Размерные и структурные эффекты в процессах окисления металлов

• Автор: Коршунов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 394 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Перечень условных обозначений
Введение
Глава 1. Влияние размерных и структурных факторов на реакционную
способность металлов
1.1. Влияние размерного фактора на структурно-фазовые
характеристики металлов
1.1.1. Структурные и субструктурные характеристики
1.1.2. Особенности дефектов структуры. Диффузия
1.1.3. Устойчивость фазового состояния. Фазовые превращения
1.1.4. Состояние поверхностных слоев
1.2. Особенности механизма взаимодействия неблагородных металлов
с кислородом
1.2.1. Кинетика и механизм окисления массивных металлов
1.2.2. Кинетика и механизм окисления субмикронных порошков металлов
1.2.3. Особенности процесса окисления пластически деформированных металлов
1.3. Электрохимическое поведение и коррозионная устойчивость металлов с мелкозернистой структурой и металлических частиц
в водных растворах
1.3.1. Влияние структуры металла на электрохимические характеристики
1.3.2. Особенности коррозионной устойчивости
вентильных металлов
1.3.3. Электрохимическое поведение металлических частиц
Обоснование цели и задач исследования
Глава 2. Получение объемных и порошкообразных металлов
с различной структурой и дисперсностью, их характеристики
2.1. Интенсивная пластическая деформация
2.1.1. Всестороннее прессование
2.1.2. Кручение под высоким давлением
2.1.3. Равноканальное угловое прессование
2.1.4. Модифицирование поверхностных слоев Т1№ в условиях ионнолучевой обработки
2.1.5. Параметры структуры пластически деформированных
металлов
2.2. Получение субмикронных и нанопорошков металлов при помощи
электрического взрыва проводников в среде аргона
2.2.1. Условия формирования пассивирующих поверхностных оксидных пленок при получении стабильных
в атмосфере воздуха металлических частиц
2.2.2. Дисперсность и морфология частиц металлов
2.2.3. Состав и структура поверхностных слоев частиц металлов
2.2.4. Структурные и субструктурные характеристики металлических частиц различного размерного диапазона
2.3. Размерная зависимость параметров структуры
2.3.1. Структура металлической составляющей
2.3.2. Особенности оксидных слоев
Выводы по главе
Глава 3. Влияние размерных и структурных факторов на закономерности фазовых и химических превращений в металлах
и в оксидных слоях при нагревании
3.1. Процессы в металлической составляющей
3.1.1. Фазовые переходы: плавление, полиморфные превращения
3.1.1.1. Алюминий

3.1.1.3. Железо
3.1.1.4. Титан
3.1.2. Химические процессы
3.1.2.1. Окисление в воздухе
3.1.2.1.1. Алюминий

3.1.2.1.3. Железо
3.1.2.1.4. Никель
3.1.2.1.5. Титан, сплав Zr-l%Nb
3.1.2.1.6. Молибден, вольфрам
3.1.2.2. Взаимодействие алюминия с азотом
3.2. Процессы в оксидных слоях
3.2.1. Дефектность, термическая стабильность
3.2.2. Влияние связанной воды
3.2.3. Кристаллизация, полиморфные превращения
3.2.4. Влияние теплофизических характеристик металла и оксида
3.3. Влияние структурных изменений на реакционную способность
компактных металлов и порошков при нагревании в воздухе
Выводы по главе
Глава 4. Кинетика окисления металлов с различной структурой
и дисперсностью при нагревании
4.1. Особенности макрокинетического режима и кинетические
параметры процесса
4.1.1. Алюминий

4.1.3. Железо
4.1.4. Никель
4.1.5. Титан, сплав Zr-1 %TSIb
4.1.7. Молибден, вольфрам
4.2. Закономерности зародышеобразования фаз продуктов
при взаимодействии металлов с газообразными реагентами
4.2.1. Взаимодействие с кислородом воздуха
4.2.1.1. Алюминий
4.2.1.2. Медь, никель
4.2.2. Взаимодействие субмикронных порошков А1 с азотом
4.3. Закономерности формирования реакционной зоны при окислении,
состав и морфология продуктов

раздела оксид/газ. При этом процесс подчиняется параболическому закону, Еа=60-170 кДж/моль [94, 128].
Результаты изучения процесса окисления компактного железа и его порошков при относительно низких температурах (/<600°С) менее однозначны [130-135]. Прежде всего, это обусловлено термодинамической нестабильностью вюстита, претерпевающего при /<560°С [84] эвтектоидный распад с образованием Бе и Ре304 в виде слоистой (пористой) структуры [135]. В зависимости от состава и структуры оксидного слоя, образующегося при низкотемпературном окислении, от кристаллографической ориентации металла и Р0г [130, 133-135] скорость процесса
окисления может описываться параболическим [130], линейным или логарифмическим законом (Да=130—170 кДж/моль) [94, 132, 133]. Окисление грубодисперсных порошков (50-100 мкм) [136-138] подчиняется параболическому закону (.Еа»170 кДж/моль), в условиях линейного нагрева прирост массы образцов происходит в одну стадию. Для порошка со среднечисловым диаметром частиц тах=23 мкм в [139] получены значения £а=60—85 кДж/моль.
Особенностью процесса окисления меди является то, что металл обладает высоким сродством к кислороду и уже при температурах порядка -100°С и парциальных давлениях кислорода — 10 5 мм рт.ст. подвергается окислению с образованием Си20 [94]. Окисление меди при более высоких температурах и давлениях кислорода приводит к образованию смеси фаз оксидов Си20 и СиО, соотношение между которыми в продуктах реакции определяется состоянием и чистотой металла, внешними условиями [94, 95]. Достаточно подробно исследованы закономерности формирования продуктов высокотемпературного окисления компактной меди [94, 95, 116, 119] и тонких медных пленок [140] при различных парциальных давлениях кислорода. Известно [94, 95], что оксид СиО образуется при окислении Си20, при этом существует определенная критическая толщина слоя Си20 на поверхности металла, выше которой образование пленки СиО возможно. Существует предельное значение парциального давления кислорода (~ 13,3 кПа [95]), ниже которого оксид СиО не образуется. В атмосфере воздуха при низких температурах (/<150 °С) СиО в составе оксидного слоя на поверхности меди