Giriş
OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.Oksidasyon süreçleri, metallerin, alaşımların ve seramiklerin uzun vadeli kararlılığını, reaktivitesini ve performansını etkilediği için malzeme biliminde merkezi bir öneme sahiptir. Oksijene maruz kalma oksit tabakalarının oluşumuna, faz dönüşümlerine ve hatta yapısal bütünlüğün bozulmasına yol açabilir. Oksidasyonun kinetiği ve mekanizmaları büyük ölçüde sıcaklığa, oksijen kısmi basıncına ve tane boyutu ve gözeneklilik gibi mikroyapısal özelliklere bağlıdır.
Eşzamanlı Termal Analiz (STA), özellikle de termogravimetri (TGA), bu tür süreçleri incelemek için esnek ve güvenilir bir araç sağlar. Önemli bir avantaj, toz, yığın veya düzensiz malzeme olsun, numunenin özel gereksinimleri göz önünde bulundurularak seçilebilen farklı TGA kroze geometrilerinin mevcudiyetidir. Üstten yüklemeli tasarım, numunenin mikro terazi üzerine kolayca yerleştirilmesini sağlar ve iyi tanımlanmış koşullar altında son derece hassas kütle değişimi tespitine olanak tanır. STA'daki gaz akışının aşağıdan yukarıya doğru olan yönü, numunenin etrafında homojen bir atmosfer sağlar (bkz. Şekil 1).
Atmosferik bileşim, gaz akış hızı, ısıtma hızı ve numune geometrisi dahil olmak üzere deneysel parametrelerin dikkatli bir şekilde seçilmesi, anlamlı ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için kritik öneme sahiptir. Bu koşullar, gözlemlenen OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon kinetiğini ve oluşan oksit fazlarının kararlılığını doğrudan etkiler.
Ölçüm Koşulları
Tablo 1 ölçüm koşullarını detaylandırmaktadır.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Enstrüman | STA Jupiter® serisi |
|---|---|
| Fırın | Rh fırın |
| Örnek taşıyıcı | TGA pimi, S tipi |
| Potalar | Delikli kapaklı Al2O3 krozesi, Al2O3 açık kroze, Al2O3 plaka (bkz. Şekil 1) |
| Örnek kütle | 10 mg (Cu tozu veya plakası) |
| Gaz akışı | 70 ml/dak |
Sıcaklık program | RT-800°C, Ar atmosferi, ar atmosferinde 10 dakika izoterm, ar + %14O2 içinde 10 dakika izotermi, ar içinde 10 dakika izoterm |
Sonuçlar ve Tartışma
Bu çalışmada, saf bakırın OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon davranışı STA'da farklı kroze geometrileri kullanılarak incelenmiştir (bkz. Şekil 1). Tüm ölçümler için yaklaşık 10 mg'lık aynı numune miktarı kullanılmıştır. Denklemi takip eden tam OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon için
2 Cu +O2 → 2 CuO
Örnekler inert bir atmosferde 800°C'ye ısıtılıp 10 dakika İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal tutulduktan sonra atmosfer %14 oksijen içeren bir atmosfere dönüştürülmüştür. Bu atmosferik değişiklik ani bir kütle artışına neden oldu; bkz. şekil 2. İlk başta,O2 ve Cu arasında kütle artışındaki oldukça dik bir eğimle tanımlanabilen birinci dereceden bir katı-gaz reaksiyonu başlatıldı. Birkaç dakika sonra reaksiyon hızı azaldı ve reaksiyon difüzyon kontrollü ikinci dereceden bir reaksiyona dönüştü.
Oksitleyici koşullar altında 10 dakikalık bir işlemden sonra atmosfer tekrar argon atmosferine dönüştürülmüştür. Oksitleyici reaksiyon hemen durdu ve termal indirgeme başladı, bu da anında kütle azalmasına neden oldu. Kısa zaman aralığında ne OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon ne de redüksiyon tamamlanmıştır. Bununla birlikte, kullanılan geometrinin açık bir etkisi görüldü. Numunenin delikli kapaklı krozede (yeşil eğri) bulunduğu düzenekte daha az OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon gözlenmiştir, çünkü oksijenin numuneye erişimi en fazla engellenmiştir. Kapak kullanılmadığında OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon davranışında belirgin bir artış görülmüştür (kırmızı eğri). En iyi sonuçlar, numune tozu doğrudan Al2O3 plakası üzerine ince bir tabaka halinde yerleştirildiğinde elde edilmiştir (mavi eğri). Oksitleyici koşullar altında 10 dakika içinde %20'den fazla bir kütle artışı tespit edilmiştir.
Dördüncü bir deney olarak, bir sac metal bakır numunesi de plaka üzerine konmuş ve aynı koşullara maruz bırakılmıştır (mor eğri). Bu durumda, daha küçük aktif yüzey ve bir pasivasyon tabakası oluşumu nedeniyle sadece %1,2'lik bir kütle artışı bulunmuştur. Burada süreç en başından itibaren difüzyon kontrollüdür. Şekil 3'teki yakınlaştırılmış görünümde daha fazla ayrıntı görülebilir.
Şekil 4, bakır tozunun plaka geometrisi üzerinde uzun reaksiyon süreleri ile oksidasyonunu göstermektedir. 10 saat sonra kütle artışı neredeyse stokiyometrik değere ulaşmış ve OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon tamamlanmıştır. Bunu takip eden termal indirgeme %12,3'lük bir kütle kaybına neden olmuştur.
Özet
Numune malzemesinin seçimi, geometrisi ve ölçüm parametreleri, gözlemlenen OksidasyonOksidasyon, termal analiz bağlamında farklı süreçleri tanımlayabilir.oksidasyon davranışı üzerinde önemli etkiye sahiptir. STA Jupiter® serisinin numune taşıyıcıları, kroze geometrileri ve ölçüm koşullarındaki yüksek esnekliği, çeşitli ölçüm senaryolarına uyum sağlayarak oksidasyon mekanizmalarına ilişkin güvenilir ve tekrarlanabilir içgörüler elde edilmesini sağlar.