filebar
Методические пособия по сварочным работам

Двойной слой электрических зарядов

Такой двойной слой электрических зарядов приводит к появлению электрического поля, способствующего установлению химических связей между катионами металла и анионами кислорода или, иначе, формированию мономолекулярного слоя окисной пленки Al2O3. Формирующаяся таким образом ионная решетка окисла Al2O3 на первых стадиях неупорядочена. Поэтому образующаяся окисная пленка является аморфной.

В дальнейшем в результате упорядочения химических связей происходит стабилизация решетки и намечается переход аморфной окисной пленки в кристаллическую модификацию. Последующее окисление и наращивание окисной пленки некоторое время происходит аналогично. На поверхности вновь адсорбируются атомы кислорода, к которым в результате «туннель-эффекта» подтягиваются новые электроны. Создается двойной слой зарядов, образуются химические связи. Пленка наращивается по толщине.

Такой механизм начального роста окисной пленки не связан с диффузией анионов или катионов и может протекать при нормальной температуре лишь в течение некоторого времени до тех пор, пока возможен «туннель-эффект». Вероятность последнего практически полностью исчезает после образования пленки толщиной около десяти атомных слоев.

С этого момента возможен второй этап роста окисной пленки — диффузионный, который полностью определяется процессами диффузии анионов и катионов через слой образовавшегося окисла и поэтому протекает лишь при повышенных температурах. Таким образом, в результате окисления при нормальной температуре на поверхности алюминия образуется аморфная пленка Al2O3 барьерного типа, имеющая некоторую предельную толщину, после достижения которой дальнейшее окисление алюминия прекращается. На начальном этапе окисления температура не оказывает существенного влияния на его скорость.

Окисление алюминия при нормальной температуре на воздухе или в кислороде в присутствии паров воды. В большинстве случаев практики окисление алюминия происходит, как правило, во влажной атмосфере. При наличии в атмосфере паров воды на поверхности алюминия в первую очередь адсорбируются молекулы влаги, так как в отличие от неполярных молекул азота, водорода и кислорода молекулы воды являются диполями, имеющими значительно большую адсорбционную способность.

В атмосфере воздуха обычно содержится до 4 об. % влаги. Поэтому формирование окисной пленки на воздухе или после химического травления в водных растворах можно рассматривать как типичный случай окисления алюминия в присутствии влаги. На первом этапе этого процесса происходит адсорбция молекул воды на поверхности алюминия. После этого этапа физической абсорбции следует второй этап химической адсорбции. В атомарном виде водород легко диффундирует в пленку и даже в решетку алюминия, где возможна его частичная ионизация. Так как образующаяся пленка обладает очень высокими адсорбционными свойствами, то на ее поверхности адсорбируются влага, кислород и другие газы. Кислород диссоциирует на атомы, которые, втягиваясь в неупорядоченную структуру пленки, могут образовывать с водородом и метастабильной фазой Al2O3 моногидроокись. Моногидроокись в дальнейшем может преобразовываться в тригидроокись. С химической точки зрения эти процессы можно изобразить реакциями. Таким образом, в результате окисления при нормальной температуре в присутствии влаги на поверхности алюминия образуются тонкие окисные пленки защитного типа, имеющие сложный состав.

Эта точка зрения подтверждается в ряде работ. Коррозия алюминия чистотой 99,95% в воде, насыщенной воздухом, в работе рассматривается как трехстадийный процесс. Предполагается, что на первой стадии образуется аморфная окисная пленка толщиной 80—100 А, на второй — кристаллический бемит, на третьей — кристаллический байерит. С повышением температуры первые две стадии сокращаются во времени. При температуре 60° С сразу же после погружения образца в воду на поверхности образуется пленка байерита.

Окисление алюминия на воздухе при повышенных температурах. Окисление алюминия при нормальной температуре заканчивается образованием тонкой защитной окисной пленки. Этот этап окисления можно рассматривать как начальный. Дальнейшее окисление металла и наращивание окисной пленки по толщине возможно лишь при повышенных температурах за счет диффузии катионов металла через пленку к поверхности газ—окисел или за счет диффузии анионов кислорода на границу окисная пленка—металл.

Поскольку радиус катиона значительно меньше радиуса аниона кислорода, диффузией анионов кислорода можно пренебречь и считать, что скорость окисления и наращивания окисной пленки по толщине определяется в основном диффузией катионов металла через решетку окисла.
Яндекс.Метрика