Hoëtemperatuuroksidasie

Hoëtemperatoksidasie verwys na 'n skaalvormende oksidasieproses wat 'n metaalvoorwerp en atmosferiese suurstof behels, wat korrosie by verhoogde temperature veroorsaak.

Hoëtemperatoksidasie is 'n soort hoëtemperatuurkorrosie. Ander soorte hoëtemperatuurkorrosie sluit in hoëtemperatuur sulfidasie en karbonisasie. Hoëtemperatoksidasie en ander tipes korrosie word gewoonlik gemodelleer deur die Deal-Grove model te gebruik om diffusie en reaksie prosesse in ag te neem.

Die wyse waarop lugsuurstof (en ander gasse) by hoë temperature met metale en legerings reageer is van  aansienlike industriële belang. In die meganisme en die kinetika van oksidasie gee die oksied/metaal volumeverhouding 'n aanduiding van die waarskynlikheid dat 'n beskermende oksiedfilm gevorm sal word wat verdere oksidasie sal beperk, maar 'n sentrale rol word gespeel deur geleiding- en transportprosesse wat sterk beïnvloed word deur die onsuiwerhede en deffekstruktuur van die gevormde oksiedlaag. Saam met toestande wat oksiedfilmstabiliteit bepaal, bepaal die transportprosesse in die oksiedfilm die reaksietempo's, wat beskryf word deur verskeie kinetiese tempo-wette, soos die lineêre, die logaritmiese en die paraboliese oksidasietempo-wette.Jones Denny, A., 1996. Principles and prevention of corrosion. Upper Saddler River, NJ, USA, Pearson-Prentice Hall. p 420

 Meganisme van oksidasie 
Hoëtemperatuuroksidasie vind gewoonlik plaas deur die volgende chemiese reaksie tussen suurstof (O2) en 'n metaal M:

nM + 1/2kO2 = MnOk

Volgens Wagner se teorie van oksidasie word oksidasietempo beheer deur gedeeltelike ioniese en elektroniese geleidingsvermoë van oksiede en hul afhanklikheid van die chemiese potensiaal van die metaal of suurstof in die oksied.

 Die lineêre wet 
Hierdie tempo-wet stel dat die dikte van die oksiedfilm wat vorm direk eweredig is aan die tyd van blootstelling aan suurstof, maw 

x = klt, waar x die filmdikte is, kl die lineêre tempokonstante en t die tyd.

Hierdie tempo  word beheer deur die tempo van reaksies op die oksiedoppervlak en is hoogs afhanklik van die oksidasietemperatuur. Hierdie wet geld bv vir koolstofstaal in  'n gasmengsel in die temperatuurbereik 800 °C to 1150 °C.Abuluwefa, H.T., Guthrie, R.I.L. and Ajersch, F., 1997. Oxidation of low carbon steel in multicomponent gases: Part I. Reaction mechanisms during isothermal oxidation. Metallurgical and Materials Transactions A, 28, pp.1633-1641. Aangesien die gevormde oksiedfilm in hierdie geval geen beskerming aan die onderliggende metaal bied nie, lei dit uiteindelik tot die vernietiging van die metaalonderdeel. Die tyd wat dit sal neem word deur die lineêre tempokonstante bepaal.

 Die logaritmiese wet 
Dikwels, by laer temperature, is die oksidasietempo omgekeerd eweredig aan tyd, t.

dx/dt = klo/t

Integrasie lewer x = klolog(at +1), waar x die filmdikte is, klo die logaritmiese tempokonstante, a  'n konstante  en t die tyd van blootstelling.

Die logatitmiese wet word dikwels gehoorsaam in die geval van baie dun oppervlakfilms. 'n Stadige oppervlakstap (bv die ionisasie van O−) mag 'n rol speel in die tempo van oksidasie.Ritchie, I.M., 1969. A logarithmic law of metal oxidation which is controlled by a surface reaction. Philosophical Magazine, 19(158), pp.421-422.. Elektriese velde kan ook 'n rol speel. By relatief lae temperature (24° tot 450°C) oksideer nikkel volgens die logaritmiese wet.Graham, M.J. and Cohen, M., 1972. On the mechanism of low‐temperature oxidation (23–450 C) of polycrystalline nickel. Journal of the electrochemical society, 119(7), p.879. Dunfilmreaksies, waarin die logaritmiese tempowet 'n oorheersende rol speel is, is selde 'n oorheerrende oorweging by die keuse van materiale vir korrosiebestandheid.  

 Die paraboliese wet 
Die paraboliese wet geld in gevalle waar die oksidasieproses deur die diffusie van ione deur die oksiedlaag beheer word.Jones Denny, A., 1996. Principles and prevention of corrosion. Upper Saddler River, NJ, USA, Pearson-Prentice Hall. p 422 In hierdie geval is die kwadraat van die filmdikte eweredig aan die die oksidasietyd:

x2 = kpt, waar x die filmdikte is, kp die paraboliese tempokonstante en t die tyd van blootstelling.

Beide suurstofione en metaalione neem aan die oksidasieproses deel. Die relatiewe diffusietempo's van die twee spesies bepaal die integriteit van die oksiedlaag. Indien die metaalione die vinnigste diffundeer, groei die oksiedlaag aan die buite-oppervlak en bied dus beskerming teen verdere oksidasie. As die suurstofione die vinnigste diffundeer, groei die oksiedlag op die metaal/oksied grensvlak en die oksied is dan geneig om te kraak, wat sy beskermende vermoë belemmer. Hierdie aspek is van belang in die keuse van legeerelemente by die ontwikkeling van nuwe legerings met die oog op hoëtemperatuurtoepassings. 'n Ander aspek wat die beskermingsvermoë van dik oksiedlae beïnvoed, is  die ontwikkeling van holtes. Dit kan dus gebeur dat 'n legering wat aanvanklik volgens die paraboliese wet oksideer mettertyd na die lineêre wet oorskakel, met katastrofiese gevolge.ones Denny, A., 1996. Principles and prevention of corrosion. Upper Saddler River, NJ, USA, Pearson-Prentice Hall. p 428

 Verwysings 

Kategorie:Meganiese ingenieurswese