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材料化学4.7金属的氧化

材料化学4.7金属的氧化 本文关键词:氧化,化学,金属,材料,4.7

材料化学4.7金属的氧化 本文简介:4.7金属的氧化0AAOO2x=0x=M金属表面的氧化反应如图所示,由于氧离子的半径很大,穿过氧化物层的扩散速率很小,可以忽略不计,。∴其中D为金属离子扩散系数;C为金属离子的浓度。如果氧化物层很薄,可以近似把A2+在膜中的分布看成是线性分布,则有:CM、C0分别为M、0处的离子浓度。任意厚度M处的

材料化学4.7金属的氧化 本文内容:

4.7

金属的氧化

0

A

AO

O2

x=0

x=M

金属表面的氧化反应如图所示,由于氧离子的半径很大,穿过氧化物层的扩散速率很小,可以忽略不计,。

其中D为金属离子扩散系数;C为金属离子的浓度。

如果氧化物层很薄,可以近似把A2+在膜中的分布看成是线性分布,则有:

CM、C0分别为M、0处的离子浓度。

任意厚度M处的瞬间物质流为:

,k为常数,单位mol/cm?s

同时

,即膜的生长速率,

∴:塔曼常数,单位m2/s

所以氧化物层厚度随时间的变化速率呈抛物线特性。在实验室里通常采用测量单位面积的氧化增重的方式进行表征。

:氧化物中氧的密度

如果阴阳离子半径相差不多,则两种离子均会发生扩散迁移。例如Fe的表面生成Fe2O3的反应。

(1)

根据前面的知识,

∴Ci:迁移物质的浓度

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

如果生成的化合物为AaBb,

(9)

(10)

联立方程得到,

(11)

又有,

(12)

(13)

在平衡状态下,

(14)

(15)

对于A-B二元体系,根据Gibbs-Duham方程,

(16)

将(14)、(15)、(11)式代入(7)式中,消去、、得,

(17)

(18)

(原子/cm2s)

(mol/cm2s)

4.8

传质(mass

tracnsfer)

对于固-液两相界面处的传质问题,有许多理论模型对其进行描述,下面讨论几种常用模型。

有效边界层模型。

其中,为浓度边界层,为速度边界层,。随着液体搅拌速度的加快,边界层的厚度会变小,即加快了传质进程,使液态中溶解浓度尽快达到平衡。

为有效浓度边界层。

定义为传质系数。

界面渗透模型

边界条件:

菲克第二定律的解,

界面上有,

得到传质系数停留时间

表面更新模型

S:平均表面更新速率

流体基本知识

dy

V

y

x

v

v+dv

:速度梯度

剪切内摩擦力F

定义为粘度系数,单位为g/cm

s。

1883年,雷诺(Reynolds)发表了对流体层流、湍流的系统研究的文章。

:临界速度

:流体密度;

:管径

Re:雷诺准数,无量纲

层流

湍流

过渡区

流体流过物体时,存在层流边界层与湍流边界层。

层流边界层厚度

湍流边界层厚度

浓度边界层与速度边界层有如下关系,

Sc定义为Schmid准数

∴浓度边界层厚度

有效浓度边界层厚度

4.9

多层膜传质及其控速环节

A

B

A→B

整个过程分为如下环节,

1)

流体中A组元扩散到界面处;

2)

在固-液界面发生化学反应A→B;

3)

B组元扩散到液体内部。

、分别为无穷远处和界面处A的浓度,

、为无穷远处和界面处的B的浓度。

在不同的反应条件下,反应的影响因素时不同的,例如在高温下,反应速度快,反应很快达到平衡,,整个反应由扩散过程控速。

∴,又有

为了维持整个过程的正常进行,总反应速度

A

B

A→B

A→B

A

B

如果,,;

如果,,

控速环节的图示如右图。

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