существенное влияние присутствующего в металле углерода на окислительно-восстановительные процессы, а также состава остаточных газов в вакуумной камере. Это, в частности, указывает на то, что при нагреве в вакууме стали удаление окисных пленок может идти как за счет реакций, протекающих на границе металл— окисел (восстановление углеродом), так и реакций взаимодействия с внешней средой (остаточной газовой фазой) на границе раздела окисел—газ.

Опыты по очистке поверхности различных металлов при индукционном нагреве током 8000 гц в вакууме порядка 5 • 10_б мм рт. cm проводили на карбонильном железе с 0,0023% С, перлитной и аустенитной сталях (Ст. 3 и Х18Н9Т), меди (М2), алюминии (АД1) и титане (ВТ1) [34]. На основании теоретических расчетов (см. табл. 34) удаление окислов этих металлов идет по различным механизмам (восстановление углеродом — для сталей, диссоциация окислов — для меди, растворение окислов в металле — для титана и, наконец, для алюминия — ничтожная вероятность удаления окислов).

Первые опыты на железе и стали проводили на предварительно окисленных образцах, нагретых с этой целью на воздухе до появления синего цвета побежалости, соответствующего окисной пленке толщиной 500—600Â. При нагреве в вакууме 5'Ю-6 мм рт. ст. окисленных стержней до 700—1100° С на некотором расстояние от них располагали экран из кварцевого стекла или алюминия, который в процессе опыта оставался практически холодным. После нагрева образцов в течение 10—15 мин и их охлаждения в вакууме наблюдалось осветление образцов в высокотемпературной зоне и появление темной пленки на соответствующем участке экрана (рис. 155, а). Химический анализ показал, что пленка состоит из окислов железа. Эти опыты указывают на наличие переноса с поверхности образца на экран атомов металла (с последующим их окислением на самом экране) или молекул окисла.

В связи с этим возник вопрос — почему на экране появляется налет с высоким содержанием железа, если доминирует процесс восстановления окислов железа углеродом (см. табл. 34), при котором продуктом реакции, удаляемым с поверхности металла, может быть только СО. Возможны два предположения: а) по окончании процесса восстановления окисной пленки углеродом с чистой поверхности металла происходит сублимация атомов железа; б) одновременно с восстановлением окислов железа углеродом (происходящим на границе раздела металл—окисел и сопровождаемым выделением окиси углерода, диффундирующей через окисную пленку) идет процесс их восстановления в результате прямого взаимодействия с газовой фазой.

Кинетику удаления окисной пленки на низкоуглеродистой и аустенитной стали изучали по следующей методике. Из исследуе-238

Рис. 155. Окисленные образцы и кварцевая трубка после вакуумного отжига: а _ сталь Ст. 3; б — армко-железо

мых сталей изготовили диски диаметром 30 мм и толщиной 5 мм. Эти диски предварительно окисляли до образования пленки толщиной ориентировочно 500—600 А.Затем два диска устанавливали в вакуумной камере с зазором около 5 мм, обеспечивающим свободный контакт с газовой фазой, и нагревали до различной температуры в течение 1—32 мин с последующим охлаждением в вакууме до комнатной температуры. Толщину пленки как исходной, так и после вакуумного нагрева приближенно оценивали по величине контактного электросопротивления, измеряемого микроомметром при сжатии двух дисков медными электродами усилием 300 кГ.

Контактное сопротивление не пропорционально толщине окисной пленки, в особенности при малой ее толщине, когда в результате квантомеханического туннельного эфсректа ее электросопротивление понижается (см. гл. IV, § 5). Это положение можно иллюстрировать сопоставлением кинетики роста толщины окисной пленки и электросопротивления контакта. Например, для алюминия толщина пленки растет по логарифмическому закону [89], а изменение электросопротивления холодного контакта во времени— по закону, близкому к экспоненциальному [114], как