材料化学4.7金属的氧化.doc

4.7 金属的氧化0AAOO2x=0x=M金属表面的氧化反应如图所示，由于氧离子的半径很大，穿过氧化物层的扩散速率很小，可以忽略不计，。其中D为金属离子扩散系数；C为金属离子的浓度。如果氧化物层很薄，可以近似把A2在膜中的分布看成是线性分布，则有：CM、C0分别为M、0处的离子浓度。任意厚度M处的瞬间物质流为： 或 ，k为常数，单位mol/cms同时 ，即膜的生长速率， ：塔曼常数，单位m2/s所以氧化物层厚度随时间的变化速率呈抛物线特性。在实验室里通常采用测量单位面积的氧化增重的方式进行表征。：氧化物中氧的密度如果阴阳离子半径相差不多，则两种离子均会发生扩散迁移。例如Fe的表面生成Fe2O3的反应。 （1）根据前面的知识，Ci：迁移物质的浓度（2）（3）（4）（5）（6）（7） （8）如果生成的化合物为AaBb， （9） （10）联立方程得到， （11）又有， （12） （13）在平衡状态下， （14） （15）对于AB二元体系，根据Gibbs-Duham方程， （16）将（14）、（15）、（11）式代入（7）式中，消去、得， （17） （18） （原子/cm2s） （mol/cm2s）4.8 传质（mass tracnsfer）对于固液两相界面处的传质问题，有许多理论模型对其进行描述，下面讨论几种常用模型。 有效边界层模型。其中，为浓度边界层，为速度边界层，。随着液体搅拌速度的加快，边界层的厚度会变小，即加快了传质进程，使液态中溶解浓度尽快达到平衡。为有效浓度边界层。定义为传质系数。 界面渗透模型边界条件：菲克第二定律的解，界面上有，得到传质系数停留时间 表面更新模型S：平均表面更新速率流体基本知识dyVyxvv+dv：速度梯度剪切内摩擦力F定义为粘度系数，单位为g/cm s。1883年，雷诺（Reynolds）发表了对流体层流、湍流的系统研究的文章。：临界速度 ：流体密度； ：管径 Re：雷诺准数，无量纲层流湍流过渡区流体流过物体时，存在层流边界层与湍流边界层。层流边界层厚度湍流边界层厚度浓度边界层与速度边界层有如下关系， Sc定义为Schmid准数浓度边界层厚度有效浓度边界层厚度4.9 多层膜传质及其控速环节ABAB整个过程分为如下环节，1） 流体中A组元扩散到界面处；2） 在固液界面发生化学反应AB；3） B组元扩散到液体内部。、分别为无穷远处和界面处A的浓度，、为无穷远处和界面处的B的浓度。在不同的反应条件下，反应的影响因素时不同的，例如在高温下，反应速度快，反应很快达到平衡，整个反应由扩散过程控速。，又有为了维持整个过程的正常进行，总反应速度ABABABAB如果，；如果，控速环节的图示如右图。