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