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热浸镀铝钢抗高温氧化腐蚀性能研究笛*吴(兰州石化职业技术学院机械工程系)摘要在实验室条件下通过900℃、100h的不连续氧化增重试验研究了热浸镀铝钢的抗高温氧化腐蚀性能，结果表明，热浸镀铝钢单位面积氧化增重量为普通碳钢的1/4，其中浸镀层由表面的氧化膜、母体和扩散区组成，氧化膜具有优良的抗高温氧化性能。关键词热浸镀铝钢镀层抗氧化性中图分类号TQ050.4+1文献标识码A文章编号0254-6094(2012)01-0032-04热浸镀铝钢表面光洁，具有耐腐蚀(可耐H2S、Na2S等强腐蚀剂的腐蚀)、抗高温氧化、耐磨及对光和热的反射等特性。因此，被看作一种集综合性能和特殊性能于一体的复合金属材料。由于其具有抗高温氧化的特点，在工业生产，特别是石油化工生产中应用广泛，如热处理设备中的耐热元件、热交换元件;锅炉中的耐热抗蚀元件;化工反应器管道、换热器管、在705℃高温下使用的抗SO2腐蚀的生产硫酸的转换器;化工和锅炉管道通用紧固件，炼油厂、工业炉用紧固螺栓、销子等。笔者主要研究Q235低碳钢优化工艺参数热浸镀铝后的高温、长时间(100h)抗氧化性能，并对镀层在抗氧化过程中的作用及热浸镀铝钢抗高温氧化机理进行了探讨。1试验为了保证试验数据的准确性，试验中所用的坩埚需在高温下(1000℃)进行焙烧以除去其中的水分和杂质。要求坩埚在同一温度下烧3次，每次都必须用分析天平测量，直到测量结果达到恒重为止(先后两次称重相差不超过0．1mg)，然后放入干燥器内待用。试验用加热炉为RJX-8-13电阻加热炉，装有调温装置，炉内保证有足够的气流，炉温及试验区内各点温度波动范围为±5℃。试验温度及保温时间笔者确定的高温氧化试验温度为900℃，在这一温度下，进行相同材料、不同状态试样的对比试验。根据YB48-64规定，将浸镀件和未浸镀件两种试样用坩埚盛装，放入RJX-8-13型箱式电阻炉中进行高温氧化试验，为了减小试验误差，每种试样放置3个，每个试样单独放置在坩埚内。氧化温度900℃，氧化时间分别为22、47、73、100h。到时间后，取出试样，空冷一段时间，用分析天平采用不连续称重法称重，同时将浸镀件和未浸镀件进行比较，计算各自单位面积、单位时间的氧化增重量K，并求每种试样K值的平均值。1．2试样与试验设备试验用Q235钢最优化工艺参数(770℃、13min)［1］浸镀铝试样与同尺寸的未浸镀试样(原材)进行相同条件的高温氧化腐蚀试验对比。选择热浸镀铝试样时，要求镀面质量好，表面无气孔、疏松及裂纹等缺陷。所有试样经精确测量尺寸后，用酒精和丙酮擦洗表面的油污，放入150℃的烤箱内保温2h，然后放入干燥器内冷却至室温后称重待用。1．1试验数据分析表1为优化工艺参数热浸镀铝试样和原始试样在22、47、73、100h的氧化增重量及K值的对比1．3*吴笛，男，1978年2月生，讲师。甘肃省兰州市，730060。第39卷第1期化工机械33数据，其中编号01、02、03的试样为未浸镀铝试样，编号21、22、23的试样为按照优化工艺参数浸镀的试样。化初期的氧化速率较大，而中后期则较小，与上面的分析基本一致，说明高温氧化的初期在整个氧化过程中起着极其重要的作用。表1不同时间两种试样K值的对比×10－7g/(cm2·h)试样22h47h73h100h01020321222．8632．7202．9490．7780．7362．2222．1062．2880．6330．5521．8281．7951．8090．5010．4921．5821．5551．5950．4540．423230．7380．6150．5000．458图2未浸镀试样与浸镀试样绝对氧化增重量对比由图2可见，氧化初期的氧化速度较快，随着时间的延长，氧化速度逐渐减慢，这是由金属的氧化机制所决定。金属的氧化机制十分复杂，可分为两大阶段，首先金属氧化膜不能完全覆盖金属表面，金属氧化动力学的控制环节为金属与气体的界面反应，这种反应速率较快，使得氧化初期的氧化增重变化较快;接着由于金属氧化膜具有将金属与气体介质隔离的阻挡层作用，氧化膜长大需要反应物质，经由氧化膜扩散传质来实现，Al和O2在不断增厚的Al2O3膜中扩散越来越困难，扩散限制了氧化速率。目前，氧化初期的研究是高温氧化的热点。由表1可知，经过100h高温氧化腐蚀，未浸镀试样单位面积平均氧化增重量为1．577×10－7g/(cm2·h)，优化工艺参数浸镀铝试样单位面积平均氧化增重量为4．453×10－8g/(cm2·h)，优化参数后试样的单位面积氧化增重量约为未浸镀试样的1/4。图1为未浸镀试样与浸镀试样K值对比曲线，由图1可以看出，未浸镀试样较浸镀试样K值变化明显，浸镀试样单位时间、单位面积的氧化增重量明显低于未浸镀试样，进一步分析可以看出，未浸镀试样的K值变化曲线从氧化开