Кинетика газовой (химической) коррозии металлов
Кинетика окисления металлов на воздухе при высоких температурах определяется условиями окисления, диффузией кислорода, законами образования и роста окислов пленок.
1. Реакция окисления металлов
характеризуется парциальным давлением кислорода
(рО2,) и давлением паров образующегося окисла металла (р МеО),которые, в свою очередь , зависят от температуры процесса.
Окисление металла возможно только в том случае,если рО2> РмеО. При обратном соотношении (при данной температуре) коррозия не протекает.
Рост пленки в процессе окисления возможен: на внешней поверхности, при диффузии ионов металла в электронов через пленку наружу, где они взаимодействуют с атомами окислителя (кислорода); на границе между пленкой и металлом, в результате взаимодействия с окислителем, продиффундировавшим через пленку; внутри пленки при встречной диффузии ионов металла и окислителя, протекающей с соизмеримыми скоростями.
Кинетика роста пленок (увеличение их толщины по времени) зависит от природы, строения и объема обра зующегося окисла и подчиняется одному из следующих законов:
а) линейному, в случае образования очень тонких пленок
б) параболическому, когда при большей толщине пленки процесс лимитируется скоростью диффузии
в) логарифмическому, если диффузия затормаживается, вследствие образования толстой сплошной пленки, и процесс окисления затухает
Реже наблюдается закономерность, полученная экспериментально и выражающаяся уравнением
Во всех перечисленных уравнениях: y — толщина образующейся пленки; К, К2, Кз, К4 — константы скорости химической реакции (окисления); r — продолжительность окисления металла.
Подчинение процесса газовой коррозии тому или другому закону зависит от температуры, увеличение ко торой способствует усилению процессов диффузии; имеют также значение условия сплошности пленоки
и летучесть образующихся окислов. Последнее наглядно иллюстрируется на примере молибдена,, весьма тугоплавкого (2620°С) металла. Если при знаках (до 100°С) температурах молибден окисляется по логарифмическому закону, при 300°С — по параболическому,то при 600—700°С скорость его окисления изменяется по линейному закону, так как образующийся окисел МоО2 при этих температурах испаряется.
На рис. 1.21 приведены практические примеры окисления металлов по линейному (магний) и параболическому (железо) законам. Из этих примеров видно, что в зависимости от температуры одни и тот же металла окисляется по-разному, поскольку образуются окислы, отличающиеся по составу и строению.
Процессы газовой коррозии металлов подчиняются перечисленным законам не только при окислении кислородом, но и при воздействии других газов. Например,окисление высокохромистых сплавов в парах серы при температурах 600—900°С [8] и алюми-магниевого сплава со фтором при 800°С [19] протекает по параболическому закону.
1. Реакция окисления металлов
характеризуется парциальным давлением кислорода
(рО2,) и давлением паров образующегося окисла металла (р МеО),которые, в свою очередь , зависят от температуры процесса.
Окисление металла возможно только в том случае,если рО2> РмеО. При обратном соотношении (при данной температуре) коррозия не протекает.
Рост пленки в процессе окисления возможен: на внешней поверхности, при диффузии ионов металла в электронов через пленку наружу, где они взаимодействуют с атомами окислителя (кислорода); на границе между пленкой и металлом, в результате взаимодействия с окислителем, продиффундировавшим через пленку; внутри пленки при встречной диффузии ионов металла и окислителя, протекающей с соизмеримыми скоростями.
Кинетика роста пленок (увеличение их толщины по времени) зависит от природы, строения и объема обра зующегося окисла и подчиняется одному из следующих законов:
а) линейному, в случае образования очень тонких пленок
б) параболическому, когда при большей толщине пленки процесс лимитируется скоростью диффузии
в) логарифмическому, если диффузия затормаживается, вследствие образования толстой сплошной пленки, и процесс окисления затухает
Реже наблюдается закономерность, полученная экспериментально и выражающаяся уравнением
Во всех перечисленных уравнениях: y — толщина образующейся пленки; К, К2, Кз, К4 — константы скорости химической реакции (окисления); r — продолжительность окисления металла.
Подчинение процесса газовой коррозии тому или другому закону зависит от температуры, увеличение ко торой способствует усилению процессов диффузии; имеют также значение условия сплошности пленоки
и летучесть образующихся окислов. Последнее наглядно иллюстрируется на примере молибдена,, весьма тугоплавкого (2620°С) металла. Если при знаках (до 100°С) температурах молибден окисляется по логарифмическому закону, при 300°С — по параболическому,то при 600—700°С скорость его окисления изменяется по линейному закону, так как образующийся окисел МоО2 при этих температурах испаряется.
На рис. 1.21 приведены практические примеры окисления металлов по линейному (магний) и параболическому (железо) законам. Из этих примеров видно, что в зависимости от температуры одни и тот же металла окисляется по-разному, поскольку образуются окислы, отличающиеся по составу и строению.
Процессы газовой коррозии металлов подчиняются перечисленным законам не только при окислении кислородом, но и при воздействии других газов. Например,окисление высокохромистых сплавов в парах серы при температурах 600—900°С [8] и алюми-магниевого сплава со фтором при 800°С [19] протекает по параболическому закону.
