Utlenienie materiałów

Atmosfera ziemska ma działanie utleniające. Wokół siebie widzimy ceramikę oraz halogenki metali alkanicznych. W przeciwiństwie do wymienionych materiałów metale nie są stabilne. Poza złotem wszystkie inne będą się utleniać w kontakcie z powietrzem. Polimery także nie są stabilne. Kompozyty polimerowe zachowują się tak samo. Drewno w wyższych temperaturach ulega utlenieniu.

Energia utleniania

Tendencję wielu materiałów można oceniać na podstawie testów laboratoryjnych polegającej na pomiarze energii koniecznej do zajścia reakcji: materiał + tlen + energia —>tlenek metalu
Jeżeli energia ta jest dodatnia materiał będzie stabilny, w przeciwnym wypadku będzie się utleniał.

Szybkość utleniania

Warstewka tlenku działa jak bariera, która oddziela atomy tlenu i żelaza, i zmniejsza szybkość, z którą te atomy reagują.
Pierwszy typ utleniania można powiązać zależnością liniową, drugi paraboliczną.
Gdy temperatura rośnie prędkość utleniania wzrasta wykładniczo.
Ponadto szybkość utleniania rośnie wraz z wzrostem ciśnienia cząsteczkowego tlenu.

Dane dotyczące szybkości utleniania

Nie ma korelacji pomiędzy szybkością utleniania i energią związaną z przebiegiem reakcji.

Mikromechanizmy utleniania

Najpierw M tworzy jon, uwalniając dwa elektrony, które z kolei są absorbowane przez tlen, w wyniku czego także tworzą się jony tlenu.
Albo jony metalu dyfundują na zewnątrz poprzez warstwę tlenku albo tlen dyfunduje do wewnątrz.

Gradient stężenia tlenu jest po prostu stężeniem c w gazie, podzielonym przez grubość warstwy tlenków x
Z prawa Ficka: \frac{dx}{dt} ~ D \frac{c}{x}
Stąd: x^{2}=K_{p}t , gdzie K_{p}~ c D e^{\frac{-Q}{RT}}

Warstewki tlenkowe mają lepsze właściwości ochronne im niższy jest współczynnik dyfuzji i większa temperatura topnienia. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na działanie ochronne jest ich duży opór elektryczny (tlenki są izolatorami).

Czasami materiał traci masowe liniowo. W wysokim temperaturach w czasie utleniania Mo i W tlenki wyparowują się natychmiast po ich utworzeniu i nie stwarzają dalszej bariery dla utleniania. Szybkość utleniania jest niezależna od czasu, materiał traci masę, ponieważ tlenek jest usuwany.

Wyjaśnienie liniowego wzrostu masy polega na powstawaniu pęknięć albo warstwa tlenku trochę odstaje od rdzenia. Bariera staje się mało efektywna.

Stąd dobra ochronę dają warstwy tlenkowe, które ani nie mają zbyt małej objętości i nie tworzą otwartych szczelin albo nie mają zbyt dużej objętości i się nie marszczą. Wtedy i tylko wtedy uzyskamy paraboliczny wzrost masy.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: