Свойства оксидов и окисление

СВОЙСТВА ОКСИДОВ И ОКИСЛЕНИЕ [c.196]

Образующаяся при коррозии на металлической поверхности оксидная пленка по своим защитным свойствам обычно разделяется на два типа —плотную и пористую. При возникновении плотной оксидной пленки коррозия контролируется твердофазной диффузией реагентов. Если на поверхности металла возникает пористая оксидная пленка, то лимитирующими факторами окисления являются одновременно скорость химических реакций на границах фаз между металлом и оксидом и диффузия в газовой фазе через оксидную пленку. В плотных и пористых оксидных пленках основной движущей силой реагентов является градиент химического потенциала по толщине пленки, возникающий от разности химического состава в направлении от металла к наружной поверхности оксида либо разности концентрации кислорода на границах металл —оксид и оксид — окружающая среда. Иногда [c.47]

Применение механизма окисления Вагнера к объяснению коррозии сплава дает удовлетворительные результаты с экспериментальными наблюдениями при малых количествах легирующих добавок, когда оксид легирующего компонента растворяется в оксиде основного металла. В более общем случае может протекать избирательное окисление, где самый неблагородный компонент сплава окисляется самостоятельно с образованием наружного оксидного слоя с плохими защитными свойствами. К избирательному окислению, как правило, склонны сплавы, оксиды легирующих компонентов которых обладают в данных условиях неодинаковой стабильностью. Следовательно, на свойства такой системы могут влиять такие параметры, как температура и парциальное давление кислорода. [c.65]

Как видно, для всех металлов, за исключением элементов IA и ПА групп (кроме Be) таблицы Д. И. Менделеева, удовлетворяется условие сплошности. Однако существенное замедление скорости окисления металлов при выполнении условия (17) наблюдается для металлов, у которых рост оксидной пленки в основном обусловлен диффузией кислорода к поверхности металла. При Уо Ум, значительное увеличение объема оксида приводит к появлению больших напряжений в оксиде и на границе оксид—металл, что может быть причиной растрескивания пленки, и, следовательно, увеличения скорости коррозии металла. В качестве верхней границы отношения объемов, для которых обеспечивается достаточно хорошие защитные свойства пленки, обычно принимают величину Уо/Ум < 2,5. Отношения объемов оксида и металла представлены ниже [9, 10] [c.18]

Принимая во внимание, что для любого металла механизм реакции окисления в общем случае является функцией предварительной обработки и подготовки поверхности, температуры, давления кислорода, природы и свойств возникающих оксидов, различия в свойствах, металлов и сплавов, наличия всевозможных примесей,, становится понятным возникновение множества теорий и моделей, имеющих своей целью описать поведение металлов в процессе окисления. [c.34]

Таким образом, в результате снова образуется гидроксид марганца (IV), который опять участвует в процессе окисления в качестве катализатора. Использование этого свойства оксидов марганца дало возможность применить в практике кондиционирования воды метод ее фильтрования через песок, зерна которого предварительно покрыты пленкой оксида марганца (так называемый черный песок ). Для этого обычный кварцевый песок крупностью 0,5.. Л,2 мм обрабатывают последовательно 0,5%-ным раствором хлорида марганца и перманганата калия. [c.422]

Опыт показывает, что пленки оксида хрома и, возможно, диоксида кремния обеспечивают лучшую защиту от низкотемпературной горячей коррозии, чем пленка оксида алюминия. Большинство покрытий, которые были разработаны для защиты от горячей коррозии и окисления и защитные свойства которых обеспечиваются окалиной из оксида алюминия, явно неэффективны для противодействия низкотемпературной коррозии [26]. Поэтому в данном разделе будут рассмотрены только такие покрытия, защитное действие которых обусловлено образованием окалины из оксида хрома или диоксида кремния и которые лишь недавно стали применяться для защиты от низкотемпературной коррозии. [c.113]

Направление реакции зависит от концентрации кислорода в газовой фазе (окислительное и науглероживающее пламя), температуры взаимодействия и свойств оксида. При сварке сталей основное взаимодействие газовой фазы происходит с железом, т.е. образование его оксидов или восстановление. Элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо (А1, Si, Мп, Сг и т.д.) могут интенсивно окисляться тогда, когда реакций окисления железа не проходит. Они легко окисляются не только в чистом виде, но и находясь в виде легирующих добавок, причем чем их содержание выше, тем окисление интенсивнее. Окисление таких элементов, как А1, Ti, Mg, Si и некоторых других вообще исключить не удается и для уменьшения их угара следует помимо регулирования состава газовой смеси использовать флюсы. [c.84]

В ряду технических легких металлов (А1, Be, Mg, Ti) наиболее легким является магний. Его плотность - около 1740 кг/м температура плавления 651 °С. Он обладает ГПУ кристаллической решеткой. Mg - активный металл, энергично взаимодействующий с кислородом воздуха. Тонкая пленка оксида MgO при температуре ниже 450 °С предохраняет поверхность от дальнейшего окисления, однако, при более высоких температурах защитные свойства оксида нарушаются, и при 623 °С магний сгорает ослепительно ярким пламенем. Магний обладает весьма низким, особенно в литом состоянии, комплексом механических свойств (ст. = 100. .. 120 МПа Сто.г = 20. .. 30 МПа 5 = 6. .. 8 % НВ = 300 МПа = 45 ГОа). Прочностные свойства в значительной мере зависят от зернистости и дефектности литой структуры. Низкая пластичность Mg объясняется тем, что в металлах с гексагональной кристаллической структурой при температуре, близкой к нормальной, скольжение происходит только по базисным плоскостям и лишь при нагреве появляются дополнительные плоскости скольжения и двойникования. [c.112]

При сварке кроме железа окисляются и другие элементы, находящиеся в стали — углерод, марганец, кремний. Окисление происходит за счет атомарного кислорода и при взаимодействии с оксидом железа. Окисление этих элементов уменьшает их содержание в металле шва. Образующиеся оксиды остаются в шве в виде различных включений, снижающих механические свойства сварных соединений. [c.20]

Третий этап (завершающий) — раскисление стали — заключается в восстановлении оксида железа, растворенного в жидком металле. При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород — вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах. Сталь раскисляют двумя способами осаждающим и диффузионным. [c.31]

Аргон и гелий не образуют химических соединений с металлами. Точно так же азот не взаимодействует с некоторыми металлами — медью, кобальтом и др. Поэтому процессы окисления, азотирования, наводораживания, а также растворения газов и вредных примесей в сварочной ванне связаны с несовершенством газовой защиты зоны сварки и проникновением в нее атмосферного воздуха. Кроме этого, наличие даже небольших концентраций вредных примесей в инертных газах, окисленных поверхностных слоев на кромках металла и сварочной проволоки, способствует образованию оксидов, нитридов и других соединений, заметно снижающих физико-механические свойства сварных соединений. [c.385]

Помимо скорости окисления того или иного чистого металла Ш1и компонента сплава, большое влияние на срок жизни -нагревательного элемента, работающего на воздухе, оказывают свойства образующегося оксида. Если оксид летуч, то он не может защитить оставшийся металл от дальнейшего окисления. Легко улетучиваются, например, оксиды вольфрама и. молибдена, поэтому такие металлы не могут работать в накаленном [c.37]

Помимо скорости окисления того или иного чистого металла или компонента сплава большое влияние на срок жизни нагревательного элемента, работающего на воздухе, оказывают свойства образующегося оксида. Если он летуч, то он удаляется с поверхности металла и не можег защитить оставшийся мегалл от дальнейшего окисления. Так, оксиды вольфрама и молибдена легко улетучиваются, а потому эги металлы не могут работать в накаленном сосгоянии ири доступе кислорода. Если же оксид нелетуч, то он при окислении образует слой на поверхности металла. [c.221]

Зародышеобразование и рост оксида иногда могут быть лимитирующими скорость коррозии металла на более поздних стадиях реакции окисления. Такое явление может иметь место при образовании оксидных пленок, которые не имеют заметных защитных свойств, ли когда скорость окисления лимитируется процессами на поверхности раздела металл — оксид. [c.47]

Стекло металлические покрытия. Обязательным условием синтеза покрытий состава стекло—никель, стекло— нихром, стекло—феррохром является умеренное окисление металлических частиц в процессе обжига и хорошее их смачивание стекло-расплавом. Роль окислителя при обжиге в воздушной среде выполняет кислород воздуха. При обжиге в защитной среде (аргон) донором кислорода служат компоненты стекла — оксиды металлов (железа, марганца и др.) переменной валентности. Металлические частицы улучшают термомеханические свойства покрытий [6—7]. [c.79]

С точки зрения термодинамики можно ожидать, что с течением времени и при условии достаточного подвода металла наиболее устойчивая оксидная фаза вытеснит все другие оксиды над ней. Когда этот устойчивый оксид покроет всю поверхность сплава, будет достигнуто стационарное состояние окисления. Поведение этого оксида в зависимости от активности кислорода и компонентов сплава принято описывать с помощью изотермических диаграмм устойчивости [70]. Если устойчивый оксид продолжает медленно расти (т. е. является защитным), то очевидно, что он делает сплав более стойким к окислению, чем быстрорастущий оксид. Это соображение всегда учитывается при разработке сплавов, обладающих высокой стойкостью к окислению. Пример такой окалины (АЬОз) показан на рис. 8. При высоких температурах -защитные свойства пленки, определяемые коэффициентом диффузии кислорода в оксиде, наиболее высоки в случае АЬОз далее следует СггОз, а затем оксиды никеля и железа [71—74]. [c.21]

Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного осадка оксида марганца МпОг, который, имея большую удельную поверхность порядка 300 м /г, является эффективным сорбентом. При обработке воды перманганатом калия снижение привкусов и запахов происходит также вследствие частичной сорбции органических соединений образующимся мелкодисперсным хлопьевидным осадком гидроксида марганца. Кроме того, осадок оксида марганца, как это указывалось выше, обладает каталитическими свойствами по отношению к процессу окисления иона марганца (II) кислородом воздуха. [c.423]

Окисление металлов протекает по различным кинетическим законам, зависящим от условий реализации процесса и свойств образующихся оксидов, Температурные зависимости скорости окисления металлов определяют экспериментально в условиях, имитирующих эксплуатационные. По ним оценивают жаростойкость и максимальную рабочую температуру, что определяет возможность использования металла при заданных температуре и длительности. эксплуатации. [c.407]

Это уравнение называют логарифмическим. Соответственно, график, построенный в координатах у — g t + onst) или у — — Ig t (при t > onst) имеет вид прямой линии. Логарифмическое уравнение, впервые полученное Тамманном и Кестером [11], отражает поведение многих металлов (Си, Fe, Zn, Ni, Pb, d, Sn, Mn, Al, Ti, Та) на начальных стадиях окисления. Вначале справедливость этого уравнения ставилась под сомнение. Были сделаны попытки вывести уравнения на основе предположений о существовании специфических свойств оксидов, таких как наличие диффузионных барьеров и градиентов ионной концентрации и других. Эти предположения не получили экспериментального подтверждения. С другой стороны, было показано, что логарифмическое уравнение можно вывести из условия, 4TQ скорость окисления контролируется переходом электронов из металла в пленку продуктов реакции, причем эта пленка имеет пространственный электрический заряд во всем своем объеме (7, 12]. Преобладание заряда, обычно отрицательного, в оксидах вблизи поверхности металла, подобно электрическому двойному слою в электролитах, было установлено экспериментально. Таким образом, любой фактор, изменяющий работу выхода электрона (энергию, необходимую для удаления электрона из металла), например ориентация зерен, изменения кристаллической решетки или магнитные превращения (точка Кюри), изменяет скорость окисления, что и наблюдалось в действительности [13—15. Когда толщина пленки превышает толщину пространственно-заряженного слоя, определяющим фактором обычно становится скорость диффузии или миграции сквозь пленку. При этом начинает выполняться параболический закон, и ориентация зерен или точка Кюри перестают оказывать влияние на скорость окисления. Исходя из этого, можно сказать, что в начальной стадии оксидная пленка на металлах [c.193]

Система железо — кислород. Железо может проявлять в своих соединениях степень окисления от -(-6 до +2. Оксид РеОз, образованный ковалентными полярными связями, обладает кислотными свойствами, неустойчив и при сварке образоваться не может. Оксид Ге Оз — соединение со смешанными связями, ам-фотерное — образует соли (ферриты). В природе РегОз встречается в виде железной руды — гематита, или если он гидратирован, то в виде (РезОз-НгО), бурого железняка или гетита. [c.320]

Хорошие защитные свойства имеет сплав железа с никелем. При взаимодействии оксидов железа с NiO образуется шпинель, чему соответствует стехиометрический состав NiFe04, а нестехио-метрический состав имеет формулу ЫьРез а 04. Здесь, в начальной стадии коррозии происходит, в основном, окисление железа, приводя к постепенному обогащению никелем границы раздела между сплавом и оксидом и тем самым подавляя образование FeO, а также усиливая возникновение шпинели. [c.66]

Высокотемпературную коррозию можно предотвратить путем добавления к сплаву элементов, имеющих тенденцию селективно окисляться с образованием защитного покрытия. Например, так называемая жаростойкая сталь содержит более 12 % хрома. Благодаря этому при повышенных температурах образуется тонкий, невидимый слой FeO ijOg и rjOg. Он предохраняет сталь от дальнейшего окисления даже при 1000 °С, если содержание хрома достаточно велико. Поэтому такую сталь используют в высокотемпературном оборудовании, например в газовых турбинах. Однако при определенных условиях защитные свойства оксида могут теряться. Это может произойти, если поверхность подвергнется действию топочных газов, загрязненных, например оксидом ванадия, понижающим точку плавления защитного покрытия. Тогда окисление может протекать с высокой скоростью, и его обычно называют катастрофическим окислением. [c.64]

Как известно, при окислении железа образуются различные оксиды, отличающиеся по составу и защитным свойствам. Оксиды со структурой вюстита (FeO) обладают меньшим защитным действием при газовой коррозии, чем другие оксиды железа со структурой шпинели (Рез04, [c.63]

Защитные свойства плотной оксидной пленки ip — 1...2,5) зависят от диффузионной подвижности ионов металла и кислорода. Недостаток ионов металла или кислорода в узлах решетки оксида, так же как и избыток ионов металла между узлами, занятыми ионами кислорода, ускоряют диффузию и уменьшают защитные свойства оксида. Легирование элементами с большей активностью к кислороду, чем основной металл, сопровождается при окислении накапливанием ионов этих элементов в оксидном слое, уменьшением дефектности кристаллической решетки и повышением защитных свойств оксидной пленки. При достаточно высокой концентрации легирующих элементов меняется даже кристаллическая решетка оксидного слоя. Например, в хромистых сталях начиная с 13 % Сг вместо оксида ГбО образуется шпинель МеО МегОз. У жаростойких сталей, содержащих 25 - 30 % Сг, и у самого хрома жаростойкость улучшается при дополнительном легировании 1 % Y. [c.488]

Для газовой коррозии наиболее важен процесс окисления, в результате которого на поверхности образуются пленки оксидов. Защитные свойства оксидных пленок зависят от их сплошности, прочности, коэффициента теплового расширения и адгезионных свойств. Условие образования сплошных оксидных пленок — соотношение объемов оксида (Умо) и исходного металла (Км)-еели Умо/1 м > 1, то, как правило, образуются пленки, тормозящие процесс окисления (табл. 20.1). Однако из-за возникновения напряжений в пленке, летучести оксидов и по другим причинам защитные свойства оксидных пленок могут резко снижаться. [c.362]

При более высоких температурах образуются аморфно-кристаллические пленки с низкими электрическими характеристиками. Сплошность термических пленок на металлах сохраняется лишь до определенной толш,ины, при превышении которой возникающие в пленке напряжения вызывают ее растрескивание. Чиело веществ, на которых образуются сплошные (когерентные, однородные) пленки, весьма ограничено. Прежде всего следует назвать тантал, ниобий, алюминий и кремний. Наиболее широкое применение получили термические пленки на кремнии. Они образуются в атмосфере сухого кислорода при Г= 1300 н-1600 К при окислении во влажном кислороде или парах воды температура может быть понижена до 800 К. Во всех случаях получаются аморфные пленки, имеющие структуру ближнего порядка, сходную со структурой кварцевого стекла. Химическая или топографическая неоднородность кремниевой подложки может вызвать появление в аморфном оксиде кристаллической фазы, имеющей структуру а-кристобали-та, присутствие которой ухудшает электрические свойства пленки и может вызвать нарушение ее сплошности. [c.257]

С помощью плазменной струи, имеющей высокую температуру, практически можно наносить любые тугоплавкие материалы (вольфрам, диоксид циркония, оксид алюминия), а также карбиды, бориды, нитриды и другие тугоплавкие соединения с высокой скоростью и равномерностью. Покрытия можно наносить на большинство материалов, в том числе на стеклопластики. Применение для плазмообразования и защиты нейтральных газов — аргона, азота и их смесей способствует минимальному выгоранию легирующих элементов и окислению частиц. Поэтому покрытия, полученные плазменной металлизацией, характеризуются более высокими механическими свойствами по сравнению с покрытиями, полученными электрической металлизацией. [c.97]

Металлические композиционные (гетерогенные, состоящие из различных веществ с существованием границ раздела между ними) материалы совмещают в себе высокие тепло- и электропроводимость и пластичность, склонность к сварке и другие свойства металлов и одновременно — жаропрочность, хиглическую инертность или высокую твердость неметаллических веществ (боридов, карбидов, оксидов и некоторых простых веществ). Это керами-ко-металлические материалы (керметы), волокнистые композиционные и дисперсионно-отвержденные или твердеющие, внутренне-окисленные сплавы, например САП (спеченный алюминиевый порошок) и другие гетерогенные сплавы, обладающие высокотемпературной, теоретически вплоть до температуры плавления матрицы, прочностью [9]. [c.6]

Изменение состава при окислении влияет на физико-химические свойства. Плотность и поверхностное натяжение расплава возрастают с увеличением содержания в нем оксидов железа. Так, плотность расплава при 1493 К увеличивается с р = 4,1 г/см до 4,28 г/см в конце продувки (т = 120 с), вследствие наличия в расплаве магнетита. С увеличением температуры плотность расплавов снижается, поскольку разрушается часть Рбз04. Этим же объясняется и некоторое увеличение разницы в [c.42]

Структура пассивной пленки на сплавах, как и пассивной пленки вообще, была описана и теорией оксидной пленки и адсорбционной теорией. В соответствии с оксидно-пленочной теорией, защитные оксидные пленки формируются на сплавах с содержанием легирующего компонента выше критического, а незащитные — на сплавах ниже критического состава. В случае преимущественного окисления пассивной составляющей сплава, например хрома, защитные оксиды (такие как СГ2О3) формируются, только если содержание хрома в сплаве превышает определенный уровень. Эта точка зрения не позволяет делать никаких количественных прогнозов, а тот факт, что пассивная пленка на нержавеющих сталях может быть катодно восстановлена и не соответствовать стехиометрическому составу, остается необъясненным. Согласно адсорбционной теории, в водной среде кислород хемо-сорбируется на Сг—Fe-сплавах выше критического состава, обеспечивая пассивность, но на сплавах ниже критического состава он реагирует с образованием непассивирующей оксидной пленки. Насколько данный сплав благоприятствует образованию хемо-сорбционной пленки или пленки продуктов реакции, зависит от электронной конфигурации поверхности сплава, особенно от взаимодействия d-электронов. Так называемая теория электронной конфигурации ставит в связь критические составы с благоприятной конфигурацией d-электронов, обеспечивающей хемосорбцию и пассивность. Теория объясняет природу взаимодействия электронов, определяющую, какой из компонентов придает сплаву данные химические свойства, например, почему свойства никеля преобладают над свойствами меди в медно-никелевых сплавах, содержащих более 30—40 % Ni. [c.91]

Физико-химические свойства шлаков. В процессе плавки в электропечах образуются побочные продукты продукты окисления или угар химических элементов (т.е. образуются неметаллические включения вследствие раскисления сплава) кремнезем, глинозем, оксид магния и др. (поступают с металлической шихтой). В комплексе эти побочные продукты представляют собой расплавленнЕяй металлургический шлак. [c.277]

Микройсследования шлифов проработавшего хромированного слоя показали существование полосы серого цвета между наружным (запыленным) несплошным слоем и основным хромовым покрытием. Можно предполагать, что этот слой состоит из имеющего хорошие защитные свойства окисла хрома. Рост толщины такого слоя за 6530 ч работы составил около 0,010 мм, а за 16 300 ч — 0,015 мм. После удаления с поверхности проработавших труб оксидов, в жидком натрии при пропускании аммиака, такой оксидный слой исчезает, а толщина хромированного покрытия остается такой же, как и в исходном состоянии. Таким образом, можно предположить, что хромированную трубу от интенсивной коррозии защищает тонкий оксидный слой, который, отсутствуя в исходном состоянии, образуется во время работы труб при высокой температуре. Отсюда следует, что коррозия хромового слоя на трубе в продуктах сгорания мазута контролируется диффузионным обменом. О диффузионном характере коррозии свидетельствуют и низкие значения показателя степени окисления металла, который при температуре 600 °С равен 0,45, а при более низких температурах металла еще меньше. [c.186]

При использовании этого метода цементации следует иметь в виду, что снижение содержания углерода в слое с 1,2—1,3 до 0,8 % происходит только за счет углерода, растворенного в аустените. Снижение в аустените концентрации углерода и легирующих элементов (в результате образования карбидов) приводит к уменьшению закаливаемости и прокаливаемости цементованного слоя и в итоге к ухудшению механических свойств обрабатываемого изделия. В процессе газовой цементации в эндотермической атмосфере в сталь может диффундировать кислород. Это приводит к окислению, например, Сг, Мп, 31 и других элементов поверхностного слоя стали х = 20-т 30 мкм), обладающих большим химическим сродством к кислороду по сравнению с железом. Окисление легирующих элементов ( внутреннее окисление ) снижает устойчивость аустенита, и при последующей закалке в цементованном слое образуются трооститная сетка и оксиды, что понижает его твердость и предел выносливости стали. [c.236]

Наиболее распространенным является процесс взаимодействия металлов с кислородом, хотя известны и другие виды газовой коррозии (сернистая, водбродная и др.). Химическая коррозия, имеющая место в этом случае, развивается в кислородсодержащих газах иа воздухе, в углекислом газе, водяном паре, чистом кислороде и др. Движущей силой газовой коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в газовых средах при данных внешних условиях давлении, температуре, составе среды и др. При этом на поверхности металла чаще всего образуется оксидная пленка. От структуры, состава и свойств этих пленок зависит скорость процесса газовой коррозии. Защитные свойства оксидных пленок в значительной степени определяются их сплошностью, которая зависит от отношения моля оксида к массе атома металла. Хорошо защищают металл от дальнейшего окисления только плотные оксиды, если отношение объемов находится S пределах 1,0—2,5 [28]. [c.407]

Алюминий обладает большой химической активностью энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10 см), но прочной пленкой оксида алюминия AI2O3, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na,-Mg, Са, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...