Сварка порошковой проволокой - Фрумин И.И.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 20 приведены зависимости, характеризующие кинетику выделения углекислого газа в изотермических условиях для смесей карбоната кальция с кремнеземом, витеритом и ферротитаном
(соотношениё массы карбоната и примеси в смеси равно двум). Наибольшим ускоряющим действием обладает примесь ферротитана. Наличие металлических порошков в смеси вызывает не только инициирование ранней диссоциации карбоната, но и ускорение ее.
Окислительные процессы в смесях порошков, содержащих железо и ферросплавы.
Известно, что на металлических поверхностях, свободно контактирующих с воздухом, всегда имеется тонкая пленка окисла. Толщина окисных пленок, если они образуются при комнатной температуре, эбычно не превышает 20—
— 100 А [7]. Для железа и ферросплавов, используемых в производстве сварочных материалов, характерно окисление с образованием компактного слоя окалины. После образования первичной окис-ной пленки дальнейший процесс окисления включает две основные стадии: реакции на поверхностях раздела металл — окисел и окисел — кислород, а также перенос реагирующего материала через слой окисла [30]. В начальный момент скорость процесса определяется поверхностной реакцией, а затем процесс лимитируется диффузией ионов и электронов через слой образовавшегося окисла. При этом электроны перемещаются путем замещения электронных дырок, а ионы — путем замещения ионных вакансий 1150]. Коэффициенты диффузии ионных кристаллов зависят от концентрации вакансий решетки или внедренных ионов, способных передвигаться, и от их подвижности [140].
Таким образом, при нагреве железа до температур, не превышающих 250° С, получаются тонкие окисные слои, в которых на переход иона через слой окисла влияют химический и электрический градиенты потенциалов. Скорость процесса окисления в этом случае, можно описать уравнением [7]
в
? = W, + Л/днф - n)aze Rr , (13)
гДе N0 — начальное количество активных атомов металла на поверхности; Л/дис}—количество активных атомов металлов, вышедших! на поверхность в результате диффузионного процесса; п — число прореагировавших атомов металла; а — эффективное сече-
Рис. 20. Кинетика диссоциации карбоната кальция при изотермической выдержке смесей его при (/=820°С):
/ — с FeTi; 2—с SiOa; 3 — с ВаСОз-
ние реакции атом металла — молекула газа; г — число ударов • молекул кислорода об 1 см2 поверхности; т — время окисления.
В множителе е кт , известном из уравнения Аррениуса, Е представляет собой разность энергий активации активных и неактивных молекул. При более высоких температурах и толстых слоях окисла значение электрического поля, обусловленного хемосорбцией реагирующего газа, незначительно, потому что поверхностные реакции протекают с достаточной скоростью [140]. Незначительно также влияние пространственного заряда около поверхности, вызванного различной подвижностью ионов и электронных дефектов. Для этих условий Вагнер [183] предложил уравнение
dn ________ q
d% ~ \х
К
* 2L **1
14
к
D\ -f D* ] d In a
(14)
где q — поперечное сечение; Ax— толщина окисного слоя в любой момент окисления; сэк = глсл = ггс.г — концентрации металлических и неметаллических ионов, см3; гг и z2— катионные и анионные валентности; ак и аи — термодинамические активности кислорода на границе окисел—кислород и окисел — металл; D* и D*— коэффициенты самодиффузии кислорода и металла.
Небольшая интенсивность диффузионных и кристаллохимических процессов при большой толщине окисного слоя означает, что на границах слоев (например, между металлом и низшим окислом, между двумя разными окислами при определенном парциальном давлении кислорода в газовой фазе) создаются условия, близкие к равновесным. Если известны равновесные условия в системе металл — кислород, можно судить о фазовом составе окалины и направлении окислительно-восстановительных процессов, т. е. качественно оценить равновесие с газовой фазой. Для количественной оценки необходим учет дефектности окислов (отклонения от стехиа-метрического состава, дефекты решеток), а также влияния имеющихся примесей [48, 150].
В композициях сварочных порошковых проволок и электродов практически не приходится иметь дело с чистыми металлическими порошками (без минеральной части). А. А. Ерохин [38] обнаружил, что при нагреве смеси мрамор — ферромарганец в атмосфере аргона до температуры плавления железа окисление марганца достигает 50%. В реальных условиях процесс окисления железа и ферросплавов может начаться раньше, чем диссоциация карбоната. По данным Ю. Д. Брусницына [15], в смеси с мрамором и фтористым натрием окисление ферросилиция наблюдается при температуре около 600° С, а ферроалюминия — около 570° С.
Комплексный термический анализ порошкообразных смесей, содержащих железо и ферросплавы, показал, что в условиях непре-
22
рывного нагрева окислительные процессы развиваются при температуре выше 400° С.
Степень окисления железа и ферросплавов при диссоциации карбоната в смеси зависит от их окисленности к моменту диссоциа-
Рис. 21. Прирост массы при нагреве металлических порошков (/) и их смесей с карбонатом кальция (2):
