“高温”是高温腐蚀发生的基本条件,但高温是个相对的概念。对于金属材料强度,通常是以材料的再结晶温度来划分温度的高低,一般认为在再结晶温度以上,也就是大约在0.3~0.4倍材料熔点以上的温度,即为高温。对于腐蚀行为,则以引起材料腐蚀速率明显增大的下限温度作为高温的起点。例如,发生硫腐蚀最严重的温度范围为200~400℃,因此,对于硫腐蚀来说,200℃已经是高温范畴了。
除了温度以外,环境介质也是高温腐蚀的重要参数,按环境介质的状态,可将高温腐蚀分为3类。
1.高温气态介质腐蚀
单质气体分子(如O 2 、N 2 、Cl 2 、H 2 、F 2 等)、非金属元素的气体化合物(如H 2 O、CO、CO 2 、H 2 S)、金属氧化物气态分子(如MoO 3 、V 2 O 5 等)以及金属盐的气态分子(如NaCl、Na 2 SO 4 等)都会诱发和加剧金属的高温腐蚀。由于这种腐蚀是在高温、干燥的气态环境中进行的,腐蚀起始阶段又是与环境气体直接发生化学反应所致,因而被称为化学腐蚀、干腐蚀,或广义的高温氧化,以有别于在电解质水溶液中的电化学腐蚀。研究表明,在腐蚀形成一定厚度的氧化膜后,氧化膜的进一步成长存在着电化学机制,因此,把高温气体腐蚀简单看成化学腐蚀是不全面的。
2.高温液态介质腐蚀
液体介质包括液态金属(如Pb、Sn、Bi、Hg等)、低熔点金属氧化物(如V 2 O 5 、Na 2 O等)、液态熔盐(如硝酸盐、硫酸盐、氯化物、碱等)。高温液态介质腐蚀的机理取决于液态介质和固态金属之间的相互作用。
当液态金属用作导热物质时,存在冷热温差的场合,液态金属在热端将构件金属溶解,而在冷端又将其沉积出来,这种腐蚀形式属于物理溶解。
当液体金属或其中的杂质与固态金属发生化学反应时,在固态金属表面生成金属间化合物或其他化合物而发生的腐蚀属于化学腐蚀。低熔点金属氧化物腐蚀,通常发生在含钒或钠等的燃料燃气中。例如,合钒燃料燃烧后生成V 2 O 5 ,其熔点只有670℃,在金属表面上以熔融状态存在。它属于酸性氧化物,可以破坏金属表面的氧化膜,从而加速腐蚀,这种形式的腐蚀也属于化学腐蚀。
液态熔盐中的高温腐蚀常被称为热腐蚀或熔盐腐蚀。熔盐属于离子导体,具有良好的电导性,金属在熔盐中会发生与在水溶液中相似的电化学腐蚀。金属在熔盐中也可能发生与熔盐或与溶于熔盐中的氧和氧化物之间的化学反应,即化学腐蚀。热腐蚀最常见的是基体金属与沉积在表面的硫酸钠熔盐及周围气体发生综合作用而产生的腐蚀。
3.高温固态介质腐蚀
这是金属在腐蚀性固态颗粒冲刷下发生的腐蚀现象。腐蚀介质包括固态燃灰及燃烧残余物中的各种金属氧化物、非金属氧化物和盐的固态颗粒,如C、S、V 2 O 5 、NaCl等。这类腐蚀既包含固态燃灰和盐粒等“软”粒子粘附于金属表面造成的腐蚀破坏,又包含高能量“硬”固态颗粒对金属表面的机械磨损,属于高温磨蚀。显然,实际生产、使用过程中所遇到的腐蚀决非单一环境介质所造成的破坏。