Механизм образования окалины

На основании исследования процессов окисления И.И.Корнилов предложил объяснение механизма образования окалины. При температурах [c.88]

Механизм образования окалины на железе при температурах выше 600 °С достаточно сложен. Вюстит — р-полупроводник, так как в нем наблюдается нехватка катионов Fe " , он характеризуется направленной от металла в среду диффузией катионов Fe + через катионные вакансии в кристаллической решетке и диффузией электронов через электронные дырки—катионы Fe +. Для магнетита также типичны диффузия катионов Fe и Fe + через катионные вакансии и диффузия электронов через электронные дырки и междоузлия. Для гематита, являющегося п-полупроводником (нехватка анионов), свойственна направленная внутрь диффузия анионов 0 через анионные вакансии и направленная наружу диффузия электронов через междоузлия. [c.72]

Механизм образования окалины [c.120]

Механизм образования окалины 121 [c.121]

Результаты исследований причин и механизма образования дефектов в швах у межслойных зазоров использованы в дальнейшем для разработки достаточно производительной технологии сварки многослойных труб без облицовки кромок. При этом учитывалась необходимость применения процессов сварки с минимально возможными тепловложениями и сечениями швов, при которых объем переплавляемого рулонного металла и нагрев воздуха в зазорах незначителен оптимальных сочетаний процессов сварки в защитных газах и под флюсом, обеспечивающих, наряду с достаточной стойкостью против пор, выполнение комплекса других требований к сварным соединениям труб предварительной очистки поверхности рулонного металла у свариваемых кромок от окалины. [c.171]

Внутренний слой окалины довольно быстро увеличивается в толщине и обогащается закисью никеля (рис. 31), но при этом остается прочно сцепленным с металлом. На поверхности в этот период времени появляются тонкие корочки черного цвета (закись никеля), легко отслаивающиеся при охлаждении. Образование сплошной корки происходит лишь перед самым перегоранием нагревателя. Существенная особенность такого механизма окисления заключается в том, что образование окалины происходит в основном за счет диффузии кислорода. Окалина имеет при этом хорошее сцепление с металлом, отслаивается при охлаждении в небольшом количестве, однако долговечность нагревателей оказывается меньшей, чем в случае, который подробно рассмотрен выше. Необходимо также добавить, что при бугорчатом рельефе окалины нагреватели в процессе эксплуатации испытывают коробление, тогда как при ровном рельефе геометрия нагревателей до самого перегорания остается почти [c.58]

Медь в ряду окисления расположена после железа и в процессе выплавки не окисляется. При образовании на металле поверхностной окисной пленки, например при образовании окалины на горячекатаной стали, медь частично диффундирует на поверхность раздела, обогащая ее и тем самым увеличивая устойчивость против дальнейшего окисления на воздухе. Менее ясен механизм [c.112]

Результаты большинства работ третьего направления, рассматривающих окисление как процесс, сопутствующий разрущению основного материала, не выходят за рамки умозрительных представлений, в которых предполагается обычное окисление (коррозия, образование окалины), не связанное с механизмами пластического деформирования при трении, не объясняется механизм нормального износа деталей машины, при котором динамическое равновесие разрущения и восстановления вторичных структур исключает любые виды разрушения основного материала. Принятые модели не опираются на фундаментальные механизмы, основанные на представлениях о реальном строении твердых тел. [c.352]

Для понимания закономерностей образования окалины на хромоникелевых сплавах важное значение имеет исследование механизма окисления этих сплавов на воздухе. [c.44]

Такое же исследование проводилось на проволоке. Если бы проволока (фиг. 8, с) покрывалась окислом при движении кислорода внутрь, она должна была превратиться в проволоку из твердого окисла несколько большего размера. Если механизм образования окисла связан с движением катионов наружу, то можно ожидать, что металлическая проволока превратится в трубку окисла. Именно такой результат и был получен, но трубка была очень несимметрична. Во-первых, полость, покрытая рыхлой окалиной, образовалась с одной стороны (фиг. 8, б) окалина через некоторое время прорвалась в одном месте (фиг. 8, е), и на дне первой полости образовался свежий слой окиси, который через некоторое время перекрыл вторую полость (фиг. 8, г). Позже появились другие полости, и, в конечном счете, трубка состояла из многих отдельных каналов 164]. [c.51]

Встречается в условиях работы пароперегревателей и паропроводов при взаимодействии углеродистой стали с перегретым паром при температуре 550° С и выше. Механизм процесса—химическая коррозия, процесс окисления железа паром с выделением газообразного водорода и образованием плотного слоя окалины. [c.584]

Таким образом, выход из строя нагревателей в воздушной атмосфере происходит в конечном счете в результате проникновения в металл азота. Трудно точно установить механизм интенсивного проникновения в металл азота. Либо это происходит после образования участков железохромистых окислов, представляющих слабый барьер для азота. Либо проникновение азота начинается сквозь окись алюминия, содержащую значительное (более 20 %) количество ионов хрома и железа. Этот момент можно характеризовать критической концентрацией ионов алюминия в окиси алюминия или критической концентрацией алюминия на границе с окалиной. Авторы работы [61] в результате исследования электронагревателей из проволоки диаметром 5,5 мм пришли в выводу, что критическая концентрация алюминия составляет 1,2 %. По данным Л.Л.Жукова и др., для нагревателей из проволоки диаметром 3,5 мм критическая концент- [c.105]

Многие машины и механизмы работают в запыленной или загрязненной среде. Нередко рабочие органы машин забрасывают абразивные частицы на узлы трения. На открытые поверхности трения технологических машин возможно попадание окалины, ржавчины, металлической и иной стружки, а в числе абразивных частиц много весьма твердых окислов алюминия. Попадание горячей стружки способствует образованию окислов железа на направляющих станков к серьезным повреждениям сопряженных поверхностей ведет защемление стружки между подвижной и неподвижной направляющими. Вредно действуют на поверхности трения влага, жидкое топливо и агрессивные среды. Абразивное действие производят продукты износа, остающиеся на поверхностях трения или попадающие на них вместе с поступающим маслом. Твердые частицы в смазочном слое подшипника понижают надежность работы его. [c.344]

Изучение фазового состава продуктов коррозии и структуры железной окалины, образовавшихся в паровом котле, дает материал, который может быть использован для выяснения механизма процесса окисления железа в зависимости от качества питательной и котловой воды, параметров нара и конструктивных особенностей паросилового оборудования. Рентгеноструктурный анализ позволяет изучать фазовый состав и структурную картину продуктов коррозии и железной окалины послойно, т. е. в процессе их образования. [c.423]

Роль r в образовании окалины AljOj при значительно меньшем содержании А1, чем в бинарной системе, можно охарактеризовать в терминах хорошо известного "геттерного" эффекта [34]. Это явление [30, 35] лучше всего можно иллюстрировать деталями механизма промежуточного окисления в системе Ni—15Сг-6А1, схематически представленными на рис. 11.9 [35]. [c.22]

Процесс взаимодействия расплавленного эмалевого покрытия с коррозионностойкими, легированными сталями, сплавами на основе никеля, титана, ниобия, хрома осложняется сильным влиянием продуктов взаимодействия на свойства покрытий. Имеют значение природа сплава, механизм его окисления и характер образующихся продуктов реакций, растворение в кристаллической решетке сплавов элементов внедрения, а также изменение состава и свойств покрытий в результате растворения в них продуктов реакций, протекающих на границе раздела фаз. Например, при нагреве до 1100° С заготовок из обычных углеродистых сталей в ванне расплавленного щелочного стекла, обеспечивается получение металла со светлой неокисленной поверхностью, тогда как обеспечить защиту этих сталей силикатными покрытиями идентичного с расплавами химического состава часто не удается. При высоких температурах многие составы силикатных покрытий защищают титан от образования окалины. Однако глубина газонасыщенного слоя титана может превышать 0,1—0,5 мм. [c.126]

В окалине п-типа в процессе окисления от поверхности раздела металл — окисел наружу диффундируют либо междоузельные катионы (ZnO), либо анионные вакансии (Zr02). Во втором случае, когда анионы диффундируют внутрь, материал накапливается около поверхности раздела, а результирующие сжимающие напряжения должны либо сниматься благодаря пластическому течению, либо приводить к разрыву окалины. Подобный процесс способен привести к образованию неоднородной окалины, механизм образования которой заслуживает специального расс ют-рения. [c.138]

Из нитридов, по-видимому, только TiN был предметом довольно подробного исследования в отношении сопротивления окислению [834, 836, 837]. Изменение веса поддается измерению при температурах выше 600° С. Скорость окисления молено охарактеризовать последовательностью параболической и линейной зависимостей [834]. Окалина состоит из рутила и, возможно, тонкой пленки твердых растворов TiO — TiN, приле-гающ,ей к металлу [836]. Платиновые инднкаторы были обнаружены после окисления на поверхности окалины, что вкупе с механизмом образования дефектов в рутиле позволяет сделать вывод о том, что скорость окисления, по крайней мере на параболической стадии, определяется скоростью диффузии ионов 0 через окалину. Линейный участок кривой скорости окисления заставляет предполагать, что в конце концов скорость окисления начинает определяться скоростью реакции на границе между фазами. Мюнстер высказал предположение, что атомарный азот диффундирует из металла к наружной поверхности окалины, где он вследствие рекомбинации образует молекулярный газ. Как и в случае механизма, предложенного для объяснения окисления карбида, можно представить себе, что раствор азота в нитридной фазе с нехваткой азота также способствует израсходованию этого элемента, освобождающегося при реакции окисления. [c.367]

При обработке смесью, содержащей полифосфаты и хроматы, pH воды поддерживается между 6,0 и 6,5. Такое низкое значение pH необходимо, чтобы свести к минимуму обратное превращение фосфатов. При описании успешного применения этого метода на одном из больших нефтеочистительных заводов в течение 7 лет Брандел [121] отмечает важность правильного регулирования pH. Несоблюдение этого условия приводит к образованию вредных осадков продуктов коррозии пли накипи. Довольно успешными оказались и альтернативные варианты этой обработки, при которых концентрация хромата была высокой, а концентрация полифосфата— низкой. Так, при pH, равном 7,5, отношение концентрации хромата к концентрации полифосфата может составлять 20 1. В этом случае задача сводится к тому, чтобы поддерживаемая концентрация фосфата была достаточной для порогового механизма предупреждения образования окалины. Согласно сообщению Гесса [89], используя комбинацию из хромата (в количестве от 20 до 25 мг л) и фосфата (в количестве, достаточном для сохранения pH в области значений 6,5—7,0), удается поддерживать скорость коррозии на нефтеочистительном заводе 1шже 127 мк год. Если судить но патенту Келера, основанному на этой комбинации, то наилучший результат получается при суммарной концентрации обоих компонентов, равной 35—50 лг/л и при отношении фосфата к хромату 2 1. [c.118]

Сорелл и Хойт [45] подробно обсуждают химический состав, физические свойства и механизм образования сульфидных окалин. Они отвергают понятие катализатор коррозии или микропримесь для объяснения сильного коррозионного действия сероводорода, а связывают его с конкретными условиями процесса. Считая температуру наиболее важным коррозионным фактором, они вывели уравнение для выражения ее влияния на скорость коррозии [c.265]

Окисление брикетов во времени происходит с различной скоростью. При температурах 350—600° С сначала наблюдается индукционный период, сокращающийся по мере возрастания температуры испытания при 350° С он равен 70 мин, при 400° С — 15 мин, при 500° С — 10 мин, а при более высоких температурах он практически не наблюдается. Исходное состояние поверхности брикетов на индукционный период не влияет. Далее по времени идет быстрый процесс окисления, характеризующийся линейной зависимостью увеличения веса от времени. Переход от медленного окисления к быстрому обусловливается влиянием механизмов образования зародышей фазы UsOs и их роста. После индукционного периода скорость окисления, по-видимому, определяется диффузией ионов кислорода через тонкий, лишенный трещин слой закиси-окиси. При температурах 650— 850° С продукты окисления, по-видимому, начинают играть роль защитного слоя. Выше 900° С продукты окисления образуют защитную оболочку, и вплоть до полного окисления не наблюдается перехода к имевшей место ранее линейной зависимости скорости окисления от времени. Скорость процесса при этой температуре может определяться диффузией молекул кислорода через внешний пористый слой окалины по направлению к тонкому внутреннему слою, не содержащему трещин. Скорость окисления уменьшается после того, как прореагирует 30% теоретического количества кислорода, необходимого для полного окисления материала. [c.63]

Упрочняющие окислы влияют на жаростойкость упрочняемых металлов, находясь в исходном или растворенном виде в окалине, образующейся на композиции при ее окислении. Иногда они присутствуют на границе материал — окалина и препятствуют стоку катионных вакансий из окалины в материал, способствуют скоплению вакансий, возникновению микрополостей на границе раздела материал— окалина и росту окалины внутрь по механизму Мровеца —Вербера (см. с. 74), что приводит к образованию двухслойной окалины. [c.110]

Механизм данного явления, вероятно, заключается в диффузии кислорода внутрь сплава и реакции его с легирующими компонентами, обладающими большим сродством к кислороду, чем основной металл, прежде чем эти компоненты смогут мигрировать к поверхности сплава. При концентрациях легирующего компонента выше критической на поверхности идет образование плотного защитного слоя, состоящего из оксида этого компонента, который препятствует внутреннему окислению. Рост толщины внутреннего слоя окалины подчиняется параболическому закону, так как процесс контролируется диффузией кислорода сквозь наружную пленку. Более подробно это явление рассмотрено Реппом [48]. [c.203]

В последние годы сделаны попытки математического моделирования процесса окисления [ 14, 15]. Однако все теории пока непригодны к многокомпонентным сплавам и поэтому не будем останавливаться на них подробнее. Разработка количественной теории даже для двойного сплава чрезвычайно сложна, если оба компонента могут в условиях эксперимента образовывать устойчивее окислы. Описать механизм окисления такого сплава очень трудао вследствие того, что он обусловлен большим числом переменных факторов, определяющих скорость протекания процесса. К таким факторам относятся скорости диффузии реагентов в метйлле и окисле, взаимодействие окислов (взаимное растворение, образование химических соединений), вторичные реакции окисленм-вос-становления, частичная возгонка окислов, растворение кислорода и азота в металле, внутреннее окисление, обеднение подокалины легирующими элементами, порообразование в подокисном слое и др. К этому следует добавить недостаточность информации о взаимной растворимости окислов, о возможной степени дефектности реальных окислов, о закономерностях взаимодействия металла с окалиной, о характере миграций катионов и анионов в процессе реакционной диффузии и т.д. [c.12]

Рассмотрим работу А.С.Тумарева, Л.А.Панюшина и А.В.Гуца [ 26], в которой исследована связь между жаростойкостью, составом окалины и химическим составом сплавов системы никель - хром, содержащих от О до 100 % Сг. Образцы с платиновыми метками окисляли изотермически в течение 8 ч при 1100 и 1200°С в атмосфере кислорода, очищенного от влаги и углекислоты. Состав окалины и механизм ее образования изучали рентгенофазовым, химическим и металлографическим методами. Основные результаты исследования представлены на рис. 7-9, которые дают возможность судить о влиянии продуктов реакции на механизм и скорость окисления. [c.33]

Частицы закиси никеля начинают обнаруживаться на поверхности нагревателей после очередного охлаждения. Процесс увеличения их количества и разрастания идет примерно с такой же скоростью, как и на сплавах никель-хром. Микроанализ показывает, что фронт окисления в этот период продвигается в глубь металла (рис. 30), что указывает на ухудшение защитных свойств внутреннего слоя окалины в отношении кислорода. В этот период можно легко наблюдать поры в подокалине. Скорость продвижения фронта окисления в глубь металла постепенно нарастает и процесс развивается так же, как у сплавов с низким содержанием Кремния. Наблюдается образование корки из закиси никеля, быстрое утонение проволоки, резкий подъем электрического сопротивления нагревателя (рис. 21), По данным микрорентгеноспектрального анализа, на последней стадии окисления металл содержит 5 - 8 % Сг и 0,3 -0,6 % Si. Следует заметить, что при избыточном количестве микродобавок наблюдается иной механизм, окисления. В этом случае с первых недель испытания поверхность нагревателей покрывается бархатистой окалиной [c.57]

Поскольку внутренний слой окалины образуется за счет диффузии кислорода в металле, то специальные микродобавки играют важную роль в его формировании. Обладая более высоким сродством к кислороду, чем основные компоненты сплава, они повыщают термодинамическую стабильность окисной фазы и увеличивают ее толш 1ну. Это в равной степени относится и к двойным сплавам никель-хром. Пример неблагоприятного механизма окисления показывает, что нельзя допускать образования собственных окислов микродобавок, которые отличаются высокой стабильностью, но обладают низкими защитными свойствами даже при комнатной температуре. Определение оптимального количества микродобавок не поддается расчету, поэтому этот вопрос пока решается всеми фирмами эмпирически путем трудоемких экспериментов. Следует отметить, что данные по кинетике окисления не коррелируют с долговечностью нагревателей. Не наблюдается также удовлетворительного соответствия между данными по долговечности проволоки диаметром 3,0 и 0,8 мм. [c.62]

Полученные данные не согласуются с известными представлениями о механизме положительного влияния микродобавок (зубчатый фронт окисления, образование промежуточного слоя между окалиной и металлом, повышение пластичности окалины за счет присутствия в ней добавок). В результате проведенных исследований предположено, что улучшение адгезии окалины достигается при обеспечении стока вакансий в подокалине и реализуется в сплавах с иттрием и скандием в первую очередь благодаря наличию внутренних окислов. С целью проверки этой гипотезы в сплав Fe—Сг—А1 введены микроскопические частицы AI2O3 в количестве около двух объемных процентов. Окалина этого сплава не отслаивалась даже после 300 ч циклического окисления при 1200°С. При этом не обнаруживалось пор на границе металл — окалина. Это дает основание считать, что диспергированные в матрице частицы окисла действовали как центры предпочтительного стока вакансий. Подобные рассуждения, по мнению авторов [51], применимы и к окисным языкам . [c.92]

Рис.12.15. Схематическое представление механизмов нарушения защитной окалины у сплавов, проявляющих благодаря избирательному образованию барьерньк оксидных слоев повышенное сопротивление высокотемпературному окислению и горячей коррозии

Механизм окисления весьма сложен, так как в процессе реакции окисления образуется слой окислов, разделяющий реагирующие вещества. Поэтому дальнейший процесс возможен только в случае, если реагирующие вещества имеют способность к диффузии через образовавшийся слой окалины если они непористы, скорость процесса окисления определ5 ется не столько скоростями реакции образования окисла на графиках окисел—кислород, окисел — металл, сколько скоростями диффузии кислорода или ионов металла через слой окисла. [c.636]

Закон роста окисла до 500°С является логарифмическим, однако достигаемые толщины слишком велики, чтобы их можно было объяснить переносом под действием электрического поля. Поэтому следует искать другие причины, например образование полостей. Действительный механизм до сих пор не установлен. Выше 5 °С действует параболический закон окисления при направленной внутрь диффузии ионов кислорода. Выше 850°С отмечается паралинейный рост окисла. Окалина состоит из внутреннего плотного слоя постоянной толщины и наружного пористого утолщающегося слоя окислов. Первоначально утолщение происходит по параболическому закону, но через некоторый период времени скорость окисления становится постоянной, соответствующей формированию внешнего слоя. [c.50]

Встречается в парогенераторах высокого давления в местах, где прн упаривании пленки воды в зазорах, неплотностях и под слое.м накипи возможно местное повышение концентрации едкого натра в котловой воде. При давлении J2,0 МПа 3%-ные растворы едкого натра вызывают заметную коррозию. Механизм процесса - химическое взаимодействие щелочи и защитной п.ленки на углеродистой стали с образованием растворимых продуктов (ферриты натрия) и процесс электрохимической коррозии с водородной 1еполяризацие 1 па обнажившейся поверхности. Продуктами щелочной коррозии являются газообразный водород и рыхлый слой окалины [c.668]

Иногда применяют колошниковую пыль, содержахдую в основном окись железа и в подчиненном количестве закись железа. Более высокое содержание FeO имеет часто применяемая на динасовых заводах железная окалина, собираемая в прокатных цехах. Она богата закисью железа и почти не содержит примесей, а благодаря хрупкости легко измельчается. Высокое содержание в окалине FeO связано с диффузионным механизмом окисления железа [146]. Железосодержащие добавки необходимо вводить в динасовую массу обязательно в дисперсном состояний, в основном в виде фракций мельче 0,088 мм. В противном случае равномерное распределение в массе малого объемного количества добавок (вследствие высокого удельною веса) весьма затруднено, а крупные зерна приводят к образованию при обжиге темных пятен и даже железистых выплавок на динасе. [c.76]

Чтобы понять механизм окисления, приходится изучать и по мере возможности предугадывать окислительные характеристики окисных слоев для всевозможных сочетаний металл — газ. Необходимо знать состав и структуру устойчивых соединений, образующихся при таком сочетании. Так как энергетическое состояние на поверхности раздела, равно как и на всякой поверхности вообще, отлично от энергетического состояния в толще материала, на подходящей поверхности могут образовываться металлические соединения, в обычных условиях неустойчивые в толще материала. Так, никель образует только один устойчивый окисел, а именно закись никеля N 6, но на поверхности окиси алюминия АЬОз возможно образование в значительном количестве и полуторной окиси никеля N 203 то же самое относится и к образованию двуокиси никеля N 02 на поверхности ТЮ2 [1]. В таких случаях структура образующихся окислов никеля псев доморфна структуре поверхности, на которой они образуются. Закись никеля N 0, которая, как известно, в нормальных условиях кристаллизуется только в решетке каменной соли, при образовании в виде слоя на поверхности никеля может приобрести ромбоэдрическую структуру [2]. Еще об одном экспериментальном факте, который можно увязать с влиянием поверхностной энергии, сообщает Гульбрансен [3]. Вюстит РеО, обычно неустойчивый при температурах ниже 570° С, образуется при окислении железа при этих температурах в виде тонкой пленки под окалиной, состоящей из окиси железа РегОз. Чем ниже температура образования такой пленки вюстита, тем меньше ее толщина, хотя пленку удавалось обнаруживать даже при 400° С. По уравнению [c.12]

Вопрос о реакциях взаимодействия металлов и сплавов с парами серы, сероводородом и двуокисью серы освещен в обзорной статье [868]. Теоретически образование сульфидной окалины происходит под действием такого же механизма, как и образование окисной окалины. Но выявление механизма реакции взаимодействия в настоящем случае сопряжено с большими трудностями, поскольку число устойчивых сульфидов, особенно сульфидов переходных металлов, значительно превышает число окислов. Наряду с тем, когда в газовой среде содержится кислород, могут образовываться сульфаты или другие соли, в состав которых входят сера и кислород. Как показали, например, Шней- [c.381]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...