli tlenek ten będzie miał właściwości ochronne, jak np. Cr₂0₃, A1₂0₃, Si0₂ lub BeO, będzie hamował dalszy wzrost warstwy tlenków żelaza i będzie chronił stal.