Mechanizm utleniania niklu w wysokich temperaturach

• Autorzy: Mrowec S. , Grzesik Z.

Warianty tytułu

EN

The mechanism of nickel oxidation at high temperatures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano kinetykę i mechanizm utleniania spektralnie czystego niklu w funkcji temperatury (1073 -1673 K) i prężności tlenu (10-105 Pa). Szybkość reakcji wyznaczano metodą termograwimetryczną z dokładnością rzędu 10" g, a mechanizm powstawania zgorzeliny badano metodą markerów. W celu wyeliminowania wpływu efektu Archimedesa na wyniki pomiarów szybkości reakcji w funkcji prężności tlenu, stosowano mieszaninę dwóch gazów nośnych, argonu i helu, o tak dobranym składzie, aby jej gęstość była ściśle równa gęstości tlenu. Udział dordzeniowej dyfuzji tlenu w procesie narastania drobnokrystalicznej zgorzeliny w temperaturach niższych od 1273 K wyeliminowano rozpoczynając pomiary od najwyższej temperatury (1673 K), w której powstaje zgorzelina grubokrystaliczna. Następnie obniżano skokowo temperaturę reakcji i kontynuowano pomiar kinetyki utleniania. Zabieg ten powtarzano kilkakrotnie, aż do uzyskania informacji o szybkości powstawania grubokrystalicznej zgorzeliny w temperaturach niższych od 1273 K. Wykazano, że w całym zakresie temperatur i ciśnień tlenu proces narastania grubokrystalicznej zgorzeliny tlenkowej na niklu zachodzi w wyniku odrdzeniowej dyfuzji kationów niklu i elektronów poprzez podwójnie zjonizowane wakancje kationowe i dziury elektronowe. Jednoznaczny dowód takiego mechanizmu reakcji wynika z doskonałej zgodności pomiędzy wyznaczoną eksperymentalnie paraboliczną stałą szybkości utleniania niklu i wartością tej stałej, obliczoną ze współczynnika dyfuzji niklu wyznaczonego eksperymentalnie w monokrystalicznym tlenku tego metalu

EN

Oxidation kinetics of high purity nickel have been studied as a function of temperature (1073-1673 K) and oxygen pressure (10-l05 Pa) using microthermogravimetric technique. In order to eliminate the possible participation of grain boundary diffusion in scale growth at lower temperatures (< 1273 K), the oxidation rate measurements have always been started at highest temperature (1673 K), when coarse-grained scale was formed, and the temperature and pressure dependence of the oxidation rate was determined by step-wise lowering the temperature of such pre-oxidized sample. The possible influence of Archimedes effect on the results of oxidation rate measurements at different oxygen pressures was eliminated by using binary carrier Ar-He gas mixture of the composition with the density exactly the same as that of oxygen. It has been shown that in the whole temperature and oxygen pressure range studied, the coarse-grained oxide scale on nickel is growing by the outward volume diffusion of cations and electrons through doubly ionized cation vacancies and electron holes. This conclusion is strongly supported by the excellent agreement between parabolic rate constant determined experimentally and that calculated from self-diffusion coefficient of nickel in single crystalline nickel oxide.

Słowa kluczowe

PL

utlenianie; nikiel; metoda termograwimetryczna

EN

nickel; oxidation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 2
• Strony: 41--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys

Twórcy

autor

Mrowec S.

autor

Grzesik Z.

• Grzesik, Z.- Wydział Inżynierii i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie,

Bibliografia

• [1] Haugsrud R.: On the high-temperature oxidation of nickel, Corr. Sci., 45(2003)211
• [2] Caplan D., Graham M. J., Cohen M.: Growth via leakage paths of Nikel oxide and nickel at high temperatures, J. Electrochem. Soc., 119 (1972) 1265
• [3] Kofstad P.: High Temperaturę Corrosion, Elsevier Applied Science, London and New York, 1988, s. 212
• [4] Peterson N. L.: Impurity diffusion in transition metal oxides, Solid State lonics, 12 (1984) 201
• [5] Hausgrud R., Norby T.: Determination of thermodynamics and kinetics of point defects in NiO using the Rosenburg method, Solid State lonics, 111(1998)323
• [6] Moya E. G., Deyme G., Moya F.: Observations of the initiation of transgranular cleavage from prior austenite grain boundaries, Ser. Metali. Mater., 24 (1990) 2447
• [7] Dubois C., Monty C., Philibert J.: Oxygen self-diffusion in NiO single crystals, Phil. Mag. A, 46 (1982) 419
• [8] Kofstad P.: Nonstoichiometry, Diffusion and Electrical Conductivity in Binary Metal Oxides, J. Wiley, New York, 1972
• [9] Mitoff S. P.: Electrical Conductiyity and Thermodynamic Equilibrium in Nickel Oxide, J. Chem. Phys., 35 (1961) 882
• [10] Tretyakov Y. D., Rapp R. A.: Nonstoichiometries and defect structures in pure nickel oxide and lithium ferrite, Trans. AIME, 245 (1969) 1235
• [11] Tripp W. C., Tallan N. M.: Gravimetric determination of defect concentrations in NiO, J. Am. Ceram. Soc., 53 (1970) 531
• [12] Farhi R.. Petot-Ervas G.: Electrical conductivity and Chemical diffusion coefficient measurements in single crystalline nickel oxide at high temperatures, J. Phys. Chem. Solids, 39 (1978) 1169
• [13] Atkinson A., Taylor R.L: The diffusion of Ni in the bulk and along dislocations in NiO single crystals, Philos. Mag. A, 39 (1979) 581
• [14] Yolpe M. L., Peterson N. L., Reddy J.: Isotope effect for cation self-diffusion in single crystals of NiO, Phys. Rev. B, 3 (1971) 1417
• [15] Kofstad P.: High Temperaturę Corrosion, Elsevier Applied Science, London and New York, 1988, s. 100
• [16] Pfeil L. B.: The oxidation of iron and steel at high temperatures, J. Iron Steel Inst., 119 (1929) 501
• [17] Meussner R. A., Birchenall C.E.: The growth of ferrous sulfide on iron, Corrosion, 13 (1957) 677
• [18] Mrowec S.: Markenmethode in den Untersuchungen des Mechanismus der Oxidation yonMetalen undLegierungen, Z. phys. Chem., N. F., 29 (1961) 47
• [19] Kroger F.: The Chemistry of Imperfect Crystals, North-Holland, Amsterdam, 1964
• [20] Wagner C.: Atom Moyements, ASM Cleyeland Ohio, 1951.
• [21] Mrowec S., Grzesik Z.: Oxidation of nickel and transport properties of Nikel oxide, J. Phys. Chem. Solids, 65 (2004) 1651
• [22] Kofstad P.: High Temperaturę Corrosion, Elsevier Applied Science, London and New York, 1988, s. 172
• [23] Mrowec S.: Ań Introduction to the Theory of Metal Oxidation, National Bureau of Standards and National Science Foundation, Washington D. C., 1982, s. 172
• [24] Yolpe M., Reddy J.: Cation self-diffusion and semiconductivity in NiO, J. Chem. Phys., 53 (1970) 1117