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1 氧化皮生成的机理和生成速度的分析

研究发现，特定材质的金属在水蒸气环境中的一定温度下，金属离子发生运动[1，2]，在忽略其他影响因素的情况下，认为离子平均运动速度不变。金属与水蒸气接触时，高温环境下水的氧离子向金属渗透进入金属表面，管子基体的铁离子向蒸汽侧金属表面聚集。在高压高温的作用下，具有一定能量的铁离子和氧离子形成金属铁的氧化物，其结构是从金属到蒸汽侧分别为FeO、Fe3O4（FeO·Fe2O3）、Fe2O3、FeO，这些氧化物就是所谓的氧化皮。

在高温作用下，金属蒸汽侧表面一旦形成氧化物，哪怕是非常薄的一层，铁离子也需要渗透通过氧化物，才能和对面过来的氧离子会合。如果把氧化物在厚度方向微分n 次，那么每个最小单位厚度的氧化物在生成之前，金属基体的铁离子要耗费更多的时间才能和氧离子相遇。沿氧化皮厚度从金属基体向蒸汽侧，铁离子需要耗费的时间是t，也就是铁离子渗透穿过上一层最小单位氧化物的时间（ti）加上最小单位厚度的氧化物的生成时间（Δt），每一层的氧化物厚度（Δδ）除以铁离子渗透与氧离子结合生成氧化物的时间（ti+Δt）就得到一个速率，就是氧化物生成速率（ν）。

由于氧化物的厚度非常小，温度在氧化层厚度上的温度梯度忽略不计，铁离子渗透穿过每一层氧化物时间t 相同，即ti=n=nti。……