Размерные и структурные эффекты при окислении частиц металлов

Abstract

С использованием дифференциально-термического анализа исследованы закономерности окисления порошков Al, Fe, Ni, Cu, Mo, W с различной дисперсностью при нагревании в воздухе. Показано, что при переходе от микронного к субмикронному и нанодисперсному размерному диапазону закономерности процесса окисления металлических частиц в большей степени определяются величиной кривизны поверхности раздела металл/оксид и характеристиками оксида (состав, структура, морфология, термическая устойчивость). На основе совокупности результатов дискриминации формально-кинетических моделей и электронно-микроскопических данных установлено, что возрастание величины отношения молярных объемов оксида и металла приводит к снижению влияния диффузионных ограничений на скорость окисления и к нивелированию размерной зависимости кинетических констант процесса для частиц субмикронного и нанодисперсного диапазона. Оценены температурные интервалы, в которых процесс окисления высокодисперсных образцов может рассматриваться в квазиизотермическом приближении, показано влияние скорости нагревания на особенности протекания процесса. По результатам моделирования кинетических зависимостей с учетом вида функции распределения частиц по диаметру показана возможность определения размерного диапазона частиц, подвергающихся полному окислению при определенной температуре.