3.3 Задачи для самостоятельного решения

1 В процессе изучения окисления железа на воздухе при 580 К были получены результаты, представленные в таблице. Найти уравнение, описывающее закон роста оксидной пленки и сделать вывод о механизме процесса окисления.

Время С	0	6,72	15,06	18,96	37,72	133,8
Толщина пленки ,мкм	0	54,2	59,6	62,1	65,8	76,0

2 Сульфидная коррозия, имеющая место при испытании образцов кобаль­та в атмосфере сероводорода Па при 993 К, описывается уравнением квадратичной параболы с константой ско­рости = 6,67 10^-6 г /(cм⁴ c). Процесс окисления образцов кобальта в кислороде ( = 1,013 105 Па) при 1223 К протека­ет по аналогичному закону с константой скорости = 1,6 10 г²/(см⁴ с). Определить время, за которое при указан­ных температурных режимах удельный прирост массы образца после окисления кислородом окажется равным приросту масcы за счет об­разования сульфида после выдержки в сероводороде в течение 0,5 ч.

3 При окислении железа и сплавов на его основе на поверхности об­разуется несколько оксидных слоев различного состава: FeO, Fe₂O₃ и Fe₃O₄. По экспериментальным данным, приведенным в таблице зависимости изменения общей толщины окалины и толщины слоя FeO от времени окисления образцов армко-железа на воздухе при 1123 К (металлографические исследования), установить за­кон роста окалины и отдельно оксида FeO, сделать вывод о механиз­мах окисления, определить отношение толщины слоя FeO к суммарной толщине оксидов Fe₂O₃ и Fe₃O₄ после 100 ч выдержки образца при указанной температуре.

Время , час	0	1,25	2,50	5.0	10,0	18,0
Толщина слоя ока­лины h, мкм	0	252	352	507	684	939
Толщина слоя , мкм	0	231	331	452	632	892

4 Исследования по окислению вольфрама в атмосфере кислорода в интервале температур 973-1273 К при различной продолжительности показали, что процесс протекает сначала по параболическому закону, а затем постепенно переходит к линейному. Объясните наблюда­емое явление. Ответ подтвердите результатами проверки выполнения условия сплошности образующимися оксидами WO и WO₃. Плот­ности оксидов соответственно равны 11,4 и 6,47 (г/см^э). Масса грамм-атома вольфрама составляет 183,85 г, плотность вольфрама = 19,3 г/см³.

5 На основании экспериментальных данных по изучению окисления cтали У6 (0,6% С) при 1073 К в сухом воздухе и воздухе, насыщенном водяным паром, установить различие в кинетике газовой коррозии стали в выбранных средах и дать возможное объяснение наблюдае­мых различий.

Удельное увеличение массы в в-хе , г/м2	Время, час
	2,5	5	20	25
сухом	40	50	90	-
насыщенном водяными парами	90	135	-	340

6 Установить закон роста толщины оксидной пленки на армко-железе в воздухе при 423 К, используя результаты, представленные в таблице. Пояснить, каким процессом контролируется скорость окис­ления металла в данном случае, и определить толщину оксидной пленки после 50 ч окисления.

Толщина пленки h , нм	3,4	4,8	5,7	6,0	6,5	7,0	7,45
Время , час	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0

7 При окислении кобальта в чистом кислороде ( = 1,013 10⁵ Па) при температурах выше 1173 К образуется окалина, состоящая только из слоя оксида кобальта СоO. Найдите уравнение, описывающее закон роста СоO при 1293 К, используя результаты измерений коли­чества поглощенного металлом кислорода в зависимости от времени выдержки образца при данной температуре.

Количество поглощен­ного кислорода Q , г/см2	0	0,0120	0,0208	0,0343	0,0452	0,0588
Время , час	0	1,0	2,0	4,0	6,0	9,0

8 При изучении взаимодействия тантала с кислородом при давлении газа 7,7∙10³ Па было показано, что процесс окисления в интервале температур 523–723 К подчиняется параболическому закону. Определить уравнение температурной зависимости скорости параболического окисления тантала, используя данные, приведенные в таблице.

Параболическая константа скорости К, г2/(см4 ч)	6,6∙10-16	5,7∙10-15	3,37∙10-14	2,17∙10-13	1,21∙10-12
Температура Т, К	523	573	623	673	723

9 Определить удельный прирост массы образца Ni–Cr (20%) сплава при выдержке его в течении 100ч в атмосфере кислорода при 1473 К, если значения констант параболического окисления при 1273 К и 1073 К составляют соответственно и . Энергия активации процесса окисления данного сплава в заданном температурном интервале постоянна в течении всего времени окисления.

10 Стойкость молибдена против окисления определяется поведением образующейся пленки MoO₃, температура плавления которой 1068 К, но при Т>773 К имеет место значительное испарение оксида.

Рассчитать удельное изменение массы образца (мг/см²) подвергнутого испытанию на воздухе при 977 К в течении 4 часов, если известно, что увеличение массы молибдена, которое должно было бы происходить за счет окисления, отвечает линейному закону с К_Л = 2,78 10^-3 мг/(см² с), а температурная зависимость линейной скорости испарения (возгонки) оксида MoO₃ в интервале температур 923 – 1073 К отвечает уравнению .

11 Определить удельный прирост массы образца Ni–Cr сплава при выдержке в течении 100 часов в атмосфере кислорода при температуре 1473 К, если температурная зависимость параболической константы скорости окисления данного сплава отвечает уравнению Аррениуса с параметрами Q = =182,749 кДж/моль, А = 5,7 10⁸ [г²/(м⁴ ч) ].

37