有色金属熔炼与铸造.pptVIP

气体在金属内扩散气体原子在金属内部扩散速度，直接影响金属吸收气体的能力。扩散系数：单位浓度梯度下，单位时间内物质通过单位面积的扩散量。D0:和温度有关的常数Q:活化能扩散速度：单位时间内物质通过单位面积迁移的物质的量。C:气体的物质的量浓度，mol/cm3.扩散系数D随温度变化利用气体在致密氧化膜中扩散速度慢，主要“以防为主”气体从熔体中析出气体在金属中溶解是一个可逆的过程，高温时，溶解度高，溶于熔体中，凝固过程中，温度降低，溶解度下降，气体从熔体中析出。（与通常的想象相反）金属温度从T1降至T2，出现气体析出分压力，T2愈低，此分压力越大，气体自动向外扩散减少外部气体压力，即使温度变化不大，气体也处于过饱和状态，如真空脱气。气体从熔体中析出形成气泡两大条件：处于过饱和状态，具有析出分压力△p；析出分压力大于外在压力总和。外压力(ΣpE)包括：外部气体压力pa、金属液的压力pM、表面张力psur式中：h:产生气泡处的金属液面高度ρ：金属液的密度σ：金属液的表面张力r:形成气泡半径气体从熔体中析出形成气泡过程：形核→长大非均匀形核：微小晶体非金属夹杂物气泡（利用其除气）容器壁扰动1.3金属的挥发（蒸发）金属由液态转变为气态的现象称为挥发某组元或多组元在液体或固体内向表面扩散在边界上组元蒸发在气相中扩散蒸发的利弊：精炼提纯。蒸发损失、合金成分控制困难、污染环境、危害健康。原子向表面扩散界面上原子蒸发气相中的扩散金属熔体坩埚金属原子氧化热力学条件及判据由式(1．11)可以看出，气相氧的分压P02高，组元含量[i%]多及活度系数大，则氧化反应趋势大。因此，在实际熔炼条件下，元素的氧化反应不仅与ΔG有关，而且反应物的活度和分压也起很大作用。改变反应物或生成物的活度与炉气中反应物的分压，可影响氧化反应进行的顺序、趋势和限度，甚至改变反应进行的方向。氧化动力学机制研究氧化反应动力学的主要目的之一，是要弄清在熔炼条件下氧化反应机制、限制环节及影响氧化速度的诸因素(温度、浓度、氧化膜结构及性质等)，以便针对具体情况，改善熔炼条件，控制氧化速度，尽量减少金属的氧化烧损。01Me02氧气向界面扩散03O2表面金属氧化的步骤MeO2氧气在界面吸附金属氧化的步骤Me01O202界面发生化学反应03金属氧化的步骤Me氧化层脱落MexOy界面氧化物的生成金属氧化的步骤金属氧化的动力学速度问题金属氧化机理和氧化膜结构（重点了解三个环节）氧由气相通过边界层向氧-氧化膜界面扩散（即外扩散）D—氧在边界层中的扩散系数，A、δ—边界层面积和厚度C0O2、CO2—边界层外和相界面上氧的浓度氧化动力学机制氧化动力学机制边界层（扩散层）金属氧化机理示意图D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度C′O2—反应界面上的浓度氧化动力学机制2.氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散（即内扩散）氧化动力学机制金属氧化机理示意图内扩散在金属-氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应，与此同时金属晶格转变为氧化物（结晶化）K—反应速度常数，C′O2—金属-氧化膜界面上氧的浓度金属的氧化由上述三个环节共同完成，总反应速度取决于最慢的一个环节（短板理论）。氧化动力学机制氧化膜的性质决定以上哪一个环节是限制性环节，而氧化膜的主要性质是其致密度:定义为氧化物的分子体积VM与形成该氧化物的金属原子体积VA之比，即：壹贰氧化动力学机制Pilling-Bedworth比当α＞l时，生成的氧化膜是致密的，连续的，有保护性的。在这种情况下结晶化学反应速度快，而内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。氧化膜逐渐增厚，扩散阻力愈来愈大，氧化速度将随时间的延续而降低。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性。当α＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。氧在这种氧化膜内扩散阻力将比前者小。限制环节由扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属(如Li、Mg、Ca)的氧化膜具有这种特性。α＞＞1。这是一种极端情况，大量过渡族金属如铁的氧化膜就是如此。这种十分致密但内应力很大的氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故氧化膜也是非保护性的。氧化动力学机制Pilling-Bedworth比氧化动力学机制Pilling-Bedworth比氧化动力学机制金属氧化的动力学方程金属的氧化速度可用氧化膜厚度随时间的变化来表示：1.温度、面积一定，内扩散速度：2.结晶化学反应速度：