Zastosowanie metody dwuetapowego utleniania do badań mechanizmu narastania zgorzeliny rutylowej na tytanie

• Autorzy: Gil A. , Kuc A.

Warianty tytułu

EN

Application of two-stage oxidation method for growth mechanism studies of rutile scale on titanium

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania mechanizmu narastania zgorzeliny TiO2 na tytanie z zastosowaniem metody obojętnych markerów prowadzone były w latach 60-tych ubiegłego wieku przez Kofstada. Dla temperatury 900 stopni C platynowy marker zlokalizowany został na powierzchni warstwy rutylowej. Powyższy rezultat, w połączeniu z wynikami badań przewodnictwa elektrycznego TiO2, pozwoliły Kofstadowi na zaproponowanie modelu struktury defektowej tego tlenku, w którym, jako dominujące defekty punkowe, przyjęte zostały wakancje anionowe. Powyższy model był przez długie lata uważany jako poprawny, ale z czasem zaczął budzić pewne wątpliwości. Zauważyć należy, że położenie markera na powierzchni warstwy tlenkowej nie daje jednoznacznej informacji dotyczącej dominującego mechanizmu transportu reagentów w zgorzelinie. Marker na powierzchni zgorzeliny stwierdza się zarówno w przypadku dordzeniowego transportu utleniacza po defektach punktowych, jak i po defektach dwu- i trójwymiarowych (granice ziaren, mikroszczeliny, otwarte pory). Aby to rozstrzygnąć przeprowadzić należało badania dwuetapowego utleniania z zastosowaniem izotopów tlenu 16O2 i 18O2. W pracy zaprezentowane zostały wyniki dwuetapowego utleniania tytanu dla temperatury 900°C. Do wyznaczenia głębokościowych rozkładów stężeń obu izotopów tlenu w zgorzelinie zastosowano technikę analizy powierzchniowej SNMS. Uzyskany wynik jednoznacznie wykluczył dyfuzję tlenu po defektach punktowych w TiO2 jako dominujący mechanizm transportu reagentów w warstwowej zgorzelinie rutylowej na tytanie.

EN

The growth mechanism of rutile scale on titanium using the marker method was investigated in 60th years of the preceding century by Kofstad. For a temperature of 900 °C, a Pt-marker was found on the surface of the rutile layer. Above-mentioned result, as well as the studies of electric conductivity of TiO2, have allowed Kofstad to propose a model of the defect structure of this oxide, in which oxygen vacancies were suggested as the predominant point defects. This model has been accepted to be a correct one for a long time but has seemed doubtful recently. It is worth to note, that the marker localization on the surface of the scale does not give one-valued answer concerning the predominant mechanism of reagents transport in the oxide layer. The marker is localized on the scale surface both in case of the predominant transport of the oxygen via point defects and via two- and three-dimensional defects in the oxide (grain boundaries, micro-cracks, open pores). In order to settle the matter, it belongs to carry of a two-stage oxidation experiment using the 16O2 and 18O2 oxygen isotopes. In this paper, the results of the two-stage oxidation of titanium at 900 °C are presented. The depth-concentration profiles of the oxygen isotopes in the rutile scale were determined using the SNMS surface-analytical technique. The obtained results exclude oxygen diffusion via point defects in TiO2-x as the predominant mechanism of reagents transport in the layered rutile scale on titanium.

Słowa kluczowe

PL

tytan; rutyl; mechanizm narastania zgorzeliny; utlenianie dwuetapowe

EN

titanium; rutile; scale growth mechanism; two-stage oxidation

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 2
• Strony: 188--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Gil A.

autor

Kuc A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KFCS, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Kofstad P., Anderson P.B., Krudtaa O.J.: Journal of the Less-Common Metals, 3, (1961), 89.
• [2] Kim Y.W.: „Intermetallic alloys based on gamma titanium aluminides”, Journal of Metals, 41, (1989), 24.
• [3] Froes F.H., Suryanarayana C., Eliezer D.: „Synthesis, properties and applications of titanium aluminides”, J. Mater. Sci., 27, (1992), 5113.
• [4] Kofstad P., Hauffe K.: „Oxydation von Titan Werkstoffe und Korrosion“, 11, (1956), 642.
• [5] Kofstad P.: Journal of the Less-Common Metals, 12, (1967), 449.
• [6] Stringer J.: „The oxidation of titanium in oxygen at high temperatures”, Acta Metallurgica, 8, (1960), 758-810.
• [7] Jedliński J.: Oxidation of Metals, 39, (1993), 61.
• [8] Gil A.: Wysokotemperaturowa korozja stopów TiAl, Wyd. Naukowe „Akapit”, Kraków, (2009), 40.
• [9] Singheiser L., Auer W.: Der Bunsen Gesellschaft Physikalische Chemie, 81, (1977), 1167.
• [10] Tubandt C., Eggert S.: Zeitschrift fur anorganische Chemie, 117, (1921), 47.
• [11] Akse J.R., Whitehurst H.B.: „Diffusion of titanium in slightly reduced rutile”, J. Phys. Chem. Solid., 39, (1978), 457.
• [12] Hoshino K., Peterson N.L., Wiley C.L.: „Diffusion and Point- Defects in TiO2−x”, J. Phys. Chem. Solid., 46, (1985), 1397.
• [13] Arita M., Hosoya M., Kobayashi M., Someno M.: „Depth Profile Measurement by Secondary Ion Mass Spectrometry for Determining the Tracer Diffusivity of Oxygen in Rutile”, J. Am. Ceram. Soc., 62, (1979), 443.
• [14] Derry D.J., Lees D.G.: „A Study of Oxygen Self-Diffusion in the C-Direction of Rutile Using a Nuclear Technique”, J. Phys. Chem. Solid., 42, (1981), 57.