Оксидная пленка на металлах что это

Оксидная плёнка

Оксидная плёнка — плёнка на поверхности металла или полупроводника, образующаяся при определенных условиях в воздухе или слегка окислительной среде и состоящая из окислов (оксидов) этого материала. Толщина оксидных плёнок может варьироваться от нескольких диаметров молекул до нескольких десятков миллиметров.

Типы оксидных пленок

Способы получения

Образующиеся оксидные плёнки часто играют защитную роль (пассивирование) для основного объёма металла или полупроводника, на котором они образовались.

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Оксидная плёнка» в других словарях:

оксидная плёнка — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN oxide film … Справочник технического переводчика

оксидная плёнка — oksido plėvelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oxide film; oxide skin vok. Oxidationfilm, m; Oxidfilm, m; Oxidhaut, f rus. окисная плёнка, f; оксидная плёнка, f; плёнка окиси, f pranc. film d’oxyde, m; pellicule d’oxydation, f;… … Fizikos terminų žodynas

защитная оксидная плёнка — apsauginis oksido sluoksnis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. field oxide film; protective oxide layer vok. Feldoxidschicht, f; Oxidschutzschicht, f rus. защитная оксидная плёнка, f; защитный слой оксида, m pranc. couche d… … Radioelektronikos terminų žodynas

защитная оксидная плёнка — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN protective oxide film … Справочник технического переводчика

Плёнка — В Викисловаре есть статья «плёнка» Плёнка Фотоплёнка Киноплёнка Пленка полиэтиленовая … Википедия

окисная плёнка — oksido plėvelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oxide film; oxide skin vok. Oxidationfilm, m; Oxidfilm, m; Oxidhaut, f rus. окисная плёнка, f; оксидная плёнка, f; плёнка окиси, f pranc. film d’oxyde, m; pellicule d’oxydation, f;… … Fizikos terminų žodynas

плёнка окиси — oksido plėvelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oxide film; oxide skin vok. Oxidationfilm, m; Oxidfilm, m; Oxidhaut, f rus. окисная плёнка, f; оксидная плёнка, f; плёнка окиси, f pranc. film d’oxyde, m; pellicule d’oxydation, f;… … Fizikos terminų žodynas

Oxide film — Оксидная плёнка … Краткий толковый словарь по полиграфии

Пароводокислородная очистка и пассивация — (ПВКО и П) технология очистки металла внутренних поверхностей пароводяного тракта котла с улучшением ее качества и широким применением ее для другого теплосилового оборудования электростанций, в том числе деаэратора и трубопроводов… … Википедия

Конденсатор электрический — система из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком (См. Диэлектрики), толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок; такая система электродов обладает взаимной электрической ёмкостью (См. Электрическая… … Большая советская энциклопедия

Источник

Образование оксидной пленки на металлах

Первой стадией взаимодействия является хемосорбция атомов кислорода на поверхности металла. Приставка «хемо» показывает, что протекает процесс сопровождается химическим взаимодействием атомов металла и кислорода. Связь – ионная, но отличается от химической связи кислорода с металлом в оксиде, она значительно прочнее, т.к. атом кислорода испытывает действие поля, создаваемого нижележащими атомами металла. Насыщение поверхности металла хемосорбированным кислородом происходит практически мгновенно. Затем при низких температурах может иметь место физический процесс адсорбции кислорода за счет ван-дер-ваальсовых сил поверх хемосорбированного слоя. В случае термодинамической стабильности оксида хемосорбированный слой быстро переходит в состояние оксидной пленки, перестройки атомов металла и кислорода, соответствующей их пространственному распределению в оксиде.

Образующиеся оксидная пленка может обладать защитными свойствами, т.е. затрудняет проникновение реагентов – металла и кислорода – к друг другу. Защитные свойства пленки оцениваются по скорости окисления металла и характеру изменения этой скорости во времени. Кроме того, защитными свойствами обладают пленки, покрывающие поверхность металла сплошным слоем. Возможность образования такой пленки определяется следующим условием: молекулярный объем оксида на поверхности металла V_окс должен быть больше объема металла V_ме, израсходованного на образование молекулы оксида. В противном случае образующегося соединения не хватает. Чтобы покрыть сплошным слоем поверхность металла, в результате чего пленка получается пористой, рыхлой. Таким образом, если V_окс/ V_ме 1, то может образоваться сплошная пленка. Пористая оксидная пленка, с низкой адгезией по отношению к металлу, защитными свойствами не обладает (щелочные, щелочно-земельные металлы и железо).

Рассмотрим примеры уравнений реакций газовой коррозии при высоких температурах, например в кислородной атмосфере:

При повышенных температурах металлы более активны по отношению к кислороду, чем при низких. При нагревании оксида металла до некоторой критической температуры происходит его термическое разложение, т.е. указанные процессы идут справа налево. Мерой устойчивости оксида следует считать давление газообразного кислорода над этим оксидом (в закрытом сосуде) – это называется давлением диссоциации. Оксид начинает образовываться на поверхности металла только при такой температуре, при которой давление диссоциации меньше, чем давление кислорода в газовой смеси (в воздухе, дыме), с которой контактирует металл. Для серебра давление диссоциации уже при 400 о С превосходит давление кислорода в воздухе, поэтому при температурах, превышающих это значение, коррозии серебра не происходит. Некоторые металлы образуют летучие оксиды, которые обнажают поверхность металла (молибден, вольфрам, ниобий, рений). В случае оксида железа, давление диссоциации которого очень мало, окисление железа происходит как при низких, так и при высоких температурах – порядка 2000 о С. Также ведут себя никель, медь, алюминий. Таким образом, стабильность оксида является необходимым условием начала процесса коррозии.

Дальнейшее окисление также зависит от свойств оксида. Если на поверхности образуется сплошная хорошо пристающая к поверхности металла пленка (обладает высокой адгезией), то доступ кислорода к ней затрудняется, коррозия замедляется, а затем и прекращается (цинк, никель, алюминий). Такие металлы достаточно коррозионно стойкие, толщина их оксидных пленок может быть от 5-10 до нескольких тысяч ангстрем. Однако в реальных условиях температура нагрева постоянно изменяется. Металл нагревается и охлаждается, что приводит к возникновению механических напряжений в слое металл-оксид. Оксидная пленка, обычно не обладая достаточной упругостью и пластичностью, отслаивается от металла; участки поверхности оказываются не защищенными, и вновь окисляются даже у металлов прочной оксидной пленкой.

Процессы газовой коррозии существенно ускоряются, если в составе газовой атмосферы присутствуют диоксид углерода, соединения серы. Образующиеся карбонаты, сульфиды и сульфаты термически разлагаются, обнажая поверхность металла, а вновь образовавшаяся оксидная пленка более пористая, чем та, которая образуется в чисто кислородной атмосфере.

Действие водорода под высоким давлением на сталь сводится к тому, что он растворяется в железе, что приводит с одной стороны к увеличению его жесткости и хрупкости, с другой – водород взаимодействует с карбидом железа (цементитом) с образованием метана. Все это приводит к потере прочности и упругости стальных изделий: Fe₃C + 2H₂ = 3Fe + CH₄

В качестве примера газовой химической коррозии, которая идет в жидких неэлектролитах (органических средах), можно привести коррозионную активность нефти и нефтепродуктов, которые содержат сероводород, серу и меркаптаны (органические производные серы типа R-SH, R-S-SH) и вызывают коррозию железа, меди, свинца, олова, кобальта, никеля, кадмия, серебра с образованием сульфидов.

Дата добавления: 2015-08-11 ; просмотров: 4915 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Коррозионная стойкость металлов зависит от наличия на их поверхности защитной окисной плёнки. Естественные окисные плёнки не всегда обладают защитными свойствами, поэтому на поверх­ности металлов создают искусственные окисные плёнки. Такие плёнки можно получать различными путями.
Искусственные окисные плёнки толще естественных и могут достигать нескольких сотых и даже десятых миллиметра; защитные свойства плёнок зависят от их пористости (от величины и числа пор). Состояние поверхности защитных плёнок также имеет значение: смазки лучше пристают и удерживаются на шероховатых плёнках, чем на гладких; они закупоривают поры и улучшают коррозионную стойкость покрытого металла. Хорошие результаты достигаются смазыванием плёнки при высокой температуре (проварка в смазках); жидкая смазка лучше проникает в поры, которые могут образо­ваться в защитной плёнке, и, охлаждаясь, закупоривает их.
Поверхность изделия перед оксидированием должна быть со­ответствующим образом подготовлена. Удаляются все окислы, ржавчина, загрязнения, смазка и пр., что достигается травлением в кислотах, вываркой в растворах щелочей, а иногда обработкой в электролитических ваннах.

Воронением называется покрытие поверхности металла слоем окислов железа, главным образом магнитной окисью железа, окра­шивающей металл в синий или чёрный цвет.
Рецептов и способов воронения очень много. При чёрном вороне­нии (по методу Руффингтона) стальные детали опускают на не­сколько секунд в расплавленную смесь селитры и двуокиси мар­ганца. Синее воронение получается при погружении в расплавлен­ную селитру. При опускании нагретых до 600° изделий в масло на них образуются грубые плёнки.
Обработка водяным паром при высоких температурах (600-900°) теперь почти не применяется.

В настоящее время наиболее широко применяется щелочное окси­дирование — способ воронения, при котором стальные изделия обрабатываются в концентрированных растворах едкой щёлочи с добавками различных окислителей.
Несмотря на то, что первые щелочные оксидировочные ванны у нас были предложены в 1929—1930 гг. («Ситоксид», «Бартоксид» и др.) и на первых порах имели большие недостатки, щелочное окси­дирование нашло широкое применение в промышленности. В табл. 16 приведены основные рецептуры ванн, применяющихся на различных заводах.

Таблица 16. Ванны для щелочного оксидирования

Источник

Суть различных методов оксидирования

– процесс формирования оксидной пленки на поверхности металла.

Оксидирование применяется для нанесения оксидных слоев на металлическое изделие в целях защиты от коррозии, электроизоляции и для придания металлическому изделию декоративных свойств (воронение).

Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистых сталях — черный с сероватым оттенком.

Оксидированию подвергают изделия из стали, чугуна, алюминиевых, медных, цинковых и других сплавов.

термическое оксидирование;

химическое оксидирование;

анодное оксидирование (электрохимическое);

пламенные методы (микродуговое оксидирование и др).

Термическое оксидирование

– процесс образования оксидной пленки на металле при повышенных температурах в присутствии кислорода или водяного пара.

Термическое оксидирование проводят в специальных печах.

При термическом оксидировании низколегированных сталей или железа (воронение) температуру устанавливают в пределах 300-350 °С. В настоящее время этот способ самый распространенный и используют его главным образом в качестве декоративной отделки.

Для легированных сталей термическое оксидирование проводится при более высоких температурах (до 700 °С). Продолжительность процесса при этом составит около 1 часа.

Железоникелевые магнитные сплавы нагревают от 400 до 800 °С от получаса до полутора часов.

Диэлектрическая пленка, полученная при оксидировании, считается неотъемлемым этапом создания полупроводников.

Довольно часто термическое оксидирование применяют для создания оксидного слоя на поверхности изделий из кремния. Такая разновидность термического оксидирования называется термокомпрессионной и происходит при повышенном давлении (до 107 Па) и температурах 800-1200°С.
Оксидированные кремниевые изделия применяются в основном в электронике.

Для повышения антикоррозионных свойств оксидированное изделие можно погрузить на 2-3 мин в горячий 2-3% раствор мыла, а затем на 5-10 минут в минеральное трансформаторное или машинное масло при температуре 105-120°С. После этой операции поверхность изделия становится блестящей, с равномерной черной окраской.

Источник

Пленки на металлах

У большинства металлов при взаимодействии с окислителями поверхность покрывается пленкой окислов.

Адсорбция окислителя на металле

Когда металл попадает в коррозионную среду, начальной стадией их взаимодействия является адсорбция окислителей (CO₂, H₂O, O₂, Cl₂, SO₂) на поверхности металла. Между атомами металла и окислителем сразу возникает сильная ионная связь – атом металла передает атому кислорода два электрона. Атом кислорода находится под воздействием поля, которое создают атомы металла. На поверхности металла адсорбируется окислитель, при этом внутренняя поверхность образовавшейся адсорбционной пленки заряжена положительно, а внешняя – отрицательно.

Распределение атомов окислителя на поверхности металла очень сильно зависит от расположения на поверхности атомов металла.

Поверхность металла заполняется хемосорбированным окислителем почти мгновенно и образуется тонкий слой окисляющего вещества. При пониженных температурах после хемосорбированного окислителя за счет ванн-дер-ваальсовых сил может возникнуть и физическая адсорбция молекул окислителя.

Образование продуктов коррозии

Если между металлом и окислителем есть химическое сродство (окисел термодинамически стабильный), то пленка, состоящая с хемосорбированного окислителя, превращается в окисную пленку. Металл и окислитель в окисной пленке поддерживают ионную связь.

Продукты коррозии – химические соединения, которые образовались в результате химического взаимодействия металла и некоторых компонентов окружающей среды. Продукты коррозии формируют на поверхности металла пленку, которая может обладать защитными свойствами, затрудняя подход окислителей. Данный процесс протекает с самоторможением во времени.

Пленки продуктов коррозии очень сильно влияют на жаростойкость металлов, поэтому необходимо изучить их свойства, закономерности роста и влияние на них различных внешних и внутренних факторов.

Классификация по толщине пленок на металлах

По толщине оксидной пленки на металлах их принято разделять на три группы: толстые, тонкие, средние.

Тонкие оксидные пленки невидимы для человека невооруженным глазом. Их толщина составляет до 400 Å.

Средние оксидные пленки в толщину достигают от 400 до 5000 Å и дают цвета побежалости.

Толстые оксидные пленки хорошо видны на поверхности металла. Их толщина составляет свыше 5000 Å. Иногда они могут быть достаточно толстыми, как, например, окалина на поверхности стали.

От защитных свойств оксидных пленок зависит жаростойкость металла, законы роста толщины пленки во времени и многое другое.

При образовании окисной пленки устанавливается скорость окисления металла, которая может изменяться во времени. По этому судят о защитных свойствах окисных слоев. Также защитные свойства оксидной пленки определяют в лабораторных условиях капельным методом. На ее поверхность наносят подходящий для данного случая реагент и определяют время его проникновения к основному металлу.

Источник