Размерные и структурные эффекты в процессах окисления металлов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
жүктеу/скачать 3,5 Mb. Pdf көрінісі
|
| ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Обоснован и экспериментально развит подход к определению влияния раз- мерных и структурных факторов на реакционную способность поликристалличе- ских неблагородных металлов с субмикрокристаллической структурой и металли- ческих порошков с частицами микронного, субмикронного и наноразмерного диа- пазона в процессах окисления, основанный на анализе соотношения металличе- ской и окисленной составляющих в материале, особенностей состояния и локали- зации оксидных фаз (поверхностные оксидные пленки, включения в зерногранич- ных областях) и твердых растворов кислорода в объеме металла, термических ха- рактеристик (фазовые и химические превращения при нагревании) металла и ок- сида, особенностях развития реакционной поверхности и формирования слоев продукта реакции. 2. Минимальный критический диаметр наночастиц неблагородных металлов, устойчивых к окислению в атмосфере воздуха, составляет 30–50 нм при толщине поверхностной пассивирующей оксидной пленки 3–10 нм. Частицы меньшего диаметра при контакте с кислородсодержащей атмосферой при парциальном дав- лении кислорода, превышающем 0,01 МПа, подвергаются полному окислению. В зависимости от состава и структуры оксидных пленок наибольшей устойчивостью к окислению при хранении в условно герметической упаковке в атмосфере воздуха характеризуются пассивированные нанопорошки Al и Ni (до 5 лет без существен- ного уменьшения содержания металла), наименьшей – нанопорошки Cu и W. 3. Металлы с субмикрокристаллической структурой, сформированной в услови- ях интенсивной пластической деформации, по сравнению с исходными массивны- ми металлами характеризуются большей степенью окисленности за счет увеличе- ния доли границ и протяженных дефектов, повышающих диффузионную прони- цаемость материала. Увеличение содержания кислорода в составе металлов про- исходит вследствие формирования твердых растворов внедрения (Ti, Zr), включе- ний оксидных фаз в зернограничных областях, в виде поверхностных оксидных слоев и приводит к изменению температур фазовых переходов (например, повы- шение температуры полиморфного превращения α-Ti→β-Ti вследствие стабили- зации α-фазы, понижение температуры и теплоты плавления Cu за счет формиро- вания эвтектической системы Cu–Cu 2 O). 4. Субмикронные и нанопорошки металлов, полученные в условиях электриче- ского взрыва проводников в инертной атмосфере, характеризуются меньшей сте- пенью дефектности структуры по сравнению с объемными субмикрокристалличе- скими металлами, вследствие формирования частиц с участием жидкой фазы ме- талла. Несмотря на крайне неравновесные условия быстрого охлаждения продук- тов электрического взрыва (до 10 6 К/с) кристаллизация частиц приводит к образо- ванию фаз, свойственных массивному состоянию металла с параметром решетки, совпадающим со стандартным в пределах погрешности измерений. Преобладаю- щими дефектами структуры частиц порошков являются смещения атомных плос- 36 костей, тогда как более высокая степень разупорядочения структуры объемных субмикрокристаллических металлов обусловлена увеличением доли границ и про- тяженных дефектов (плотность дислокаций до 10 13 –10 14 м –2 ). 5. Процесс окисления объемных металлов с субмикрокристаллической структу- рой, а также субмикронных и нанопорошков при нагревании в воздухе протекает при более низких температурах и с более высокой скоростью по сравнению с мас- сивными металлами с крупнозернистой структурой. Параметры процесса окисле- ния (температуры начала окисления, температурные интервалы полного окисле- ния, максимальные значения скорости) не связаны с повышением интенсивности диффузионных процессов в металле (в области ≈0,3t пл ), приводящих к миграции границ, укрупнению зерен и отжигу дефектов, а определяются структурными и химическими превращениями в оксидных слоях (деструкция за счет кристаллиза- ции, полиморфных превращений, немонотонности изменения коэффициентов расширения металла и оксида, разложения или окисления метастабильных оксид- ных фаз), роль которых возрастает при увеличении доли границ и поверхностей жүктеу/скачать 3,5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|