金属材料的高温氧化通常指金属与环境中的氧在水分缺失的条件下反应而形成氧化物的过程。高温氧化导致的材料表面的氧化层厚度约小于300 nm时，该氧化层为氧化膜；而当氧化层厚度约大于300 nm时，该氧化层通常为氧化鳞状物。厚的氧化层可分为保护性氧化层和非保护性氧化层。根据Pilling-Bedworth（PB）比，即氧化生成的金属氧化膜的体积VMO与生成这些氧化膜所消耗金属的体积VM之比，氧化层可分为保护性氧化层和非保护性氧化层。
一般来说，当PB比大于或等于1时，氧化生成的金属氧化膜将对金属起到保护作用；而当PB比小于1时，生成的非连续氧化层将无法阻止氧从材料表面侵入。
金属的氧化程度通常用单位面积上氧化物的质量变化W来表示，有时也用氧化膜的厚度、系统内氧分压的变化、单位面积上氧的吸收量来表示。通过测定氧化的恒温动力学曲线（W-t曲线），我们可以了解氧化机理的相关信息，如氧化速度、氧化膜的保护性以及过程的能量变化等。如图11-12所示，典型的金属氧化的恒温动力学曲线分别呈现出线性规律、抛物线规律、对数规律。
图11-12 金属氧化的恒温动力学曲线［7］
（1）金属氧化时，若不能生成保护性的氧化膜，其单位面积氧化物的质量变化与时间成直线关系，即金属氧化的恒温动力学曲线呈线性规律，故有
式中：A是常量；t是时间。碱金属和碱土金属，以及钼钢、钒、钨等金属在高温下的氧化遵循线性规律。(www.xing528.com)
（2）金属氧化时，其表面上可以形成致密的、较厚的氧化层，氧化速度慢于线性增长方式，金属氧化的恒温动力学曲线呈现出抛物线规律，故有
式中：B是与温度相关的常量。
（3）部分金属氧化时形成的保护性氧化层能够使氧化反应的速率迅速降低，使得氧化动力学曲线呈现出对数规律：
式中：C、D和E是与温度相关的常量。室温条件下铜、铝、银等金属的氧化符合这一线性规律。
当合金材料发生氧化时，材料将呈现选择氧化的模式，即不同的氧化产物共同存在于氧化层中，或者合金中仅有单一的组分发生氧化。选择氧化所生成的氧化层，如果具有复杂的晶体结构和较差的电导率，将能有效地阻止氧朝材料内部扩散，提升材料的抗氧化性能。此外，合金材料选择氧化将会使合金材料表层以下的部分元素发生氧化。
在高温下条件下，金属材料除与环境中的氧发生反应外，还能与环境中的硫、氮、碳等发生反应，如：金属与含硫气体（如S2、SO2、H2S等）发生高温硫化反应；金属在含碳的气体环境中发生碳化等。金属在高温下与环境中的氧、硫、氮、碳等发生反应而导致金属变质或破坏的过程统称为高温腐蚀。由于金属腐蚀是金属失去电子的氧化过程，因此金属的高温腐蚀也常常被广义地称为高温氧化。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
