金屬表面氧化及防護(hù)-文庫吧
2025-06-16 00:27 本頁面
【正文】 度。Fe2+在鐵表面析出之后，由于濃度梯度的原因，必然要從緊靠金屬表面的液層向靠近空氣的液層擴(kuò)散，遇到空氣中的氧即被氧化。2Fe2++1/2O2+H2O+4OH=2Fe(OH)3 由于Fe(OH)3的濃度積很小當(dāng)PH=7時，溶液中附Fe3+的濃度達(dá)到41017M 就可沉積出來,這樣沉積的Fe（OH）3，已是Fe2+離開金屬表面,被氧化的結(jié)果。所以不可能是緊緊依附在金屬表面上，而只能是沉積在離金屬表面一定距離處，又由于它是Fe2+受到氧化逐步沉積起來的，也不可能形成致密的結(jié)構(gòu)，而只能是一種疏松的絮凝狀的沉積物。這就是鐵銹，由于鐵銹不緊附在鐵表面，所以它脹大到一定程度后，往往成片從鐵表面剝離。 最早人們認(rèn)為鐵氧化過程是氧從鐵表面向體內(nèi)擴(kuò)散的過程，所以在氧氣較充分的條件下，鐵的最外層氧化后生成Fe2O3(主要是α Fe2O3)， α Fe2O3層下面是Fe3O4層，再下面是FeO層，最里層是尚未氧化的金屬鐵層,由于表面技術(shù)的發(fā)展，近幾年人們利用表面技術(shù)（在高真空中氧的低壓暴露過程） 對鐵早期的氧化機(jī)理進(jìn)行不少研究。較多的工作表明，在500℃ 以下，鐵表面生成Fe3O4和少量的γ Fe2O3，在高溫下只生成Fe3O4層。一還有少數(shù)人認(rèn)為鐵在一般溫度下氧化生成α Fe2O3 鐵氧化究竟表面生成什么化合物、本文將用電子能譜手段進(jìn)行研究：實驗是在VG公司的ESCALABS5電子能譜儀中進(jìn)行的，主真空室的真空度達(dá)到5%務(wù)的純鐵片。根據(jù)UPS,XPS和AES的測量，我們認(rèn)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α Fe2O3，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 1106 Torr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(dāng)氧化膜的厚度達(dá)到約20 194。時，氧化實際上停了下來。發(fā)生氧化前，氧必須吸附在表面上，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(jī)制是換位機(jī)制。在這種機(jī)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(jī)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(tuán)之間可以鍵合。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(dāng)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(jī)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(kuò)散來進(jìn)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(kuò)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
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