HomeОбработка сталиХимико-термическая › Влияние вакуума на кинетику взаимодействия металлов с газами

Влияние вакуума на кинетику взаимодействия металлов с газами

Влияние вакуума на кинетику взаимодействия металлов с газамиХимическая термодинамика, рассматривая только равновесные системы, имеет дело с начальным и конечным состоянием процесса, т. е. позволяет решать вопросы о возможности, направлении и конечном состоянии реакций в данных условиях.

 

При обработке металлов давлением в вакууме и в инертных средах особое значение приобретает влияние низких парциальных давлений активных газов на кинетику процессов окисления. При этом создается возможность:

а) установить остаточное давление, при котором процесс окисления металла не имеет практического значения;

б) оценить влияние пленок различной толщины на скорость протекания процессов окисления и газонасыщения;

в) определить влияние граничных условий на изменение энергосиловых параметров процесса.

Так, например, вольфрам при нагреве до 800- 1000° С имеет параболическую, а свыше 1000° С — линейную закономерность окисления; молибден при 600° С- параболическую, а свыше 600° С -линейную; ниобий при 150-375° С окисляется по параболическому, а свыше 375° С — по линейному закону.

 

Анализ показывает, что если скорость окисления при высоких давлениях или совсем не зависит от парциального давления кислорода или зависит, но весьма слабо, то в области низких давлений (что справедливо для прокатки в вакууме) скорость окисления металлов независимо от типа проводимости уменьшается с понижением парциального давления кислорода.

 

Результаты исследования кинетики окисления молибдена и вольфрама с помощью оптического метода приведены в табл. 45. Приведенные данные показывают, что с повышением глубины вакуума толщина окис-ной пленки интенсивно уменьшается, причем более резкое ее изменение наблюдается при переходе от остаточного давления 133 н/м2\’ (1 мм рт. ст) к 13,3 н/м2 (Ю-1 мм рт. ст.).

 

Анализ данных по изменению веса образцов вольфрама, молибдена и рения в зависимости от глубины вакуума подтверждает отмеченные выше закономерности — резкое замедление скорости окисления при переходе от высокого давления к низкому вакууму порядка 13,3 н/м2 (10-1 ммрт.ст.) и незначительное понижение скорости процесса при дальнейшем увеличении глубины вакуума вплоть до 6,65 мн/м2 (5- 10~5 мм рт. ст.).

 

Скорость окисления вольфрама, молибдена и рения на воздухе при тех же температурах намного выше, чем в низком вакууме 133 н/м2 (I ммрт.ст.). Так, для молибдена убыль массы при нагреве на воздухе при температурах 950, 1050 и 1150° С составила соответственно 193, 121 и 206 мг/см2, в то время как при разрежении 133 н/м2 (1 ммрт.ст.) убыль Массы при исследованных температурах изменяется в пределах 0,31-0,55 мг/см2, т. е. уменьшается более чем в 400 раз.

 

На основании изучения кинетики окисления и газонасыщения вольфрама, молибдена и рения в условиях низких парциальных давлений активных газов был сделан вывод о целесообразности применения при высокотемпературной обработке давлением этих металлов низкого вакуума, равного 13,3-1,33 н/м2 (Ю-1- Ю-2 мм рт ст.), а также и инертного газа соответствующей чистоты.

 

По мере увеличения глубины вакуума наблюдается непрерывное понижение интенсивности окисления циркония, ниобия, тантала и ванадия, а при достижении высокого вакуума 6,65 мн/м2 (5- Ю-5 ммрт. ст.) процесс окисления указанных металлов уже не имеет практического значения. Это хорошо иллюстрируют данные по изменению привеса металлов при увеличении глубины вакуума с 13,3-1,33 н/м? (Ю-1-Ю-2 ммрт.ст.) до 6,65 мн/м2 (5-Ю-5 ммрт.ст.). Так, для циркония при 1000° С масса изменяется соответственно от 1,2 до 0,07 мг/см2 (рис. 117). Подобное изменение привеса наблюдается у ниобия, тантала и ванадия.

 

Результаты газового анализа показали значительное увеличение примесей кислорода в цирконии при переходе от вакуума 13,3 мн/м2 (Ю-4 мм рт. ст.) к атмосфере воздуха.

Следует отметить, что если интенсивность химического взаимодействия циркония с газами и их растворения в металле с ростом температуры резко возрастает при нагреве на воздухе, то при нагреве в условиях низкого давления 13,3 мн/м2 (вакуум 10~4 ммрт.ст.) интенсивность взаимодействия металлов с газами с ростом температуры увеличивается незначительно.

 

Так, если при нагреве на воздухе до 900° С газонасыщенный слой составляет 0,4 мм, то при нагреве до 1200° С проникает на всю толщину заготовки. Изучение распределения микротвердости по поперечному сечению заготовки показало такие же результаты: увеличение глубины и интенсивности газонасыщения с повышением температуры нагрева и давления газов. Это хорошо согласуется с данными газового анализа.

 

Приведенные данные показывают, что применение низкого вакуума и инертной среды значительно уменьшает скорости процессов взаимодействия циркония с активными газами, но все же не предохраняет металл от интентивного окисления и газонасыщения. Только при достижении вакуума 13,3 мн/м2 (10~~4 мм рт. ст.) можно говорить о практическом отсутствии взаимодействия циркония с газами. Изучение микроструктур тантала и ниобия показало, что при нагреве этих металлов в низком вакууме протекает процесс значительного окисления и газонасыщения, что можно заключить по образованию второй фазы и наличию окисных пленок.

 

Результаты изучения окисления и газонасыщения циркония, ниобия, тантала и ванадия в условиях высокотемпературной прокатки показывает, что указанные металлы необходимо обрабатывать в высоком вакууме 13,3-1,33 мн/м2 (Ю-4-10~5 ммрт.ст.), так как при достижении высокого вакуума скорость взаимодействия этих металлов с активными газами резко понижается.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.