ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Процесс окисления железа из "Нержавеющие стали " Изучение процесса окисления железа имеет большое значение для исследования механизма окисления нержавеющих и окалиностойких сталей. [c.644] Окисление железа протекает по довольно сложной схеме и является наглядным примером образования многослойных окислов [731, 734, 735, 737] (см. рис. 350). [c.644] В зависимости от температуры, длительности испытания и давления газовой среды на поверхности железа образуются следующие окислы при нагреве до 225° С поверхность железа покрывается тонкой пленкой окисла железа типа РезОз со структурой у. [c.644] Нагрев железа при 450—570° С и выше приводит к появлению на границе с металлом новой фазы FeO, известной под названием вюстита, образующейся между слоем F gO и металлом. [c.644] При температурах ниже 570° С окислы железа прочно держатся на поверхности металла и удовлетворительно защищают его от окисления. При температурах выше 570° С образующийся на железе слой окислов не обладает защитными свойствами, он очень порист, плохо держится на поверхности металла, легко растрескивается и отскакивает при нагревании и охлаждении. [c.644] Плохие защитные свойства образующихся при нагревании йыше 570° С пленок рядом исследователей приписываются образованию вюстита, в котором ионы железа и кислородные атомы хорошо диффундируют [791 ]. [c.645] Так как при температурах выше 570° С рост окалины качественно и количественно отличается от окисления при низких температурах вследствие образования вю- Tirra, то и схемы окисления будут различны. [c.645] Как видно из рис. 350, окалина состоит из нескольких слоев. Изучение структуры этой окалины позволило установить, что в непосредственном контакте с металлом имеется слой фазы FeO (вюстита), далее идет слой FeO в смеси с окислом Рез04, затем слой РедО с вкраплениями окисла РеаОз и, наконец, на поверхности раздела твердой и газовой фаз — слой наиболее высшего окисла а-РезОд. [c.645] На рис. 352 показан более подробно переходный слой от вюстита к фазе FegOi- Как видно, в вюститном слое много микроскопических трещин, свидетельствующих о его плохих защитных свойствах. [c.645] Подробное изучение механизма высокотемпературного окисления железа позволило установить следующее. [c.645] Слой металла, прилегающий к окалине, насыщается кислородом, образуя твердый раствор кислорода в железе. По мере насыщения железа до максимальной концентрации происходит упорядоченная перестройка кристаллической решетки твердого раствора и на поверхности металла образуется вюститная фаза (FeO). [c.645] Следует отметить, что при температуре плавления железо может насыщаться кислородом до 0,21%, при 700—800° С до0,1 %, а при комнатной температуре— до —0,005%. Твердый раствор кислорода в железе обладает иными свойствами, чем железо, что сказывается на его повышенной стойкости против коррозии и хорошо выявляется при травлении, а также на его электрохимическом потенциале. [c.645] Градиент концентрации железа между внутренним и внешним слоем вюстита является причиной интенсивной диффузии ионов железа в фазу FeO. [c.646] Переход атомов металла в фазу FeO облегчается тем, что между ними на границе Fe—FeO существуют благоприятные ориентационные соотношения кристаллических решеток. [c.646] Диффузия имеет реакционный характер, так как в процессе диффузии осуш,ествляется образование новых фаз и химические реакции окисления. В результате диффузии и реакций, протекающих в окалине, образуются наслоения наружного слоя окалины из менее высших окислов, а слой, непосредственно соприкасающийся с железом, состоит из закиси железа (вюстита). [c.646] Изучение [791 ] постоянной решетки вюстита в зависимости от содержания кислорода и железа позволило установить, что она линейно уменьшается с увеличением концентрации кислорода. При 76,72% Fe она равна 4,3010 А, а при 76,07 % Fe — 4,2818 А, Измерение плотности решетки вюстита выявило несоответствие между атомами кислорода и железа против стехиометрического состава. Оказалось, что железных атомов в решетке меньше, чем кислородных, а это привело к мысли, что решетка вюстита, построенная по типу каменной соли, имеет много (вакантных) не заполненных железом мест. [c.646] При 700 и 800° С, при которых слой окалины более или менее устойчив, наблюдается параболическая зависимость, в то время как при более низких температурах — логарифмическая. [c.647] Вернуться к основной статье