氧化膜
| 氧化膜 |
金屬鈍化理論認為，鈍化是由於表面生成覆蓋性良好的緻密的鈍化膜。大多數鈍化膜是由金屬氧化物組成，故稱氧化膜。如鐵鈍化膜為γ-Fe2O3，Fe3O4，鋁鈍化膜為無孔的γ-Al2O3等。氧化膜厚度一般為10-9～10-10m。一些還原性陰離子，如Cl-對氧化膜破壞作用較大。氧化膜中存在兩種類型的應力:氧化膜恆溫生長時產生的生長應力和溫度變化時由於金屬與氧化物的熱膨脹係數不同而產生的熱應力。
目錄
簡介
高溫合金或高溫防護塗層的抗氧化性能依賴於表面能否形成一層緻密、完整的氧化膜。 氧化膜內應力是決定氧化膜完整性的重要因素。這是因為氧化膜內普遍存在的應力，往往導致氧化膜發生開裂和剝落，致使氧化膜喪失保護作用。通過對氧化膜應力的研究，可以了解氧化膜破裂機理，進而達到改善氧化膜抗剝落性從而提高金屬材料或防護塗層的抗氧化性能的目的。氧化膜應力的精確測量是氧化膜應力研究的基礎。已經發展了多種氧化膜應力原位測量技術。由於氧化膜較薄，氧化膜與基體金屬構成一動態複合體系以及環境溫度高等特點，氧化膜應力的測試技術與常規薄膜的不同。從四十年代開始對氧化膜應力進行定量測量，由於技術的限制，測試範圍和精度一直達不到像薄膜殘餘應力測量的程度。但是，近年來隨着新技術的應用和研究的深入，在氧化膜應力方面才取得了明顯進展。儘管如此，對氧化膜應力的研究工作還遠遠不夠，許多問題亟待進一步澄清。總結了氧化膜應力產生和釋放機制，氧化膜應力原位測量技術以及稀土對氧化膜應力影響等方面的研究進展，以探求氧化膜應力研究的發展方向。
評價
通常認為第一種因素是最重要的。對各向同性的氧化膜，對實用純金屬， PBR通常大於1，氧化膜內存在壓應力。而氧化物在基體金屬上取向生長造成晶格畸變。這部分應力只對特別薄的膜才明顯。對於不同的金屬體系或是在不同的氧化條件下，其它因素的作用也可能十分突出，甚至是主要的。例如，通常認為氧化鋁膜發生橫向生長，即新的氧化物主要在已形成膜內的晶界處生成。此時，氧化膜橫向生長是應力產生的主要因素。另外，金屬試樣初始表面形狀對氧化膜內應力的性質及大小也有着十分明顯的影響。Hunt z認為，在許多情況下，氧化膜應力的性質與氧化膜的生長機制有更直接的關係對於氧化膜生長應力產生的理論分析也進行了部分工作，提出了不同模型來解釋氧化膜內存在的壓應力。例如，新的氧化物在晶界處生成模型，界面刃型位錯排列模型，界面突出物模型以及界面位錯攀移模型等。這些模型對理解應力產生機制是十分有益的。但在，由於缺少必要的關於氧化膜性質的參量，還達不到定量計算的程度材料的塑性變形包括兩種類型:簡單滑移和高溫蠕變。高溫蠕變可按三種機制進行:晶界滑移、擴散蠕變和位錯攀移。其中，擴散蠕變包括體擴散控制的Herring-Naba rro蠕變和晶界擴散控制的Coble 蠕變。對於大多數氧化物，高溫下不具備發生滑移所必須的5個獨立體系， 因此高溫蠕變將是氧化膜塑性變形的主要方式。在氧化物內，擴散慢的離子成為蠕變的控制步驟，同時溫度和氧化物晶粒大小具有明顯的影響作用。但是，已進行的大量高溫性能的研究工作是針對大塊燒結製備的氧化物的，而對薄氧化膜塑性變形機理的研究還極少。必須明確熱生長薄氧化膜與燒結製備的大塊氧化物性質有可能不同。這是因為，其一，尺寸效應的作用；其二，氧化物的摻雜不同；其三， 氧化膜中存在化學位梯度，即在氧化膜中點缺陷的濃度呈分布狀態，氧化膜中的變形速度與位置有關。[1]