Czasopismo | OCHRONA PRZED KOROZJĄ | Rocznik 2020 - zeszyt 3

Termodynamika procesów wysokotemperaturowej korozji wybranych metali w atmosferze powietrza zawierającego HF i H2O

Thermodynamics of high temperature corrosion of selected metals in air-HF-H2O atmosphere

10.15199/40.2020.3.5

nr katalogowy: 125378
10.15199/40.2020.3.5

Streszczenie

W pracy przeprowadzono analizę stabilności produktów korozji wybranych metali (Fe, Cr, Ni oraz Al) w temperaturze 900 oC, w złożonej atmosferze przemysłowej zawierającej 53,1 % pary wodnej, 38,5% powietrza i 8,3 % fluorowodoru. Tego typu agresywne warunki występują wewnątrz reaktora przeznaczonego do produkcji tlenku niobu Nb2O5 nową metodą zapewniającą jego wysoką czystość. Celem przeprowadzonych rozważań termodynamicznych było wytypowanie materiałów o potencjalnie najwyższej żaroodporności we wskazanym agresywnym środowisku gazowym. Rozważania teoretyczne przeprowadzone w ramach niniejszej pracy obejmowały określenie ciśnień cząstkowych poszczególnych gazów agresywnych w mieszaninie powietrze-H2O-HF, sporządzenie diagramów stabilności faz w układach Fe-O-F, Ni-O-F, Cr-O-F i Al-O-F oraz wyznaczenie ciśnień lotnych fluorków żelaza, niklu i glinu w funkcji ciśnienia fluoru. W oparciu o analizę stabilności produktów reakcji poszczególnych metali z fluorem i tlenem oraz wyznaczonych prężności lotnych fluorków wytypowano nikiel, jako metal o najwyższej żaroodporności w analizowanych warunkach. Obecność pozostałych metali w potencjalnych stopach przeznaczonych do produkcji elementów reaktora wydaje się być niepożądana i wymaga weryfikacji eksperymentalnej. Wniosek ten wynika z faktu zarówno stosunkowo niskich temperatur topnienia fluorków żelaza i chromu (odpowiednio 940oC i 894oC), jak i wysokich wartości ciśnień lotnych fluorków glinu i żelaza.

Abstract

The stability of corrosion products obtained from selected metals (Fe, Cr, Ni and Al) was analysed at 900 oC in a complex industrial atmosphere containing 53.1% water vapour, 38.5% air and 8.3% hydrogen fluoride. These aggressive conditions are located inside a reactor foreseen for niobium oxide, Nb2O5, production by means of a new method that guarantees its high purity. The goal of these thermodynamic considerations was to single out materials exhibiting the highest heat resistance in the previously mentioned aggressive gas environment. The theoretical considerations carried out in this work include identifying partial pressures of individual aggressive gases in the air-H2O-HF mixture, constructing phase stability diagrams in Fe-O-F, Ni-O-F, Cr-O-F and Al-O-F systems, as well as determining pressures of volatile iron, nickel and aluminium fluorides as a function of fluorine pressure. Stability analysis of products from reactions between individual metals and both fluorine and oxygen, as well as the previously established volatile fluoride pressures, lead to the conclusion that nickel demonstrates the highest heat resistance in the studied conditions. The presence of the remaining metals in potential alloys for reactor element production appears to be undesired and requires experimental verification. This conclusion is based both on the relatively low iron and chromium fluoride melting temperatures (940oC and 894oC, respectively), and the high-pressure values for volatile aluminium and iron fluorides.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Mrowec Stanisław, Teodor Weber. 1988. Modern scaling-resistant materials. Washington (DC): National Bureau of Standards and National Science Foundation.
[2] Kofstad Per. 1988. High Temperature Corrosion. London and New York: Elsevier.
[3] Birks Neil, Gerald H. Meier, Frederick S. Pettit. 2009. Introduction to the high temperature oxidation of metals. Cambridge: University Press.
[4] Gao Wei, Zhengwei Li. 2008. Developments in high-temperature corrosion and protection of materials. Cambridge, England: Woodhead Publishing in Materials.
[5] Fontana Mars G., Roger W. Staehle. 1976. Advances in corrosion science and technology, vol. 5. New York and London: Springer.
[6] Jarry R.L., J. Fischer, W.H. Gunther. 1963. "The mechanism of the nickel-fluorine reaction". Journal of the Electrochemical Society 110 : 347-349.
[7] Jarry R.L., J. Fischer, W.H. Gunther. 1963. The mechanism and kinetics of the reaction between nickel and fluorine. Argonne, USA : Argonne National Laboratory, AEC Research and Development Report ANL-6684.
[8] Knacke Ottmar, Oswald Kubaschewski, Klaus Hesselmann. 1991. Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Berlin, New York, Düsseldorf: Verlag Stahleisen.
[9] Nedoma Józef, Paweł Schreiner, Mirosław Bućko. 1985. Funkcje termodynamiczne. Kraków: Wydawnictwo AGH.

Zeszyt


OCHRONA PRZED KOROZJĄ - e-zeszyt (pdf) 2020-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	42.00 zł

Prenumerata

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

504.00 zł

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - papierowa prenumerata roczna	636.00 zł brutto 588.89 zł netto 47.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

678.00 zł

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	762.00 zł brutto 705.56 zł netto 56.44 zł VAT (stawka VAT 8%)

762.00 zł

Open Access

Zeszyt

2020-3

Twój Koszyk

Zeszyt

Prenumerata

Open Access

Zeszyt

Czasopisma