Взаимодействие металла с кислородом при сварке

Взаимодействие металла с О₂ при сварке.

Источники О₂:

1. Свободный О₂ из окружающей среды
2. Оксиды на свариваемых кромках или на присадочном материале
3. Оксиды находящиеся в шлаке и растворимые в металле
4. Химически активные шлаки, которые в результате окислительно-востановительных реакций отдают О₂ металлу.

Al,Mg –не растворяют О₂ не в жидком не в твердом состоянии, О₂ попадает в виде оксидных пленок или взвешанных частиц.
 
Fe,Cu,Ti,Ni-растворяют О₂

Процесс растворения О₂ в металле состоит:

1. Обсорбция (поглащение О₂ поверхностью металла
2. Хим обсорбция (поглащенный О₂ взаимодействует с металлом образуя растворы и химсоединения)
3. Отвод продуктов химобсорции в глубь металла

Число степеней свободы

С=К+2-Ф

К – число независимых компонентов, определяется – общее число разновидностей молекул минус число независимых реакций между ними.

2МеО↔2Ме+О₂

К=3-1=2      Ф=3   С=2+2-3=1

К_р=Р_О2=f(T)

Порциальное давление кислорода (Р_О2), отвечающееравновесному состоянию хим.реакции окисления(разложения оксида) носит название упругости диссоциации оксида.

∆G – изобарный потенциал (энергия Гибса)

∆G=2TlnП-RTlnK_p – уравнение изотермы хим.реакйии, которое дает возможность определить направление хим.реакции, в зависимости от концентрации исходных веществ

R – универсальная газовая постоянная

П – неравновесное отношение

Т – температура

∆G⁰_т – стандартные условия

∆G⁰_т=-RTlnK_p=-19.15TlgP_O2

lgP_O2= ∆G⁰_т/19.15T=-∆H_T⁰/19.15T+∆S_T⁰/19.15

∆H – энтальпия

∆S – энтрапия

∂lnK_p/∂T=∆H/RT² больше 0- уравнение изобары хим.реакции, дает возможность определить направление реакции в зависимости от температуры.

Прочность связей О₂ с металлом зависит от сродства последнего к О₂

А_maxp=-∆G – энергия необходимая на преодоление хим.сродства.

1. ∆G убывает – прцесс окисления продолжаетсяя
2. ∆G растет – идет процесс востановления
3. ∆G=0 – равновесие хим.реакции

С повышением температуры сродство всех элементов кроме С к О₂ падает

Т_max C,Al,Ti,Mn,Si,Fe,Ni

T_min Al,Ti,Si,Mn,C,Fe,Ni

Т.к. связь упругости диссоциации с константой равновесия и изобарным потенциалом то в принципе сродство элемента к О₂ можно оценивать по упругости диссоциации оксида

1. lgP_O2=lgP_O2факт – реакция в равновесии
2. lgP_O2≥lgP_O2факт – востановление
3. lgP_O2≤lgP_O2факт – окисление