Законы роста пленок на поверхности металлов

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 10Следующая ⇒

Процессы газовой коррозии многостадийны и протекают на границе раздела фаз металл — газовая среда по следующим стадиям: а) подвод газообразных веществ к поверхности раздела фаз; б) адсорбция газа поверхностью металла; в) химическое взаимодействие; г) отвод (десорбция, возгонка) продуктов коррозии из зоны реакции (в отдельных случаях).

Если образуется пористая пленка, лимитирующей стадией процесса коррозии является химическое взаимодействие металла с газом (рис. 7).

Рис. 7. Схема процесса образования пористой оксидной пленки на поверхности металла

Скорость роста пленки в этом случае будет постоянной, а толщина ее y пропорциональной времени окисления τ, т. е. dy/dτ = k (где k — константа скорости химической реакции). Проинтегрировав полученное уравнение, получим, что толщина пленки прямо пропорциональна времени, у = kτ + const. В большинстве случаев значение константы мало или равно нулю, поэтому увеличение толщины пленки происходит по линейному закону, у = kτ. Такой закон окисления характерен для щелочных и щелочноземельных металлов (рис. 8), когда образуются несплошные пленки.

Рис. 8. Коррозия магния в среде кислорода при различных температурах

Образование защитной (сплошной, непористой) пленки на металлах состоит из нескольких стадий: а) переход ионов металла и электронов из металлической фазы в оксид; б) диффузия их в слое оксида; в) подход кислорода к поверхности раздела оксидная пленка — газ и адсорбция его; г) ионизация адсорбированного кислорода и перемещение его ионов в слое оксида; д) взаимодействие ионов кислорода с металлом с образованием оксида (рис. 9).

Рис. 9. Схема процесса образования защитной пленки на поверхности металла.

Рис. 10. Окисление меди на воздухе при 800 °С

Скорость коррозии при низкой температуре определяется стадией «д». Повышение температуры приводит к увеличению скорости химической реакции и толщины пленки, тогда как скорость диффузии возрастает очень медленно, в результате чего скорость коррозии начинает подчиняться законам диффузии. Следовательно, скорость роста пленки обратно пропорциональна ее толщине, т. е. dy/dτ = k/у. Проинтегрировав это уравнение, получим параболическую зависимость y² = 2kτ + const или у² = k₁τ+const. Из уравнения следует, что скорость коррозии определяется стадией диффузии и уменьшается во времени. Большинство применяемых в технике металлов окисляются в основном по параболическому закону (рис. 10); например, медь и никель при t> 500 °С, железо при t> 700 °С.

При окислении меди до температуры 100°С, тантала— до 150 °С, никеля — до 650 °С, железа — до 400°С наблюдается более медленный рост пленки, чем это следует из параболического закона. Для этих металлов характерна логарифмическая зависимость между толщиной пленки и временем ее роста: у = 1n(kτ).

При окислении металлов и сплавов обычно наблюдается отклонение от рассмотренных выше законов. При изменении температуры закон окисления меняется, как правило, практически для всех металлов. Отклонение процесса окисления от того или иного закона также зависит от строения продуктов коррозии, их адгезии, прочности, сплошности.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 841; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!