Диффузия газов через металлы

В области изучения диффузии газов через металл при высоких давлениях число опубликованных работ весьма ограничено. Исследование вопроса диффузии водорода в Институте высоких давлений дало следующие результаты [c.370]

Результаты исследований диффузии газов через металлы при повышенных давлениях и температурах часто оказываются противоречивыми. Объяснить это, по-видимому, можно различием в составе и структуре стали и несовершенством методик. [c.341]

Растворимость газов в металлах и диффузия газов через металлы тесно связаны с явлением адсорбции их на металлических поверхностях и играют большую роль при электроосаждении металлов, особенно при подготовке деталей перед [c.23]

Скорость диффузии газов через металлы зависит как от температуры, так и от давления газов. С увеличением температуры и давления скорость диффузии газов через металл увеличивается. Можно считать, что для диффузии газов в металлах также применим линейный закон диффузии Фика [c.24]

Если считать, что основная часть газа диффундирует через металл в атомарном состоянии, то энергетически различное состояние поверхности прежде всего будет способствовать разной скорости распада молекул на атомы, а следовательно, по-разному будет влиять на скорость их диффузии. Разная степень окисленности новерхности также оказывает влияние на скорость диффузии газа через металл. [c.27]

Реальные кристаллы и механизм диффузии газа через металл [c.30]

Диффузия газов через металлы. Измерения, произведенные при высоких температурах, показывают, что скорость диффузии газа через металл можно выразить соотношением [c.186]

Под термином водородопроницаемость обычно понимают целый комплекс элементарных физико-химических процессов, сводящихся в конечном счете к проникновению газа через металл. Диффузия как таковая входит одной из составляющих в этот комплекс процессов. Инертные газы практически не диффундируют ни в одном металле. Процессу диффузии предшествует активированная адсорбция водорода на поверхности металла. Адсорбция обусловлена интенсивными силами химического взаимодействия. Диффузия водорода в металлах самая интенсивная, по сравнению с другими газообразными элементами такими, например, как кислород, азот. Легкость осуществления процесса диффузии водорода в большинстве металлов объясняется соотношением размеров его атома и параметров кристаллической решетки металла. [c.341]

Под термином водородопроницаемость обычно понимают целый комплекс элементарных физико-химических процессов, сводящихся, в конечном счете, к проникновению газа через металл. При этом диффузия, как таковая, входит одной из составляющих в этот комплекс процессов. [c.110]

Константа скорости проникновения газа через металл Р, или проще проницаемость, представляет собой физическую величину, численно равную количеству водорода, проходящего за 1 сек. через 1 см слоя металла толщиной 1 мм, когда давление газа па входной поверхности слоя равно 760 торр, а на выходной поверхности близко к нулю. Определенная таким образом величина является функцией температуры и физикохимических свойств газа и металла и, что особенно важно, пропорциональна произведению коэффициента диффузии О и константы растворимости 8 [c.27]

Из трех этапов проникновения газа через металл, а именно адсорбции, диффузии и десорбции, наиболее медленным, а следовательно, определяющим скорость, является диффузионный этап. [c.28]

Для ТОГО чтобы пленка могла расти (защитные свойства пленки связаны с определенной толщиной), необходимо, чтобы имели место диффузия газа в металл из внешней среды через пленку и диффузия металла из металлической фазы через окис-ный слой в направлении к внешней среде. [c.81]

Поскольку растворение того или иного газа в металле обычно подчиняется закону Генри, количество двухатомного газа, растворившегося в металле, также должно быть пропорционально корню квадратному из величины давления газа, так как газы в большинстве случаев при растворении в металле распадаются на атомы (или ионы). Диффузия атомов двухатомного газа через металл также требует зависимости от корня квадратного из величины давления (см., например, [130]). Эта зависимость соблюдается только в том случае, если газ воздействует [c.75]

Влияние защитной оксидной пленки на внутренней поверхности труб. Особое значение для предотвращения науглероживания жаростойких сталей имеет защитная оксидная пленка, образующаяся на поверхности труб в результате химической реакции на границе раздела фаз газ — металл. К защитным пленкам относят тугоплавкие оксиды металлов. Оксиды железа, например, имеют низкую температуру спекания, характеризуются высокой способностью к самодиффузии и диффузии элементов через них поэтому такие оксиды плохо защищают металл от разрушения. Оксиды же хрома и кремния, наоборот, обладают очень высокими температурами плавления и спекания, а также малой диффузионной способностью, вследствие чего хорошо защищают металл. [c.170]

Диффузия газов в металлы [З ]. Скорость диффузии газов, в частности водорода, была изучена для многих систем. Полученные значения колеблются в довольно широких пределах, в зависимости от природы металла. Это, повидимому, указывает на то, что данный процесс представляет собой объемную ди( узию через решетку, так как диффузия вдоль трещин и вдоль внутренних поверхностей, вероятно, должна [c.516]

В области температур, представляющих интерес, быстро устанавливается рост окисла по линейному закону, а лимитирующей стадией процесса является, как обычно полагают, диффузия ионов кислорода через тонкий поверхностный слой окисла, обладающий адгезией и характеризующийся постоянной средней толщиной при данной температуре. В случае двуокиси углерода константа скорости сначала плавно возрастает с температурой, а вблизи температуры фазового перехода 3—у-металла (780° С) происходит резкое повышение скорости реакции, сопровождаемое некоторым самоподогревом за счет большой теплоты реакции. При дальнейшем повышении температуры до 1000 С скорость реакции остается постоянной или меняется слабо. Основная масса окисла образуется в форме сыпучего порошка (размер частиц увеличивается с повышением температуры) или при более высоких температурах — в форме растрескавшейся окалины, обладающей адгезией к металлу. Отсутствие температурной зависимости константы скорости при высоких температурах объясняется именно формированием такой окалины и может быть связано со спеканием окисла или, что более вероятно, с освобождением растущих механических напряжений за счет пластической деформации окисла и верхнего слоя металла, а не за счет разрыва окисной пленки. При самых высоких температурах лимитирующей стадией коррозии может стать диффузия газа через пористую окалину [13]. Присутствие небольших количеств паров воды (>10-2%) и кислорода (>10 %) существенно усиливает коррозию при более низких температурах (400— 500°С) [11], причем в таких условиях часто наблюдается селективная коррозия металла около включений карбида [14]. Введение в уран добавок кремния (>3,8%) повышает стойкость к окислению при всех температурах, в то время как легирование [c.213]

Водород образует с большинством металлов твердые растворы, или гидриды. Энергия связи атомов водорода с атомами кристаллического каркаса металла мала. Установлено, что атомарный водород, растворенный в металле, легко теряет свой электрон, т. е. ионизируется, превращаясь в протон, эффективный диаметр которого примерно в 10 раз меньше диаметра атома. Эти обстоятельства объясняют наблюдаемую на опыте интенсивную диффузию водорода через металлы. Диффузия инертных газов через металлы не происходит, так как прочная электронная оболочка атомов этих газов препятствует обмену электронами атомов газов с атомами металлов. Поэтому не происходит их сближения. Например, гелий не может растворяться в металлах и диффундировать через них, несмотря на то, что он имеет наименьший размер атома по сравнению с другими газами. Кислород и азот, образующие с металлами прочные окислы и нитриды, очень медленно диффундируют через них. Газы СО, СОг, Н2О и другие в комплексе практически также не могут диффундировать через металлы. [c.6]

Основным элементом натекателей, основанных на применении пористых материалов, является керамическая пластина или втулка, величина натекания через которую регулируется перекрытием ртутью части ее поверхности. В отдельных случаях для подачи чистых газов в вакуумную систему может быть использована диффузия газов через некоторые металлы. Так, для напуска водорода применяется палладиевая жесть, а для напуска [c.415]

Рассмотрим механизм работы газового пористого электрода. Предположим, что поровое пространство активного слоя образовано пересечением узких и широких пор (бипористый электрод) (см. рис. 122, а). Тогда при создании перепада давления широкие поры будут заполнены газом, а узкие останутся заполненными электролитом. Из-за действия капиллярных сил поверхность газовых пор смачивается тонкой пленкой электролита, которая подпитывается через узкие поры. Таким образом, в пористом газовом электроде создается протяженная поверхность раздела жидкость — газ, вблизи которой находится катализатор. Из-за небольшой толщины пленки диффузия газа к поверхности металла облегчается. Электрохимическая реакция, приводящая к генерации тока, происходит на поверхности газовых пор, а также в устьях узких пор. [c.226]

Процесс проникновения газа через металл, т.е. водо-родопроницаемость состоит из целого комплекса элементарных физико-химических стадий. В этом комплексном процессе диффузия, как таковая, является одной из состав-ляюших. Проницаемость газов через металл определяется скоростью наиболее медленной из следуюших стадий поверхностной адсорбции и десорбции, растворения водорода в приповерхностном слое металла и собственно диффузий водорода в металле. Хотя механизм диффузии газов в металлах не совсем ясен, большинство исследователей считает, что те же факторы, которые способствуют процессу химической сорбции (главным образом наличие значи- [c.122]

Опытные данные о влиянии скорости движения газовой среды на скорость окисления металлов (рис. 38, 39 и 96), согласно которым уже при небольших скоростях газового потока достигаются предельные значения скорости окисления металлов при данной температуре, указывают на то, что окисление металлов, дающих при окислении полупроводниковые окислы /7-типа, контролируется не только диффузией реагентов через окалину, но и переносом окислителя к поверхности раздела окалина — газ, т. е. внешней массопередачей (см. с. 65). Таким образом, увеличение скорости движения газовой среды в какой-то степени эквивалентно повышению парциального давления окислителя. [c.135]

Такое сопоставление (рис. 2.10) показало, что независимо от природы полимерной пленки, ее толщины и влажности атмосферы относительное изменение скорости коррозии пропорционально изменению влагопроницаемости пленки. Следовательно, при наличии на поверхности металла под изоляционной пленкой загрязнений, способствующих возникновению электролитической среды на поверхности металла, или при эксплуатации покрытий в средах, содержащих заметные концентрации коррозионноактивных газов, скорость коррозии железа полностью контролируется диффузией влаги через [c.35]

Большое значение имеет то, что скорость диффузии растворенных атомов в металлах часто бывает велика по сравнению со скоростью растворения газов в металлах или со скоростью десорбции с поверхности металла. Температурный коэффициент диффузии водорода через никель или платину полностью определяется теплотой десорбции с поверхности этих металлов водорода [169], выделяющегося в виде молекул. [c.107]

С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через металлы. Кроме того, будучи самым легким газом, водород обладает наибольшей скоростью диффузии его молекулы быстрее молекул всех других газов распространяются в среде другого вещества и проходят через разного рода перегородки. Особенно велика его способность к диффузии при повышенном давлении и высоких температурах. Поэтому работа с водородом в таких условиях сопряжена со значительными трудностями. Диффузия водорода в сталь при высоких температурах может вызвать водородную коррозию стали (см. разд. 38.5.1). [c.471]

Механизм перехода. В настоящее время широко распространено мнение, что при относительно низких температурах большая часть пути газа через твердые кристаллы идет не столько через самую рещетку, сколько через поры или интергранулярные трещины. При высоких температурах диффузия через решетку, конечно, возможна Однако до сих пор еще имеются большие разногласия относительно действительного механизма перехода кислорода или металла наружу или внутрь окисленного слоя, и, может быть, вообще сомнительно существование четкого различия, проводимого некоторыми исследователями между диффузией через решетку и диффузией через трещины. Кроме того, очень много гипотез, распространенных в настоящее время среди физико-химиков, основаны на работах о веществах, подобно углероду или кремнию, которые весьма отличаются от окисных пленок металлов. Однако последние исследования диффузии газов через окись кремния достойны внимания, так как они показывают, что различные виды перехода возможны даже в тех случаях, когда вообще нет действия на металл. Баррер пришел к заключению, что при высоких температурах гелий, водород и неон проходят сквозь решетку окиси кремния, хотя более тяжелые газы, как кислород, азот и аргон, идут вдоль плоскостей скольжения. При низких температурах гелий, водород и неон проникают вследствие диффузии вдоль плоскостей скольжения. Баррер считает, что миграция идет от адсорбированного слоя, а не от газовой фазы. Элти с другой стороны, считает, что гелий и неон диффундируют через окись кремния вдоль узких трещин в виде адсорбированных атомов и что атомы газа проникают в трещины скорее непосредственно из газовой фазы, чем из слоя газа, адсорбированного поверхностью окиси кремния. [c.171]

Различные группы твердофазных реакций отличаются между собой характером лимитирующего звена. В одной из групп скорость реакции определяется образованием и ростом зародышей, в другой — объемной диффузией реагентов через слой образовавшегося продукта реакции. Протекание ряда реакций определяется скоростью химического превращения на поверхности. Дальше отдельно будут рассмотрены реакции между твердыми металлами и газами. [c.508]

На втором участке (БВ) наблюдается постоянная скорость диффузии водорода, что соответствует стационарному потоку газа через стенку образца в течение этого периода не было замечено изменений структуры металла. [c.126]

Вначале на поверхности соприкосновения металла с водородом за счет термической диссоциации молекулярный водород превращается в атомарный". При постоянной температуре, в соответствии с законом действующих масс, упругость атомарного водорода увеличивается пропорционально квадрату давления. Так как скорость диффузии водорода в металле пропорциональна квадрату давления, то это подтверждает представление о том, что при отсутствии растрескивания только атомарный водород насыщает сталь. Водород диффундирует в сталь как по границам зерен, так и через зерна. Проникновение водорода происходит одновременно с частичной абсорбцией газа металлом. Водород, растворенный в стали, стремится концентрироваться в зонах с максимальной свободной энергией, по границам зерен, во всех несовершенствах кристаллической решетки и т.д. [c.163]

С повышением температуры ако-рость диф фузии газов через- пленку окисла к металлу и встречной диффузии атомов металла возрастает, что ускоряет окисление и увеличение толщины окисной пленки. Если пленка имеет защитные свойства, то процесс дальнейшего окисления замедляется (рис. 2-28). [c.68]

Исследования по диффузии газов через металлы начались сравнительно давно, но дальнейшее развитие их связано главным образам с внедрением химических проце осов под давлением. Большинстео этих процессо1В связано с применением водорода, который особенно хорошо по. сравнению с другими газами проникает в металлы. Экспериментальна установлено, что скорость диффузии водорода через металлы подчиняется следующему уравнению [c.370]

Для диффузии газов через металл при сверхвысоких давлениях более достоверные сообщения в литературе отсутствуют. Отрывочные сведения по этому вопросу носят случайный характер и требуют экспериментальной проверки. Так, например, Поул-тер и его сотрудники производили качестеенные опыты по диффузии водорода через трубки из углеродистой стали при давлениях 4000—6000 ат, которые показали, что при комнатной температуре и давлении 4000 ат проникновение газа через сталь не имело места, но при 6000 ат наблюдалось выделение газовых пузырьков на поверхности стальной трубки, опущенной в керосин во время опыта. [c.371]

Если газ диффундирует через металл в молекулярном состоянии, то скорость диффузии прямо пропорциональна давлению газа или числу газовых молекул, проходящих через поверхность в секунду. Баррер [4], а также Братен и Кларк [20] исследовали скорость диффузии газов через стекло и двуокись кремния и нашли, что она прямо пропорциональна давлению. Вследствие очень больших промежутков решетки 81 Оа это чисто физический процесс. Воздух, проталкиваемый через трубку, набитую кизельгуром, имеет скорость потока, пропорциональную давлению. Скорость диффузии газов через металлы фактически не увеличивается пропорционально давлению. Это виднв из диаграммы, если наносить скорость диффузии как функцию давления для некоторых металлов (фиг. 17). [c.131]

При высоких давлениях скорость диффузии водорода и других газов в металлах пропорщ1ональна квадратному корню из давления. Этот результат указывает на то, что активированный комплекс, а также, вероятно, и растворенный газ, находится скорее в виде атомов, чем в виде молекул (ср. стр. 373). Если бы активированное состояние для диффузии представляло собой молекулу или два соединенных вместе атома, то скорость была бы прямо пропорциональна давлению газа, а не квадратному корню из него. Пропорциональность скорости диффузии квадратному корню из давления трудно согласовать с какой-либо механической картиной диффузии молекул, и поэтому можно считать установленным, что в процессе диффузии газов через металлы участвуют атомы. [c.517]

На первый взгляд кажется очевидным, что процесс обезуглероживания непосредственно связан с проникновением газа в металл и что, зная величину скорости диффузии газа через сталь и факторы, влияюшие на нее, можно заранее судить о стойкости стали против водородной коррозии. [c.122]

Г. люталлов быстро увеличивается с повышением т-ры газа. В технике большое значение имеет их водородопроницаемость. Скорость диффузии водорода через металл связана с парциальнглм давлением газа той же зависимостью, что и его растворимость в металле, подчиняясь закону квадратного корня. Водородопроницаемость металлов в твердом состоянии опре/ е-ляется их кристаллической структурой. [c.244]

Стенки вакуумной системы должны быть абсолютно непроницаемг г для наружного воздуха. Металлы не могут полностью удовлетворить этому требованию, так как всегда имеется некоторый весьма. медленный процесс диффузии газов через металлические стенки вследствие кристаллической структуры металлов, наличия пор и трещин, особенно-в литых деталях. Несмотря на это, все крупные промышленные вакуумные установки изготавливаются из металла, так как они в первую очередь должны удовлетворять требованиям прочности. Обычно металлические установки работают при непрерывной откачке натекающих в систему газов вакуумными насосами. Наиболее пригодными для создания вакуум ных -систем являются малоуглеродистая и нержавеющая стали, медь, алюминий и разного рода сплавы [303]. Чтобы уменьшить выделение газов, нужно применять антикоррозионные металлы, так как образующиеся при коррозии окислы интенсивно адсорбируют на своей поверхности газ, который затем выделяется в вакуумную систему. Трубопроводы из металла должны быть цельнотянутые, бесшовные. В качестве материалов для трубопроводов применяются красная медь, латунь и сталь. Наиболее удобной является красная медь, так как трубки из нее легко изгибаются, металл стоек на воздухе и легко паяется. Часто применяются гибкие металлические вакуумные шланги с винтообразной или кольцевой гофрировкой — томпаковые, медные или латунные. [c.357]

Высокая скорость диффузии газов через жидкую оксидную пленку приводит к низкой стойкости молибдена к окислению. При Г < 450 °С окисление молибдена описывается уравнением параболы. Основной продукт окисления — МоОз- При 450. .. 700 °С изотермы окисления описываются уравнением (19). Реакция окисления локализована на границе оксид—металл . При Т <з 650 °С и субатмосферных давлениях образуется двуслойная окалина, внутренний защитный слой которой МоОа или Мо Оц, а наружный — М0О3. Кинетика процесса описывается уравнением (21) аналогично окисЛению вольфрама (см. выше). [c.411]

В случае более активных электродов скорость процесса диффузии газа через пленку электролита и интенсивность реакции ионизации могут быть соизмеримы по своим значениям. В этом случав ток, генерируемый электродом при малых поляризацийх, может лимитироваться активностью электрода. При больших значениях поляризации электрода лимитирующей стадией процесса может явиться диффузия газа к поверхности металла. Определение относительной роли активационных и диффузионно-омических ограничений скорости ионизации водорода было проведено при изучении указанной реакции на гладком полированном платиновом частично погруженном электроде в растворе КОН различной концентрации при температурах 25 50 и 75° С. Зависимости полного тока ионизации водорода от длины непогруженно части электрода в 7 ТУ КОН (50° С) приведены на рис. 9 [17]. [c.86]

Механизм, который предложили Кабрера и Мотт (]949 г.), исходит и из существования на металле образовавшейся в процессе хемосорбции кислорода пленки, в которой ионы и электроны движутся независимо друг от друга. При низких температурах диффузия ионов через пленку затруднена, в то время как электроны могут проходить через тонкий еще слой окисла либо благодаря термоионной эмиссии, либо, что более вероятно, вследствие туннельного эффекта (квантово-механического процесса, при котором для электронов с максимальной энергией, меньшей, чем это требуется для преодоления барьера, все же характерна конечная вероятность того, что они преодолеют этот барьер, т. е. пленку), обусловливающего высокую проводимость окисной пленки при низких температурах. При этом на поверхности раздела металл— окисел образуются катионы, и на поверхности раздела окисел— газ—анионы кислорода (или другого окислителя). Таким образом, внутри окисной пленки создается сильное электрическое поле, благодаря которому главным образом ионы и проникают через пленку, скорость роста которой определяется более медленным, т. е. более заторможенным, процессом. [c.48]

Процесс диф фузии газа через окис-ную цленку начинается с его адсорбции на новерхности. Атомы газа проникают к металлу путем диффузии через пленку. Одновременно с диффузией атомов или ионов газа от поверхности пленки окисла к металлу имеет место встречная диффузия металла к поверхности окисной пленки. В большинстве случаев окисление металлов происходит за счет диффузни металла к поверхности окисной пленки. Чем толще пленка, тем большее расстояние нужно пройти атомам кислорода и металла в ходе диффузии через пленку и тем медленнее нарастает ее толщина. Следовательно, весовое количество металла, прокорродировав-66 [c.66]