Scan011520104256

236 MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

O

O

O

o

o

o

Rys. 21.2. Pomiar szybkości utleniania

-----

!.‘, ti- -'/.!• M-.i r P '.7-'

- r / kr»K’Ip. *,r v«

/.o;

> *j

•tę*;.a i ■: •*•■' w.* Vtó—41. •

■ • .' .    b#~ ■

\tV«*^>    i”■ r* «v>:

'    J- v ,• f* .    • . V

■'    A*. '    ‘ /

•<

.<    .• u

i 1 •    < •

H?.; ;    ;>

. :. r»- . • y    -. •« -

.Av -^v

w •    , p    "i

1!

]

•    _t. \ .-r Vv'1

m

! iV j

•<*

Drugi typ utleniania jest zależnością paraboliczną

(Am)^{1 2} = k_p t

' •    & ■ ' 3

>Vt

f’X' i y y * •

(21.2)

2V„

gdzie Ar_p - inna stała kinetyczna, tym razem zawsze dodatnia.

Szybkość utleniania spełnia prawo Arrheniusa (rozdz. 18), co oznacza, że stałe kinetyczne k_L i k_r rosną wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury

k_L — A_l e

-Q,JRT

i ^kP=^Ar^e

-Qp!^rt

(21.3)

gdzie A_L i A_p oraz Q_L i Q_p są stałymi.

Wynika stąd, że gdy temperatura rośnie, szybkość utleniania wzrasta wykładniczo (rys. 21.3).

iUr

Rys. 21.3. Wzrost szybkości utleniania wraz ze wzrostem temperatury zgodnie z prawem

Arrheniusa

ważną, aby testy utleniania elementów w wysokich temperaturach przeprowadzać w odpowiednich warunkach.

Dane dotyczące szybkości utleniania

Dla konstruktora informacja, jaka ilość danego materiału będzie zastą piona przez tlenki w określonych warunkach, jest bardzo ważna. Właściwości mechaniczne tlenków są zwykle znacznie gorsze w porównaniu z materiałem wyjściowym (np. tlenki są porównawczo bardzo kruche), więc - nawet jeśli warstwa tlenków jest mocno związana z materiałem, co nie zawsze ma miejsce - efektywny przekrój elementu ulega zmniejszeniu. Redukcja prze kroju elementu konstrukcyjnego może być oczywiście obliczona z danych dotyczących Am.

W tablicy 21.2 podano czas wymagany do utlenienia danego materiału na głębokość 0,1 mm, przy ekspozycji w powietrzu w temp. 0,77_M (jest to typowa wartość dla temperatury pracy łopatek turbin i innych podobnych elementów). Jak widać, czasy te zmieniają się o kilka rzędów wielkości i jasno wskazują, że nie ma korelacji pomiędzy szybkością utleniania i energia związaną z przebiegiem reakcji (porównaj Al i W jako skrajne przypadki: Al utlenia się bardzo powoli - energia = -1045 kJ-mol ¹ O2; W utlenia się bardzo szybko - energia = -510 kJ-mol¹ 0₂).

\

TABLICA 21.2

Czas utleniania na głębokość 0,1 mm w temperaturze 0,7Tm, w powietrzu (Uwaga — podane czasy mogą ulegać znacznym zmianom w zależności od stopnia czystości materiału, rodzaju obróbki powierzchni i obecności zanieczyszczeń w atmosferze jak np. siarki)

Materiał	Czas [h]	Temperatura topnienia [K]	Materiał	Czas [h]	Temperatura topnienia |K|
Au	nieskończony	1336	Ni	600	1726
Ag	bardzo długi	1234	Cu	25	1356
Al	bardzo długi	933	Fe	24	1809
Si3N4	bardzo długi	2173	Co	7	1765
SiC	bardzo długi	3110	Ti	<6	1943
Sn	bardzo długi	505	WC cermetale	< 5	1700
Si	210^6	1683	Ba	« 0,5	983
Be	10^6	1557	Zr	0,2	2125
Pt	1,8-10^5	2042	Ta	bardzo krótki	3250
Mg	vr, O r—< A	923	Nb	bardzo krótki	2740
Zn	^r O A	692	U	bardzo krótki	1405
Cr	1600	2148	Mo	bardzo krótki	2880
Na	> 1000	371	W	bardzo krótki	3680
K	> 1000	337

-i. * £' •• S

• Pt 71 .

1

wreszcie, jest rzeczą oczywistą, że szybkość utleniania rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia cząstkowego tlenu, jakkolwiek nie zawsze w prosty sposób. Na przykład ciśnienie cząstkowe tlenu w turbinie gazowej może się bardzo

2

różnić od ciśnienia cząstkowego w powietrzu. Z tego względu jest rzeczą