Oxidation of metals by short circuit and lattice diffusion of oxygen
β Scribed by W.W Smeltzer; R.R Haering; J.S Kirkaldy
- Publisher
- Elsevier Science
- Year
- 1961
- Weight
- 542 KB
- Volume
- 9
- Category
- Article
- ISSN
- 0001-6160
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β¦ Synopsis
An expression has been derived for the initial oxidation rates of metals based upon the model of inward movement of oxygen through the lattice and along low resistance paths within the superficial oxide film. The equation involves three parameters: the parabolic rate constant, the ratio of the diffusion constants for short circuit and lattice diffusion, and the fraction of available oxygen sites lying within low resistance paths. The latter is assumed to decay in time as a first order rate process. It is demonstrated that this equation adequately represents the oxidation kinetics of titanium, zirconium and hafnium in the temperature range 3OO"-600Β°C. The empirically determined activation energies for decay of low resistance sites lie between 7 and 12 kcal/mole. The ratios of the activation energies for short circuit and lattice diffusion in the dioxides of these metals are found to be in the range of 0.80 while the initial fraction of oxygen sites lying within defective material is estimated to be of the order of 0.1. This corresponds to a dislocation density of lO"/cm*. OXYDATION DES METAUX PAR DIFFUSION DE L'OXYGENE DANS LE RESEAU Les auteurs ont Ctabli une expression donnant les vitesses initiales d'oxydation des mPtaux et baste sur le mo-d&le d'une progression de l'oxygkne vers I'intCrieur a travers le reseau et le long des chemins de moindre r&sistance & l'intkrieur du film d'oxyde superficiel. Cette expression comprend trois parambtres: la constante de vitesse parabolique, le rapport des constantes de diffusion en "short circuit" et dans le rkseau, et le nombre de sites disponibles pour l'oxygkne le long des chemins de moindre rksistance, ce dernier parametre &ant supposC decroitre dans le temps. Les auteurs dCmontrent que cette expression reprtsente convenablement la cinttique de I'oxydation du titane, du zirconium et de l'hafnium dans la gamme de tempkratures de 300 ?t 600Β°C. Les Cnergies d'activation determinCes empirifiquement pour la dCcroissance des sites de moindre resistance se situent entre 7 et 12 kcal/mole. Les rapports des Cnergies d'activation pour la diffusion en "short circuit" et dans le rCseau, dans les bioxydes de ces mCtaux, se situent dans le voisinage de 0,SO. La fraction initiale des sites d'oxygitne dans le materiau endommagt est estimte &tre de l'ordre de 0,l ce qui correspond d une densitt de dislocation de 1012/cm2. OXYDATION VON METALLEN DURCH DIFFUSION VON SAUERSTOFF L.&NGS KURZSCHLUR-BAHNEN UND DURCH DAS GITTER Fiir die anfgngliche Oxydationsgeschwindigkeit von Metallen wurde ein Ausdruck abgeleitet, beruhend auf dem Model& da13 die nach innen gerichtete Bewegung des Sauerstoffs durch das Gitter und llngs Bahnen geringen Widerstands im oberfllchlichen Oxydfilm vor sich geht. Die Gleichung enthllt drei Parameter: die parabolische Geschwindigkeitskonstante, das Verhlltnis der Diffusionskonstanten fiir Diffusion llngs KurzschluDbahnen und durch das Gitter und den Bruchteil von freien Sauerstoffplltzen innerhalb der Bahnen geringen Widerstands. Es wird angenommen, dal3 letzterer mit der Zeit abnimmt wie ein ProzeR erster Ordnung. Es wird gezeigt, da13 diese Gleichung die Oxydationskinetik von Titan, Zirkon und Hafnium im Temperaturbereich von 300"-600Β°C angemessen beschreibt. Die empirisch bestimmten Aktivierungsenergien fiir die Abnahme der Pl&tze geringen Widerstands liegen zwischen 7 und 12 kcal"Mo1. Die Verhlltnisse der Aktivierungsenergien fiir Diffusion llngs KurzschluBbahnen und durch das Gitter betragen bei den Dioxyden dieser Metalle etwa 0,80, wlhrend der anfgngliche Bruchteil von Sauerstoffplgtzen, die innerhalb von fehlerhaftem Material liegen, zu etwa 0,l geschiitzt wird. Dies entspricht einer Versetzungsdichte von 10le/cmz.
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