材料化學(xué) 47金屬的氧化

1、4.7 金屬的氧化0AAOO2x=0x=M金屬表面的氧化反應(yīng)如圖所示，由于氧離子的半徑很大，穿過氧化物層的擴(kuò)散速率很小，可以忽略不計，。其中D為金屬離子擴(kuò)散系數(shù)；C為金屬離子的濃度。如果氧化物層很薄，可以近似把A2在膜中的分布看成是線性分布，則有：CM、C0分別為M、0處的離子濃度。任意厚度M處的瞬間物質(zhì)流為： 或 ，k為常數(shù)，單位mol/cms同時 ，即膜的生長速率， ：塔曼常數(shù)，單位m2/s所以氧化物層厚度隨時間的變化速率呈拋物線特性。在實驗室里通常采用測量單位面積的氧化增重的方式進(jìn)行表征。：氧化物中氧的密度如果陰陽離子半徑相差不多，則兩種離子均會發(fā)生擴(kuò)散遷移。例如Fe的表面生成Fe2O3

2、的反應(yīng)。 （1）根據(jù)前面的知識，Ci：遷移物質(zhì)的濃度（2）（3）（4）（5）（6）（7） （8）如果生成的化合物為AaBb， （9） （10）聯(lián)立方程得到， （11）又有， （12） （13）在平衡狀態(tài)下， （14） （15）對于AB二元體系，根據(jù)Gibbs-Duham方程， （16）將（14）、（15）、（11）式代入（7）式中，消去、得， （17） （18） （原子/cm2s） （mol/cm2s）4.8 傳質(zhì)（mass tracnsfer）對于固液兩相界面處的傳質(zhì)問題，有許多理論模型對其進(jìn)行描述，下面討論幾種常用模型。 有效邊界層模型。其中，為濃度邊界層，為速度邊界層，。隨著液體攪拌速度

3、的加快，邊界層的厚度會變小，即加快了傳質(zhì)進(jìn)程，使液態(tài)中溶解濃度盡快達(dá)到平衡。為有效濃度邊界層。定義為傳質(zhì)系數(shù)。 界面滲透模型邊界條件：菲克第二定律的解，界面上有，得到傳質(zhì)系數(shù)停留時間 表面更新模型S：平均表面更新速率流體基本知識dyVyxvv+dv：速度梯度剪切內(nèi)摩擦力F定義為粘度系數(shù)，單位為g/cm s。1883年，雷諾（Reynolds）發(fā)表了對流體層流、湍流的系統(tǒng)研究的文章。：臨界速度 ：流體密度； ：管徑 Re：雷諾準(zhǔn)數(shù)，無量綱層流湍流過渡區(qū)流體流過物體時，存在層流邊界層與湍流邊界層。層流邊界層厚度湍流邊界層厚度濃度邊界層與速度邊界層有如下關(guān)系， Sc定義為Schmid準(zhǔn)數(shù)濃度邊界層厚度有效濃度邊界層厚度4.9 多層膜傳質(zhì)及其控速環(huán)節(jié)ABAB整個過程分為如下環(huán)節(jié)，1） 流體中A組元擴(kuò)散到界面處；2） 在固液界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)AB；3） B組元擴(kuò)散到液體內(nèi)部。、分別為無窮遠(yuǎn)處和界面處A的濃度，、為無窮遠(yuǎn)處和界面處的B的濃度。在不同的反應(yīng)條件下，反應(yīng)的影響因素時不同的，例如在高溫下，反應(yīng)速度快，反應(yīng)很快達(dá)到平衡，整個反應(yīng)