Molybdeenin vaikutus stabiloidun ferriittisen ruostumattoman teräksen hapettumiseen korkeissa lämpötiloissa

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on tarkastella EN 1.4521 -tyyppisen ruostumattoman teräksen pinnan hapettumista korkeissa lämpötiloissa. Erityisenä mielenkiinnon kohteena on molybdeenin vaikutus pinnan hapettumiseen. Tutkimuksissa saatuja tuloksia voidaan verrata vastaavaan molybdeenittömään EN 1.4509 -teräkseen. Tutkimuksissa tehdyillä kokeilla on pyritty selvittämään pinnan hapettumisen alkuvaiheita korkeissa lämpötiloissa, lämpötilan vaikutusta passiivikalvon kemialliseen koostumukseen sekä ilmakehässä korkeissa lämpötiloissa muodostuvan oksidikerroksen rakennetta. Kokeet suoritettiin kontrolloiduissa olosuhteissa tyhjiölaitteistossa lukuun ottamatta ilmakehässä tehtyjä lämmityksiä. Pinnan kemiallista koostumusta tutkittiin röntgenviritteisellä fotoelektronispektroskopialla (XPS). Hapettumisen alkuvaiheissa molybdeenillä ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta pinnan koostumukseen. Aluksi pinnalla oksidoituvat kromi sekä mahdollisesti muut hyvin stabiileja oksideja muodostavat seosaineet. Tämä oksidi peittyy raudan oksideilla, kun happialtistusta kasvatetaan. Korkea lämpötila edesauttaa stabiileimpien oksidien syntyä ja vähentää raudan oksidien määrää pinnalla. Molybdeenin oksidit ovat vähemmän stabiileja kuin esimerkiksi piin ja kromin oksidit, minkä vuoksi lämpötilaa nostettaessa molybdeenin oksidien määrän havaitaan vähenevän. Molybdeenin vähäisen hapettumisen vuoksi metallisen molybdeenin osuus kasvaa hieman lähellä metallin ja sen pinnalle syntyneen oksidikerroksen rajapintaa. Jo pienen määrän molybdeeniä havaittiin vähentävän pinnalle syntyvän oksidikerroksen paksuutta. Rajapinnan läheisyydessä sijaitseva molybdeeni voi siis hidastaa seosaineiden diffuusiota oksidikerrokseen ja täten hidastaa oksidikerroksen kasvua. Lisäksi molybdeenin oksidit voivat pelkistyä lähellä metallin ja oksidin rajapintaa ja luovuttaa tällä tavalla happea edesauttaen stabiilimpien oksidien syntyä rajapinnan läheisyydessä. Nämä vaikutukset ja molybdeenin merkitys pinnan passivoitumisessa sähkökemiallisesti vaativissa olosuhteissa tekevät siitä erittäin hyödyllisen seosaineen ruostumattomissa teräksissä. /Kir11