2.2.2.2. Реакции восстановления оксидов

В качестве восстановителей оксидных пленок при пайке наиболее широкое распространение получили водород, окись углерода и газовые смеси, в состав которых входят эти восстановители.

Взаимодействие оксидов металлов с газами восстановителями происходит по реакциям:

(11)

(12)

Изменение изобарного потенциала реакции можно найти по уравнению:

(13)

где – изобарные потенциалы горения водорода и окиси углерода при температуре Т соответственно;

– изменение изобарного потенциала оксидов, образуемых из элементов.

Отметим, что водород обладает более высокими восстановительными свойствами по сравнению с окисью углерода, что проявляется в более высокой скорости реакции. Однако водород не пригоден для пайки таких металлов как Pb,Cd,Ti,Sn,Zr,Nb, поскольку в том случае образуются гидриды этих металлов, кроме того, водород не пригоден для восстановления оксидных пленок, содержащихMgO,TiO₂,Al₂O₃– из-за очень высоких требований к содержанию в паяльной атмосфереH₂OиO₂.

Возможность восстановления зависит…??? (стр. 12)…

При давлениях газов-восстановителей отличных от стандартных

(14)

где – изобарный потенциал реакции при нормальном давлении газов восстановителей (Р=1,013310⁵Па) и температуре Т;

– парциальные давления газов восстановителей и продуктов восстановления в газовой фазе.

В равновесных условиях изменение изобарного потенциала равно нулю. При реакция должна протекать в сторону восстановления оксида, при– в сторону образования оксида.

Из уравнения следует, что, меняя соотношения газов восстановителей и продуктов восстановления, а так же температуру процесса можно изменять химическую активность газовой среды по отношению к оксидам. Очевидно, что при постоянной температуре равновесные условия реакции будут определяться соотношением газов восстановителей и продуктов реакции. Для водородсодержащих (чистый водород и его смесь с азотом) газовых сред это отношение парциального давления водорода и водяного пара. Практически парциальное давление водяного пара в газовой атмосфере выражают через экспериментально определяемую точку росы, то есть температуру конденсации влаги, содержащейся в газе. Кривые зависимости точки росы в водороде от температуры обратимых реакций между оксидами металлов и водородом приведены на рисунке ….

Рисунок …Зависимость точки росы в водороде от температуры обратимых реакций между оксидами металлов и водородом.

Область значений точек росы, расположенных правее кривых соответствуют условиям восстановления металлов из их оксидов, левее – условиям окисления металлов. ???

В промышленности широкое распространение получили технологии механизированной печной пайки в атмосфере продуктов сжигания углеводородных горючих газов, таких как природный газ, генераторный газ, пропан и другие.

???

Процесс горения такой смеси может по реакции:

(15)

которую можно представить как разность реакций горения водорода и окиси углерода:

(16)

(17)

В этом случае, константа равновесия реакции может быть выражена как:

(18)

???

В этом случае при нагреве происходят сложные взаимодействия между компонентами газовой среды и паяемом металлом и в газовой фазе между собой.

???

Так как рассматриваемые газовые смеси наиболее широко применяются при пайке конструкционных сталей, на рисунке …приведена диаграмма равновесных значений газовой смеси сложного состава при взаимодействии с железом при различных температурах. Эта диаграмма, определяющая области окисления и восстановления железа, позволяет выбирать температурные условия и состав газовой среды, обеспечивающие активирование поверхности восстановлением оксидов.

Кривая равновесия газовой смеси сложного состава при взаимодействии с железом.

Следует отметить, что на скорость восстановления оксидов существенное влияние оказывают количество кислорода, поступающего в рабочий объем пайки извне (подсос воздуха, десорбция с поверхности паяемого металла и элементов печи) и скорость удаления из рабочего объема продуктов восстановления. Если в рабочий объем установок для пайки не будет поступать поток свежей газовой смеси, не содержащей кислорода и продуктов восстановления, а последние не будут удаляться из рабочего объема, их концентрация достигнет такого предела, когда процесс восстановления прекратиться и реакция пойдет в сторону образования оксида,

???