2.3. Механизм высокотемпературного окисления железа и его сплавов

В данном разделе курса рассматриваются вопросы, связанные с окислением металлов, в частности железа и его сплавов, в окислительных атмосферах при высоких температурах, а также условия снижения указанного воздействия. Следует обратить внимание на условия, при которых оксидная пленка может обладать защитными свойствами.

Изучая механизм процесса окисления, необходимо выделить основные стадии этого процесса и определить возможность формального его описания.

Следует также разобраться в структуре оксидов железа, особенно в строении вюстита, который имеет кубическую решетку и представляет собой твердый раствор вычитания. Необходимо выявить, какова роль вюстита в механизме и кинетике образования оксидного покрытия.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что называется окалиной?

2. Какие оксидные пленки на металлах обладают защитными свойствами? От чего зависит их защитная способность?

3. Какие оксидные пленки не способны защищать металл?

4. Назовите металлы, образующие защитную пленку и не образующие ее.

5. Опишите механизмы образования и роста оксидной пленки на поверхности металла.

6. Как растет толщина оксидной пленки во времени в начальный период окисления?

7. Как растет толщина оксидной пленки в зависимости от времени при большой толщине оксидного слоя?

8. .Из каких слоев состоит оксидный слой на поверхности железа при температуре выше 570 ºС и при температуре ниже этой величины?

9. Какой тип кристаллической решетки имеет вюстит?

10. Какой тип кристаллической решетки имеет магнетит?

11. Какие модификации имеет гематит? Какие решетки соответствуют этим модификациям?

12. Что такое размерное и структурное соответствие между кристаллическими решетками?

13. Как происходит преобразование решетки железа в решетку вюстита?

14. Возникают ли большие трудности в переходе железа от металлической формы к вюститной?

15. В каком направлении растет окалина на поверхности железа: в глубь металла или в сторону газовой фазы?

16. Опишите процесс образования окалины на поверхности железа.

17. В чем состоят принципы повышения жаростойкости стали?

3. Основы теории восстановительных процессов

3.1. Термодинамические особенности реакций восстановления оксидов металла

В данном разделе подлежат рассмотрению следующие вопросы:

1. термодинамические характеристики элемента – восстановителя;

2. классификация восстановимости оксидов по А. А. Байкову;

3. процессы восстановления: косвенный, углетермический, металлотермический;

4. восстановление оксидов газами (показать, что чем прочнее оксид, тем больше должна быть концентрация газа – восстановителя в газовой фазе);

5. восстановление оксидов твердым углеродом;

6. восстановление оксидов при образовании растворов;

7. особенности восстановления оксидов железа;

8. восстановление оксидов металлами.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какой химический процесс называется процессом восстановления?

2. Напишите в общем виде окислительно-восстановительную реакцию.

3. Как по упругости диссоциации можно определить, является ли вещество окислителем или восстановителем по отношению к металлу или оксиду?

4. Какой процесс называют углетермическим восстановлением?

5. Какие процессы называют металлотермическим восстановлением?

6. От каких термодинамических факторов зависит равновесие реакции взаимодействия CO с оксидом металла?

7. Как с помощью изотермы Вант–Гоффа определить направление процесса взаимодействия CO с оксидом металла?

8. Какой из газов: водород или монооксид углерода, является более сильным восстановителем при высоких и низких температурах?

9. Напишите реакцию прямого восстановления.

10. Какая температура называется температурой начала прямого восстановления? От чего она зависит?

11. Как определить температуру начала восстановления различных оксидов? На сколько отличается температура начала восстановления прочных оксидов от непрочных?