окисление и протекание вторичных
реакций окисления - восстановления во внутренних слоях окалины с
образованием более устойчивых окислов. При этом, чем ниже парциальное
давление кислорода по мере углубления в окалину, тем более вероятно
протекание указанных реакций (см. табл. 19). Из этого следует, что при
окислении многокомпонентного сплава окалина в общем случае должна быть
неоднородна по толщине.
Компоненту, обладающему наиболее
высоким сродством к кислороду, трудно продиффундировать в наружные
слои окалины, так как он вступит в связь с кислородом во внутренних слоях
окалины путем восстановления компонента, обладающего меньшим
сродством к кислороду. Компоненты же с меньшим сродством к кислороду в
свою очередь могут существовать в виде окисла только в наружных слоях
окалины.
Отклонения от такой закономерности
расположения окислов в окалине возможны только на первой стадии
изотермического окисления. Если, например, при окислении Ni—Сг—А1 сплава в
начальный момент на поверхности оКалины образуется окисел
А120з, то при росте тонкой окисной пленки преимущественно
за счет диффузии кислорода этот окисел сохранится в верхних слоях
окалины.
Экспериментальные данные
показывают, что избирательное окисление и вторичные реакции окисления —
восстановления развиваются не при любой температуре и не при любой
концентрации легирующего элемента в сплаве. Например, на сплаве № - 20Сг -
окисел хрома начинает образовываться в окалине только при повышении
температуры до 600°С, на сплаве Ni-20Cr^-Al окисел алюминия - при 700°С,
на сплаве Ni-20Cr-l,3Si двуокись кремния — при 1000°С. На сплаве
Ni—20Сг—1А1 окись алюминия не обнаруживается даже после окисления при
1000°С Совокупность этих фактов показывает, что одним из важных
факторов, влияющих на состав окалины, является термодинамическая
активность компонентов сплава, зависящая от концентрации компонента в
сплаве' и температуры.
Изучение кинетики окисления и
фазового состава окалины промышленных конструкционных жаростойких
сплавов марок ХН700 и ХН60Ю показало,-что благодаря образованию окалины,
состоящей в основном из а-А1203 и шпинели
NiAl204 или (Ni, Fe)(Al,
Сг)204, они обладают высокой стойкостью против
окисления, как непрерывного, так и циклического (длительность
окисления 3000 ч при 1100 — 1350°С, образцы диаметром 10 мм)
[41].
Исследования, проведенные
С.Б.Масленковым с сотрудниками показали, что в системе Ni—Fe—Сг— А1
при оптимальном легировании максимум окалиностойкости достигается при
содержании никеля около 45 %; это позволило разработать сплав ХН45Ю,
работоспособный (до 100 ч) при 1350°С [42].
Процесс окисления, развивающийся
при длительной эксплуатации нагревателей весьма сложен, поэтому рассмотрим
его в несколько этапов. Сначала опишем общий характер развития процесса, а
затем отметим его специфику и охарактеризуем количественно на примере
отдельных групп сплавов при 1250°С.
