Структура и св-ва различных окисных слоев на примере Fe

Оксидные пленки на железе и стали (состав, структура, свойства)

При высокотемпературном окислении Fe может образовывать неск. тв. фаз.

-тв р-р О2 в Fe (<0.001%)

-FeO вюстит

-Fe3O4 магнетит

-Fe2O3 гематит

Вюстит

п/п р-типа ГЦК типа NaCl. Большая концентрация катионных дефектов, через которые диффундируют преимущественно катионы Fe.

Недостаток ионов Ме вызавает части ионов Feдо Fe. При Т<570º С FeO неустойчив и распадаеца по реакции

4Fe --> Fe3O4 + Fe

Образование значительного кол-ва FeO в защитн. пленках способствует их защитн. св-в и при нагреве даже в течении короткого времени на пов-ти обр. толстый слой окалины.

Если О2 растворяется в сплаве при его окислении, то менее благородный компонет обр. окисл. внутри сплава. При этом под пов-тью раздела между сплавом и окалиной могут образоваться окислые прослойки (субокалина). Для такого внутр. окисления требуется, чтобы скор. диффузии О2 в сплаве >> скорости диффузии легирующего элемента.

Если один из компонентов сплава образует легкоплавкий оксид, то в процессе окисления может образоваться жидкая окислая фаза.

Тпл MoO3=1068 K ; Тпл V2O5=947K

Это может привести к быстрому разрушению сплава, наз. катастрофическое окисление

Двойные окислы в окалине

Часто образующиеся при окислении сплавов двойные окислы Ме2О4 бывают устойчивее простых окислов компонентов сплава и благодаря этому появляются в окалине. Так, при окислении

легированных сталей возникают двойные окислы типа шпинели : FeCr2O4, FeAl2O4, NiFe2O4, NiCr2O4 и др., что обычно повышает жаростойкость сплава и обусловлено слабой диффузией металлов и кислорода через решетку шпинели.

В элементарной ячейке шпинели с 32 ионами О2- имеются 32 октаэдрические и 64 тетраэдрическне пустоты, причем окта-эдрические пустоты больше теграэдрических. В нормальных шпинелях (рис. 67) 16 октаэдрнческих пустот замещены ионами Me2+ и 8 тетраэдрических пустот - ионами Ме2+. Эти ионы могут быть ионами одного и того же металла с валентностью 2 и 3 (например, в магнетите Fe3O4 или ) и ионами двух разных металлов, образующих, таким образом, двойной окисел.

Диффузия ионов, обусловливающая рост окалины при окислении сплава, осуществляется по вакантным окта- и тетраэдрическим междоузлиям.

Двойные окислы, по-видимому, появляются, когда потоки диффундирующих сквозь образующуюся окалину ионов металлов доставляют эти ионы в какую-либо зону (слой) окалины в количествах, соответствующих стехиометрическому составу данного двойного окисла.

Рис. 67, Структура решетки шпинели:

большие белые шары -ионы О2-, шары меньших размеров - ноны металла в окта-эдрических узлах; маленькие черные шарики - ноны металла в тетраэдрических узлах