Oxidation

9.6.6.1 Oxidation

I ren, tør, atmosfærisk luft dannes ved højere temperatur et tyndt beskyttende oxidlag, der fungerer som en beskyttelsesbarriere. Tykkelsen og den hastighed, hvormed oxidlaget dannes, er forskellig for de forskellige materialer og afhænger desuden af driftstemperaturen. Ved højere temperaturer øges oxidationshastigheden og dermed tykkelsen af oxidlaget. Med stigende temperatur og oxidlagtykkelse opstår der spændinger mellem metallet og den voksende oxidbelægning, som får belægningen til at slå revner og afskalle (skalning), se figur 9.6.26. Skalningstemperaturen angives normalt som den temperatur, hvor oxidationshastigheden i tør luft er 1 g/m²h, der svarer til 1 mm/år. Andre definitioner og grænser for skalningstemperaturen kan forekomme.

Fig. 9.6.26 Effekt af krom på skalningstemperaturen af stål i luft.

Oxidlaget på ulegerede kulstofstål består af magnetit (Fe₃O₄), der er stabilt op til 570 °C. Ved højere temperaturer er magnetit ikke kemisk stabilt. I stedet dannes wüstite (FeO), der til gengæld ikke er stabilt ved lavere temperaturer end 570 °C. Ved legering med især krom opnås en kompleks jernkromoxydbelægning (spinel), som er stabil og tættere overfor diffusion af ilt ind til metaloverfladen. Varmebestandigheden af materialet øges, som det fremgår af figur 9.6.26, næsten proportionalt med indholdet af krom. En yderligere forbedring af oxidlagets beskyttelsesevne opnås ved at anvende legeringer med aluminium og silicium. Ved legering med 1-2 % aluminium opnås et oxidlag med en overflade med aluminiumoxid (Al₂O₃). Aluminiumoxid er et meget stabilt og varmebestandigt keramisk materiale. Med silicium fås siliciumoxid i overfladen. Silicium øger desuden materialets bestandighed mod opkulning i strukturen.

Oxidlaget vokser i tykkelse med tiden. Et tæt beskyttende oxidlag vokser parabolsk med tiden.

Såfremt oxidlaget revner eller skaller af, vil korrosionen ændre karakter, og oxidationen blive lineær med tiden. Break-away korrosion forekommer, hvor et tæt beskyttende oxidlag bliver ustabilt pga. indre spændinger i oxidlaget, eller hvor legeringselementerne er opbrugt i overfladen af metallet. Forskellige oxidationsforløb er vist i figur 9.6.27.

Fig. 9.6.27 Oxidationsforløb. A: Lineær, B: Parabolsk, C: Parabolsk + Break-away korrosion.

Fig. 9.6.28 Den maksimale temperatur for oxidationsbestandigheden af ulegerede og lavtlegerede stål.

Tilstedeværelse af klor og kloridholdige forbindelser i den varme gas kan nedbryde materialets beskyttende oxidbelægning og dermed materialernes bestandighed ned til ca. 350 °C. Korrosionsprocesserne, der kan være meget komplekse, beror i princippet på, at der på metaloverfladen under oxidbelægningen opstår et ikke-vedhæftende lag af metalklorider. Nogle, f.eks. jernklorider, er flygtige med en sublimationstemperatur ned til ca. 350 °C. Herved forhindres en dannelse af et fastsiddende og beskyttende oxidlag med stærkt accelereret korrosion til følge.