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