Введення
В останні роки інтерес до проблем окислення металів значно зріс. Реакції окислення мають дуже велике практичне значення. До традиційних проблем вишукування жаростійких металевих матеріалів, призначених для виготовлення нагрівачів, печей, теплообмінників, в даний час додався ряд завдань, що з'явилися у зв'язку з розвитком нових галузей техніки, таких як ракетобудування, виробництво напівпровідникових матеріалів, спікання металевих порошків і ін.
Розвиток сучасної техніки пред'являє все нові і більш жорсткі вимоги до конструкційних матеріалів. Від них вимагається тривала і надійна робота в умовах високих температур і тисків, агресивних середовищ і високих навантажень. Найбільш широко використовуваними в різних поєднаннях таких екстремальних умовах були і залишаються метали.
Так як чисті метали рідко використовуються в якості конструкційних матеріалів, питання окислення сплавів, особливо методи підвищення їх опору окисленню, є з прикладної точки зору найбільш важливими аспектами високотемпературного окислення металів, сплавів і з'єднань.
Окислення металів і сплавів вивчають у зв'язку з тим, що вони відіграють важливу роль у різних областях техніки, проте інформації подібного роду недостатньо.
1. Літературна частина
.1 Механізми окислення металів
У гетерогенних процесах реагуючі компоненти системи знаходяться в різних фазах і, природно, реакції протікають на межі розділу. У загальному випадку початок окислення металів до утворення захисної плівки можна розділити на кілька стадій. До них відносяться перенос молекул з обсягу газової фази з поверхні металу, адсорбція газу і хімічна реакція на межі розділу фаз, перенесення з поверхні металу в обсяг, перерозподіл кисню [3].
Розуміння поведінки металу при окисленні вимагає знання кінетики і швидкостей реакції, їх залежності від температури і тиску кисню, а також складу і структури продуктів реакції.
Найбільш поширені рівняння швидкості окислення підрозділяються на логарифмічні, параболічні та лінійні. Однак вони висловлюють лише граничні і ідеальні випадки окислення. На практиці часто зустрічаються відхилення від цих рівнянь швидкості.
Важливе припущення, на якому базуються майже всі теорії, полягають в тому, що товщина плівки вважається пропорційної привісять.
1.1.1 Логарифмічні рівняння швидкості окислення
Характер окислення багатьох металів при низьких температурах (при температурах нижче 573-673 К) можна описати логарифмічними рівняннями, що містять прямі і зворотні логарифмічні функції, наприклад, логарифмічним рівнянням
x=k лог log (? +? 0) + A (1)
і назад логарифмическим рівнянням
/x=B - k об.лог log? (2)
Тут х може виражати кількість кисню, що витрачається на одиничну площу поверхні окисляемого металу, кількість металу, що перейшло у оксид, або товщину оксидної плівки за умови, що плівка однорідна і Пласкопаралельні поверхні металу; ?- Тривалість взаємодії; k лог і k об.лог - константи логарифмічною і назад логарифмічною швидкостей; А і В - постійні. На малюнку 1 графічно представлені приклади двох таких рівнянь.
1.1.2 Параболічні рівняння швидкості окислення
Встановлено, що при високих температурах багато метали слідують параболічної часової залежності окислення (малюнок 1)
Малюнок 1 - Лінійний (1) і параболічний (2) закони окислення
Параболічне рівняння записується в диференціальному і інтегральному вигляді [3]:
dx/d? =k 'пар/х, (3)
х 2=k пар? + С пар, (4)
де k 'пар і k пар - константи параболічної швидкості, а С пар - постійна інтегрування. Параболічний закон високотемпературного окислення означає, що швидкість окислення лімітується швидкістю термодифузії [1,2].
.1.3 Лінійне рівняння швидкості окислення
Окислення, що підкоряється лінійної закономірності, можна охарактеризувати у вигляді [3]:
dx/d? =K (5)
х=k лін? + С, (6)
де k - константа лінійної швидкості, а С - постійна інтегрування.
Швидкість лінійного окислення постійна в часі і, таким чином, не залежить від кількості вже прореагировавшего газу або металу. Якщо залежність лінійна, швидкість окислення лімітується процесом або реакцією ...
