Образование оксидных фаз

Образование оксидных фаз – это процесс, обратный рассмотренному выше процессу диссоциации оксидов. В общем виде он описывается уравнением реакции

2Ме_(т) + О₂ = 2МеО_(т).

В плавильных агрегатах твердая металлическая шихта еще до расплавления часто подвергается длительному воздействию окислительной атмосферы. В результате на ней образуется слой оксидов. Образующийся оксид является самостоятельной конденсированной фазой, которая препятствуют дальнейшему непосредственному контакту металла с окислительной газовой фазой. При расплавлении металлических материалов оксидная фаза может расплавиться и перейти в шлак или остаться в растворённом металле.

Скорость окисления и рост оксидной фазы обуславливается механизмом переноса реагирования веществ внутри уже образовавшегося слоя оксидов и реакциями на межфазных границах.

Превращения, которые сопровождаются исчезновением одних и возникновением других твёрдых тел, относятся к классу топохимических реакций, у которых основные взаимодействия протекают на поверхности раздела кристаллических фаз.

Процесс окисления является сложным и многостадийным. Развитие его связано с толщиной и природой имеющейся или образующейся оксидной фазы и возможностью протекания в ней диффузионных процессов.

Оксиды таких металлов, как алюминий, свинец, цинк, никель, хром, железо характеризуются большим молекулярным объемом по сравнению с атомным объемом металла, израсходованного на их образование (V_Meo – V _Me > 0). На таких металлах образуются сплошные плотно прилегающие оксидные слои, которые обладают высокими защитными свойствами от окисления.

Если V_Meo – V _Me < 0, то образуется пористый слой оксидов, не оказывающий диффузионного сопротивления, через него окислительный газ легко проникает к поверхности оксид-металл. Это наблюдается у кальция, натрия, кадмия и др. металлов.

Если происходит окисление металлов, образующих различные оксиды, то они располагаются послойно в соответствии с термодинамическими свойствами. Например, железо с кислородом образует оксиды FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. Обычно к металлу прилегают оксиды FeO, а в наружном слое образуется Fe₂O₃. При повышенных температурах преимущественно образуется FeO, при температурах ниже 570°С большую часть окалины составляет Fe₃O₄.