Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Оксидные пленки на металлах

Оксидная плёнка — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Оксидная плёнка или окисная плёнка — плёнка на поверхности металла или полупроводника, образующаяся при определённых условиях в воздухе или слегка окислительной среде и состоящая из окислов этого вещества. Толщина окисных плёнок может варьироваться от нескольких диаметров молекул до нескольких десятков миллиметров.

Плёнка на нагретой с одного конца бритве

Окалина — поверхностная оксидная плёнка, состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая при нагреве материала.
Ржавчина — поверхностная оксидная плёнка, состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая в окислительной среде.
Побежалость — пёстрая, часто радужная окраска тонкого поверхностного слоя минерала или стали, резко отличающаяся от окраски основного объёма материала.
Синяя плёнка — возникает на поверхности сталей в результате отжига при определённых условиях (синий отжиг).

Оксидирование — процесс окисления поверхности твёрдых металлов и полупроводниковых материалов химическим, электрохимическим (анодирование) или иным способом.
Синий отжиг — нагревание стального листа в открытой печи до определённой температуры превращения, после чего проводится охлаждение листа на воздухе. После синего отжига наблюдается снижение твёрдости сталей, а на их поверхности появляется голубоватая окисная плёнка.

Образующиеся окисные плёнки часто играют защитную роль (пассивирование) для основного объёма металла или полупроводника, на котором они образовались.

ru.wikipedia.org

3.3.4. Законы роста оксидных пленок на металлах

В зависимости от ионной и диффузионной подвижности ионов металла и окислителя, фронт коррозии (условная линия химического взаимодействия), может находиться на внешней стороне пленки, внутри пленки или на границе раздела металл – пленка.

Процесс роста пористойпленки не осложняется процессом подвода окислителя к поверхности металла, а контролируется скоростью химической реакции образования оксида. Скорость коррозии в этом случае выражается уравнением:

, (3.26)

где x - толщина пленки; ф – время; K - константа скорости химической реакции образования окcида; C0 - концентрация окислителя на поверхности метала.

После разделения переменных:

, (3.27)

то есть рост пористой пленки, контролируемый скоростью химической реакции окисления металла, протекает во времени по линейному закону.

Линейный закон роста имеет место:

при высокотемпературном окислении в воздухе и кислороде металлов при ;
в случае образовании летучих оксидов.

Сплошные пленки, затрудняют проникновение реагентов друг к другу и их рост сопровождается самоторможением процесса. Результирующая скорость этого сложного процесса определяется скоростью самой медленной стадии, то есть возможны различные варианты контроля течения процесса.

Первый вариант

Скорость коррозии контролируется стадией массопереноса (диффузионный контроль процесса). В этом случае:

поэтому и для ,, решение которого позволяет получить уравнение параболического закона роста оксидной пленки и окончательно

, (3.28)

где в - коэффициент массопереноса; C0 - концентрация реагента (окислителя) в газовой фазе; D - коэффициент диффузии реагента;

Следует особо подчеркнуть, что концентрация окислителя на границе раздела металл – оксидная пленка(Сх) равна нулю, так как скорость химической реакции весьма велика.

Параболический закон роста реализуется, в частности, при окислении железа на воздухе при различных температурах.

Второй вариант.

В предыдущем случае то есть накопление окислителя на внутренней поверхности оксидной пленки не происходит. Возможность кинетического торможения процесса роста оксидной пленки наряду с торможением на стадии массопереноса (диффузионно-кинетический контроль процесса) приводит к соотношению:

(3.29)

Решение (3.29) приводит к сложно-параболическому закону роста оксидной пленки:

. (3.30)

Рост оксидных пленок по сложно-параболическому закону выполняется:

при окислении железа в парах воды или в атмосфере ;
при окислении в атмосфере чистого кислорода;
при частичном разрушении оксидной пленки.

Рост оксидных пленок при диффузионно-кинетическом контроле может быть выражен также степенным законом:

, (3.31)

где n – не равно 2.

Третий вариант

Часто рост пленки протекает медленнее, чем это следует из параболического закона роста. Это наблюдается при возникновении оксидных пленок при низких температурах (на в при оС; на в О2при оС.)

Затухание объясняется либо уплотнением пленок, либо появлением дефектов (пузырей, расслоений). В этих случаях рост пленки протекает в соответствии с логарифмическим законом роста:

. (3.32)

В заключение, можно отметить общую для большинства металлов тенденцию к снижению самоторможения процесса окисления во времени с ростом температуры: логарифмический закон Þ обратный логарифмический закон Þ степенной (n>2) закон Þ параболический закон Þ сложно-параболический закон Þ линейный закон.

Если металл образует с окислителем несколько устойчивых химических соединений, то образуются многослойные толстые пленки. При этом концентрация металла убывает от границы раздела фаз металл – пленка, а концентрация окислителя возрастает. Примером таких пленок могут быть пленки вида: Cu|Cu2O|CuO|O2; Fe|FeO|Fe3O4|Fe2O3|O2; Mn|MnO|Mn3O4|O2.

Рост слоев происходит вследствие диффузии ионов металла и окислителя; движущей силой является разность химических потенциалов крайних фаз указанных гальванических элементов. Наблюдаемые сложные зависимости скорости роста слоев таких пленок чаще всего объясняются соотношением коэффициентов роста отдельных слоев.

С ростом толщины пленки, возникающие внутренние напряжения могут приводить к образованию трещин и скалыванию пленок и окисление опять будет происходить с начальных стадий.

В ряде случаев обнаруживается двухслойность однофазной пленки (окалины). Приэтом металл в оксиде проявляет одну (низшую) валентность (NiO, Cu2O).

Окалина (пленка), которая представляет собой один и тот же оксид, состоит из двух слоев: внутреннего (пористого) и наружного (плотного, компактного).

Двухслойность объясняется одновременной встречной диффузией металла и окислителя. Наружный слой образуется за счет диффузии металла наружу, а внутренний − следствие диффузии окислителя внутрь.

vseokraskah.net

Оксидная плёнка — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Оксидная плёнка — плёнка на поверхности металла или полупроводника, образующаяся при определенных условиях в воздухе или слегка окислительной среде и состоящая из окислов (оксидов) этого материала. Толщина оксидных плёнок может варьироваться от нескольких диаметров молекул до нескольких десятков миллиметров.

Типы оксидных пленок

Окалина — поверхностная оксидная плёнка, состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая при нагреве материала.
Ржавчина — поверхностная оксидная плёнка, состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая в окислительной среде.
Побежалость — пёстрая, часто радужная окраска тонкого поверхностного слоя минерала или сталей, резко отличающаяся от окраски основного объёма материала.

Синяя плёнка — возникает на поверхности сталей в результате отжига при определенных условиях (синий отжиг).

Способы получения

Оксидирование — процесс окисления поверхности твердых металлов и полупроводниковых материалов химическим, электрохимическим (анодирование) или иным способом.
Синий отжиг — нагревание стального листа в открытой печи до определённой температуры превращения, после чего проводится охлаждение листа на воздухе. После синего отжига наблюдается снижение твёрдости сталей, а на их поверхности появляется голубоватая оксидная пленка.

Образующиеся оксидные плёнки часто играют защитную роль (пассивирование) для основного объёма металла или полупроводника, на котором они образовались.

Напишите отзыв о статье "Оксидная плёнка"

Литература

Металлы и сплавы. Справочник / под ред. Ю. П. Солнцева. — СПб.: НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья», 2003.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.

Отрывок, характеризующий Оксидная плёнка

– Ну, вот всегда так, – махнув рукой, сказал Несвицкий. – Ты как здесь? – обратился он к Жеркову. – Да за тем же. Однако ты отсырел, дай я тебя выжму. – Вы сказали, господин штаб офицер, – продолжал полковник обиженным тоном… – Полковник, – перебил свитский офицер, – надо торопиться, а то неприятель пододвинет орудия на картечный выстрел. Полковник молча посмотрел на свитского офицера, на толстого штаб офицера, на Жеркова и нахмурился. – Я буду мост зажигайт, – сказал он торжественным тоном, как будто бы выражал этим, что, несмотря на все делаемые ему неприятности, он всё таки сделает то, что должно. Ударив своими длинными мускулистыми ногами лошадь, как будто она была во всем виновата, полковник выдвинулся вперед к 2 му эскадрону, тому самому, в котором служил Ростов под командою Денисова, скомандовал вернуться назад к мосту. «Ну, так и есть, – подумал Ростов, – он хочет испытать меня! – Сердце его сжалось, и кровь бросилась к лицу. – Пускай посмотрит, трус ли я» – подумал он. Опять на всех веселых лицах людей эскадрона появилась та серьезная черта, которая была на них в то время, как они стояли под ядрами. Ростов, не спуская глаз, смотрел на своего врага, полкового командира, желая найти на его лице подтверждение своих догадок; но полковник ни разу не взглянул на Ростова, а смотрел, как всегда во фронте, строго и торжественно. Послышалась команда. – Живо! Живо! – проговорило около него несколько голосов. Цепляясь саблями за поводья, гремя шпорами и торопясь, слезали гусары, сами не зная, что они будут делать. Гусары крестились. Ростов уже не смотрел на полкового командира, – ему некогда было. Он боялся, с замиранием сердца боялся, как бы ему не отстать от гусар. Рука его дрожала, когда он передавал лошадь коноводу, и он чувствовал, как со стуком приливает кровь к его сердцу. Денисов, заваливаясь назад и крича что то, проехал мимо него. Ростов ничего не видел, кроме бежавших вокруг него гусар, цеплявшихся шпорами и бренчавших саблями.

wiki-org.ru

Удаление - оксидная пленка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Удаление - оксидная пленка

Cтраница 1

Удаление оксидной пленки производят растворением ее в щелочи или в смеси, хромового ангидрида с фосфорной кислотой, так же как и удаление пленки, полученной при анодировании в серной кислоте ( см. стр. [1]

Удаление оксидных пленок осуществляют травлением в растворах кислот или щелочей. Состав раствора определяется видом металла, толщиной окисной пленки и требуемой скоростью травления. После операции травления детали тщательно промывают с применением нейтрализующих растворов. [2]

Удаление оксидной пленки с поверхности алюминия механическим путем практически невозможно, так как мгновенно после удаления пленки чистый металл вновь покрывается новой оксидной пленкой. Метод холодной сварки удачно решает вопрос удаления оксидной пленки. Оксидная пленка, значительно более хрупкая, чем основной металл, растрескивается и вытесняется с частью металла. Атомы чистого металла свариваемых концов непосредственно соприкасаются, и в зоне пластической деформации образуется цельнометаллическое соединение, характеризующееся непрерывностью кристаллической структуры. [3]

Для удаления оксидной пленки с поверхности изделий применяют специальные порошки - флюсы, которые защищают также жидкую ванну от окисления в процессе сварки. Расплавленные флюсы растворяют оксидную пленку и превращают ее в легкоплавкий шлак, всплывающий на поверхность сварочной ванны. Шлак в процессе сварки защищает поверхность расплавленного металла от дальнейшего окисления. [4]

Для удаления оксидных пленок с поверхности алюминиевых проводников применяется фиринит), который наносится тонким слоем на скрученный конец проводников непосредственно перед сваркой. [5]

Для удаления оксидной пленки на изделиях из алюминия и его сплавов применяют обработку в кислых или щелочных средах с доследующим осветлением поверхности в растворах азотной кислоты, либо в смесях азотной и фтористоводородной кислот. Качество электроосажденного покрытия значительно улучшается после обработки изделий из сплавов алюминия в растворах, содержащих ионы шестивалентного хрома, активный фтор и ускорители. [6]

Для удаления оксидных пленок, препятствующих насыщению, детали перед цементацией обезжиривают и подвергают травлению. [7]

Для удаления оксидных пленок и загрязнений с поверхностей, подлежащих пайке, а также для защиты спаиваемых поверхностей и припоя от повторного окисления при нагреве используют флюсы. Применение канифоли дает хорошие результаты только при пайке чистой поверхности меди и ее сплавов, облуженных горячим способом. [8]

Для удаления оксидной пленки применяют флюс АФ-4А, содержащий 28 % хлористого натрия, 50 % хлористого калия, 14 % хлористого лития и 8 % фтористого натрия. При сварке металлическим электродом применяют различные покрытия, которые также в основном содержат хлористый натрий, хлористый калий, фтористый калий, фтористый натрий, криолит, сернокислый натрий, хлористый литий и др. В качестве связующего вещества применяют декстрин или густой раствор поваренной соли. Для более полной очистки применяют травление 5 % - ным раствором азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и сушкой. [9]

Для удаления дефектной оксидной пленки без нарушения размеров деталей применяется раствор, содержащий 20 г / л хромового ангидрида и 35 мл / л фосфорной кислоты уд. Выдержка в нем до 15 мин при температуре 85 - 100 С. Из растворов, не требующих подогрева, можно рекомендовать раствор, содержащий 50 - 55 мл / л азотной кислоты уд. [11]

Для удаления старой оксидной пленки и образования новой с более благоприятными для эмалирования свойствами применяют хромовокислотную обработку в растворе, содержащем смесь хромовой и серной кислот и небольшие добавки плавиковой кислоты. [12]

Способ удаления оксидной пленки существенно влияет на прочность ПС. Для разрушения оксидной пленки на поверхности детали эффективно приложение низкочастотных колебаний в процессе пайки. Применение вибраций увеличивает число центров кристаллизации, выравнивает химический состав по сечению шва, уменьшает время необходимого контакта с поверхностью детали. Хрупкие ин-терметаллидные соединения в шве при вибрации измельчаются и служат дополнительными центрами кристаллизации. Это обусловлено повышенной жидкотекучестью припоя, формированием более тонких швов с хорошим заполнением. Отмаховой, прочность нахлесточных соединений, паянных легкоплавкими припоями с приложением низкочастотных колебаний, в 2 - 4 раза выше, чем при пайке в защитных средах с флюсом. [13]

При удалении оксидной пленки в кислотах могут наблюдаться явления пассивности ( травление долго не начинается), неравномерность травления и другие дефекты. Для преодоления пассивности рекомендуется искусственно вызывать процесс травления, вводя в контакт с деталями цинковую палочку. В случае неравномерности применяют двукратное травление: первое в смеси плавиковой ( 2 вес. С в течение 15 - 20 мин, а затем в растворе серной кислоты ( 1: 1) при 60 - 90 С в течение 2 - 10 мин. [14]

По методу удаления оксидной пленки пайка подразделяется на абразивную, абразивно-кристаллическую, ультразвуковую, флюсовую, пайку в нейтральной газовой среде, вакуумную и пайку в активной газовой среде. [15]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Оксидная плёнка Википедия

Типы оксидных пленок

Плёнка на нагретой с одного конца бритве

Окалина — поверхностная оксидная плёнка, состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая при нагреве материала.
Ржавчина — поверхностная оксидная плёнка, состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая в окислительной среде.
Побежалость — пёстрая, часто радужная окраска тонкого поверхностного слоя минерала или стали, резко отличающаяся от окраски основного объёма материала.
Синяя плёнка — возникает на поверхности сталей в результате отжига при определённых условиях (синий отжиг).

Способы получения

Оксидирование — процесс окисления поверхности твёрдых металлов и полупроводниковых материалов химическим, электрохимическим (анодирование) или иным способом.
Синий отжиг — нагревание стального листа в открытой печи до определённой температуры превращения, после чего проводится охлаждение листа на воздухе. После синего отжига наблюдается снижение твёрдости сталей, а на их поверхности появляется голубоватая окисная плёнка.

Литература

Металлы и сплавы. Справочник / под ред. Ю. П. Солнцева. — СПб.: НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья», 2003.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.

wikiredia.ru

Скорость - образование - оксидная пленка

Cтраница 1

Скорость образования оксидной пленки на поверхности металла исчисляется долями секунды. Так, для возникновения слоя толщиной 1 4 нм достаточно 0 05 с. С увеличением толщины рост пленки замедляется. [1]

Скорость образования оксидных пленок доходит до 1 мкм / мин. Необходимо механическое перемешивание электролита. Напряжение тока возрастает во время роста толщины оксидной пленки с 25 - 30 до 50 - 80 В. На силумине марки АЛ-2 пленка имеет темно-серый цвет, на сплавах АМГ - золотисто-коричневый и на дюралях типа Д1 - зелено-гол убой. Пленки обладают высокой эластичностью, хорошей коррозионной стойкостью и надежными электроизоляционными свойствами. [2]

Скорость образования оксидных пленок доходит до 1 мкм / мин. Необходимо механическое перемешивание электролита. Напряжение тока возрастает во время роста толщины оксидной пленки с 25 - 30 до 50 - 80 в. На силумине марки АЛ2 пленка имеет темно-серый цвет, на сплавах типа АМг - золотисто-коричневый и на дюралях типа Д1 - зелено-голубой. [3]

На скорость образования оксидной пленки влияют состав и структура) металла изделия. Малоуглеродистая сталь ( до 0 4 / о С) менее склонна к жсидированию, чем сталь с большим содержанием углерода. Легирован-эгея сталь труднее оксидируется. Для нее требуется повышенная темпера-гура ванны ( 150 - 155) и большее время. [4]

Выбор оптимальной температуры раствора определяется скоростями образования оксидной пленки и разложением персульфата. Так, при температурах от 60 до 100 образующаяся пленка имеет одинаковую толщину 1 - 1 5 мк, но при высоких температурах увеличивается расход персульфата. При температурах ниже 60 ухудшается внешний вид пленки. [5]

Выбор оптимальной температуры раствора определяется скоростями образования оксидной пленки и разложения персульфата. При температуре от 60 до 100 С образующаяся пленка имеет одинаковую толщину 1 - 1 5 мкм. При высоких температурах увеличивается расход персульфата. [6]

Приведенные графики характеризуют суммарное влияние на степень черноты металла двух факторов - скорости образования оксидной пленки на поверхность металла и зависимости степени черноты этой пленки от температуры. [8]

Приведенные кривые характеризуют суммарное влияние на степень черноты металла двух факторов: скорости образования оксидной пленки на поверхности металла и зависимости степени черноты этой пленки от температуры. [10]

При первом виде взаимодействия срез адгезионных связей происходит по оксидным или адсорбированным пленкам, которыми всегда покрыты трущиеся поверхности. Скорость образования оксидных пленок обычно высока, чему способствуют высокие температуры, развивающиеся на поверхностях трения. Разрушение поверхности путем среза оксидных пленок называется окислительным изнашиванием. Это наиболее благоприятный вид изнашивания, при котором процессы разрушения локализуются в тончайших поверхностных слоях. [12]

Практически толщина оксидного слоя - может колебаться от сотых долей микрона до 10 л и более. Так, тонкие слои, дающие цвета побежалости, получаемые на железе термическим способом, обладают малой механической прочностью вследствие их крайне незначительной толщины, но более высокими защитными свойствами, чем пленки, получаемые химическим способом. В последнем случае защитные окисные пленки отличаются большей пористостью. На скорость образования оксидной пленки влияет состав и структура металла изделия. Малоуглеродистая легированная сталь труднее оксидируется. Для нее требуется повышенная температура оксидирования и большая продолжительность процесса. Как правило, оксидированию подвергаются изделия, предназначенные для использования в закрытых помещениях, а также для временной защиты готовых обработанных изделий. В сухом воздухе окисные пленки достаточно стойки. [13]

Для оксидирования алюминия и его сплавов в качестве электролита обычно применяют 15 - 20-процентный раствор серной кислоты. При большей концентрации кислоты уменьшается скорость образования пленки и увеличивается ее пористость. Большое влияние на формирование оксидного слоя окавывают температура электролита и плотность тока, при которой ведется оксидирование. С повышением температуры значительно возрастает скорость растворения окиси алюминия в кислоте. Повышение анодной плотности тока увеличивает скорость образования оксидной пленки ( фиг. Но применение чрезмерно высокой плотности тока вызывает местный перегрев электролита, а это, в свою очередь, приводит к интенсивному растворению пленки, а иногда и к растравливанию металла ( фиг. Толщина пленки увеличивается почти пропорционально количеству электричества, пропущенному через металл. Однако по достижении ею некоторой толщины начинает сказываться местный разогрев и растворимость окисла в электролите повышается, что приводит к снижению скорости наращивания пленки. [14]

С другой стороны, если продолжить сравнеше поведения титана в подкисленных растворах бромидов и хлоридов, то нетрудно убедиться в том, что активное растворение титана в растворах хлоридов протекает с несоизмеримо большими скоростями, чем в растворах бромидов. Поэтому такие резкие различия в скоростях ионизации титана в растворах хлоридов и бромидов могут быть объяснены только тем, что С1 - - ионы и адсорбируются легче и образуют более прочные комплексы с атомами титана, чем Вг - - ионы. Отсюда следует, что С1 - - ионн должны не только ускорять активное растворение титана, но и облегчать процессы активации. Следует обратить внимание также на следующее обстоятельство. Значения могут характеризовать скорости растворения в пассивном состоянии. Поэтому в [ б ] такие соотношения п были связаны с растворением сплавов BTI-0 и 4200 только по данным анодных потенциодинамических кривых. С другой стороны, на потенциодинамических кривых может служить характеристикой не только скорости растворения, но и скорости образования оксидной пленки. В этой связи можно вспомнить работу [ гО ], в которой было установлено, что в 3 5 % растворе НаС1 в интервале значений рН 1 8 12 5 при 100 200 С легче всего образуется пассивная пленка ( анатаз) на сплаве т - 2 н; следующим по скорости роста пассивной пленки идет сплав к. [15]

Страницы: 1

www.ngpedia.ru

Образование оксидной пленки на железе и ее свойства

из "Защита металлов оксидными и фосфатными пленками"

Из всех способов оксидирования стали наиболее полно исследовано химическое оксидирование в щелочных растворах. Взаимодействуя с горячей концентрированной щелочью, железо растворяется и образует закисные соединения. Введение в раствор окислителей изменяет ход процесса и приводит к образованию на металле окисной пленки. Она состоит в основном из магнитной окиси железа. Формирование пленки начинается с появления на металле ее кристаллических зародышей. [1]. Разрастаясь, они образуют сплошной слой окисла. По мере того как окисел покрывает металл, изолируя его от воздействия электролита, уменьшается скорость растворения железа и образования пленки. Скорость роста пленки и ее толщина зависят от соотношения скоростей образования центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов. При большой скорости образования зародышей кристаллов количество их на поверхности металла быстро увеличивается — кристаллы смыкаются, образуя тонкую сплошную пленку. Если же скорость образования зародышей невелика, то до того, как они сомкнутся, увеличится высота каждого зародыша, и пленка достигнет большей толщины, чем в первом случае (фиг. 1). [c.6] Скорость растворения стали в оксидировочном растворе зависит от ее химического состава и микроструктуры. Высокоуглеродистые стали оксидируются быстрее, чем малоуглеродистые. Поэтому для оксидирования малоуглеродистых сталей применяют растворы с повышенной концентрацией едкого натра. [c.7] Состав стали оказывает влияние и на цвет оксидной пленки на малоуглеродистых сталях она черного цвета, на высокоуглеродистых — черная с серым оттенком. [c.7] При электрохимическом оксидировании большое влияние на скорость растворения металла и образования окисной пленки оказывает электрический режим процесса. Повышение анодной плотности тока ускоряет растворение железа и образование центров кристаллизации. Более толстые оксидные пленки получаются при сравнительно низких плотностях тока. [c.7]

Вернуться к основной статье

chem21.info