金屬表面氧化與防護

1、1金屬表面氧化與防護金屬表面氧化與防護——鐵表面的氧化與防護鐵表面的氧化與防護摘要摘要隨著社會的進步，時代的發(fā)展，鐵的應用越來越廣，但是鐵表面氧化卻一直是讓人們煩惱的問題。因此對鐵表面氧化的研究不僅在理論上而且特別是在實際應用上有重大意義。每年因鋼鐵大量氧化而造成的損失是巨大的，多年來對鐵表面和氧相互作用后在近表面區(qū)生成什么氧化物進行了很多表面分析和表面研究，從而通過這些分析研究結(jié)果來強化鐵表面，對鐵表面進行強化保護。關(guān)鍵詞：鐵；氧化反

2、應；界面；銹蝕；防護人們最早認識的鐵是隕石中的鐵，古代埃及人稱之為圣物，此時的鐵主要用于祭祀或是用于作飾物，這是人類對鐵的最早應用，而人工鐵的出現(xiàn)則相對較晚，距今約三千四百年，最早鍛造出人工鐵，約公元前一千年，古希臘和古羅馬開始普遍使用鐵制的工具和兵器，，約公元前五世紀，歐洲大陸普遍使用鐵器，中國最早使用人工鐵器始于春秋戰(zhàn)國時期，從公元前一千四百年前起，人類開始逐步掌握比較熟練的也煉鐵的技術(shù)，鐵從此被大量生產(chǎn)。繼西臺帝國之后，小亞細亞、

3、埃及、美索不達米亞平原相繼進入鐵器時代。隨著人們對鐵應用的廣泛，人們對鐵使用起來的問題也逐漸關(guān)注，如何對鐵表面進行防護是近幾年人們研究的焦點，同時，對鐵的防護也具有非?？陀^的使用價值。金屬的銹蝕有化學銹蝕和電化學銹蝕兩種，鐵在空氣中的銹蝕屬于電化學銹蝕，即鐵和電解質(zhì)溶液作用而發(fā)生氧化的過程。鐵在空氣中銹蝕的機理。鐵銹不象其它金屬的銹蝕產(chǎn)物那樣形成緊附在金屬表面上的致密的保護膜，而是疏松多孔:當鋼鐵跟水接觸或吸收空氣中的水分在表面形成水膜

4、時，電化學腐蝕便開始進行，腐蝕過程是無數(shù)微電池作用的過程。鋼鐵中的鐵作陽極，雜質(zhì)作陰極，溶有SO2、CO3酸性水溶液為電解質(zhì)，電池變化為陽極：Fe2e→Fe2陰極:H2e→H2析氫腐蝕或陰極12O22eH2O→2OH吸氧腐蝕。由于后一陰極反應的電極電位比前一過程高，所以除強酸性介質(zhì)外，一般都以吸氧腐蝕為主。如果金屬離子在陽極區(qū)氧化析出時，3行的，主真空室的真空度達到51010樣品是采用99.99%務(wù)的純鐵片。根據(jù)UPSXPS和AES的測

5、量，我們認為在溫度不太高和氧分壓不太大的條件下，多晶鐵片與氧作用生成的化合物是Fe3O4，而不是FeO和αFe2O3，也不是三種化合物的分層分布。在600℃以上的高溫，如果氧氣的分壓近于1106Tr將是鐵面上氧的熱脫附過程而不是氧化過程。首先，氧化膜的生長。在氧化的開始附段，可將鐵表面描述為新鮮（無氧）表面。即使在很低的溫度（如液氮溫區(qū)）下，這一表面也會非常迅速地氧化。當氧化膜的厚度達到約20時，氧化實際上停了下來。發(fā)生氧化前，氧必須吸

6、附在表面上，離解并與鐵原子鍵合。鐵表面氧化剛一開始即形成與表面鐵原子鍵合的氧離子的半單層。這個半單層一經(jīng)建立，即開始氧化膜的生成階段。一種重要的生成機制是換位機制。在這種機制中，鐵與氧原子交換位置，使鐵原子脫離鐵表面而運動到膜表，結(jié)果使大氣中的氧原子接蓮不斷地吸附到鐵原子上。造成迅速氧化的換位機制與共價鍵合的極薄氧化膜有關(guān)。不象離子鍵合，靜電力可便任何離子為具有相反電荷的另一離子所吸引，共價鍵合的特點是只在特定的原子對或原子團之間可以鍵

7、合。由于沒有約束力，共價的氧化膜中的原子對比較容易交換位置。當氧化膜變厚，它的結(jié)構(gòu)變成離子性的，因此換位就停止了。通常換位只在低的氧氣分壓下發(fā)生，而在高的氧氣分壓下則可能為其它機制。形成離子性氧化物后，膜的生長是通過膜中氧和鐵離子的擴散來進行的。大氣中的氧分子吸附在膜表面上，離解然后獲得電子而生成的氧離子向鐵表面擴散，與此同時戶鐵離子和電子從鐵表面釋放業(yè)向膜表面輸送氧離子和鐵離子在膜中的某處相遇而生成新的氧化物。膜中上述的電子運動通常是

8、極為迅速的，因此它不是膜生長的制約因素，但對于非鐵材料則是例外其次，氧化膜生長方程。氧的吸附和供給速率為制約因素。這時，氧化膜生長方程簡單地表達為l=kt此處l為膜的厚度，k為生長常數(shù)，t為時間。直至氧化鐵膜達到快速生長階段的末期，即其厚度約20時，這一模型被證明是合理的。在氧化膜生長較慢的階段需要復雜得多的處理。這里，離子在氧化膜中的運動是決定因素。離子的運動由Fick的擴散定律和靜電力引起的擴散規(guī)律所決定。就是說氧或鐵離子穿過氧化膜