еорії, розробленої Вагнером і Хауф, невелика добавка легуючого елемента окислюється з утворенням іонів певної валентності і, розчиняючись в оксиді основного металу, зменшує в його кристалічній решітці концентрацію дефектів (межузельних катіонів в оксидах з надлишком металу або катіонних вакансій в оксидах з недоліком металу). Це призводить до впорядкування структури і зниження швидкості дифузії іонів в захисній плівці, зменшуючи тим самим швидкість окислення.
Відповідно до цієї теорії до легуючих елементів Ле пред'являються наступні вимоги:
) мати більшу спорідненість до кисню, ніж у основного металу, тобто (Gт) ЛЕО lt; (Gт) Мео;
) оксид легуючого елемента ЛЕО повинен розчинятися в оксиді основного металу;
) при легуванні металів, що утворюють оксиди з надлишком металу, валентність іонів легуючого елемента zЛе повинна задовольняти нерівності zЛе gt; z, гдеz - валентність іонів основного металу;
) при легуванні металів, що утворюють оксиди з нестачею металу, необхідне дотримання нерівності zЛе lt; z, а пріzЛе=zжелательно дотримання нерівності радіусів іонів, т.е.rі.Ле lt; rи.
Дана теорія дозволяє передбачити вплив низького легування різними елементами на жаростійкість основного металу.
Якщо швидкість окислення металу визначається не дифузією іонів, а іншими процесами, або при легуванні в оксидної плівці утворюється нова фаза, то викладені вище принципи жаростійкого легування незастосовні.
.2 Теорія утворення захисного оксиду легуючого елемента
Згідно теорії, розробленої А.А. Смирновим, І.Д. Томашову та ін., На поверхні металу (сплаву) утворюється захисний оксид легуючого елемента, що утруднює дифузію реагентів і окислення основного металу. Для цього легуючий елемент повинен задовольняти наступним вимогам:
) його оксид задовольняє умові суцільності: Voк/V Ле? 1;
) він має більшу спорідненість до кисню, ніж основний метал: (Gт) ЛЕО lt; (Gт) Мео;
) розмір іонів легуючого елемента повинен бути менше розміру іона основного металу, тобто rі.Ле lt; rи. Це полегшує дифузію легуючого елемента до поверхні сплаву, на якій утворюється захисний оксид;
) утворюється оксид з високим електроопору, ускладнює рух в ньому іонів і електронів;
) оксиди легуючих елементів мають високі температури плавлення і сублімації і не утворюють низкоплавких евтектики. Це забезпечує при високих температурах збереження оксиду у твердій фазі. Перехід оксиду в рідкий стан полегшує протікання дифузійних процесів, а часткова сублімація оксиду збільшує пористість плівки, що знижує її захисні властивості;
) легуючий елемент і основний метал утворюють твердий розчин, що забезпечує утворення суцільної плівки оксиду легуючого елемента по всій поверхні сплаву.
Розглянута теорія легування для підвищення жаростійкості знаходиться в хорошому відповідно з цілою низкою практичних даних по окисленню сплавів і дозволяє на підставі деяких властивостей елементів і їх оксидів якісно оцінити придатність різних елементів для середнього та високого легування металів з метою підвищення жаростійкості.
.3 Теорія освіти високозащітних подвійних оксидів
Ця теорія розроблена В.І. Архарова, П.Д. Данкова, І.І. Корніловим та ін. Найбільш повно для сплавів на основі заліза. За цією теорією оптимальними є такі легуючі елементи, які зменшують можливість утворення малозащітной вюстітной фази і сприяють утворенню подвійних оксидів шпінельної структури з малим параметром решітки: FeCr2O4, FeAl2O4, NiFe2O4, NiCr2O4 та ін.
Навіть при низькому легуванні хромом, кобальтом, кремнієм і алюмінієм підвищується температура появи в окалині вюстіта, що вказує на зростання жаростійкості сталі. У табл.1 вказана температура, при якій помічені перші сліди FeO в окалині.
Табл. 1
СоставТемпература Тпоявленія FeO, ° зчистити железо575Fe + 1,03% Cr600Fe + 1,5% Cr650Fe + 1,0% Co650Fe + 10% Co700Fe + 1,14% Si750Fe + 0,4% Si + 1,1% Al800Fe + 0,5% Si + 2,2% Al850
Встановлено, що залізо в пасивному стані, а також леговані сталі мають поверхневі шари з кристалографічної гратами шпінельної типу, що володіють захисними властивостями. При окисленні заліза утвориться магнетит FeO · Fe2O3, а в хромонікелевих сплавах плівка складається з NiO · Cr2O3. Двовалентними іонами можуть бути іони Mg, Fe, Ni, Mn, тривалентними - іони Al, Fe, Cr.
Мала кількість дефектів в плівок зі структурою типу шпинелей робить їх захисними. Ще більш високими захисними властивостями володіють складні оксиди типу FeO · Me2O3 або MeO Fe2O3. Встановлено, що при тривалому окисленні шар оксидної плівки, що примикає до поверхні високохромиста сталі, має склад FeO · Cr2O3, а зовнішній шар, збагачений залізом, сформований з твердих розчинів хрому в оксидах заліза типу (Fe, Cr) 2O3. При підвищенні температури ...
