·520· 北京科技大学学报 1996年No.6 3讨论 3.1氧化膜厚度与水通入量关系 由图1可以看出，随着通入水量的增大，氧化膜的厚度增加.当超过某一厚度数值后，氧 化膜的厚度趋于一个平稳状态，即厚度增加不多.等温氧化温度越高，达到这种平稳态所需 的通水量越大，这是因为在一定温度下，氧化反应速度主要与水分子在表面吸附有关，由 Langmuir单分子吸附理论得知，气体的吸附量与气体的压力有关： 0=bp/(1+bp) (1) 其中，0-固体表面被分子吸附的面积与总面积之比：p-气体的压力；b一与温度、吸附及 吸附物性质有关的常数.在式(1)的基础上得到了关于气体与固体反应的反应速度与气体压 力的关系，即Langmuir-Hinshelwood机理： v=Kbp (1+bp) (2) 式中，v-反应速度；K一反应速度常数. 在一定温度、一定等温氧化时间下，反应速度可以用氧化膜厚来代表，分解压由水的通人 量表示.这样，水的通入量与膜厚也有相同的关系： H=KAQ/(1+AQ) (3) 式中，H一氧化膜厚度；A一与温度、吸附剂及吸附物性质有关的常数；K一反应速度常数； 2-水的通入量. 根据Langmuir一Hinshelwood机理，结合试验的具体情况可知，在一定温度、时间及高温 水蒸汽环境下，钢的氧化膜厚度与水的通人量是双曲线关系.将(3)式改写为： 1/H m n/O (4) 其中，m,n-方程式常数.将试验数据按式(4)回归，得到各种温度下、保温2h、在水蒸汽下生 成的氧化膜厚度与水通入量的回归方程，回归结果见表2.在该回归关系中，水的通入量Q的 单位为m/min,氧化膜厚度H的单位为μm. 表2曲线回归结果 加热温度/℃ 材料m/103 n/103 相关系数R2 剩余标准差S A 3.055 900 6.825 0.8179 12.776 B 3.013 2.977 0.7077 7.873 A 1.826 8.052 0.9015 22.619 950 B 1.839 4.672 0.8524 20.168 A 1.270 5.009 0.9722 27.700 1000 B 1.241 4.547 0.9885 30.252 0.661 6.289 0.9078 93.280 1100 B 0.643 5.701 0.9430 70.637 32甄化膜厚度与等温氧化温度的关系 由图2可知，氧化膜厚度与等温氧化温度，在一定保温时间下为线性关系，设方程为：北 京 科 技 大 学 学 报 年 讨论 氧化 膜厚度 与水通入 关 系 由 图 可 以 看 出 ， 随着 通 人 水 量 的增 大 ， 氧 化膜 的厚度 增 加 当超 过某 一 厚度 数值后 ， 氧 化膜 的厚 度 趋 于 一 个平 稳 状 态 ， 即厚度 增 加 不 多 等温 氧 化温 度 越 高 ， 达 到 这 种 平 稳 态所 需 的 通 水 量 越 大 这 是 因 为 在 一 定 温 度 下 ， 氧 化 反 应 速 度 主 要 与 水 分 子 在 表 面 吸 附 有 关 由 单分子 吸 附理论得 知 ， 气体的吸 附量 与气体 的压力有 关 如 如 其 中 ， 一 固体 表 面被 分 子 吸 附 的 面 积 与总 面 积 之 比 一 气体 的压 力 一 与温 度 、 吸 附及 吸 咐物 性 质有 关 的常 数 在 式 的基 础 上得 到 了 关于 气体 与 固体反 应 的反 应 速 度 与气 体压 力 的 关 系 ， 即 一 机理 犬如 如 式 中 ， 一 反 应 速度 一 反 应速度 常数 在 一定温度 、 一定等温 氧化 时 间下 ， 反 应速度 可 以 用 氧化膜 厚来代表 ， 分解 压 由水 的通人 量 表示 这样 ， 水 的通人量 与膜厚也有 相 同的关系 尤咬 式 中 ， 一 氧化膜厚度 一 与温 度 、 吸 附剂及 吸 附物性 质有 关 的常数 一 反应速 度 常数 一 水 的通 人 量 根 据 一 机理 ， 结合试验 的具体情 况 可 知 ， 在 一 定温度 、 时 间及 高温 水蒸 汽 环境 下 ， 钢 的氧化膜 厚度 与水的通人量是 双 曲线 关 系 将 式改 写 为 其 中 ， ， 一 方程 式 常数 将试 验 数据按 式 回 归 ， 得 到 各种 温 度下 、 保温 、 在水蒸 汽 下生 成 的氧 化膜 厚度 与水 通人 量 的 回 归方 程 ， 回归结果 见 表 在 该 回 归 关 系 中 ， 水的通 人量 的 单位 为 ， 氧化膜厚度 的单位 为 “ 表 曲线回归结果 加热温度 ℃ 材料 石 一 相 关 系数 扩 剩余标准差 氧化膜厚 度 与等温氧化 温度 的关 系 由图 可 知 ， 氧化膜 厚度 与等温 氧化温度 ， 在 一 定保温 时 间下 为线性 关系 设方程 为