Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Кислород, водяной пар и углекислый газ являются окислителями для медных сплавов, содержащих алюминий, магний, бериллий, цинк, кремний и тому подобные компоненты. Все перечисленные элементы легко вступают в реакции с упомянутыми газообразными веществами:
В отличие от меди, для этих сплавов водяной пар и углекислый газ являются окислителями и притом довольно сильными.
Процесс окисления медных сплавов, содержащих перечисленные элементы, идет следующим образом. При соприкосновении сплава с кислородом воздуха или с другим окисляющим газом будет происходить окисление всех компонентов, входящих в сплав, в том числе и меди. В дальнейшем, по местам соприкосновения закиси меди с более активными компонентами будут идти вторичные реакции, например:
Восстановленная по вторичным реакциям медь может оказаться отделенной от сплава и компонентов, его составляющих, образовавшимися по тем же реакциям тугоплавкими окислами и в дальнейшем снова окислиться. Таким образом, при окислении сплавов в твердом состоянии окалина может содержать как окислы меди, так и окислы легирующих компонентов. Количество окислов более активных компонентов в окалине будет больше, чем это соответствует среднему содержанию компонентов в сплаве, если даже принять во внимание валентность при окислении.
На процесс окисления сплава, кроме природы последнего, влияют; время, температура, давление, концентрация, скорость перемещения газовой среды относительно окисляющейся поверхности, скорость диффузии газа через слой окислов и скорость реакции окисления. Математические выражения обычно не учитывают всех перечисленных факторов, поэтому не дают возможности обходиться без эмпирических коэффициентов. Для наглядного представления о влиянии важнейших факторов на окисление сплавов в твердом состоянии удобнее воспользоваться графическим способом.
Окисление сплавов с течением времени характеризуется быстрым процессом вначале с постепенным замедлением по мере утолщения слоя окислов на поверхности (рис. 36).
В случае, если образующиеся окислы обладают малой проницаемостью для окислительных газов, замедление наступает быстро.
Слой окислов, обладающий большой газопроницаемостью, обусловливает закономерность окисления, близкую к пропорциональности между степенью окисления и временем. В особенности кривая окисления в зависимости от времени близка к прямой вначале, когда слои окислов имеет еще малую толщину.
Зависимость окисления сплавов от температуры математически обычно выражают экспоненциальной функцией:
где К — степень окисления;
А — коэффициент пропорциональности;
е — основание неперовых логарифмов;
R — газовая постоянная;
T — абсолютная температура;
Q — тепловой эффект реакции.
В первом приближении эта формула дает удовлетворительный результат, как в случае любых диффузионно-реакционных процессов, однако специфические особенности данного случая в этой формуле выражены только числовым коэффициентом.
В реальных случаях этот коэффициент сам может иметь более сложную зависимость от природы слоя, скорости реакции, температуры и давления, почему формула эта справедлива только для частных случаев, а не обнимает процесса в целом.
Давление, концентрация окислителя в газовой фазе и скорость перемещения газовой среды относительно окисляющейся поверхности увеличивают окисление, но для установления характера закономерностей достаточные данные пока отсутствуют.
Скорость диффузии через слой окислов зависит от свойств этого слоя и прежде всего от его сплошности. В свою очередь, на сплошность окисной пленки, образующейся на поверхности сплава в твердом состоянии, оказывает влияние упругость пара сплава или его компонентов и объемные изменения при образовании окислов. Чем больше упругость пара, тем большее количество атомов пара металла проходит в единицу времени через пленку окислов, тем менее сплошной она оказывается. С другой стороны, при больших объемных изменениях в процессе образования пленки окислов, в особенности если они сопровождаются (хотя бы временным) уменьшением объема, в пленке окислов будут возникать трещины, и ее сплошность будет нарушена. Наконец, имеет большое значение также и прочность пленок окислов. Чем прочнее пленка, тем в меньшей степени получает она повреждения под влиянием всякого рода механических воздействий.
Наиболее прочными и наименее проницаемыми для газов являются пленки окислов алюминия и бериллия, поэтому они наиболее надежно защищают сплавы на медной основе от окисления в нагретом состоянии. В сравнительно малой степени защищают медные сплавы от окисления пленки окиси цинка и, в особенности, пленки окиси магния. Промежуточное место по защитным от окисления свойствам занимают пленки окиси кремния и окислов марганца.
Добавка к латуни 0,25% Ai снижает окисляемость больше, чем в два раза (pис. 37), а добавка 1,9% Al снижает окисляемость почти в 35 раз.
- Взаимодействие меди, медноникелевых сплавов и никеля с восстановительной атмосферой пода
- Поведение меди, медноникелевых сплавов и никеля в окислительной атмосфере печи
- Взаимодействие твердого металла с жидкими веществами в рабочем пространстве печи
- Воздействие загружаемых твердых шихтовых материалов на тигли и футеровку печей
- Классификация элементов плавки и влияющих на нее факторов