Кинетика закон роста пленки

В общем случае имеют место следующие стадии массоперенос окислителя в газовой фазе к поверхности М, его диссоциативная хемосорбция, химическая реакция образования оксида, массоперенос катионов и О в фазе оксида, возгонка летучего оксида. Первая и последняя стадии обычно не лимитируют процесса. Кинетика описывается законами роста пленок во времени х. [c.10]

Даны современные представления о термодинамике и кинетике окисления металлов, механизме образования и законах роста различных пленок, рассмотрены механизм и различные виды электрохимической коррозии, описаны важнейшие методы исследования коррозионных процессов. [c.2]

Изучение кинетики приведенных выше реакций показывает, что скорость их существенно зависит от образования на поверхности стали защитного слоя из окислов железа. Окисление железа перегретым паром детально исследовано при его протекании целесообразно различать первичное и постоянное образование защитного слоя. Первичное образование защитных окисных пленок охватывает все процессы, которые проходят на гладкой металлической поверхности до образования сплошного слоя магнетита. На основе измерений содержания водорода в паре установлено, что эти первичные процессы заканчиваются примерно после двух дней работы котла. В течение этого периода защитные пленки продолжают постоянно расти. Процесс контролируется диффузией ион-атомов железа через слой магнетита от металла к коррозионной среде. На внешней стороне слоя магнетита эти ионы окисляются паром с образованием окислов. Поэтому слой магнетита продолжает расти со стороны пара, а не со стороны поверхности раздела железо-магнетит. Очевидно, что описанный процесс со временем должен замедляться, так как утолщение слоя окисла железа затрудняет процесс диффузии. В этот период рост толщины слоя окиси железа d пропорционален корню квадратному из времени контакта железа с паром т, т. е. подчиняется параболическому закону [c.28]

Пайку, при которой припой образуется Б результате контактного плавления соединяемых металлов, промежуточных покрытий илн прокладок, называют контактно-реактивной пайкой. Контактное плавление, являющееся фазовым переходом первого рода (изменение термодинамического состояния сопровождается конечным тепловым эффектом п изменением структуры), наблюдается у материалов, образующих эвтектики или имеющих минимум на диаграмме плавкости. Процесс контактного плавления состоит из двух основных стадий 1) подготовительной, заключающейся в образовании в зоне твердых растворов устойчивых зародышей жидкой фазы, их последующего диффузионного роста и слияния в тонкую пленку 2) собственно контактного плавления — движения межфазных границ, определяемого чисто диффузионным механизмом. Подготовительная стадия определяется в основном граничной кинетикой и включает в себя процессы взаимодействия в твердой фазе на активных центрах (образование химической, в частности, металлической связи) и последующий процесс взаимной диффузии в зоне мостиков схватывания. Таким образом, на отдельных локальных участках зоны контакта образуется диффузионная зона шириной X, подчиняющаяся законам граничной кинетики. Из уравнения X — = О фш) при следующих значениях констант Р = 10 см = [c.46]

Кинетика окисления металлов на воздухе при высоких температурах определяется условиями окисления, диффузией кислорода, законами образования и роста окисления пленок., . [c.46]

Скорость образования окисла по законам кинетики прямо пропорциональна концентрации кислорода на внутренней поверхности пленки — зоне роста окисла [c.29]

Исследование азотирования гафния при температурах 876— 1043° С и давлениях 38—402 мм рт. ст. показало, что кинетика роста привеса образцов подчиняется параболическому закону [182]. Рентгенографический анализ обнаружил наряду с линиями твердого раствора азота в гафнии также линии кубического нитрида, образующегося на поверхности в виде тонких прочных пленок золотистого цвета. [c.163]

Прп образовании на поверхности металла или полупровод ника плотной окисной пленки, пространственно разделяющей реагирующие компоненты, дальнейшее протекание реакции окисления возможно только в условиях диффузии одного или обоих компонентов через слой продуктов реакции. При повышенных температурах кинетика роста окисной пленки обычно описывается параболическим законом [1, 2]. Теоретическое обоснование этого закона, учитывающего контролирующую роль диффузионных процессов, было дано Вагнером [3—5]. [c.19]

Периодическое определение изменения массы образца металла, подвешенного на платиновой или нихромовой проволоке к чашке аналитических весов и находящегося в атмосфере электрической печи, нагретой до заданной температуры, позволяет проследить кинетику газовой коррозии металла на одном образце и установить закон роста пленки во времени (метод не пригоден при образовании на металле легко осыпающейся или возгоняющейся пленки продуктов коррозии). На рис. 320 приведена схема установки для исследования кинетики газовой коррозии металлов в воздухе и продуктах сгорания газа, которая может быть использована и при подаче в нее других газов. На установке ИФХ АН СССР (рис. 321) возможно одновременное испытание шести образцов. Поворачивая крышку печи, можно захватить крючком любой образец для взвешивания. Чтобы можно было загружать образцы, в крышке сделаны щелевидные отверстия. Более чувствительными являются вакуумные микровесы различных конструкций (Мак-Бэна, Гульбрансена и др.). [c.437]

При значении а = 1,2...1,6 получаются так называемые защитные пленки, пассивирующие металл. Учитывая отклонения состава многих оксидов металлов от стехиометрического, а следовательно, колебания их молекулярной массы и плотности, можно считать критерий а лишь оценочным, но тем не менее отображающим действительные условия сплошности. Рост толщины пленки всегда начинается в кинетическом режиме, т. е. лимитируется кинетикой химической реакции (логарифмический закон), но затем, после создания сплошной пленки, ее рост или практически прекращается из-за малых коэффициентов диффузии, или продолжается в результате диффузионных процессов. Диффузия определяется или постоянством градиента (линейный закон роста пленки), или условием 6grad = onst (параболический закон роста). Различные законы роста пленки показаны на рис. 8.22. [c.308]

Периодическое определение изменения массы образца металла, подвешенного на платиновой или нихромовой проволоке к чашке аналитических весов и находящегося в атмосфере электрической печи, нагретой до заданной температуры, позволяет проследить кинетику газовой коррознн металла на одном образце н установить закон роста пленки во времени (метод непригоден при образовании на металле легкоосыпающейся или возгоняющейся пленки продуктов коррозии). На рис. 201 приведена схема установки для исследования кинетики газовой коррозии металлов на воздухе и в продуктах сгорания газа, которая может быть использована и при подаче в нее любых газов. Более чувствительными являются вакуумные микровесы различных конструкций (Мак-Бэна, Гульбрансена и др.). [c.371]

Кинетика роста пленок (увеличение их толш,ины во времени) зависит от природы, строения и объема образующегося окисла и подчиняется одному из следующих законов [c.47]

Механизм реакции можно представить следующим образом. Ионы железа диффундируют через вакансии в решетке магнетита к границе фаз окисел — вода, как было показано в опытах с мечеными атомами [329 II]. Процесс диффузии определяет кинетику процесса. Ионы железа реагируют с гидроксильными ионами, да вая Ре (ОН) 2, который превращается в РезОд (рис. 1.109). Реакция железа с водой в диапазоне температур между 316 и 320° С не следует параболическому закону, она лучше описывается куби-ческим законом [329]. По истечении длительного времени скорость роста пленки делается постоянной. Это объясняется тем, что по достижении пленкой некоторой критической толщины внешний ее слой становится пористым, а внутренний сохраняет постоянную толщину, как было найдено в системе железо — водо- [c.115]

Исследование кинетики процесса пароводяной коррозии показало, что наиболее совершенными защитными свойствами обладает слой магнетита. Коэффициенты линейного расширения данного окисла и стали различны и составляет соответственно 8,46- 10 °С и 12-10 ° S что является одной из причин непрочного сцепления Рез04 со сталью. При наличии на поверхности стали даже сплошного слоя магнетита процесс окисления при высоких температурах может продолжаться. Рост окисла в этом случае происходит преимущественно с внешней стороны, за счет диффузии ион-атомов металла к ионизированным атомам кислорода в паре, а не наоборот. При этом необходимое количество ионов кислорода поставляется молекулами водяного пара по различным промежуточным ступеням. Наиболее медленной (контролирующей) стадией процесса окисления стали паром является диффузия ион-атомов железа через окисный слой. Рост толщины подобной пленки подчиняется параболическому закону (см. 1-5) [c.254]

При низких давлениях кислорода и температуре железо и малоуглеродистая сталь окисляются с образованием Рез04. Окисная пленка состоит из двух слоев, которые отличаются физическими свойствами, а разделительная линия между двумя слоями соответствует первоначальной поверхности металла. Внутренний окис-ный слой действует как диффузионный барьер. Вначале кинетика окисления подчиняется параболическому закону и рост внутреннего слоя регулируется диффузией атомов железа через этот слой. [c.141]

Данных о механизме наводороживания алюминия при взаимодействии с водой немного. Образующиеся при нагреве образцов пленки окислов защищают поверхность алюминия от непосредственного воздействия воды. Поскольку глинозем не взаимодействует с водой и водородом [2351, предварительное окисление должно препятствовать насыщению алюминия водородом. Возможно, что защитная роль глинозема невелика, особенно при нагревах до невысоких температур. Например, во время нагревов до Тд < 500—600° С окисление происходит по параболическому закону и образуются аморфные окислы [135]. При нагревах до более высокой температуры возникают кристаллические окислы у — AljOg [2661 и кинетика окисления меняется. Кристаллические окислы, по-видимому, лучше защищают алюминий от взаимодействия с водой. Если указанное различие защитной роли окислов действительно имеет место, то экстремальный характер зависимости коэффициента роста от верхней температуры цикла находит простое объяснение. По данным работы [168], при введении меди, железа и марганца образуются кристаллические окислы алюминия, и с этим может быть связано влияние примесей на ростоустойчивость сплавов при термоциклировании. [c.164]

Окислы, как правило, имеют малую область гомогенности этим можно объяснить, что при решении диффузионных задач определение распределения концентрации по толщине окисной пленки не представляло интереса. Тем не менее в [2] диффузионная кинетика po Tia оксида исследовалась для линейного закона распределения концентрации по толщине слоя. В [20, 49] решение диффузионной задачи, ошсьюа-ющей рост оксида, бьшо выполнено для граничных условий, близких к условиям роста диффузионных покрытий при этом использовались ряды. Несмотря на преимущества применения рядов для решения подобных задач, возникают и осложнения, связанные с необходимостью исследования сходимости рядов. В связи с этим иногда могут быть поставлены под сомнения и полученные рещения, если не найден путь доказательства сходимости. При решении задачи о росте диффузионного покрытия в предположении, что его толщина со временем изменяется по параболическому закону, могут использоваться представления, развитые в [46]. Рассмотрим однофазное покрытие. Предположим, что оно возникает в результате подачи вещества В на подложку из материала А при температуре Г, необходимо найти концентрацию Сд вещества А на поверхности покрытия, а также распределение концентрации вещества А по толщине покрытия. Если специально не оговаривается, то предполагается, что коэффициент диффузии вещества В в А пренебрежимо мал по сравнению с коэффициентом диффузии вещества А в В. [c.120]

Высокотемпературная область, 1200—1800° С. Кинетика окисления описывается законом квадратичной параболы, за исключением коротких начальных периодов при 1400° С (рис. 6). То же наблюдается при 1500 и 1600° С. При этом на поверхности формируется плотная защитная пленка, скорость роста которой определяется диффузией реагентов сквозь нее. Из сравнения свободных энергий образования МоОз (газ) и S1O2 (при 1500° К —95 и —154 ккал моль соответственно [c.232]

Кинетика образования окалины на хромоникелевой стали 18-8 описывается параболическим законом до тех пор, пока при некоторой критической толщине пленки не образуются трещины. После этого рост окалины происходит с более высокой скоростью. Кривые увеличение объема — время имеют один или несколько перегибов. Причиной этого являются или пустоты или скопления SiOa, появление которых приводит к отслаиванию окалины [367]. Это явление установлено при окислении 26%-ных хромистых сталей AISI 446 и хромоникелевых сталей [366]. Образующиеся вначале защитные слои окалины черного цвета (шпинель состава РеСгг04) содержат повышенные количества хрома и никеля склонность к отслаиванию проявляют образующиеся позже слой серого цвета (а-Ре Оз) [368] последняя может содержать также хром и марганец. [c.125]

С увеличением коэффициента избытка воздуха а в печной атмосфере скорость окисления стали ЭИ835 при 900 и 1000° несколько повышается, а при 1050 и 1100° резко возрастает при переходе к атмосфере воздуха. Кинетика роста окисной пленки протекает по логарифмическому закону (табл. 17). [c.64]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...