100694

23M MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Reakcja

Mikromechanizmy utleniania Na r>sunku 21.4 zilustrowano mechanizm utleniania paraboli

M + O -+ MO

gdzie M - materiał, Jctór> się utlenia, a O - tlen, w rzeczywistości

w dwóch etapach Najpierw M tworzy jon uwalniając elektron) c ^Cho<ia

M -> M" + 2e

Elektrony te są następnie absorbowane przez tlen. w- wyniku czcpo ~ jony tlenu    '    ^{8 pousl}an

0 + 2e->0 '

tal.*; • • •	Tlenek
: *ó
'JL.
0“
u—
łfrU » • ••'	--

Powietrze

ct^zmo

Pmpodek I M~ d> funduje bardzo wolno w tlenku Denek wzrasta na gran.cy

metai-tlenek. Przykłady Ti, Zr. U

Wakanst

Powietrze

2*>0

■P"nura Poouę«^^f^^,^^‘^⁰ *^^enkŁ    "zrMta na granicy tlenek-

iwaJetn ilenkrenj tworzą «ę wakansc Przykłady Cu, Pe. Cr, Co

Metal

%

Tlenek

Powietrze

SHT-al-tleoafc lab Uer^k-o(^^r^^Cł^^^W,B*^,‘ Tlenek może wzrastać (posoli) na grani

PO^rrr zaleje od lego. czy M". czy O ' Joduje ,zybc:< rrzykiid Al

Ry*. 21.4. Przypadki wzrostu wlewek tlenków

daj** paraboliczną zależność utleniania

^ _______

_{z k}olci albo jony M~ i elektrony <• dyfundują na

denku i na zewnętrznej powierzchni spotykaj, jony O afbTt^ TT? _{d0 W}e%«tąt« (z dwiema dz.urami elektronowi) i    ^dyfunduJ^e

wierzchni warstwy spodka jony M**. Gradient stania tlenu    ^

jięzcniem o w gazie, podlonym przez grubość war.tw, UenłSfS ko* wzrostu warsusy ox/dr jes, oczywifcie proporcjonalna do _fflÓW dyfundujących przez warstwę.    umienia ato-

Z prawa Ficka (równanie 18.1) mamy

gdzie D - współczynnik dyfuzji.

Całkując względem czasu, otrzymamy

(21.4)

gdzie

K^cĄtT**

(21.5)

To prawo wzrostu ma dokładnie taką postać jak równanie (21.2), a stała kinetyczna jest analogiczna' do występującej w równaniu (21.3). Z zależności tej wynika, że te warstewki tlenkowe mają lepsze właściwości ochronne, które mają małe współczynniki dyfuzji i wysoką temperaturę topnienia. Dlatego AI2O3 tak dobrze chroni aluminium, Cr^Oj - chrom, a SiO? - krzem, natomiast Cu₂0, a nawet FeO (które mają niższe temperatury topnienia), mają gorsze właściwości ochronne. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na działanie ochronne wymienionych warstewek jest ich duży opór elektryczny: elektrony muszą przejść przez warstewkę tlenków, które są izolatorami topór elektryczny A1_:0₃ jest 10^V razy większy aniżeli FeO).    -

Jakkolwiek nasz prosty model warstewki tlenkowej wyjaśnia wic ^ obserwacji doświadczalnych, o których wspomnieliśmy, to jednak nie wyjaśnia on praw liniowych. Jak np. może materiał tracić masę liniowo, gd> się ^u jak to się czasem obserwuje (rys. 21.2)? Otóż niektóre ^' ^

» WOj) są bardzo lotne. W czasie utleniania Mo i W w ^wysok,c. raturach tlenki wyparowują natychmiast po utworzeniu i we stwaraąj bariery dla dalszego utleniania. Z tego względu utlenianie tac tlenek ^kością, która jest niezależna od czasu, a materiał traci W ^szctńc jest usuwany. Ta właściwość wyjaśnia katastrofalnie -przekroju Mo i W uwidocznione wtabl. 21.2.

• f-yi o |w4v>ri pf do wzrostu jrubo&3»

nie ma ona tej samej wartości, ponieważ równanie • - -    _ _|CSj nune

¹ cje do wzrostu masy, tc dwie wielkości byt 1*™° P°"*