Пленки на поверхности металлов

Законы роста пленки

Поверхностная пленка, которая образуется на металле, опреде­ляет его коррозионную устойчивость в агрессивной среде. Пленки классифицируют в зависимости от их толщины. Различают:

• тонкие (невидимые) пленки толщиной от мономолекулярного слоя до 40 нм;

• средние пленки (видимые благодаря интерференционному ок­рашиванию как цвета побежалости), имеющие толщину 40-500 нм;

• толстые (видимые) пленки толщиной более 500 нм.

Толщина образуемых пленок во многом определяется условиями окисления. В табл. 3.2 приведены данные значений толщины пленок и оксидных слоев на железе в зависимости от условий их образования.

Таблица 3.2

Значения указанного соотношения для некоторых оксидов ме­таллов приведены в табл. 3.3. На основании данных таблицы можно определить металлы, оксиды которых не образуют сплошной пленки.

Продукты коррозии, которые образуются на поверхности метал­ла, могут тормозить дальнейший процесс коррозии.

Одним из основных условий, характеризующих эту способность, является сплошность получаемой пленки.

Критерий сплошности впервые был сформулирован Пиллингом и Бедворсом. Условие сплошности выполняется тогда, когда молеку­лярный объем химического поверхностного соединения (например, оксида) больше объема металла, израсходованного на образование молекулы оксида. Соотношение объемов образованного оксида и ис­ходного металла может быть легко подсчитано.

Предположим, что окисляется 1 грамм-атом металла. Его объ­ем можно определить по формуле:

где A_Me — атомная масса
металла; ρ _Me — плотность металла. Объем полученного оксида будет равен:

где М_ок — молекулярная масса оксида; n — число атомов металла в молекуле оксида; ρ _ок — плотность оксида.

Соотношение между объемом оксида и объемом металла:

Очевидно, что при V_ок/V_ме > 1 образуется сплошная пленка, при V_ок/V_ме < 1 пленка не получается сплошной.

Таблица 3.3

Значения указанного соотношения для некоторых оксидов ме­таллов приведены в табл. 3.3. На основании данных таблицы можно определить металлы, оксиды которых не образуют сплошной пленки.

Пример. Металлы К, Na, Li, Ca, Sr, Mg, Ba — представители щелочных и щелочноземельных металлов, — имеют отношение V_ок/V_ме < 1. По условию сплошности Пиллинга и Бедворса они образуют рыхлые пористые пленки.

Сплошность пленки является необходимым, но недостаточным условием для проявления защитных свойств. Реально, когда V_ок/V_ме > 1, может происходить такое возрастание внутренних на­пряжений, которое приводит к вспучиванию и отслаиванию пленки, что снижает ее защитные свойства.

Ориентировочно можно считать, что достаточно хорошими за­щитными свойствами обладают пленки на металлах, удовлетворяю­щие условию:

Дополнительными условиями, обеспечивающими защитные свой­ства пленки, являются их хорошая адгезия к металлу и физико-химические свойства. Так, например, при окислении меди при 500 ° С образуется пленка, которая легко отслаивается от металла. Поэтому медь не используется как жаростойкий материал.

Поверхностная пленка должна быть прочной, эластичной и иметь близкий с основным металлом коэффициент термического расшире­ния.

Дата добавления: 2014-01-03