Кинетика процесса окисления металлов

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ [c.63]

Таким образом, приведенный термодинамический анализ дает оценку критических допустимых концентраций окислителя, при которых поверхность металла ещ,е не подвергается окислению, но выше которых начинается газовая коррозия. Однако такой подход не позволяет определить кинетику процесса окисления и, следовательно, оценить скорость окисления. [c.17]

При коррозии с водородной деполяризацией процесс окисления металла протекает со сравнительно большой скоростью. В кислотах активно растворяется большинство металлов (кроме ртути, серебра, золота и платины). Можно показать, что чисто термодинамически вероятность коррозионного разрушения металлов в кислых средах возрастает с уменьшением концентрации ионов металла в среде и с увеличением концентрации ионов водорода. Следует подчеркнуть, что термодинамика рассматривает вопрос только о возможности процесса (в том числе и коррозионного) при отсутствии сопротивления ему, поэтому термодинамические расчеты не определяют кинетику коррозии. [c.21]

Основное требование при всех методах высокотемпературной вакуумной металлографии — создание остаточного давления. Если нагрев производить в контролируемой атмосфере, содержащей нейтральные или активные среды, то на поверхности образцов возникают пленки различного состава. Это дает возможность выявлять строение металла и сплава, изучать коррозионные свойства составляющих, фиксировать кинетику процесса окисления и т. д. [c.315]

Исследования кинетики процесса окисления углерода и хрома показали, что на границе пузырька и металла имеет место изменение концентрации элементов. Так, по данным Г. Кинга [34], при содержании хрома на границе раздела 5% и температуре 1700°С его концентрация в объеме металла составляет 5,5%, углерода соответственно 0,09 и 0,2%, кислорода 0,05 и 0,03%. Когда в металле остается 0,1% С и 5% Сг, система оказывается очень близкой к равновесной и скорость окисления углерода должна стать совсем низкой. При поступлении газообразного кислорода с той же скоростью начинается преимущественное окисление хрома. Лишь повышая тем-пературу или снижая давление СО с помощью вакуумной обработки или разбавления инертным газом, можно [c.61]

Обычное требование при всех методах высокотемпературной вакуумной металлографии — создание остаточного давления. Если нагрев производить в контролируемой атмосфере, содержащей нейтральные или активные среды, то на поверхности образцов возникают пленки различного состава. Это позволяет выявлять строение металла и сплава, изучать коррозионные свойства"составляющих, фиксировать кинетику процесса окисления и т. д. Образованные на поверхности пленки толщиной в несколько сотен ангстремов окрашивают поверхность в различные цвета, меняющиеся при изменении температуры нагрева. [c.241]

Ha фиг. 5 представлены результаты исследования по кинетике абсорбции кислорода металлической основой в процессе окисления металла при 1000° на воздухе. [c.131]

Приведенные в табл. 2 данные определяют только принципиальную возможность протекания окислительных процессов. В практических же условиях скорость процесса окисления металлов в значительной степени зависит от очень многих факторов. Эти факторы, а также кинетика процесса рассматриваются в главе IX. [c.13]

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]

Окисление металлов - сложный гетерогенный процесс. В общем случае кинетика закрепления кислорода на поверхности металла обусловлена следующими процессами [c.130]

Текстурирование тончайших поверхностных слоев металла при трении определяет кинетику их взаимодействия с кислородом и в то же время локализует все процессы окисления только в пластически деформируемых объемах. При нормальных условиях граничного трения процесс текстурирования сравнительно равномерно распространяется на глубину (1-10) Этот слой в результате взаимодействия с [c.132]

Когда окисление металла контролируется кинетическими и диффузионными процессами, то, как показывают эксперименты, влияние температуры на окисление металла описывается соотношением (2.22). При этом эффективной величиной энергии активации является энергия активации кинетики реакций и диффузии реагирующих компонентов в оксиде. [c.62]

Процесс коррозии металла в зависимости от свойств оксидной пленки может контролироваться объемной диффузней ионов, диффузией в газовой фазе и кинетикой реакции окисления. [c.90]

При взаимодействии жидких окислов с тугоплавкими металлами, как правило, происходит восстановление жидкого окисла до твердого низшего окисла и окисление металла — основы. Поэтому при рассмотрении уравнения (1) для наших систем надо выразить (статическое) через (динамическая межфазная энерги.ч). Поскольку кинетика взаимодействия жидких окислов с тугоплавкими металлами определяется диффузией металла основы через слой образующихся окислов, то в процессе растекания контактную реакцию можно считать протекающей в монослое. [c.311]

Технологический процесс аналогичен эмалированию, однако в основе его заложены отличные от эмалирования принципы. Здесь при нагревании некоторые компоненты покрытия переводятся целиком в жидкое состояние. Появление жидкой фазы способствует тому, что в защитном слое происходит химическое взаимодействие между исходными веществами. В результате этого взаимодействия образуются тугоплавкие и стойкие к окислению соединения, которые служат эффективной защитой тугоплавких металлов от разрушения при высокой температуре. Скорость образования этих соединений будет зависеть от условий обжига, поэтому изучение кинетики процесса крайне важно для практики. В настоящей работе приведены результаты детального исследования процесса наплавления и установлены некоторые закономерности зависимости свойств покрытий от условий их наплавления. [c.148]

В начальный период времени скорость окисления максимальна и затем уменьшается во времени. Если 1 < < 2, то окисление определяется скоростью диффузии частиц и скоростью окисления металла кислородом (область смешанной кинетики). Предполагается, что при выполнении указанного условия процесс окисления сопровождается постоянным разрушением оксидной пленки, так как Уо > м- При п >2 происходит изменение параметров диффузии через пленку, связанное с появлением значительных напряжений или структурными изменениями пленки. При п = 2 скорость процесса окисления определяется скоростью диффузии частиц через пленку. Параболическая зависимость окисления широко встречается в практике при достаточно высоких температурах для большего ряда окислителей и металлических материалов, что позволяет применить параметрический метод для оценки скорости коррозии и прогнозирования коррозионных разрушений при наличии сравнительно небольшого количества экспериментальных данных [13]. Этот вопрос рассмотрен в главе 3. [c.22]

В области температур 473—673 °К, как установили Андерсен и сотр. [115], данный процесс катализируют металлы платиновой группы. На рис. 1.5 представлены результаты авторов, полученные при исследовании кинетики окисления N0 кислородом в динамических условиях в присутствии катализаторов Pt, Pd, Rd и Rh, нанесенных на активированном алюмогеле, силикагеле, окиси титана и т. п. [c.68]

В зоне соприкосновения двух разнородных материалов возникает контактная разность электрических потенциалов. Один металл из этой пары, обладающий менее отрицательным потенциалом по сравнению с другим, является более благородным . Поверхность конструкционного материала может быть неоднородной по химическому составу, по физическим свойствам (местные нагартовки и пр.). Может быть неоднородной и среда-электролит (различная концентрация примесей). Это приводит к образованию макро- и микрогальванических элементов с появлением электрических токов, которые и являются причиной электрохимической коррозии. В системе возникают анодные и катодные участки. Анодные участки обладают более отрицательным электродным потенциалом. Здесь металл переходит в виде гидратированного иона в раствор, оставляя на поверхности электроны (процесс окисления). В области катода притекающие с анодного участка электроны передаются частицам вещества-деполяризатора, например кислорода. В зависимости от того, кинетика какой реакции определяет коррозию, говорят об анодном или катодном контроле скорости коррозии. [c.22]

Диаграмма, приведенная на рис. 10, дает наглядное представление о способности атмосферы окислять или восстанавливать железо при данных условиях сжигания топлива, т. е. при заданных значениях коэффициента расхода воздуха а и температуры. Из диаграммы видно, что для устранения окисления металла при заданной температуре нагрева необходимо поддерживать в печной атмосфере строго определенное соотношение СО2/СО и Н2О/Н2. Для всего интервала температур подогрева стружки условия безокислительного нагрева создаются при сжигании газа в печи с коэффициентом расхода воздуха, равным 0,5. При этом следует иметь в виду, что данные диаграммы указывают только на термодинамику процесса окисления и не учитывают кинетику процесса. [c.23]

ФреттинГ Коррозия осуществляется также в вакууме, в среде кислорода, азота и гелия. Интенсивность изнашивания при фреттинг-коррозии в атмосфере воздуха выше, чем в вакууме и в среде азота, а в кислороде больше, чем в гелии. Если бы интенсивность изнашивания определялась только силами трения, то она была бы выше в вакууме, чем на воздухе, поскольку в вакууме силы трения значительно больше. С учетом изложенных обстоятельств можно сделать вывод, что существенную роль в процессе фреттинг-коррозии играет окисление поверхностей трения или металлических продуктов разрушения. Вместе с тем на кинетику реакции окисления влияет и механический фактор, о чем свидетельствует хотя бы появление при фреттинг-коррозии окислов кадмия, отличных от ранее известных окислов этого металла. Таким образом, фреттинг-корро-зия представляет собой вид разрушения металлов и их сплавов в мало- и неагрессивных коррозионных средах под одновременным воздействием механических и химических факторов. [c.219]

Для того чтобы судить о скорости коррозионного процесса, необходимо иметь ясное представление о характере, механизме и скорости протекания электродных реакций, которые обусловливают процесс разрушения металлической структуры. Поэтому исследователями и уделяется за последние годы исключительное внимание изучению механизма и кинетики электродных реакций, обусловливающих коррозионный процесс. В этом направлении у нас достигнуты значительные успехи [1,24—34]. Лучше всего изучены реакции электрохимического восстановления водорода и кислорода, в меньшей степени реакции электрохимического окисления металлов, т. е. процессы анодного растворения. [c.13]

По одной из этих теорий, которую предложил Вагнер, кинетика реакций поверхностного окисления металлов зависит от процесса диффузии ионов в решетку окисла. Применение этой теории возможно для таких температур, при которых ионные коэффициенты самодиффузии имеют экстремальные значения. [c.8]

Во всех случаях, когда электрохимическая кинетика процесса не осложняется побочными факторами, действительно наблюдается линейная зависимость потенциала от логарифма тока. Но нередко оказывается, что угловой коэффициент отличается от величины, определяемой конечной, термодинамически стабильной валентностью иона металла, перешедшего в раствор (при а 0,5). Если в выражение для углового коэффициента Ъ, найденного экспериментально, подставить а — 0,5, то вычисленная величина z может сильно отличаться от той, которая определяется уравнением баланса электродной реакции (ИХ,2). Наоборот, если подставить величину z, соответствующую валентности конечного продукта окисления металла, то вычисленный коэффициент а может сильно отличаться от 0,5. [c.104]

Познакомившись с кинетикой окисления металлов и восстановления наиболее распространенных окислителей (Н" , Оа), мы можем рассмотреть схему коррозионного процесса. Сложность его заключается в том, что на одной и той же поверхности происходят одно- [c.164]

Изучение кинетики окисления металлов можно производить различными методами 1) путем непрерывного нагрева и взвешивания испытуемого металла в процессе выдержки при заданной температуре 2) путем периодического нагрева образцов, выдерживания их в течение определенного времени при заданной температуре и охлаждения до нормальной температуры с последующим взвешиванием. [c.26]

Большинство потенциостатических измерений анодного растворения выполнено в разбавленной обескислороженной серной кислоте, для которой кинетика катодного процесса выделения водорода известна, а катодные реакции изучены на благородных металлах, на которых процесс восстановления окисленных частиц раствора не осложнен анодным процессом окисления катода. Именно в таких модельных условиях с помощью потенциостатического метода достигнуты принципиальные успехи в исследовании анодного растворения металлов. Убедительно показано [10], что наиболее важная и объективная характеристика коррозионного поведения металлов в агрессивной среде — зависимость устойчивой скорости их растворения от потенциала. [c.11]

Из сказанного следует, что установление прямолинейной зависимости для кинетики процесса окисления металла часто может наступать только по исте-чен1- И некоторого определенного отрезка времени — после того как псевдо-морфная пленка достигнет свсен критической толщины. Как показано на рис. 21, начальный участок кривой г/ = /(т) будет иметь более крутой подъем и, очевидно, не будет прямолинейным тангенс угла наклона ig р) каса-телсной (прямая Л1Л/), проведенной к [c.46]

Металлографический метод, т. е. микроскопическое исследование шлифов по сечению пленки, позволяет обнаруживать слоистое строение пленки, определять типы соединений, образующих пленку и отдельные ее слои, размеры и форму зерен, их распределение и расположение в пленке и т. д. Специальная микропечь конструкции Н. И. Тугаринова (рис. 318) дает возможность наблюдать под микроскопом и фотографировать кинетику изменения микроструктуры окалины в процессе окисления металлов. [c.435]

На основании изучения гетерофазного взаимодействия титана с расплавами стекол системы ЗЮа—А1,0,—В,О,—7пО(СиО) с ПОМОЩЬЮ комплекса электрохимических методов исследования установлено большое влияние состава газовой среды на величину и кинетику установления стационарного потенциала Т1-электрода, электропроводность изученных расплавов. Показано, что доминирующим на первой стадии взаимодействия титана с расплавом стекла-матрицы в нейтральной атмосфере является процесс окисления металла за счет растворенных в расплаве паров воды, дополняемый окислительно-восстановительным взаимодействием с образованием в зоне контакта силицидов титана. Присутствие иона меди в расплаве изменяет характер взаимодействия. Восстановление меди сопровождается образованием купротитанатов вследствии гетеродиффузии в металлический титан и растворением прочих продуктов в расплаве. Методом вращающегося титанового диска изучалась кинетика процесса. Лит. — 9 назв., ил. — 3. [c.270]

При взаимодействии газообразного кислорода с металлом на последнем возникает оксид, который, если он не летучий, образует поверхностный слой, предохраняющий металл от дальнейшего окисления. В общем случае химическая реакция между металлом и газообразным кислородом, приводящая к образованию оксидной фазы, описывается простЫ1М уравнением хМе+у1 (202) = = МвхОу. Однако несмотря на кажущуюся простоту этой реакции, характер окисления и кинетика роста оксидных слоев зависят от ряда факторов, существенно усложняющих механизм процесса окисления металлов. [c.33]

По мнению многих исследователей, логарифмическая зависимость хемосорбции от времени согласуется с представлениями об адсорбции как процессе, который протекает с постоянно увеличивающейся энергией активации. Щедлржено много теорий и моделей, описывающих кинетику низкотемпературного окисления металлов. В большинстве случаев трудно, а часто и невозможно проверить правильность модели и значений параметров, входящих в уравнения. Кроме того, все математические модели строятся из предположения о плоскопараллельном росте оксидных пленок, что не всегда соответствует реальной картине. [c.41]

Наиболее плодотворными за последнее время были исследования процессов адсорбции, кинетики реакций на поверхности твердого тела, оценка термической стойкости материалов и некоторые другие. В нашей стране вакуумные микровесы в течение длительного времени успешно используются в работах Сарахова (для изучения процессов адсорбции на гладких поверхностях), Игнатова [7, 8] и Арсламбекова [9] (для изучения процессов окисления металлов, сплавов и полупроводников), а также в ряде работ других исследователей. В настоящее время существует несколько типов микровесов, а для каждого типа — значительное число конструктивных вариантов, отражающих специфику исследований, для которых они предназначались. [c.151]

В последнее время были предприняты систематические исследования высокотемпературного окисления карбидов и боридов переходных металлов IV—VI групп Периодической системы элементов с целью выяснения особенностей механизма и кинетики процесса окисления каждого из этих соединений [65—67 ]. Процесс окисления изучали на горячепрессованных и отожженных образцах (пористость не более 3%) при нагреве их на воздухе в интервале 500—1200° С в течение 5 ч. Наряду с экспериментальными исследованиями был проведен термодинамический расчет в системах карбид (борид)—кислород (азот). Из данных термодинамического анализа следует, что в процессе окисления карбидов реакции, идущие с выделением свободного углерода и образованием окисла соответствующего металла, предпочтительны и могут проходить в широком интервале температур. Это, однако, на исключает возможности частичного образования фаз низших карбидов и газообразных продуктов реакции (СО и СОа). Термодинамическая стабильность карбидов в среде азота существенно зависит от температуры, возрастая при ее повышении. Температура начала взаимодействия карбидов с азотом увеличивается при переходе от карбидов тугоплавких металлов IV группы к карбидам тугоплавких металлов VI группы. На основании выполненных исследований по убывающей стойкости против окисления карбиды могут быть расположены в следующий ряд Сг С., —> Ti — [c.57]

Окисление металла. Кинетика процесса окисления стали при резке исключает возможность прямого горения железа в кислороде. Известно, что при температурах выше 680° С реакция окисления идет с образованием преимущественно (90—95%) закиси железа (вьюстита), имеющей температуру плавления в интервале 1300—1350° С. Эта реакция (Ре + 1/20а == РеО + 64 ккал) сильно экзотермична и приводит к образованию жидкой окиспой пленки, через которую возлюжна диффузия ионов металла и невозможна атомарная или молекулярная диффузия таких элементов, как С, СО, СОз- В твердой фазе окисная пленка также непроницаема для диффузии элементов. Следовательно, воспламенение и интенсивное окисление железа при резке начинается в интервале температур 1300—1350° С [127] и поддерживается после перехода пленки окислов в жидкое состояние. [c.9]

Температурная зависимость для кинетики процесса окисления, как мы увидим далее (см. рис. 29—33), овершенчо иная, чем для термодинамической вероятности окисления. Поэтому нет никакого противоречия в ЮМ, что степень термодинамической вероятности окисления металла с повышением температуры падает, а реальная скорость окисления (при условии, конечно, если термодинамически этот процесс еще остается возможным) с повышением температуры возрастает. [c.42]

Для первого случая Кестл и Мастерсон [62] вывели параболическое уравнение в предположении, что контролирующей стадией является перенос раствора через внутренний слой. Для пленок типа Блюма Мур и Джонс [56] показывают, что наблюдаемая кинетика не является результатом блокировки пор, которая, как может быть показано, дает логарифмический закон. Более того, они доказывают, что кинетика следует из того факта, что по мере протекания коррозии более реактивная поверхность покрывается защитными магнетитовыми кристаллами. Доказательство защитной природы этих кристаллов было представлено Вэрзи и др. [57]. Так как этот процесс аналогичен по своему действию образованию дефектов в поверхности раздела металл — окись при сухом окислении металла с катионным транспортом, Мур и Джонс [56] сделали вывод, что логарифмический закон, выведенный для таких процессов, применим к результатам их опытов. [c.261]

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]

Химическая кинетика сталеплавильных процессов тесно связана с а.эро-и гидродинамикой расплавленной металлической ванны, шлакового слоя и газовой атмосферы печи. Например, в мартеновской печи перемешивание металла пузырями СО значительно увеличивает массоперенос, ускоряет процессы окисления углерода, удаление газов и неметаллических включений. Подача кислорода при продувке металла в конвертере увеличивает поверхность контакта, ускоряет транспортировку (массопере-ясс) реагирующих веществ, способствует перемешиванию металла и шлака и, следовательно, ускоряет про-дессы окисления примесей. [c.102]

Указанные граничные условия практически полностью охватывают те ситуации, которые могут возникнуть во всех разновидностях метода парогазовой фазы испарение-конденсация в вакууме, разложение лету-, чих соединений. Кроме того, эти граничные условия могут быть использованы и при анализе процессов окисления. При окислении рост поверхностного оксидного слоя происходит только в результате связывания кислорода атомами металла, диффундирующими через слой оксида из матрицы. Скорость поверхностной реакции завишт от концентрат атомов металла на поверхности роста оксида. При окислении рост оксидного слоя контролируются не только диффузией атомов металла, но и скоростью химической реакции на поверхности роста. Поэтому кинетика роста может и не подчиняться параболическому закону. Вид зшиси- [c.119]

Резюмируя в целом состояние работ по смазочным материалам с дисперсными добавками, следует отметить медленное внедрение результатов лабораторных испытаний. Системы с дисперсными добавками являются сложными физико-хими-ческими объектами, а это в свою очередь требует учета многих факторов взаимодействия наполнителя со средой и поверхностями трения. Необходима стабилизация свойств этих систем, у которых удельная поверхность наполнителя очень велика, что способствует проявлению каталитического действия металлов на процессы окисления, старения и деструкции смазочной среды. Аналитические методы описания массопереноса в таких смазочных материалах еще далеки от совершенства и имеются пока лишь первые приближения в оценке кинетики осаждения веществ из коллоидных смазочных материалов на поверхности контакта [86]. Указанные обстоятельства требуют дальнейшей напряженной работы прежде всего специалистов по разработке смазочных материалов, химиков-технологов в тесном контакте с трибологами, изучающими процессы граничной смазки. [c.73]

Высокая скорость диффузии газов через жидкую оксидную пленку приводит к низкой стойкости молибдена к окислению. При Г < 450 °С окисление молибдена описывается уравнением параболы. Основной продукт окисления — М0О3. При 450. .. 700 °С изотермы окисления описываются уравнением (19). Реакция окисления локализована на границе оксид—металл . При Т <з 650 °С и субатмосферных давлениях образуется двуслойная окалина, внутренний защитный слой которой МоОа или 3 наружный — М0О3. Кинетика процесса описывается уравнением (21) аналогично окисЛению вольфрама (см. выше). [c.411]

Из всего этого следует, что представление о кинетике данной реакции окисления металла может быть получено лишь после обширного исследования, включающего снятие анодных поляризационных кривых в растворах различной концентрации. Естественно, что изменение качественного состава раствора может изменить путь реакции и ее скорость. Так, например, в некоторых растворах, не содержащих поверхностно-активных веществ, реакции могут протекать по схеме (1И,25), а в других растворах — по схеме (111,39). Участие в реакции анионов или других растворенных веществ мончет и ускорять процесс и замедлять его. [c.115]

Рис. IV,10, IV,И и IV,13—IV,19 показывают, что на поляризационной кривой восстановления кислорода, даже если бы процесс не осложнялся окислением металла (например, кривые vl к на рис. IV,10), имеется область чисто электрохимической кинетики. В этой области скорость восстановления кислорода столь мала, что аог У поверхности электрода близка к ао в глубине раствора, и кинетика определяется протеканием самой электродной реакции. Имеется область диффузионной кинетики, где скорость процесса определяется транспортом кислорода к поверхности электрода (при fflOj = О скорость диффузии максимальна). Имеется и область смешанной кинетики, когда скорость реакции и скорость диффузии не слишком сильно отличаются друг от друга. Рассмотрим подробнее случай смешанной кинетики или, как это часто называется в коррозионной литературе, область смешанного диффузионного и электрохимического контроля.

Электрохимический механизм протекания процесса предполагает, что окисление и восстановление подчиняются свойственным им зависимостям между потенциалом и током, где ток выражает скорость процесса. Кинетика коррозии определяется кинетикой окисления металла и восстановления окислителя. Необязательно, чтобы эти два процесса происходили на одной точке поверхности металла. Электрон, освобожденный металлом в одной точке, может переместиться в соседнюю и там присоединиться к окислителю. Перемещение электрона в пределах металла на малые расстояния происходит практически беспрепятственно, вследствие высокой электронной проводимости. Точки, где осуществляются элементарные акты оКЙсления или восстановления, могут мигрировать на поверхности металла, меняться местами и т. д., подчиняясь законам случайности. Под влиянием различных причин они могут быть фикси- [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...