Взаимодействие компонентов

Взаимодействие кислорода с чистой поверхностью металла протекает'в три этапа: 1) адсорбция кислорода, 2) нуклеация, т. е. образование зародышей, 3) рост сплошной оксидной пленки. На первых стадиях адсорбции пленка состоит из атомов кислорода, так как свободная энергия адсорбции атомов кислорода превышает свободную энергию диссоциации его молекул. Методом дифракции медленных электронов удалось установить, что атомы некоторых металлов входят в состав адсорбционной пленки и образуют относительно стабильную двухмерную структуру из ионов кислорода (отрицательно заряженных) и металла (положительно заряженных). Как уже говорилось в отношении пассивирующей пленки (разд. 5.5), адсорбционная пленка, составляющая доли монослоя, термодинамически более стабильна, чем оксид металла. На никеле, например, она сохраняется вплоть до точки плавления никеля [1 ], тогда как NiO разрушается вследствие растворения кислорода в металле *. Дальнейшая выдержка при низком давлении кислорода ведет к адсорбции на металле молекул О2, проникающих сквозь первичный адсорбционный слой. Так как второй слой кислорода связан менее прочно, чем первый, он адсорбируется не диссоциируя. Возникающая в результате структура более стабильна на переходных, чем на непереходных металлах [2]. Любые дополнительные слои адсорбированного кислорода связаны еще ^слабее, и наружные слои становятся подвижными при повышенных температурах, о чем свидетельствуют рентгенограммы, отвечающие аморфной структуре. Вероятно, ионы металла входят в многослойную адсорбционную пленку в нестехиометрических количествах и к тому же относительно подвижны. Например, обнаружено, что скорость поверхностной диффузии атомов серебра и меди выше в присутствии адсорбированного кислорода, чем в его отсутствие [3]. ;

ходит взаимодействие кислорода, растворенного в пресной воде, с ионами железа из пластовой воды с образованием гидроокиси железа по реакции

При высоких температурах происходят химические реакции между окружающей средой и металлом преимущественно по границам зерен или по другим местам концентрации примесей или легирующих элементов. Например, взаимодействие кислорода воздуха с серой, находящейся на границах кристаллитов меди или никеля. Растяжение меди в среде, содержащей водород, также приводит к хрупкости вследствие реакции его с межкристаллитной примесью серы или кислорода. Охруп-чивание может произойти при воздействии вакуума и растягивающих напряжений на металл, имеющий летучие межкристаллитные примеси.

Взаимодействие кислорода с поверхностью металла: характеризуется несколькими стадиями. Установлен следующий ряд элементарных актов окисления: образование свежей поверхности металла; адсорбция молекулярного кислорода на поверхности металла с последующей диссоциацией на атомы и—их хемосорбция;; возникновение зародышей оксидов на локальных участках поверхности; формирование и рост сплошной пленки: оксида.

Пайку титановых сплавов производят при температуре около 1000СС, поэтому при наличии окислительной атмосферы взаимодействие кислорода с титаном в процессе пайки протекает с большой интенсивностью.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОРОДА И СЕРЫ С ЛИТИЕМ И ДРУГИМИ ЭЛЕМРНТАМИ

Исследование раскислительной способности углерода в вакууме показало, что достаточно выдерживать металл при давлениях порядка нескольких сотен ньютонов на квадратный метр (мм рт. ст.), при этом раскислительная способность углерода в железе меньше зависит от давления над металлом, чем в железохромоникелевых сплавах. Снижение поверхностного натяжения в жидких сплавах по сравнению с чистым железом обусловливает меньшее значение упругости СО в образующемся пузыре. Важную роль играют обменные реакции металла с футеровкой тигля. Если взаимодействие кислорода и оксидных включений с углеродом ведет к очищению металла от кислорода, то при реакциях с футеровкой кислород переходит в металл. Практически в первые 20—30 мин плавки в печи емкостью 10 кг скорость первого процесса наибольшая и при этом содержание кислорода в металле достигает минимального значения, а затем либо не изменяется, либо чаще всего возрастает.

Таблица 7 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОРОДА И СЕРЫ С ЛИТИЕМ И ДРУГИМИ ЭЛЕМРНТАМИ

Наблюдали несколько типов повреждений, вызванных первоначальными высокотемпературными выдержками. У никеля, содержащего различные добавки, взаимодействие кислорода с межзеренными карбидными частицами приводило к образованию пузырей СО [21]. У сплавов системы Ni—Mn—S окисление частиц MnS могло вызвать появление на границах зерен свобод-ной серы [22]. Предполагают также [23], что кислород или оксиды, присутствующие на границах зерен, могут подавлять проскальзывание и тем самым задерживать релаксацию локальных напряжений в процессе ползучести. При исследовании суперсплавов многократно наблюдали подповерхностное окисление частиц карбидов и ^'-фазы; это окисление безусловно могло вызвать разупрочнение. Полное окисление

Взаимодействие кислорода с поверхностью металла начинается с его адсорбции, затем может наступить растворение кислорода в Мн и (или) образование и рост слоя окисла.

Известно, что даже кобальтовый катализатор, ускоряющий взаимодействие кислорода с бисульфитом, не оказывает влияния, когда кислородсодержащие воды содержат значительные количества растворенных солей, например природные рассолы, или когда температура такой воды близка к температуре замерзания.

В этой главе рассмотрено взаимодействие .компонентов в металлических сплавах.

Общий вид тройных диаграмм состояния определяется характером двойных систем, образующих их боковые грани (рис. 70) и характеризующих взаимодействие компонентов в разной их комбинации.

Окислительно-восстановительные реакции на границе раздела металл — шлак. Взаимодействие компонентов шлака и

средств для численного решения уравнений, хотя сами методы решения в стандарте не определяются. Во-вторых, компоненты общей модели могут быть аналоговыми или дискретными, взаимодействие компонентов происходит через порты, а порты могут быть как дискретного, так и аналогового типов. В-третьих, предусматривается синхронизация событий в дискретной части с временными характеристиками процессов в непрерывной части модели. В-четвертых, имеется возможность моделирования не только во временной, но и в частотной областях.

Вторая особенность пассивирующих ингибиторов состоит в том, что почти для всех типов этих ингибиторов защитный эффект может проявляться лишь в том случае, если взаимодействие компонентов ингибитора и продуктов коррозии происходит у поверхности корродирующего металла или на ней и приводит к осаждению образующихся труднорастворимых соединений непосредственно на металле. Это условие может не соблюдаться, и тогда взаимодействие продуктов коррозии и компонентов ингибитора происходит на некотором расстоянии от границы раздела и образующийся осадок только частично попадает на металл. Но при этом он недостаточно прочно сцеп-

Композитные материалы (кроме эвтектических) обычно изготавливают из двух или более составляющих элементов. Каждый из этих элементов предварительно тщательно очищают от загрязнений; тем не менее, после любой обработки (за исключением таких особых видов предварительной обработки, как высокотемпературный вакуумный отжиг или катодное травление) на поверхности остаются пленки адсорбированных веществ. Пленки на металлах возникают, в основном, из-за взаимодействия с кислородом воздуха, но на окислах и некоторых неметаллах пленки могут появиться в результате взаимодействия с водяным паром. Дополнительными источниками образования пленок могут явиться загрязняющие вещества, присутствующие в различных количествах при подготовительных операциях, например масло или смазка, хлориды и сульфиды, пыль и другие посторонние вещества и продукты их взаимных реакций, например гидроокиси. Таким образом, объединение составляющих композита не является простым физико-химическим процессом. Как правило, для образования связи между металлом и упрочнителем пленки должны быть каким-либо способом уничтожены. Иногда, однако, пленки желательно сохранить или видоизменить; в частности, окисные пленки на алюминии и боре сводят к минимуму взаимодействие компонентов в соответствующих композитах.

Помимо снижения эффективности поверхности раздела, химическое взаимодействие компонентов может привести к ухудшению-основных свойств упрочнителя. В результате взаимодействия ва поверхности упрочнителя часто возникают углубления и неровности, которые, по существу, являются надрезами. Поскольку боль шинству перспективных упрочнителей присуща высокая собственная чувствительность к надрезу, такие нерегулярности поверхности значительно снижают эффективную прочность упрочнителя, вследствие чего уменьшается и прочность композиционного мате-риала в целом.

у обычных современных композитов с металлической матрицей при переходе через поверхность раздела химический состав меняется непрерывным образом. Даже те композитные материалы, при изготовлении которых можно избежать существенного химического взаимодействия на поверхностях раздела, подвержены разупрочнению из-за диффузии через поверхность раздела компонентов при длительном воздействии лишь умеренно высоких температур. Диффузионное взаимодействие компонентов в этих материалах, по-видимому, подчиняется классическим законам диффузии.

Об исследовании термической стабильности сплава хастеллой X, упрочненного 25—30 об.% вольфрамовой проволоки диаметром 0,25 мм, сообщается в работе Онисти и Стетсона [29]. Композитный материал был изготовлен методом порошковой металлургии, и в исходном состоянии химическое взаимодействие компонентов было небольшим (Баски [4]). После выдержки при 1311 К в течение 50 ч суммарная площадь поперечных сечений волокон уменьшилась до 81%. После выдержки той же продолжительности при 1366 и 1422 К площадь сечения волокон уменьшилась соответственно до 67 и 64%. Таким образом, этот материал слишком нестабилен для использования при повышенных температурах. ,г

Термодинамические свойства'сплавов этих двух типов различны. В то время как для сплавов первого типа (Ni—Sn, Co—Sn) наблюдаются значительные отрицательные уклонения от идеального поведения, отражающие сильное межатомное взаимодействие компонентов [22, 23] (рис. 3), сплавы второго типа (Ni—Аи, Со—Аи) проявляют положительные уклонения от идеальности, которые отражают превалирующие силы взаимодействия одноименных атомов с тенденцией растворов к расслоению [24, 25] (рис. 4).

Структура, взаимодействие компонентов и механические свойства композиционных материалов в значительной мере зависят от методов и режимов их изготовления [54]. Так, например, при изготовлении композиции по режимам, характеризующимся отклонением параметров процесса от оптимальных в сторону снижения температуры, давления и сокращения времени выдержки, реализуется лишь начальная стадия физико-химического взаимодействия компонентов; механизм разрушения полученного композиционного материала определяется в этом случае прочностью связи матрицы с волокном. Материал при нагружении разрушается за счет накопления трещин на границе матрица—волокно и последующего раздельного разрыва частично связанного пучка армирующих волокон и матрицы. Разрыв какого-либо волокна приводит обычно к отслоению его от матрицы, вследствие чего в процессе дальнейших испытаний данное волокно не несет нагрузки. При таком механизме матрица разрушается с образованием воронок вокруг индивидуальных волокон или их комплексов; зона разрушения матрицы обычно локализована в плоскости, перпендикулярной к направлению нагрузки; волокна выдернуты из матрицы на значительную длину, область разрывов отдельных волокон распределена вдоль оси образца. Такой материал характеризуется высокой ударной вязкостью, сравнительно невысокой прочностью при растяжении, низкими значениями циклической прочности, прочности при сдвиге, сжатии, изгибе, кручении и т. д.

Рекомендуем ознакомиться:

Внутрипакетных колебаний

Внутризаводского планирования

Выбранной доверительной

Водогрейной котельной

Водоохлаждаемыми реакторами

Водородные расслоения

Водородным охрупчиванием

Водородной деполяризацией

Водородное охрупчивание

Водородного охлаждения

Водородного растрескивания

Водородом кислородом

Водоснабжения промышленных

Меню:

Главная страница Термины