2. Кінетика газової корозії

 

Процес взаємодії кисню з поверхнею металу можливий не тільки за повної відсутності плівки, а й при дуже тонкій або пористій (несуцільній) плівці, і навіть при суцільній плівці (рис. 1).

                                  

Швидкість газової корозії Vгаз  можна визначити через швидкість росту оксидної плівки:

,          

де x-товщина оксидної плівки.

Якщо на поверхні металу утворюється не суцільна, пориста оксидна плівка (рис.1 а), то швидкість корозії описується рівнянням лінійного росту оксидної плівки

х = k`  ,

де k` = kp C0,  kp  константа швидкості реакції; Со - концентрація кисню; А – стала інтегрування;  - час.

Лінійний закон окиснення характерний для лужних і лужноземельних металів, коли утворюються несуцільні плівки.

Якщо плівка суцільна (рис.1 б), то вона призводить до гальмування проникнення кисню до поверхні металу. В цьому випадку, скориставшись рівнянням Фіка, можна записати

,

де KD – коефіцієнт диффузии кисню (м2/сек);

S – площа оксидної плівки, крізь яку проходить  дифузія кисню;

dC/dх – градієнт концентрації кисню.

 

Остаточно після поділу змінних і інтегрування одержуємо рівняння параболічного росту оксидної плівки

х2 = k``  ,

де k`` = 2KD  C0,

    Со – концентрація кисню у поверхні оксидної плівки.

Часто зростання плівки проходить повільніше, ніж це випливає з параболічного закону. Це можна пояснити тим, що відбувається ущільнення плівок або з'являються дефекти у вигляді бульбашок чи розшарувань, що гальмують дифузію. У цих випадках зростання плівки проходить відповідно до логарифмічного закону. Рівняння логарифмічного росту оксидної плівки має відповідний вигляд:

x = ln ( k   ).

Механізм газової корозії пояснює іонно-електронна теорія Вагнера.

Відповідно до цієї теорії в оксидній плівці проходить зустрічна дифузія іонів металу і кисню. Поверхня металу є анодною ділянкою, де утворюються позитивні іони металу, а електрони, що звільнилися, переміщуються в плівці роздільно від іонів. Адсорбовані з газової фази молекули кисню дисоціюють на зовнішній поверхні оксиду. Атоми кисню, приймаючи електрони, рухаються від поверхні металу назустріч іонам металу. Таким чином, у середині оксидної плівки проходить зустрічна дифузія іонів металу та іонів кисню, що призводить до утворення оксиду.