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第1章 绪论1

1.1 研究金属高温氧化的意义1

1.2 运用金属高温氧化知识发展新技术2

1.3 金属高温氧化理论研究进展3

1.4 金属高温氧化文献简介6

参考文献8

第2章 金属高温氧化的一般概念13

2.1 金属高温氧化的定义13

2.1.1 狭义高温氧化13

2.1.2 广义高温氧化13

2.2 高温氧化的基本过程15

2.3 影响材料抗高温氧化性能的主要因素16

2.3.1 材料性质16

2.3.2 氧化膜性质18

2.3.3 氧化膜/金属界面19

2.3.4 氧化膜/气体界面19

2.3.5 气相19

2.4 高温氧化测试与研究方法20

2.4.1 概述20

2.4.2 氧化动力学实验20

2.4.3 氧化膜的组成、结构与形貌分析实验21

2.4.4 氧化膜传质实验22

2.4.5 氧化膜力学性质的测定24

参考文献26

第3章 金属高温氧化基础29

3.1 金属氧化的热力学判据29

3.1.1 金属氧化的自由能判据29

3.1.2 反应物化学热力学稳定性30

3.1.3 金属氧化的△G0-T 图31

3.1.4 广义金属氧化的△G0-T 图35

3.1.5 金属及其氧化产物蒸气压39

3.1.6 氧化反应产物的熔点49

3.2 金属高温氧化动力学51

3.2.1 氧化膜完整性51

3.2.2 氧化膜生长速度53

参考文献61

第4章 金属氧化物晶体结构与缺陷63

4.1 简单金属氧化物晶体结构63

4.1.1 氯化物结构64

4.1.2 萤石结构64

4.1.3 金红石结构65

4.1.4 刚玉结构66

4.1.5 尖晶石结构68

4.2 热力学可逆缺陷——点缺陷69

4.2.1 化学计量氧化物中的点缺陷69

4.2.2 非化学计量氧化物中点缺陷73

4.3 点缺陷方程与平衡76

4.3.1 化学计量氧化物76

4.3.2 非化学计量氧化物77

4.4 外来离子对点缺陷平衡的影响84

4.4.1 化学计量氧化物84

4.4.2 非化学计量氧化物86

4.5 氢缺陷87

4.5.1 氢缺陷形成与反应式88

4.5.2 微量氢缺陷效应90

4.5.3 环境氢或水蒸气压力对氢缺陷浓度的影响90

4.5.4 氢缺陷对氧化膜生长的影响91

4.5.5 氧化膜中氢缺陷的研究92

4.6 热力学不可逆缺陷92

4.6.1 线缺陷93

4.6.2 面缺陷96

4.6.3 扩展缺陷100

参考文献105

第5章 氧化物中的扩散108

5.1 扩散方程与扩散系数108

5.1.1 扩散基本方程108

5.1.2 扩散系数定义与相互关系109

5.2 扩散微观机制110

5.3 扩散的原子描述114

5.3.1 自扩散系数114

5.3.2 自扩散与化学扩散关系式115

5.4 晶界扩散116

5.4.1 晶界扩散的基本方程116

5.4.2 晶界扩散动力学117

5.4.3 运动晶界扩散120

5.5 表面扩散121

5.6 扩散与电导率的关系122

5.6.1 金属氧化物电导率122

5.6.2 电导率与扩散关系123

5.7 氧化物中扩散研究124

5.7.1 氧化镍扩散研究124

5.7.2 抗氧化性优良氧化物膜的扩散研究130

参考文献137

第6章 金属高温氧化理论139

6.1 TPB 抛物线定律139

6.2 Wagner 抛物线氧化理论140

6.3 Wagner 理论的适用性147

6.4 其他抛物线定律150

6.4.1 Cabrera-Mott 抛物线定律150

6.4.2 Galbranson 绝对氧化速度抛物线定律151

6.4.3 Jost、Hoar 和 Price 电化学模型152

6.5 金属与氧的初始反应153

6.5.1 形成化学吸附层的热力学条件154

6.5.2 金属表面结构155

6.5.3 氧分子的性质156

6.5.4 氧在金属上吸附态157

6.5.5 金属上二维氧化物成核158

6.5.6 金属上的三维氧化物成核159

6.5.7 氧化物连续膜的形成过程161

参考文献163

第7章 纯金属高温氧化165

7.1 形成 n 型氧化物的金属高温氧化166

7.2 形成 p 型氧化物的金属高温氧化167

7.2.1 纯镍的氧化167

7.2.2 纯铁的氧化168

7.2.3 形成多层氧化膜的理论处理173

7.3 形成离子导体的金属的氧化174

7.4 纯金属氧化的其他重要特性176

7.4.1 金属氧化物具有低熔点或高蒸气压176

7.4.2 失稳氧化177

7.5 氧化膜应力的产生与释放178

7.5.1 氧化膜应力的产生178

7.5.2 氧化膜应力释放183

参考文献188

第8章 合金高温氧化189

8.1 Hauffe-Wagner 理论190

8.2 Smirnov 理论193

8.3 Wagner 理论194

8.3.1 贵金属基二元合金仅溶质 B 选择氧化197

8.3.2 两组分同时氧化形成非均质氧化膜199

8.3.3 两组分同时氧化形成均质单相膜201

8.3.4 两组分同时氧化生成复合氧化物相202

8.4 三元与多元合金高温氧化206

8.4.1 三元合金高温氧化206

8.4.2 多元合金的高温氧化211

8.5 保护性氧化铝与氧化铬膜的性质与生长机制213

8.5.1 氧化铬膜性质与生长机制213

8.5.2 氧化铝膜性质与生长机制215

8.6 反应元素效应219

8.6.1 氧活性元素的添加方法219

8.6.2 对 Cr2O3膜的影响220

8.6.3 对 Al2O3膜的影响222

8.6.4 弥散稀土氧化效应223

8.6.5 反应元素效应的机制224

8.7 合金内氧化227

8.7.1 二元合金内氧化动力学228

8.7.2 Wagner 简化处理229

8.7.3 Wagner 内氧化动力学方程230

8.7.4 外氧化膜下内氧化232

8.7.5 内氧化转变为外氧化234

8.7.6 内氧化物的形貌235

参考文献237

第9章 金属广义氧化239

9.1 高温硫化239

9.1.1 金属硫化物主要物理化学性质239

9.1.2 高温硫化热力学242

9.1.3 高温硫化动力学245

9.1.4 合金高温硫化247

9.2 高温碳化250

9.2.1 高温碳化热力学251

9.2.2 高温碳化动力学252

9.3 高温卤化253

9.3.1 高温卤化热力学253

9.3.2 高温卤化动力学254

9.4 高温氮化255

参考文献256

第10章 熔盐热腐蚀257

10.1 概述257

10.2 典型的热腐蚀——硫酸盐热腐蚀258

10.2.1 测定方法259

10.2.2 热力学260

10.2.3 机理263

参考文献269

第11章 高温防护涂层270

11.1 高温防护涂层进展270

11.2 扩散铝化物涂层274

11.2.1 粉末包装渗铝274

11.2.2 气相渗铝277

11.2.3 料浆法渗铝278

11.3 改进型铝化物涂层279

11.3.1 铬改进铝化物涂层279

11.3.2 硅改进铝化物涂层279

11.3.3 铂改进铝化物涂层280

11.3.4 稀土元素改进铝化物涂层282

11.4 包覆涂层284

11.4.1 MCrAlY 型涂层的成分、微观结构与力学性能285

11.4.2 MCrAlY 型合金的抗氧化、抗热腐蚀性能286

11.4.3 包覆涂层的制备技术与微观性能287

11.4.4 ODS 型涂层及纳米晶涂层288

11.4.5 智能涂层290

11.4.6 扩散与包覆涂层的退化291

11.5 热障涂层292

11.5.1 陶瓷顶层292

11.5.2 粘结底层293

11.5.3 热障涂层的失效机理294

参考文献295

部分非法定单位换算表298