Ăn mòn nhiệt độ cao, ô nhiễm chương 8: ăn mòn khô

Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

1
Chơng 8
ă n m ò n k h ô

Trong tổng số thiệt hại khoảng 3 % quan trọng trong :Luyện kim, gốm, ngành
du hành vũ trụ, các máy móc thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao nói chung.
8.1. Một số khái niệm cơ bản
8.1.1. Cơ sở nhiệt động học quá trình ăn mòn khô
Quá trình ăn mòn khô là kết quả của phản ứng dị thể :
xMe + y/2G
2
= Me
x
G
y
Năng lợng tự do của phản ứng ăn mòn biểu thị bằng công thức sau :
G = G
o
+ RT ln K
P,N
= 0 cân bằng

giả sử sản phẩm ăn mòn không hoà tan vào kim loại thì :
G = G
o
+ RT ln (1/P
G
y/2
) = 0 ta dễ dàng xác định đợc áp suất riêng phần

của chất khí ăn mòn P
G
ở cân bằng theo công thức :
ln P
G
= 2G
o
/ yRT biểu diễn trên đồ thị










Hình 8.1. Giản đồ pha ngng tụ Hình 8.2. Mô hình cấu trúc tinh thể ion
8.1.2. Khuếch tán trong tinh thể ion
BESSON đã phát triển mô hình cấu trúc tinh thể ion của KRệGER-VINK và
đề xuất mô hình nh sau :
Trong tinh thể ion có công thức cấu tạo MeG, khi một nguyên tử bứt khỏi vị trí
cân bằng sẽ hình thành một lỗ hổng và một nguyên tử xen kẽ (hình 8.2) khi đó ta có:
[Me]
MeG
= [< >
n
+
n-

+ nh
+
] + [(Me
n+
) + ne]
[G]
MeG
= [< >
n
-
n+
+ ne] + [(G
n-
) + nh
+
] , trong đó :
lgP
G
Me1
Me
x
G
y
10
3
/
T
Me
Me2
T

1

P
1

Me
G
Lỗ hổng cation
Lỗ hổng anion
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

2
< >
n
+
n-
, là lỗ hổng cation, h
+
là lỗ hổng điện tử e, n là số điện tử trao đổi
(Me
n+
), là ion kim loại xen kẽ
< >
n
-
n+
là lỗ hổng anion
(G
n-
), là nguyên tử khí xen kẽ

[Me]
MeG
, [G]
MeG
lần lợt là nguyên tử kim loại và nguyên tử khí trong [MeG]
Trong tinh thể ion nếu [< >
n
-
n+
+ ne] hoặc [(Me
n+
) + ne] cấu trúc kiểu bán dẫn loại n,
nếu [< >
n
+
n-
+ nh
+
] hoặc [(G
n-
) + nh
+
] có cấu trúc kiểu bán dẫn loại p.
Trên hình 8.3 là mặt cắt mẫu thử sau quá trình ăn mòn. Sản phẩm ăn mòn tiếp
xúc với môi trờng (mặt ngoài 1) và tiếp xúc với kim loại (mặt trong 2). Trên mặt 1,
tuỳ theo bản chất của MeG, có thể xảy ra 1 hoặc 2 trong số các phản ứng sau :
G-s + [< >
n
-
n+

+ ne] = [G]
MeG
1

G-s = [G]
MeG
+ [< >
n
+
n-
+ nh
+
] 2
G-s + [(Me
n+
) + ne] = MeG 3
G-s = [(G
n-
) + nh
+
] 4
Trên mặt 2 cũng có thể xảy ra :
Me + [< >
n
+
n-
+ nh
+
] = [Me]
MeG

1


Me = [Me]
MeG
+ [< >
n
-
n+
+ ne] 2


Me + [(G
n-
) + nh
+
] = MeG 3


Me = [(Me
n+
) + ne] 4

Hình 8.3. Mặt cắt mẫu thử sau ăn mòn
Sản phẩm của các phản ứng trên mặt 1 : [< >
n
+
n-
+ nh
+

], [(G
n-
) + nh
+
] sẽ
khuếch tán từ mặt 1 sang mặt 2, ở đây chúng sẽ bị tiệu thụ qua phản ứng 1

và 3

.
Sản phẩm của các phản ứng xảy ra trên mặt 2 : [< >
n
-
n+
+ ne], [(Me
n+
) + ne] sẽ
khuếch tán từ mặt 2 sang mặt 1 và bị tiêu thụ nhờ phản ứng 1 và 3
Trờng hợp khuếch tán của [< >
n
+
n-
+ nh
+
] hoặc [(Me
n+
) + ne] chiếm u thế ta
nói sự phát triển của lớp ăn mòn do khuếch tán của kim loại từ trong ra ngoài.
Trờng hợp khuếch tán của [< >
n

-
n+
+ ne] hoặc [(G
n-
) + nh
+
] chiếm u thế ta nói
sự phát triển của lớp ăn mòn do khuếch tán của khí từ ngoài vào trong.
Các lỗ hổng có thể bị ion hoá ở mức độ khác nhau, ví dụ lỗ hổng cation < >
n
+
n-
-
có thể bị ion hoá thành <zh
+
>
n
+
(n-z)-
và ion hoá hoàn toàn thành <nh
+
>
o
n
+ hay
[Me]
MeG
.
Ngoài cách ký hiệu của BESSON về cấu trúc lỗ hổng trong tinh thể ion còn có
ký hiệu của KRệGER-VINK :

Lỗ hổng cation kim loại Me :
ooo
Me
V + 3h
+
,
oo
Me
V + 2h
+
, lỗ hổng anion oxy:


O
V + 2e
Nguyên tử kim loại Me xen kẽ :


i
Me + 3e, nguyên tử oxy xen kẽ :
oo
i
O + 2h
+
.
Ký hiệu (
o
) chỉ điện tích âm cân bằng với h
+
, ký hiệu (

) chỉ điện tích dơng cân
Me
MeG
M
ặ
t 1
M
ặ
t 2
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

3
bằng với e, chữ i (interstiel) là xen kẽ. Ưu điểm cho biết một cách trực quan lỗ hổng
hoặc nguyên tử xen kẽ của nguyên tố nào, ví dụ :
oo
Cu
V + 2h
+
,


i
Cu + 2e
8.2. Ôxy hoá kim loại
8.2.1. Ôxy hoá đồng (Cu)
8.2.1.1. Giản đồ pha Cu - O

T
o

C










Hình 8.4. Giản đồ pha Cu-O
Trên giản đồ ta quan sát thấy 2 oxit ổn định là CuO và Cu
2
O. Oxy không hoà
tan trong Cu ở trạng thái rắn, Cu
2
O chỉ hình thành ở nhiệt độ cao hơn 375
0
C .
Hình 8.5 mặt cắt mẫu thử sau khi ôxy hoá, ta quan sát thấy lớp CuO trên bề
mặt tiếp xúc với môi trờng, còn Cu
2
O ở phía trong giáp với Cu. Các nghiên cứu về
cấu trúc của Cu
2
O cho thấy trong tinh thể ion Cu
2
O sai lệch mạng chủ yếu là lỗ hổng
cation của đồng, do đó chúng có cấu trúc kiểu bán dẫn loại p. Công thức tổng quát

của oxit là : Cu
(2-x)
O, với giá trị của x khá nhỏ. Vì vậy cấu trúc của Cu
2
O có thể mô tả
bằng công thức cấu tạo sau đây :
Cu
2-x
O = (2-x)[Cu]
Cu2O
+ x < >
-
+
+ xh
+
+ [O]
Cu2O

Ta nói Cu
2
O có cấu trúc kiểu bán dẫn loại p
Các nghiên cứu về cấu trúc của CuO cho thấy oxit này hình thành trong điều
kiện chuyển tiếp, số lợng các lỗ hổng cation Cu và anion ôxy bằng nhau và đều
bão hoà:
<Cu
2+
>
0
2+
+ <O

2-
>
o
2-
+ xh
+
+ xe
-

Tuy nhiên ngời ta vẫn cha hoàn toàn khẳng định liệu trong CuO có còn các
lỗ hổng cha đợc ion hoá hoàn toàn hay không. Điều khẳng định là CuO không ổn
định ở nhiệt độ cao và chỉ tồn tại cùng với Cu
2
O.
1000
500
Cu+Cu
2
O
375
106
Cu
2
O CuO
10
Cu
2
O+CuO
%O
ngt

Cu+CuO
20 30 40
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

4
8.2.1.2 Điều kiện nhiệt động học (giản đồ pha ngng tụ)
Sự hình thành các oxit theo nhiệt độ và áp suất riêng phần oxy đợc mô tả trên
giản đồ pha ngng tụ hình 8.6 đợc xây dựng với các số liệu đối với CuO :
2Cu + O
2
= 2CuO
2.G
o
CuO

lgP
O2
= do đó : với R = 1,9 cal/mol.độ
RT.2,3
Bảng 8.2. Năng lợng tự do của CuO ở một vài nhiệt độ
T,K 600 800 1000 1200
10
3
/T 1,67 1,25 1 0,8
G
o
CuO
,cal/mol
-24000 -19930 -15920 -12050
lnP

O2
/lgP
O2
-40/-18 -25/-11 -16/-7,3 -10/-4,6
2.G
o
Cu2O

Đối với Cu
2
O: 4Cu +O
2
= 2Cu
2
O lgP =
R.T.2,3
Bảng 8.2. Năng lợng tự do của Cu
2
O ở một vài nhiệt độ
T,K 600 800 1000 1200
10
3
/T 1,67 1,25 1 0,8
G
o
Cu2O
,cal/mol
-29910 -26450 -23090 -19050
LgPo
2

-23 -15 -10,6 -7,2
Qua giản đồ ta thấy ở nhiệt độ cao (1000K) dới áp suất Po
2
đủ thấp (điểm T
1

có T
1
= 1000K, P
1
= 10
-8
at) có thể chỉ tạo nên Cu
2
O nhng cũng dới áp suất 10
-8
at
nhng nhiệt độ 600K (T
2
) thì có khả năng tạo ra cả Cu
2
O và CuO điểm T
2.
Kết quả
thực nghiệm hình 8.2 cũng khẳng định điều đó.

Hình 8.5. Mặt cắt mẫu Cu sau khi
oxy hoá









Hình 8.6. Giản đồ pha ngng tụ của hệ Cu-O
Cu
2
O CuO
Cu
Cu
2
O+CuO
10
3
/T
Cu

Cu
2
O

0,5
P
1

lgP
1
-5
-10
-15
1
T
2
T
1

Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

5
Nếu các phản ứng trên bề mặt phân chiu CuO /Cu
2
O và Cu
2
O/Cu đều ở cân
bằng mà quá trình ăn mòn vẫn đang xẩy ra thì khuếch tán sẽ là quá trình chậm
nhất và có vai trò quyết định đối với động học của quá trình.
Khả năng che phủ của màng oxit
oxit
KL
KL
oxit

KL
oxit
nM
M
V
V
Z


==
trong đó Voxit , là thể tích oxit tạo thành từ thể tích kim loại V
kl
,
oxit
,
kl
lần lợt là
khối lợng riêng của oxit và của kim loại .
n là số nguyên tử kim loại trong một mol oxit
M
oxit,
, M
kl
lần lợt là phân tử gam của oxit và của kim loại.
Nếu z 1 thì oxit phủ kim loại, song nếu z lớn thì lớp oxit chịu ứng suất và có
thể bị nứt vỡ. Khả năng che phủ z không chỉ áp dụng đối với oxit lên kim loại mà còn
có thể áp dụng đối với một oxit lên một oxit bậc thấp hơn. Ví dụ khi nghiên cứu oxy
hoá Cu.
VCu
2

O
Cu
M
Cu2O
143,08 8.92
Z
1
= = = . = 1,67
VCu
oxit
2.M
Cu
2 . 63,54 6
2VCuO 2M
CuO

Cu2O

Z2 = = . = 1
VCu
2
O M
Cu2O

CuO
Oxit tuy che phủ kín bề mặt, nhng dễ bị vỡ bong, đặc biệt khi làm nguội. Hệ số dãn
nở nhiệt của oxit nhỏ hơn nhiều của Cu.
8.2.1.3. Động học quá trình oxy hoá
Nh nêu trên, khi tăng nhiệt độ và giảm áp suất riêng phần của oxy thì chỉ có
thể tạo thành Cu

2
O theo phản ứng
2Cu + 1/2 O
2
= Cu
2
O
Quá trình oxy hoá xẩy ra theo các bớc sau hấp phụ oxy phân ly trên mặt
phân cách kim loại oxit, phản ứng xảy ra trên các mặt phân cách và khuếch tán để
phát triển lớp oxit trên bề mặt. Ta sẽ lần lợt xét các bớc đó :
Hấp phụ :
1/2 O
2
+ s = O-s
trong đó s là số chỗ hấp phụ oxy trên bề mặt ở cân bằng ta có:

P
K
a
)1(



= (8.1)
trong đó : là tỷ lệ bề mặt đợc hấp phụ, (1-) tỷ lệ bề mặt không đợc hấp phụ, P
áp suất riêng phần của oxy.
Phản ứng xảy ra trên mặt ngoài (1) :
O-s = [O]
Cu2O
+ 2 < (1-z)h

+
>
+
z-
+ 2.z.h
+
+ s
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

6
Khi một nguyên tử oxy hấp phụ phản ứng tạo thành một nguyên tử oxy trong
mạng oxit Cu
2
O thì sẽ tạo nên hai lỗ hổng cation Cu và giải phóng một chỗ hấp phụ
s. ở đây các lỗ hổng cation Cu có thể bị ion hoá bởi (1-z)h
+
; z nhận các giá trị 0 và 1.
Khi z=0 thì một lỗ hổng cation Cu bị ion hoá hoàn toàn, ta ký hiệu là <(1-0)h
+
>
+
o
.
Khi z=1 thì 2< >
-
+
+ 2 h
+
ta có lỗ hổng không bị ion hoá. ở cân bằng :

)1(
22

=
+
Z
h
e
CCe
K (8.2)
trong đó Ce và C
h
+ lần lợt là nồng độ lỗ hổng cation Cu và lỗ hổng điện tử có mặt
trên bề mặt phân cách kim loại - oxit.
Phản ứng xảy ra trên mặt phân cách (2) :
<Cu> + <(1-z)h
+
>
+
z-
+ zh
+
= [Cu
+
]
Cu2O
trong đó [Cu], [Cu
+

] lần lợt là nguyên tử Cu trong kim loại và nguyên tử đồng
trong oxit Cu
2
O, ở cân bằng ta có

Z
h
i
i
CC
K
+
=
1
(8.3)
trong đó : Ci, C
h
+ lần lợt là nồng độ lỗ hổng cation Cu và nồng độ của lỗ hổng
electron ở bề mặt phân cách oxit kim loại (mặt (2)). Biết giá trị Ka,Ke,Ki ta có thể tính
đợc Po
2
, ở đây Cu
2
O có các sai lệch mạng là các lỗ hổng cation loại P, sự phát
triển của lớp oxit là do khuyếch tán của Cu từ trong ra ngoài. do vậy kích thớc mẫu
sau khi ôxy hoá sẽ to ra.
Khuếch tán
Giả thiết khuếch tán là giai đoạn chậm nhất và quyết định động học của quá
trình khi đó Ce lớn và Ci nhỏ (có thể coi Ci = 0 ). Theo cân bằng các phản ứng thì
C

h+
= z.Ce do đó ta có :


)1(
22

=
+
Z
h
e
CCe
K =




)1(
)1()(
222
22

=

=
+Z
e
Z
Z

e
e
CZ
ZCCe
K
và
)22(
1
2
)1(
+









=
Z
Z
e
e
Z
K
C

Theo định luật Fick
X
D
C
X
D
X
CC
D
X
C
D
X
C
DJ
e
ie
=
=

=





=
)22(
1
2

)1(
+









Z
Z
e
Z
K



trong đó X là chiều dầy lớp khuếch tán, D là hệ số khuếch tán.
Từ (8.1) Ta có :
P
K
a
)1(



= do đó
)1( PK

PK
a
a
+
=

và
)1(
1
)1(
PK
a
+
=

nên
)22(
1
2
+








=
Z

Z
ae
Z
PKK
X
D
J

Sự phân bố nồng độ lỗ hổng trong lớp oxit thay đổi theo công thức :
Dt
X
erfCCCC
ieXe
2
)(
=
(8.5)
trong đó :
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

7
Ce, Cx, Ci lần lợt là nồng độ lỗ hổng trên bề mặt, ở độ sâu X kể từ bề mặt và
nồng độ trên bề mặt phân cách kim loại-oxit
t, D lần lợt là thời gian khuếch tán và hệ số khuếch tán của các lỗ hổng.
Giá trị của hàm sai erf(Z) cho trong bảng 8.3. Biết Ce, Cx, Ci và D ta có thể
xác định đợc chiều dày lớp oxit X có nồng độ lỗ hổng Cx sau thời gian oxy hoá t.
Hoặc ngợc lại, ta có thể xác định đợc thời gian oxy hoá t để lớp oxit có chiều dầy
X.
Với Cx = Ci (X là chiều dày toàn bộ lớp oxit), coi Ce, Ci và hệ số khuếch tán D
là hằng số ở một điều kiện xác định nào đó thì X/(2

Dt ) = 2,8 (vì Cx=Ci nên (Ce-
Cx)/(Ce-Ci) =1, coi erf 2,8 =1), khi đó chiều dày lớp oxit phát triển theo thời gian biểu
diễn bằng công thức: X
2
= 5,6
2
Dt . Phơng trình này có dạng đồ thị parabol, là dạng
đờng cong động học hay gặp nhất trong quá trình oxy hoá kim loại.
Bảng 8.3. Giá trị của hàm sai erf(Z)
Z erf Z Z erf Z Z erf Z Z erf Z

0 0
0,025 0,0282
0,05 0,0564
0,1 0,1125
0,15 0,1680
0,2 0,2227
0,25 0,2763
0,3 0,3286
0,35 0,3794

0,4 0,4284
0,45 0,4755
0,5 0,5250
0,55 0,5633
0,6 0,6039
0,65 0,6420
0,7 0,6778
0,75 0,7112
0,8 0,7421

0,85 0,7707
0,9 0,7970
0,95 0,8209
1 0,8427
1,1 0,8802
1,2 0,9103
1,3 0,9340
1,4 0,9523
1,5 0,9661

1,6 0,9763
1,7 0,9838
1,8 0,9891
1,9 0,9928
2 0,9953
2,2 0,9981
2,4 0,9993
2,6 0,9998
2,8 0,9999

Hệ số khuếch tán D, thờng có đơn vị là [cm
2
/s] hoặc [àm
2
/h] . D phụ thuộc vào nhiệt
độ theo công thức :

RT
Q

DD

= exp
0
(8.6)
Trong đó :
D
o
là hệ số có cùng thứ nguyên với D
Q là hoạt năng khuếch tán, [cal/mol] hoặc [kcal/mol]
T là nhiệt độ tuyệt đối, [K]
R là hằng số khí, R=1,98 cal/mol.độ.
Cho tới nay các số liệu công bố giá trị D
o
, Q, D chủ yếu cho khuếch tán của oxy
trong kim loại.
8.2.1.4. Biểu diễn đờng cong động học thực nghiệm
Trong thực nghiệm, các đờng cong động học thờng đợc biểu diễn dới các
dạng :
m/S [mg/cm
2
] theo thời gian. Trong đó m = m
t
-m
o
với mt, m
o
lần lợt là khối
lợng mấu sau và trớc khi oxy hoá, S [cm
2

] là diện tích bề mặt mẫu thử.
X (àm] theo thời gian, X là chiều dầy lớp oxit
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

8
Khi có động học tuyến tính thì m/S = kp.t hoặc X=Kp.t, Kp là hằng số ở
mỗi nhiệt độ và áp suất. Kp có thứ nguyên là [mg.cm
-2
.s
-1
] hoặc [àm.s
-1
].
Khi có động học parabol ngời ta thờng tuyến tính hoá bằng cách biểu
diễn dới dạng bình phơng : (m/S)
2
hoặc X
2
theo thời gian. Phơng trình biểu diễn
động học khi đó có dạng :
(m/S)
2
= Kp.t hoặc X
2
= kp.t, với Kp là hằng số ở mỗi nhiệt độ và áp suất
riêng phần của oxy đợc gọi là hằng số tốc độ quá trình oxy hoá.
Kp có thứ nguyên [mg
2
. cm
-4

.s
-1
].
Biến đổi giá trị của Kp theo nhiệt độ, trong một số điều kiện cụ thể, tuân theo
định luật Arrhenius :

RT
Q
KK
P

= exp
0
(8.7)
Trong đó : Ko là hằng số có cùng thứ nguyên với Kp
Q là năng lợng hoạt hoá của quá trình oxy hoá, cal/mol
R và T là hằng số khí và nhiệt độ tuyệt đối đã nêu ở trên.
Nếu biết giá trị Kp ở hai nhiệt độ ta có thể xác định đợc Q, Ko và nh thế xác định
đợc giá trị Kp ở mọi nhiệt độ. Giả sử biết Kp ở hai nhiệt độ T
1
và T
2
ta có thể viết:
1
01
exp
RT
Q
KK

=
2
02
exp
RT
Q
KK

=








=
122
1
11
exp
TTR
Q
K
K
và
2
1
21

21
ln
K
K
TT
TT
RQ

=

Từ Q và Kp ta có thể xác định đợc Ko.
Ví dụ : oxy hoá Fe : Kp ở 1273K=70 àm
2
.s
-1
, ở 800
o
C=1073K Kp=4,03 àm
2
.s
-1
xác
định Kp ở (900
o
C=1173K) =?
Q=ln
4,03
70
.2.
1073-1273

1273.1073
= 38997 cal,Ko=
Q/RT1-exp
K1
=
273)38993/(2.1-exp
70
=3,1.10
8
àm
2
.s
-1

Kp
1173K
=Ko.exp -Q/(R.1173)= 18,97 àm
2
.s
-1

Kết quả thực nghiệm khi oxy hoá Cu

Hình 8.7. Động học oxy hoá Cu Hình 8.8. Đồ thị K
p
theo P
O2
(m/S)
2

g
2
/cm
4
t
,
h
25
30
3.10
-4
2.10
-4
1.10
-4
1050
o
C
1000
o

C
900
o
C
P
O2
=20torr
lgK
P
lgP
O2

T
1
o
C
T
2

o
C
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

9
d
t
dX
=
X
A

[
P ]
1/2Z+2)
và ta có X
2
= K.[ P ]
1/(2Z+2)
.t = Kp.t (coi 2A=K và coi P đủ nhỏ để
1+Ka
P ~1).
Vậy Kp = K. [
P
]
1/(2Z+2)
(8.8)












Hình 8.9. Sự thay đổi tỷ lệ CuO/Cu
2
O

Hình 8.10. Sự thay đổi Kp theo nhiệt
độ
đổi bản chất của sản phẩm oxy hoá tại điểm chuyển tiếp tơng ứng với 50% CuO +
50% Cu
2
O (hình 8.9) làm thay đổi năng lợng hoạt hoá Q do đó thay đổi hệ số góc
của đờng cong Arrhenius (Kp=Ko . exp(-Q/RT). Có ý kiến khác cho rằng ở vùng
nhiệt độ thấp, quá trình khuếch tán không xẩy ra trong toàn bộ hạt mà chỉ ở vùng
biên giới hạt tinh thể do đó năng lợng hoạt hoá thay đổi.






Hình 8.11a. Mẫu trớc và sau khi oxy hoá

Hình 8.11b. Thí nghiệm đánh dấu
Sự di chuyển của các mặt phân chia
Trờng hợp của Cu, khi các lỗ hổng cation Cu khuếch tán đến mặt ranh giới
phía trong thì bị tiêu thụ ngay theo phản ứng :
Cu
kl
+ < >
+

-
+ h
+
= [Cu]
Cu2O
+ [ ]
kl

Trong đó Cu
kl
, [ ]
kl
lần lợt là nguyên tử Cu trong kim loại và lỗ hổng nguyên tử Cu
trong kim loại. Các lỗ hổng [ ]
kl
tập trung lại ở tâm. Khi quá trình oxy hoá kết thúc,
T,

o
C
%CuO
25
50
900

600

300

lg
K
10
3
/
T
1
0

-2
600
o
C
1,5
P
O2
=100tor
r

Trớc oxy Sau oxy hoá
Oxit Cu
Trớc oxy
Sau oxy hoá
Oxit Cu
C
ọ
c tiêu
100
2
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

10
mẫu thử sẽ trở thành lỗ rỗng và đợc bao quanh một lớp vỏ oxit bên ngoài (hình
8.12).

Hình 8.12. Mẫu thử sau khi oxy hoá hoàn toàn nhờ khuếch tán kim loại
Oxit
Lỗ h
ổ
n
g
Oxit
Lỗ h
ổ
n
g

Mẫu ban đầu
Lỗ h
ổ

n
g

Oxit
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

11
8.1.2. Ôxy hoá Fe
Quan trọng nhất
8.1.2.1. Giản đồ pha Fe - O

Hình 8.13. Giản đồ pha Fe-O
Các oxit ổn định trong hệ Fe-O là:
FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
, riêng FeO chỉ tồn tại trong khoảng nhiệt độ trên 560
0
C.
FeO (wurstite) là oxit có phạm vi tồn tại với nồng độ oxy lớn nhất. Phạm vi này tăng
theo nhiệt độ (hình 8.13).
FeO có công thức cấu tạo là Fe
(1-x)
O, có sai lệch mạng là các lỗ hổng cation
loại P.
Fe
2
O
3
có cấu trúc kiểu bán dẫn loại n và công thức cấu tạo Fe
2
O
(3-x)
. Tuy nhiên
các nhà nghiên cứu cho thấy giá trị x rất nhỏ, có thể quan sát thấy trên giản đồ pha
Fe-O, vùng sai khác nồng độ oxy so với công thức cấu tạo (Fe

2
O
3
) rất nhỏ.
Cấu trúc của oxit Fe
3
O
4
còn cha đợc khẳng định. Mặc dù vậy các nghiên
cứu về quá trình oxy hoá Fe vẫn là nhiều nhất và trong tự nhiên lợng oxit Fe tạo
thành cũng lớn nhất hiện nay.
8.1.2.2. Giản đồ pha ngng tụ
Hình 8.14 là giản đồ pha ngng tụ khi oxy hoá Fe, ta thấy Fe
2
O
3
là oxit ổn định
khi tiếp xúc với môi trờng oxy hoá. Ngợc lại, phía bên trong là các oxit Fe
3
O
4
và
FeO (hình 8.15). Khi thực hiện quá trình oxy hoá Fe trong hỗn hợp H
2
O + H
2
hoặc
20
% ng.tử O
6040

T,
o
C
L1+L2
1528
Fe

+L
Fe

+FeO
L+O
Fe
3
O
4
+O
Fe

+FeO
[Fe

+Fe
3
O
4
]
1583
1597
FeO Fe

2
O
3

Fe
2
O
3
+O
Fe
3
O
4
1371
910
560
1500
1000
500
1457
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

12
CO
2
+ CO, các môi trờng này có tính oxy hoá nhẹ, do đó oxit ổn định là Fe
3
O
4
,

FeO.
Tính toán hệ số che phủ của các oxit cho thấy z > 1 cho nên các oxit đều phủ
kín bề mặt kim loại và phủ kín lẫn nhau. Ví dụ, xét oxit FeO trên bề mặt Fe thì :
Z =
55,85/7,86
71,85/5,7
=1,77
Xét Fe
3
O
4
/FeO ta có : Z =
,7)3.(71,85/5
8231,54/5,1
= 1,18

Hình 8. 14. Giản đồ pha ngng tụ hệ Fe-O Hình 8.15. Mặt cắt mẫu thử Fe sau
oxy hoá
8.1.2.3. Động học quá trình oxy hoá Fe
Đờng cong động học quá trình oxy hoá Fe có dạng parabol vậy khuếch tán
quyết định động học của quá trình oxy hoá (hình 8.16) .
Trên giản đồ Arrhenius lgKp 10
3
/T (hình 8.17 Kp [mg
2
.cm
-4
.h
-1]
) cho thấy : hai
phần tơng ứng với hai giá trị năng lợng hoạt hoá khác nhau. ở vùng nhiệt độ cao,
khuếch tán thể tích chiếm u thế, vùng nhiệt độ thấp khuếch tán dọc theo biên giới
hạt là chủ yếu. Các số liệu thực nghiệm về quá trình oxy hoá Fe đợc công bố nhiều
nhất hiện nay và kết quả cũng phân tán hơn cả hơn cả có thể do: điều kiện thí
nghiệm, vật liệu,
Trên mặt phân cách Fe/FeO xảy ra phản ứng :

[Fe]
kl
+ < >
2+
2-
+ 2h = [Fe
2+
] + [ ]
Fe

do [ ]
Fe
khuếch tán và
tập trung ở trung tâm, nên sau quá trình oxy hoá sẽ hình thành lỗ rỗng. Các lỗ rỗng
tập trung ở sát bề mặt phân cách Fe/FeO có thể là nguyên nhân làm lớp vảy oxit
trên bề mặt thép rất dễ bị bong ra.
Trên mặt ngoài phân cách FeO/Fe
3
O
4
vì cấu trúc của Fe
3
O
4
cha khảng định
nên chỉ có thể có 2 khả năng :
lgP
O
-5
-10
-15
-20
0,75 1,0
10
3
/
T
1,25
<Fe
2

O
3
>+
<Fe
3
O
4
>+
<FeO>
<Fe>
Fe
FeO
Fe
2
O
3
Fe
3
O
4
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

13

Hình 8.16. Động học oxy hoá Fe Hình 8.17. Giản đồ Arrhenius
Trên giản đồ lgD 1/T (hình 8.18)














Hình 8.18. Hệ số khuếch tán của oxy thay đổi theo nhiệt độ
2[Fe
2+
]
FeO
2[Fe
3+
]
Fe2O3
+ 3< >

2-
2+
+ 6e + 2< >
2+
2-
+4h
+
_
phản ứng này tạo
ra 2 loại sai lệch là:
Lỗ hổng cation 2< >
2+
2-
+ 4h
+
loại p trong FeO
Lỗ hổng anion 3< >
2-
2+
+ 6e loại n trong Fe
2
O
3

đây có thể là cấu trúc của Fe
3
O
4
= FeO.Fe
2

O
3
nằm ở vùng ranh giới giữa FeO
và Fe
2
O
3
.
lgK
p
1,0
0,0
-1,0
-1,5
1,0
1,2
10
3
/T

700
o
C
800
o
C
900
o
C
1000

o
C
X,àm
200
600
100
t, h
30 20
10
P
O2
=100torr
0,6 0,8 1,0 10
3
/
T
-12
-14
-10
-8
-6
lgD
cm
2
.s
-1
1390 910
O/Fe

O/Fe

Fe/FeO
Fe/Fe
3
O
4
Fe/Fe
2
O
3
O/Fe
2
O
3
O/Fe
2
O
3
là khuếch
tán oxy trong Fe
2
O
3

Fe/Fe
2
O
3
là khuếch

tán Fe trong Fe
2
O
3

Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

14
3 FeO + (O) = Fe
3
O
4
+3< >
2+
2-
+ 6h
+

Trên mặt phân cách Fe
3
O
4
/Fe
2
O
3
: do trong Fe
2
O
3

oxy nguyên tử khuếch tán
theo biên giớí hạt do đó ta có thể viết :
2 Fe
3
O
4
+ (O) = 3Fe
2
O
3
+ 9 < >
2-
2+
+ 18e
Trên bề mặt ta có phản ứng :
3O-s + 3 < >
2-
2+
+ 6e = 3 [O
2-
]
Fe2O3

Hình 8.18 cho thấy khả năng bị oxy hoá của các kim loại khác nhau tuỳ theo
nhiệt độ và môi trờng khí.

Hình 8.18. Giản đồ Ellingham về khả năng oxy hoá của các kim loại
F- điểm chảy
E- điểm sôi
S- thăng hoa
G
cb
, kcal/mol oxit
0 K
T,
o
C
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

15

8.3. Ăn mòn trong môi trờng khí Clo
Sản phẩm của quá trình ăn mòn trong môi trờng khí clo là các clorua kim loại
(Me), có công thức tổng quát là MeCl
x
, hầu hết chúng nóng chảy và bay hơi khá dễ
dàng. Ví dụ sản phẩm ăn mòn của Ni trong khí clo:
Ni + Cl
2
= NiCl
2

áp suất phân ly của NiCl
2,
là p
NiCl
2
= 6 torr ở 750
o
C và p
NiCl
2
= 20 torr ở 800
o
C. áp
suất phân ly của các muối clorua tăng nhanh theo nhiệt độ. Nh các quá trình ăn
mòn khô khác, động học quá trình ăn mòn thờng đợc biểu diễn dới dạng
S
m

theo thời gian. Kết quả khảo sát động học quá trình ăn mòn trong khí clo cho thấy

S
m
> 0 hoặc có thể
S
m
< 0 tuỳ theo nhiệt độ (hình 8.19). ở nhiệt độ 600
o
C,
S
m
> 0,
ta luôn có dạng đờng cong động học parabol là kết quả của quá trình khuếch tán.
ở các nhiệt độ cao hơn: 750
o
C và 800
o
C, các đờng cong động học quá trình ăn
mòn gồm hai phần: Phần mở đầu có dạng parabol tơng ứng với
S
m
> 0. Tồn tại
một thời điểm tới hạn
th
, với
th
ta có động học parabol. Khi >
th
ta có đờng
biểu diễn tuyến tính tơng ứng với
S

m
< 0, đó là quá trình bay hơi sản phẩm ăn mòn
(NiCl
2
). Hình dạng và kích thớc của mẫu thử trong quá trình ăn mòn khi tạo sản
phẩm clorua và khi hoá hơi toàn bộ sản phẩm ăn mòn có thể sơ đồ hoá trên hình
8.20.











Hình 8.19. Động học quá trình clo hoá Ti
Quá trình tạo sản phẩm ăn mòn NiCl
2
tuân theo quy luật động học khuếch tán,
đờng biểu diễn có dạng parabol, ta có:
m/S
0
t
,
h
600
o

C
700
o
C
800
o
C

th2

th1
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

16

.

1
dKydy
y
K
d
dy
p
p
==

= y
2
=2K
p
.
Giai đoạn bay hơi (thăng hoa) có động học bay hơi:


.KyK
d
dy
SS
2
==






, động học tuyến tính, dấu () chỉ rằng mẫu ngày càng mỏng
đi.
Khi =
th
thì
21
d
dy

d
dy






=







= 0, khi đó tồn lại lớp sản phẩm NiCl
2
tới hạn có chiều
dày không đổi y
th
, tại đó:
S
p
thS
p
K
K
yyK
y

K
===
. Thứ nguyên của K
p
là [cm
2
.s
-1
], của
K
s
là [cm.s
-1
], do đó y
th
có thứ nguyên là [cm].








Hình 8.20. Sơ đồ hoá quá trình ăn mòn Ni trong khí Cl
8.4. ăn mòn trong môi trờng khí Sunfua
8.4.1. Ăn mòn sunfua hoá thép hợp kim thấp
ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến tốc độ ăn mòn trong môi trờng khí
sunfua vẫn đang đợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Các nghiên cứu đều khẳng
định rằng, trong môi trờng khí sunfua, crôm là nguyên tố chống ăn mòn tốt. Các

đờng cong động học quá trình ăn mòn không có dạng parabol chứng tỏ khuếch
tán không phải là khâu quyết định tốc độ quá trình.
8.4.2. Ăn mòn sunfua hoá thép hợp kim cao
Kết quả trình bày trên giản đồ hình 8.21a cho thấy, hợp kim NiCr50 chống ăn
mòn sunfua tốt nhất (lợng ăn mòn nhỏ nhất). Cấu trúc của lớp ăn mòn sunfua hoá
hợp kim FeCrAl gồm các lớp FeS và FeAl
2
S
4
không xít chặt và xen kẽ nhau (hình
8.21b).
Để bảo vệ chống ăn mòn sunfua, ngời ta đem oxy hoá mẫu để tạo ra các lớp
oxit Cr
2
O
3
, Al
2
O
3
, SiO
2
(hình 8.22b) trên bề mặt, các lớp oxit này là các màng bảo vệ
Ă
n mòn ở 650
o
C
Ăn mòn ở 700
o
C

ữ
800
o
C
NiCl
2
ban đầu
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

17
ngăn cản quá trình sunfua hoá tiếp theo. Hình 8.22a là động học quá trình ăn mòn
hợp kim FeCrAl trong hai trờng hợp có oxy hoá trớc và không đợc oxy hoá trớc.









Hình 8.21a. Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào % Ni Hình 8.21b. Cấu trúc của lớp ăn
mòn

Thông thờng, khi đợc oxy hoá trớc, động học quá trình sunfua hoá mở đầu
bằng một thời gian ủ bệnh khá dài để phá huỷ màng oxit Al
2
O
3
hoặc Cr
2
O
3
. Sau khi
phá huỷ màng oxit bảo vệ trên bề mặt, tốc độ ăn mòn giống nh trờng hợp mẫu
không đợc oxy hoá trớc.
8.4.3. Ăn mòn sunfua hoá siêu hợp kim
8.4.3.1. Sự xuất hiện pha lỏng trong quá trình ăn mòn
Sản phẩm của quá trình ăn mòn siêu hợp kim trong môi trờng sản phẩm cháy
(có chứa SO
2
) cùng với Na có mặt trong hệ tạo thành Na
2
SO
4
. Các muối sunfat tạo
với các oxit những cùng tinh có nhiệt độ chảy thấp: [Na
2
SO
4
+ NiO (CaO)] nóng chảy

ở khoảng 880
o
C và [Na
2
SO
4
+ V
2
O
5
] nóng chảy ở 660
o
C do đó trên bề mặt siêu hợp
FeAl
2
S
4
FeS

50
%Ni

Y, mm
Oxit Al
2
O
3
hoặc Cr
2
O

3
1ữ5
à
m
H
ợ
p kim FeCrAl
m/S
Oxy hoá trớc

Không oxy hoá


,h
ủ bệnh
Hình 8.22a. Tốc đ
ộ
ăn mòn ph
ụ
thu
ộ
c
vào % Ni
Hình 8.22b. Cấu trúc của mẫu
oxy hoá trớc
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

18
kim, ở nhiệt độ cao luôn tồn tại một lớp muối nóng chảy trên bề mặt. Việc sử dụng
nhiên liệu sạch (không chứa S) có thể giảm đợc ăn mòn.

8.4.3.2. Cơ chế ăn mòn
Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nhiệt độ đợc trình bày trên hình 8.23. Ta nhận
thấy dạng và tốc độ ăn mòn thay đổi nhiều theo nhiệt độ do cơ chế ăn mòn xảy ra
khác nhau.
Trong môi trờng ăn mòn có mặt của các khí O
2
, SO
2
, SO
3
, tuỳ theo thành phần
của khí và nhiệt độ ta có hai loại cơ chế ăn mòn khác nhau theo hai khoảng nhiệt độ
ăn mòn nh sau:
Loại I: Là cơ chế ăn mòn xảy ra ở khoảng nhiệt độ khá thấp, do áp suất riêng
phần của SO
3
lớn nên xuất hiện phản ứng: SO
3
+ NiO NiSO
4

Sản phẩm ăn mòn sẽ tạo cùng tinh [NiSO
4
+ Na
2
SO
4
] có nhiệt độ chảy thấp
(680
o

C) hoặc [CoSO
4
+Na
2
SO
4
] chảy ở 560
o
C. Các hợp chất sunfat không hình thành
ở nhiệt độ cao bởi vì áp suất riêng phần của SO
3
ở nhiệt độ cao rất thấp, các sunfat
tạo thành lập tức sẽ bị phân huỷ nhiệt ngay.
Loại II: ở nhiệt độ cao, cơ chế ăn mòn lại có thể phân theo hai loại tuỳ theo môi
trờng: Môi trờng kiềm: áp suất riêng phần của oxy nhỏ do đó
SO
4
2

= SO
3
+ O
2

, SO
3
= SO
2
+ 1/2O
2

SO
2
= 1/2S
2
+ O
2
Sự có mặt của O
2

làm cho môi trờng trở nên kiềm tính, khi đó xảy ra các phản ứng:
Al
2
O
3
+ O
2

2AlO
2

AlO
4
2


Cr
2
O
3
+ O

2

2CrO
2

CrO
4
2


Các phản ứng này làm phá huỷ màng oxit bảo vệ trên bề mặt. Sản phẩm của
chúng (CrO
4
2

, AlO
4
2

) hoà tan vào muối sunfat, đặc biệt khi các muối này có thành
phần cùng tinh do đó nóng chảy ở nhiệt độ thấp (hình 8.24).








Hình 8.23. Động học quá trình sunfua hoá theo nhiệt độ

800 1000
600
T,
o
C
V
a/m

Lo
ạ
i I
Loại II
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

19
Môi trờng axit: áp suất riêng phần của oxy lớn, các nguyên tố Mo, W và V (các
nguyên tố chuyển tiếp) trong siêu hợp kim khi bị oxy hoá thành các oxit axit hoà tan
vào muối sunfat nóng chảy. Các oxit này tiêu thụ O
2

, ví dụ phản ứng sau:
MoO
3
+ O
2

MoO
4
2

O
2

tiêu thụ trong phản đợc tạo thành do sự phân huỷ lớp oxit bảo vệ trên bề
mặt:
Al
2
O
3
2Al
3+
+ 3O
2


Cr
2
O
3
2Cr
3+
+ 3O
2


do đó việc tiêu thụ O
2

làm phá huỷ các oxit

bảo vệ Cr
2
O
3
và Al
2
O
3
.




8.4.3.3. Chống ăn mòn
Chọn hợp kim bền ăn mòn chủ yếu có hàm lợng Cr cao để tạo lớp Cr
2
O
3
, sau
đó là hàm lợng Al. Khi hàm lợng Al đủ cao (không quá 14% vì làm xấu cơ tính) sẽ
tạo lớp oxit Al
2
O
3
có tác dụng bảo vệ.
Xử lý bề mặt bằng cách tạo lớp phủ Al, Cr lên thép hoặc siêu hợp kim, đặc biệt
lớp phủ MCrAlY (xem chơng 2).
8.5. Ăn mòn trong môi trờng khí sunfua và cacbua
Trong sản phẩm cháy luôn có mặt các khí chứa cacbon (C
n

H
m
, CO), các khí chứa
lu huỳnh (SO
2
, SO
3
) và các khí chứa cả cacbon và lu huỳnh nh CS
2
, do đó trong
lớp sản phẩm ăn mòn luôn có mặt của cacbon. Ví dụ:
Fe + 1/2CS
2
FeS + 1/2C
Sự có mặt của cacbon trong sản phẩm ăn mòn làm thay đổi hoàn toàn cấu trúc
của nó (hình 8.25), do đó ảnh hởng tới tốc độ ăn mòn. ảnh hởng của cacbon đến
tốc độ ăn mòn đợc trình bày trên (hình 8.26).
Khi có mặt của cacbon trong sản phẩm ăn mòn thì lớp sunfit không xít chặt,
cacbon nằm xen kẽ với các lớp sunfit ngăn cản chuyển động của lệch, do đó lớp
sunfit trở nên giòn hơn. Ta còn thấy tiếp giáp với bề mặt kim loại luôn tồn tại một lớp
mỏng FeS (không có cacbon). Lớp này có chiều dày tới hạn y
th
, chỉ khi y > y
th
thì
cacbon mới xuất hiện trong lớp sunfit.
Siêu h
ợ
p kim
Màng oxit

bảo vệ
Muối sunfat
nóng chảy
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

20







Hình 8.25. Cấu trúc của lớp ăn mòn sunfua Hình 8.26. Động học quá trình ăn
và cacbua hoá Fe mòn sunfua và cacbua hoá Fe
Cacbon không chỉ làm xấu tính chất của sản phẩm ăn mòn trên bề mặt mà còn
ảnh hởng đến tính chất của hợp kim. Hình 8.27 là sự phân bố hàm lợng cacbon ở
vùng lân cận bề mặt của hợp kim FeCrAl bị ăn mòn trong môi trờng khí sunfua và
cacbua. Cacbon thấm vào trong bề mặt hợp kim tạo ra cacbua crôm (Cr
23
C
6
, Cr
7
C
3
)
làm biến đổi tính chất bề mặt của hợp kim.

Hình 8.27. Sự phân bố hàm lợng cacbon ở vùng lân cận bề mặt hợp kim FeCrAl

8.6. Ăn mòn trong kim loại lỏng
Nhiều chi tiết, kết cấu làm việc trong kim loại nóng chảy (kim loại lỏng) nh: dụng
cụ và thiết bị luyện kim, thiết bị phủ kim loại bằng phơng pháp nhúng. Kim loại lỏng
còn đợc sử dụng làm môi trờng nung và làm nguội kim loại (tôi Pb), làm nguội
trong xupap bằng natri, làm nguội trong hệ thống lò phản ứng hạt nhân,
Cơ chế quá trình ăn mòn trong kim loại lỏng cũng có những đặc điểm riêng.
Thông thờng quá trình
ăn mòn xảy ra ở nhiệt
độ cao vì kim loại, trừ
một số trờng hợp đặc
biệt (Hg), nóng chảy ở
nhiệt độ cao. Khi kim
loại bị ăn mòn, các
nguyên tử kim loại

Fe
FeS
Ă
n mòn tron
g

môi trờng
khí sunfua
C
23
C
6

FeS
Fe
Ă
n mòn tron
g

môi trờng khí
sunfua và
cacbua
FeS

m/S
Fe +1/2S
2
FeS
Fe + CS
2

FeS + C
, giờ
Cr
7
C
3
FeS + C
FeCrAl
Kim loại
rắn
Kim loại
lỏng
Vùn
g
chu
y
ển tiếp
Ăn mòn nhiệt độ cao - ô nhiễm, 10-2005

21
không thực hiện các phản ứng oxy hoá khử với môi trờng mà hoà tan vào môi
trờng (kim loại lỏng). Khả năng hoà tan của một kim loại vào một kim loại khác phụ
thuộc vào entropi hoà tan của các kim loại.
Trong quá trình hoà tan, giữa kim loại rắn và kim loại lỏng có hình thành một
vùng chuyển tiếp (hình 8.28). Khuếch tán từ kim loại rắn sang vùng chuyển tiếp
là khuếch tán dị thể. Khuếch tán từ vùng chuyển tiếp sang kim loại lỏng là khuếch
tán đồng thể. Khuếch tán dị thể chậm hơn do đó thờng là khâu quyết định tốc độ
hoà tan kim loại, ví dụ khi hoà tan Fe vào Na lỏng, Pb vào hợp kim Pb-Sn lỏng. Tuy
nhiên cũng có nhiều trờng hợp khuếch tán đồng thể quyết định quá trình hoà tan, ví
dụ Cu vào Pb và Bi lỏng, Ni vào Pb lỏng, Fe vào Hg lỏng.

Quá trình hoà tan chỉ xảy ra thuận lợi khi kim loại lỏng thấm ớt kim loại rắn. Do
đó các kim loại có cấu trúc tinh thể càng giống nhau, có nhiệt độ chảy càng gần
nhau thì càng dễ hoà tan vào nhau. Các kim loại mà trên giản đồ pha có tạo thành
các cùng tinh dễ chảy với nhau thì hoà tan vào nhau càng nhanh. Khi giữa kim loại
lỏng và kim loại rắn có sự chuyển động tơng đối với nhau (khuấy trộn) thì tốc độ
hoà tan lại càng nhanh. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ hoà tan càng lớn.
Để chống ăn mòn trong kim loại lỏng, ngời ta thờng tạo lớp bề mặt có nhiệt độ
chảy cao và không thấm ớt kim loại lỏng nh các oxit, cacbit, nitrit, borit, Ví dụ, để
chống ăn mòn thép trong Al, Zn, Sn, Pb, nóng chảy, ngời ta đem thấm bo (B) lên
bề mặt thép. Lớp thấm có cấu trúc FeB, Fe
2
B rất bền, ngăn cản quá trính ăn mòn
thép. Để chống hoà tan thép vào Bi, Pb hoặc Hg lỏng, ngời ta cho vào kim loại lỏng
một lợng nhỏ (0,05%) các nguyên tố tạo cacbit mạnh nh Zr, Ti, các nguyên tố này
tác dụng với cacbon trong thép tạo thành các cacbit làm ngăn cản quá trình hoà tan
tiếp theo.











Hình 8.29. Làm nguội xupap bằng Na ở các nhiệt độ
khác nhau: a- 550
o

C; b- 700
o
C; c- 810
o
C
a
)
b
)
c
)